以設計制造一把菜刀為牽引的卓越工程師培養體系探索

［摘 要］材料成型及控制工程專業是典型的傳統制造業專業，開設的學校多、學生就業競爭激烈，如何達到新工科建設的目標、實現人才培養特色的突圍成為提升該專業學生競爭力的關鍵。文章對標新工科建設要求和材料工程專業認證標準，結合當地刀剪產業的智能制造發展需求，提出了以設計制造一把菜刀為牽引的跨學科卓越工程師培養模式，從專業人才培養目標、課程體系、產業學院、微專業建設、專業競賽、實踐教育等方面實施改革創新，全面融入課程思政，優化評價體系，以期培養出卓越工程師。

［關鍵詞］菜刀制造；卓越工程師；材料類專業；人才培養

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）15-0122-04

傳統制造專業的材料成型及控制工程專業面臨著從學科模式的學術式培養到面向產業轉型升級培養卓越工程師的轉變。新時代，智能制造倒逼產業界對工程師提出了更高的要求，迫切需要高校探索跨學科創新人才的培養模式，實現新工科建設的目標。本文以廣東海洋大學材料成型及控制工程專業為例，以設計制造一把菜刀為牽引，貫通學院、學科、專業及課程改革，形成產教深度融合、科教協同的培養新模式，以及卓越工程師人才培養新模式。

一、卓越工程師培養模式概述

“天大方案”、華南理工“Ｆ計劃”、“成電方案”、哈工大新工科“Ⅱ型”方案等新工科建設探索取得了重要進展[1-7]。廣東海洋大學材料科學與工程學院位于廣東省陽江校區，而五金刀剪產業是陽江市重點培育的千億產業，“中國菜刀中心”“中國剪刀中心”和“中國小刀中心”等國家級稱號的落戶陽江企業。材料成型及控制工程專業為服務區域經濟發展、服務刀剪產業發展，在人才培養中選擇以刀剪設計制造為載體，創新卓越工程師的培養模式。材料成型及控制工程專業學生一進校就被納入各個教師的研究小組，專注于專業知識及實驗技能的培養、專注于創新創業能力的培養。采用本科生創新團隊導師制特色培養模式，新生從入學開始就組成創新創業團隊，在教師和企業工程師的指導下參與新材料、五金刀剪新產品等從市場調研、產品設計、生產制作到銷售、市場服務全流程每個環節的實操，并利用一年一度的陽江國際五金刀剪博覽會將學生的作品向全球客商進行展示。

二、卓越工程師培養面臨的挑戰

材料成型及控制工程專業以刀剪加工制造為載體，將材料成型及控制工程專業的核心知識點融貫成一體，培養學生專業知識的綜合應用能力、解決實際工程問題的能力，幫助學生畢業后能在材料、機械、汽車、冶金、五金刀剪等行業從事材料的制備工藝模擬與設計、塑性及塑料模具設計與制造、生產管理、新材料和新工藝的研究與開發等工作。但學生學習刀剪制造技術存在諸多困難。比如刀剪制造工藝學課程是面向材料成型及控制工程專業大三學生的核心專業課，是學生完成專業基礎課后學習的綜合性專業課程。課程內容的融通跨度大，涉及材料科學、模具設計制造、塑性加工、液態成型、焊接成型及控制工程等跨學科知識。這些課程教學面臨如下挑戰：

（一）沒有現成的教材

黨的二十大報告要求加強教材建設和管理。以設計制造一把菜刀為牽引的卓越工程師培養首先要解決的就是教材問題。長期以來，刀剪產業內部相互封鎖技術和工藝，外界關注度較低，因此沒有出版過一本刀剪設計制造工藝相關的教材，這給人才培養、企業員工培訓等都帶來了困難。

（二）學生解決實際工程問題的應用能力有待提高

從教學方面來看，部分教學內容與實際工程應用結合不夠緊密，教學方法相對傳統，缺乏對學生創新思維和實踐操作的有效引導和訓練。從學生自身角度而言，部分學生對理論知識的掌握不夠扎實，缺乏主動將知識應用于實際的意識和積極性，實踐經驗的積累相對較少。

（三）缺乏專業的教學設施設備

教學設備、刀剪實訓實驗設備等教學設施設備是學生學習的抓手、創新創業訓練的保障，缺乏專業的教學設施設備會限制教學內容的豐富性和深度。一些需要特定設備進行演示和實踐的課程因設備缺失而無法有效開展，導致學生對相關知識的理解和掌握不夠全面和深入，從而影響教學效果。材料專業技能的訓練依賴于專業設備，設備不足會使學生在實際操作方面的經驗匱乏，難以適應未來工作的實際需求。

三、卓越工程師培養的新思路與舉措

針對當前跨學科教學中的突出問題，本文提出“一牽引、一支撐、兩結合”的創新思路，形成卓越工程師培養模式，即以設計制造一把菜刀為牽引，以“互聯網+技術”為支撐，理論與實踐、線上與線下相結合，通過梳理對接行業的新需求、新技術、新發展，修訂人才培養方案、創新培養模式、編寫特色教材、推進“雙師型”師資建設等措施（見圖1），實現學生創新創業能力和解決工程問題能力的提升。

（一）狠抓實驗室建設：提高學生的工程應用能力

材料類專業是實踐性較強的專業，材料科學與工程學院鼓勵學生積極參與課外實踐活動、工程項目和競賽等，促進本科生實習實訓教學與五金刀剪企業生產實際的深度融合，以提升學生的實際操作和解決問題的能力。學生自身也應注重知識的融會貫通，增強自主學習和探索精神，提高自身的綜合素質和能力。為調動學生的積極性和創造性，材料科學與工程學院每年開展科技周活動。科技周活動由三大專業競賽及“談刀論劍”系列講座組成，三大競賽分別是全國大學生金相技能大賽選拔賽、全國大學生材料熱處理創新創業大賽以及學院一年一度的刀剪設計大賽，每年“談刀論劍”系列講座邀請刀剪企業的5位技術專家進行講學。

（二）打造五金刀剪產業學院：推動產教深度融合

材料科學與工程學院牽頭與陽江五金刀剪行業協會以及6家產值過億的相關企業合作共建，成立了五金刀剪產業學院。材料科學與工程學院以建設五金刀剪產業學院為契機，集資400萬建設了一條先進的刀剪生產線，通過校企合作開設創新創業實踐課程——大學生創新實踐1。該課程是新材料在五金刀剪生產中的應用課程，實習過程明確，突出實用性與創新性結合，突出數字化協同設計，體現智能制造發展技術，且與刀剪產業緊密結合。材料科學與工程學院統籌兼顧五金刀剪行業的人才、關鍵技術等需求，采用“人才培養+技術研發及科技服務+成果轉化與產業孵化”三位一體的發展策略，設立教學中心、技術研發與服務中心、成果轉化與產業孵化中心，構建大學生實習實訓、企業技術骨干進修、新員工入職培訓三大課程體系。五金刀剪產業學院實行理事會領導下的院長負責制，成立由學校、行業、企業等多方代表組成的理事會，負責對辦學中有關培養方案制訂、課程體系建設、行業企業專兼職教師選派等問題進行決策和協調。五金刀剪產業學院通過組織架構改革推動專業新工科建設再深化、再拓展、再突破，實行專題授課、校企合編教材、刀剪設計與刀博會展示、刀剪生產工藝評審等措施，將學生設計研制的刀剪作品融入卓越工程師培養中。

（三）重構教學內容：案例教學，打破技術封鎖

以設計制造一把菜刀為牽引，重構教學內容，實現智能制造與傳統材料加工專業的知識融合，構建滿足新工科建設要求的課程群。材料科學與工程學院在組建了五金刀剪產業學院的基礎上，組織骨干教師編寫了《五金刀剪用材料》《五金刀剪設備與工藝》《五金刀剪設計制造工藝學》《五金刀剪檢測技術》等教材及云教材，堅持學以致用、傳承數百年刀剪制造技術，利用“互聯網+技術”改進傳統刀剪設計制造工藝，引導學生從刀剪市場需求出發設計出一把新型菜刀，打破刀剪技術的封鎖，拓展教學內容的廣度和深度。以設計制造一把菜刀凝聚專業課程聯合教學，達到知識遞進、突出應用的效果。以塑性加工及模具設計課程設計與模具設計CAD/CAM兩門課程為例，這兩門課程都要用到模具設計的理論和軟件模擬設計的操作，以往通常按照各自教材的內容教學，學生在設計思想、軟件操作上難以形成整體思維，設計效果不佳。課程整合后，搭建了材料成型工藝虛擬仿真實驗平臺，針對重難點知識，尤其是抽象的知識點，如塑性變形過程中應力的變化、凝固過程中熱量變化等都可以通過該平臺進行形象具體的演示，提高了學生學習的興趣。引進Deform?3D、Moldflow等設計模擬軟件搭建數字化設計平臺，實現設計資源的碎片化積累、共建共享，先后形成了模架、導柱導套、動模定模等近2000個案例庫，實現教、學、做一體化，讓學生學通學透刀剪模具設計、工藝模擬及生產工藝設計，并輕松遷移到其他模具設計，多輪次迭代，取得了良好的效果。教師的刀剪研究成果、學生設計成果等案例都能成為教學資源，結合千年刀剪文化，讓課程思政自然融入。

（四）開設微專業：精準對接產業需求

在成立五金刀剪產業學院的基礎上，學校為進一步拓寬畢業生的就業面，以區域產業經濟發展需求為導向開設了“粉末冶金技術”“激光成型加工”“冶金技術”等微專業，讓學生通過短期系統的學習，掌握該方向的重點應用技術，高效實現人才培養與產業崗位的精準對接。微專業的師資隊伍整合了學院“雙師型”教師及合作龍頭企業的資深技術人員，授課形式為線上、線下相結合，線上教學側重理論講授、線下教學側重實踐實訓，主要在合作企業進行。學生修完全部學分后，可獲得學院及對口合作企業聯合頒發的微專業結業證書。微專業鼓勵學生考取行業證書，引入多個行業證書考試渠道，比如通過焊接工程師考試可以獲得焊接工程師證書。

（五）建立學科交叉的師資團隊：推進新技術融合

材料產業新技術新工藝的發展需要加強融合人工智能、大數據、“互聯網+”等新技術師資隊伍的建設。通過與學校計算機科學技術的骨干教師聯合，組建跨學院的師資團隊，為本專業開設材料智能設計導論課、材料加工計算機模擬課等課程；通過為本地企業派駐科技特派員[8]，邀請龍頭企業、科研院所的專家教授開設新技術講座，開闊學生的視野，增強學生的創新能力；建立課程方向教研室，以保障教學質量，發揮教研室傳幫帶的作用；建立刀剪微書院，聯合“中國菜刀中心”“中國小刀中心”等設立科創中心，優化刀剪產業生產和研發優質資源、人才和文化，推進“三全”育人，形成刀剪產業育人“大課堂”和產教深度融合育人“大思政”齊頭并進。

（六）創新人才培養模式：建立多元協同的培養機制

1.修訂人才培養目標

根據新工科建設及工程專業認證的要求，修訂人才培養方案，在原培養目標的基礎上耦合人工智能的材料工藝設計、應用能力[9-10]。智能制造支撐下的現代產業要求畢業生具備復合型、交叉型的知識特點，信息化、智能化的生產設備要求畢業生掌握先進的材料數字化設計制造技術，即要求畢業生能從事先進材料成型工藝與裝備的設計開發、生產制造等工作。

2.增加訂單式培養模式

材料科學與工程學院與廣東廣青金屬科技有限公司簽訂了訂單式人才培養協議、產學研深度合作協議，雙方共建共享實驗基地、師資隊伍。學院每年為廣東廣青金屬科技有限公司組建20～25人的訂單班，校企雙方共同商定人才培養課程，企業資助訂單班學生的學費并設立獎學金。

（七）專業競賽和科創比賽：提升創新創業能力

積極宣傳并動員學生參加專業競賽，如全國大學生金相技能大賽、全國大學生材料熱處理創新創業大賽等，鼓勵學生跨年級、跨專業組隊申請大學生創新創業訓練計劃項目，探索信息技術、物聯網、大數據、人工智能、商業運營等智能技術與材料加工的深度融合與集成，開展多學科交叉融合綜合項目訓練。以學院科研平臺、陽江市五金刀剪實效分析重點實驗室、五金刀剪產業學院三平臺融合為依托，要求教師將自己的科研項目轉化為大學生的創新訓練項目、創業訓練項目和創業實踐項目。學生參加專業競賽和科創比賽，為實驗教學、課程設計、本科畢業設計等奠定了良好的基礎。

四、跨學科卓越工程師培養實踐成果

（一）課程思政建設與實踐成果

立德樹人是卓越工程師培養的中心環節，課程思政建設始終貫穿于課程教學的全過程。以設計制造一把菜刀為牽引，在設計制造過程中培養學生的團隊合作精神，以千年刀剪文化傳承的故事做好課程思政建設。通過“刀博會”、暑期“三下鄉”實踐、勞動教育等活動，推動課程思政從課內向課外延伸、從課堂到實踐轉化，實現從接受教育到主動傳播的思政育人效果。

（二）卓越工程師人才培養成果

卓越工程師的培養離不開優秀的教材支撐。學院在卓越工程師培養體系探索過程中，立足學以致用，不斷完善豐富教材內容，逐步形成了能夠滿足新時代創新型人才培養需求的新版教材。教材及云教材獲得了廣泛應用和積極評價。經過實施以設計制造一把菜刀為牽引的卓越工程師培養體系，學生的綜合創新能力進一步提高，得到企業用人單位的高度評價。部分學生獲得全國性競賽一等獎、省部級競賽特等獎等榮譽。

五、結語

廣東海洋大學材料成型及控制工程專業立足于培養卓越工程師創新人才的培養目標，以五金刀剪產業為牽引，不斷改革人才培養目標，整合課程體系，加強教學設施和資源建設，形成了具有特色的新工科人才培養模式。實踐證明，以設計制造一把菜刀為牽引的跨學科卓越工程師培養模式能有效激發學生的創新意識、提升學生系統設計的能力，提升學生的就業競爭力，在促進新工科人才培養方面具有重要的實踐價值。

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［責任編輯：黃緊德］