智能制造背景下機(jī)械類研究生工程軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)*

曾云 李寧 黃天成

長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 湖北荊州 434020

0 引言

在新工科及智能制造需求不斷提升的背景下，我國高等工程教育改革發(fā)展已經(jīng)站在了新的歷史起點(diǎn)上，正面臨著改革中的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)。為適應(yīng)新發(fā)展的需求，對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用，企業(yè)對高校培養(yǎng)的研究生在人才綜合能力上已經(jīng)提出了更多的要求。隨著我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級速度加快，我國制造業(yè)正在由傳統(tǒng)制造（TM）向智能制造（IM）轉(zhuǎn)型，在“雙碳”目標(biāo)下，復(fù)合型工程人才是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵[1-2]。

隨著人工智能、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、智能制造的興起，全球各行各業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)信息化、數(shù)字化的時(shí)代，傳統(tǒng)對研究生能力的培養(yǎng)方式在工程案例軟件分析應(yīng)用上還存在不足。為進(jìn)一步適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，面向新工科人才培養(yǎng)的需求，加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用能力的提升，筆者所在高校專業(yè)型碩士研究生的培養(yǎng)還需在三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。第一，智能制造企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型過程中，各類設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且通過理論學(xué)習(xí)想要徹底弄清楚較難，在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，研一學(xué)生在沒有進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)踐之前對制造業(yè)的理解僅僅只是一些抽象性的概念，缺乏更加豐富的課堂演示或計(jì)算機(jī)仿真模擬以加深學(xué)生對機(jī)械設(shè)備的理解，因此需要進(jìn)行改進(jìn)。第二，智能制造企業(yè)對人才的專業(yè)知識水平需求逐漸提升，多學(xué)科交叉融合，機(jī)械類研究生需要加強(qiáng)計(jì)算機(jī)、電氣控制和機(jī)械自動(dòng)化等多個(gè)課程的學(xué)習(xí)，以此提升綜合知識能力，僅僅通過理論學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，需要輔以相關(guān)軟件加深印象。第三，智能制造企業(yè)轉(zhuǎn)型過程中，需要解決產(chǎn)品數(shù)字化、智能化設(shè)計(jì)、人機(jī)交互以及數(shù)據(jù)互通方面的問題，計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用成了智能制造發(fā)展的基礎(chǔ)支撐，這些軟件包括ANSYS、ABAQUS、Matlab、Tecplot、Solidworks等，如何熟練應(yīng)用這些軟件對工程中的實(shí)例進(jìn)行分析是研究生必須掌握的一項(xiàng)能力。

綜上所述，智能制造背景下企業(yè)對人才結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用的綜合能力需求越來越高，而計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)是關(guān)鍵[2]，本文以地方高校在校專業(yè)型研究生為對象，以提升研究生工程軟件分析應(yīng)用能力為目標(biāo)，探討機(jī)械類專業(yè)型研究生工程軟件應(yīng)用能力提升的培養(yǎng)體系，為其他工科專業(yè)研究生工程軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)提供借鑒。

1 機(jī)械類專業(yè)型研究生軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)方面的困惑

新工科智能制造背景下的研究生培養(yǎng)要求已經(jīng)與傳統(tǒng)制造行業(yè)對人才的需求大不相同[3-4]，隨著時(shí)代的發(fā)展，對工程領(lǐng)域?qū)I(yè)型碩士研究生的培養(yǎng)在理論知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和軟件應(yīng)用能力等都有了更高的要求。因此，從培養(yǎng)要求的提升來看，當(dāng)前筆者所在高校在工程背景專業(yè)型碩士的培養(yǎng)上存在以下幾個(gè)方面的不平衡。

1.1 理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用不平衡

學(xué)校專業(yè)型碩士研究生的培養(yǎng)方案是第一學(xué)期理論教學(xué)，第二學(xué)期進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)。然而，在近幾年與企業(yè)的溝通中發(fā)現(xiàn)，智能制造發(fā)展背景下，企業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級要求，對新型綜合型人才需求較高。研究生進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)，不僅是自身實(shí)踐能力提升的機(jī)會(huì)，也是參與校企產(chǎn)學(xué)研合作的重要部分，企業(yè)對研究生軟件應(yīng)用能力、理論結(jié)合實(shí)際分析能力的要求也逐漸提高。學(xué)校專業(yè)型碩士研究生的專業(yè)課程中，多數(shù)課程的理論教學(xué)占據(jù)了絕大部分課時(shí)，幾乎沒有實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)，更多只是對書本知識的講解，對于研究生綜合能力的提升效果不顯著。以工程軟件分析應(yīng)用課程為例，在本專業(yè)型碩士研究生課程教學(xué)過程中，理論教學(xué)的講解以軟件概念知識、數(shù)值計(jì)算基本公式、軟件基本操作等為主，而對于工程案例分析、軟件二次開發(fā)探索、未來制造發(fā)展等講解較少。最后造成專業(yè)型研究生在經(jīng)過了理論學(xué)習(xí)后，尤其是本科階段對石油背景了解較少的學(xué)生，在研二階段進(jìn)入實(shí)踐學(xué)習(xí)時(shí)難以快速地融入企業(yè)，無法完成培養(yǎng)目標(biāo)。因此，理論教學(xué)中如何將專業(yè)特色背景、行業(yè)發(fā)展方向、實(shí)際工程案例分析融入課堂中是一個(gè)難點(diǎn)。

1.2 軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)在專業(yè)發(fā)展需求與學(xué)生實(shí)際之間存在不均衡

理論教學(xué)是為后續(xù)的實(shí)踐能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)，學(xué)校機(jī)械專業(yè)碩士研究生主要對口石油領(lǐng)域的各大企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐能力鍛煉培養(yǎng)。一方面，學(xué)校的工程軟件分析應(yīng)用課程主要針對的是一些基本工程案例的講解，所采用的教材和案例是大眾工科院校研究生培養(yǎng)的基本課程教材，關(guān)于石油機(jī)械領(lǐng)域的工程案例較少，在軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)與專業(yè)發(fā)展及專業(yè)背景上沒有緊密結(jié)合，存在一定的不平衡。另一方面，學(xué)校的教師科研項(xiàng)目、學(xué)科大賽等因素原本可以很好地提升研究生的軟件應(yīng)用能力，但由于本科基礎(chǔ)不同、本科專業(yè)背景不同、學(xué)科大賽的參與度不同，也造成了學(xué)生在工程分析軟件應(yīng)用能力上的不同。而且學(xué)院導(dǎo)師隊(duì)伍中的研究方向各不相同，學(xué)生在軟件應(yīng)用上能力的發(fā)展也逐漸形成差距，最后導(dǎo)致軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)和專業(yè)發(fā)展不平衡。

1.3 軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系不完善

智能制造背景下，學(xué)校機(jī)械類專業(yè)型碩士研究生軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)所需要的軟件種類繁多，其中包括：仿真類（ANSYS-workbench、ABAQUS、COMSOL等），編程類（MATLAB、C++等），畫圖類（AUTOCAD、SOLIDWORKS），電子類（PROTEUS、Altium Designer等），前處理軟件，后處理軟件。由于軟件種類過多，未能有針對性開設(shè)課程進(jìn)行授課教學(xué)，最終種類繁多的軟件導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中出現(xiàn)學(xué)而不精的現(xiàn)象，往往造成大眾化的軟件能學(xué)會(huì)基本操作，但每個(gè)軟件都只是了解皮毛，難以將研究課題與多個(gè)軟件結(jié)合起來活學(xué)活用，進(jìn)而影響到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[5]。最后因?yàn)闆]有一套軟件應(yīng)用能力提升的培養(yǎng)體系，使得機(jī)械類專業(yè)型研究生在三年的學(xué)業(yè)中，針對各類軟件學(xué)習(xí)沒有明確的目標(biāo)，大多數(shù)人的軟件應(yīng)用能力無法得到系統(tǒng)的培養(yǎng)，形成了固定思維，缺乏創(chuàng)造力。

基于智能制造發(fā)展背景，從筆者所在高校的研究生課程體系設(shè)置來看，工程分析所要用到的軟件沒有形成一套完整的體系，而只是作為部分專業(yè)課程的附帶學(xué)時(shí)，也未做硬性考核要求，學(xué)生只是初步了解，并未進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和分析，就更談不上在智能制造背景下結(jié)合工程案例進(jìn)行分析應(yīng)用了。因此，需要對學(xué)校機(jī)械類研究生軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

2 機(jī)械類研究生軟件應(yīng)用能力改進(jìn)措施

智能制造背景下，為進(jìn)一步探索筆者所在高校機(jī)械類碩士軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)體系及改進(jìn)措施，進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的思考和改進(jìn)。

2.1 教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化

學(xué)校機(jī)械類研究生專業(yè)課程授課安排主要為一師一課，由于師資力量及師資分配的原因，每門課程的講授從理論教學(xué)到實(shí)踐教學(xué)都幾乎由一名教師全程負(fù)責(zé)。而在智能制造迅速發(fā)展的背景下，部分年長教師對新時(shí)代科學(xué)技術(shù)的跟進(jìn)不充分，導(dǎo)致研究生在學(xué)習(xí)過程中沒有對當(dāng)下智能制造技術(shù)發(fā)展有足夠的理解，就更談不上使用軟件對工程問題進(jìn)行深入分析。因此，為了改進(jìn)這一現(xiàn)象，學(xué)校機(jī)械類研究生工程分析軟件應(yīng)用課程采用多教師團(tuán)隊(duì)授課的方式來進(jìn)行改進(jìn)，針對不同類型的工程問題進(jìn)行分門別類，每類問題安排一名專業(yè)性較強(qiáng)的教師進(jìn)行授課，并邀請企業(yè)具有博士學(xué)位的高級工程師加入教學(xué)團(tuán)隊(duì)參與部分學(xué)時(shí)的授課。

2.2 人才培養(yǎng)體系完善

智能制造背景下，機(jī)械學(xué)科的發(fā)展已與往時(shí)不可同日而語，對人才綜合能力需求已經(jīng)有了很大的提升，針對學(xué)校研究生軟件應(yīng)用能力不足的問題，以工程軟件分析應(yīng)用課程為主導(dǎo)，以學(xué)校油氣特色的工程實(shí)際案例為背景，由淺入深地對工程案例進(jìn)行分析講解，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生將軟件分析和工程案例結(jié)合起來，具體見圖1。在研究生的后續(xù)課程設(shè)置中以軟件體系為主要框架，將研究生的軟件能力培養(yǎng)融入課程體系之中。

圖1 機(jī)械類研究生軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系

2.3 人才培養(yǎng)模式改進(jìn)

機(jī)械類研究生軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)對專業(yè)背景知識的了解程度需求較高，學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的特色是面向油氣領(lǐng)域鉆采設(shè)備，每年入學(xué)的研究生中有接近一半的生源在本科期間并未接觸油氣領(lǐng)域鉆采設(shè)備，因此，需要在課程的講授以及軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)中融入專業(yè)背景。

以工程軟件分析應(yīng)用課程為例，本課程主要以靜力學(xué)分析和流體力學(xué)分析為重點(diǎn)進(jìn)行講授，為了既講授軟件應(yīng)用的知識，同時(shí)也能結(jié)合專業(yè)背景，學(xué)校在授課過程中進(jìn)行了一定的改進(jìn)，專任教師和企業(yè)高級工程師除第一次授課之外，在下一次授課之前會(huì)布置相應(yīng)的工程案例讓學(xué)生提前了解，且每一個(gè)工程案例都會(huì)結(jié)合研究生所在導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目，最后形成一個(gè)新的培養(yǎng)模式，見圖2。通過這樣的培養(yǎng)過程改進(jìn)，學(xué)校研究生最近兩屆的生源在研二進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)得到了企業(yè)導(dǎo)師的一致好評。

圖2 機(jī)械專業(yè)研究生軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)過程改進(jìn)思路

2.4 考核評價(jià)體系改革

學(xué)校機(jī)械類專業(yè)研究生軟件應(yīng)用能力的考查或考核在往年的課程中，僅僅是完成一份大作業(yè)，這對學(xué)生的實(shí)際軟件應(yīng)用能力評價(jià)過于片面，無法從多方面、多角度來評價(jià)一名學(xué)生對知識的掌握程度和熟練運(yùn)用程度。在課程考核評價(jià)體系改革后，采取過程性評價(jià)、實(shí)踐性評價(jià)和綜合性評價(jià)等考核來對研究生軟件應(yīng)用能力的掌握程度進(jìn)行打分，具體如圖3所示。在采用了改革后的評價(jià)體系之后，學(xué)校最近的機(jī)械類專業(yè)研究生在軟件應(yīng)用能力上有明顯的提升，以科研成果發(fā)表為例，20級和21級研究生在論文的發(fā)表上相比之前的年級提升了45%。

圖3 機(jī)械專業(yè)研究生軟件應(yīng)用能力評價(jià)體系

3 結(jié)束語

智能制造時(shí)代的發(fā)展引領(lǐng)著世界的快速發(fā)展，加強(qiáng)專業(yè)型研究生軟件應(yīng)用能力能有效促進(jìn)研究生綜合能力的培養(yǎng)，學(xué)校專業(yè)型研究生通過工程軟件分析應(yīng)用課程，強(qiáng)化了通過理論與工程案例相結(jié)合的思路講授知識，增加了課堂案例講授的實(shí)踐環(huán)節(jié)，并通過基礎(chǔ)案例、工程案例、導(dǎo)師項(xiàng)目循序漸進(jìn)提升專業(yè)型研究生的軟件應(yīng)用能力。這些教學(xué)改進(jìn)措施提升了學(xué)生對軟件學(xué)習(xí)的興趣，完善了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的培養(yǎng)思路，切實(shí)提升了學(xué)生的專業(yè)知識水平和實(shí)踐能力，促進(jìn)了專業(yè)型研究生綜合素質(zhì)能力的提高，滿足了智能制造背景下研究生提前適應(yīng)行業(yè)需求并能較好地融入企業(yè)生產(chǎn)的所需。