數智賦能驅動下 新工科機械類應用型人才培養實踐與探索

當前，工業體系正經歷深層解構與重組，齒輪咬合的生產線上空，算法編織的云網悄然浮現。技術更新周期從十年大幅縮短至數月，工程師既要掌握鋼鐵骨骼的力學奧秘，又需破解數據洪流中的隱藏規律。然而，機械類傳統培養體系卻陷入多重困境：模塊化課程割裂了真實場景，教師群體在虛實交融的教學場域中舉步維艱，實驗設備與數字孿生體之間橫亙著認知鴻溝。基于此，這場變革倒逼教育者重新繪制能力譜系。然而，這并非簡單疊加編程模塊，而是要鍛造能穿透物理與比特世界的雙重透鏡，在振動傳感與機器學習之間架設思維橋梁，使年輕工程師具備在混沌系統中識別秩序、于不確定性中創造確定性的核心素養。

一、數智賦能驅動下新工科機械類應用型人才培養的必要性

（一）產業智能化轉型對復合型人才需求激增

產業智能化浪潮正重塑制造業運行范式，即從離散工序自動化向全流程自主決策系統構建轉變。這一變革對機械人才的知識結構提出了顛覆性要求。隨著智能裝備互聯體系的深度滲透，機械工程師不僅需精通傳統機械設計原理，還要具備工業物聯網架構解析、多源異構數據融合分析等跨界能力。生產體系虛實交融的技術演進，倒逼從業者形成“機械本體認知一數字空間建模\"的雙重思維模型。尤其在智能運維決策、工藝參數自優化等新興領域，亟須既能解析物理系統運行規律，又能駕馭算法模型迭代更新的復合型人才。這種多維能力集成已成為破解智能產線動態優化難題的關鍵突破口，也是支撐制造企業構建差異化競爭優勢的核心要素。

（二）數智技術與機械工程深度融合趨勢不可逆

數智技術與機械工程的融合已突破表層工具適配，驅動著學科內核的系統性重構。智能感知模塊與動態決策系統的耦合，賦予機械裝備類生物應激特性；分布式數據架構構建起產品全鏈追溯的信任閉環；嵌入式算力與執行單元的深度嵌套，催生出自組織協同的制造神經單元。這種技術聚變引發的不是線性改良，而是工程認知框架的范式躍遷：機械系統正從剛性物理實體演化為具備環境交互能力的智能有機體。當機械本體與數字孿生體形成雙重映射，固守機械本構的教學體系已難以解析虛實交互的系統語言，更遑論駕馭人機共生的智能生態。唯有打破機電分離的認知邊界，構建可動態解析\"實體一信息一能量”三元耦合的知識譜系，才能培育出真正理解智能機械系統涌現性特征的工程實踐者。

（三）傳統培養模式難以適應新工科人才結構升級

在數智化浪潮重塑制造業生態的當下，傳統機械工程教育體系正遭遇多維度的適應性危機。課程框架仍固守機械制圖、工藝設計等基礎模塊，未能將智能傳感、數字孿生等交叉學科知識融人教學體系。這種割裂式培養導致學生面對智能裝備集成調試時出現系統性認知盲區。實踐教學環節暴露出雙重滯后：物理實訓停留在傳統機床操作層面，數字空間則缺乏產線仿真、云端調試等虛實交互訓練平臺，使人才難以駕馭智能制造系統的動態耦合特性。尤為突出的是能力評價維度，仍以機械制圖精度、加工裝配速度等單一指標為核心，忽視了對數據建模、算法移植等三維協同能力的考核。這種評價導向的錯位直接導致人才供給結構與產業需求形成代際落差。當工業現場已實現全流程數據貫通時，教育系統的范式轉型滯后正在加劇\"課堂培養\"與\"車間需求\"的生態斷裂。

二、新工科機械類應用型人才培養困境

（一）傳統課程體系滯后于智能制造技術迭代

當前，機械類課程體系的結構性矛盾愈發凸顯。其知識架構仍以機械原理、加工技術等傳統模塊為主導，未能深度融入智能傳感、虛實交互、自主決策等智能制造核心技術要素。學科壁壘的存在，使得機械工程與計算機科學、控制理論等領域的交叉培養流于形式。例如，在設備狀態智能診斷、產線動態優化等復合型技術場景的教學支撐方面明顯不足；課程內容更新速度與產業技術代際更替之間存在時間差，教材迭代周期難以跟上工業互聯網、虛實融合系統等新興領域的技術演進節奏，導致學生知識體系與行業前沿需求出現錯位。這種脫節不僅制約了學生智能裝備全流程開發能力的培養，也削弱了其應對多源異構數據驅動型工程問題的創新遷移能力。

（二）師資隊伍數智化教學與實踐能力不足

機械類專業教師的知識迭代速度滯后于智能制造技術的發展。教學體系仍以傳統機電耦合原理為核心框架，教師對智能產線仿真、跨域系統交互、動態場景建模等關鍵技術模塊的認知存在斷層。課堂教學呈現出靜態化特征，多數教師習慣采用單向知識傳導與標準化實驗驗證相結合的模式，難以構建虛實聯動的沉浸式教學場景。教師群體普遍缺乏參與智能化產線改造、數字孿生系統開發等前沿工程項目的實戰經歷，致使工程案例與產業動態難以有效銜接。例如，在柔性制造單元的多目標協同優化、人機共融系統的風險預判等核心能力培養方面流于表面。這種能力短板直接制約了教學過程中技術遷移與創新思維的雙向轉化效能。

（三）虛實融合實踐平臺建設與資源整合乏力

當前，機械類實踐教學平臺在虛實系統融合方面存在明顯割裂，實體設備布局分散化與虛擬教學資源孤島化問題并存，物理操作單元與仿真訓練模塊之間缺乏動態交互與流程銜接，導致全鏈條工程實踐場景的構建受阻。在資源協同方面，校內實訓基地、企業產線資源與數字化工具未能形成有效聯動，工業機器人操作與生產管理系統訓練環節相互割裂，使學生難以理解智能制造的動態決策邏輯。平臺建設過于偏重硬件規模擴張，而系統集成開發與數據交互架構搭建滯后，如傳感網絡協同管理、跨平臺服務調用等核心能力的缺失，致使實踐教學局限于單一設備操控，無法支撐多維度系統級工程思維的培養。這種虛實脫節的現狀，直接影響了復合型工程問題解決能力的生成路徑，成為制約應用型人才創新能力提升的瓶頸。

三、數智賦能驅動下新工科機械類應用型人才培養策略

（一）構建數智化課程體系

1.整合人工智能、大數據與機械專業核心課程

機械類課程體系重構需打破傳統學科邊界，通過多維度技術融合推動知識迭代升級。以算法邏輯與信息分析為切入點，將智能感知、模式識別等前沿技術深度融入機械設計原理、自動化制造工藝等核心課程。例如，將機器學習算法嵌人機械系統設計的動態優化環節，在控制工程課程中整合實時信息流解析技術。課程開發應構建“理論互通一技術互補一應用互聯”的三層整合框架，形成算法驅動型、系統集成式的復合課程體系，著重強化智能裝備開發與工業場景適配能力。同時，建立課程內容動態調整機制，依據產業技術升級軌跡實時校準教學重點，使人才培養與智能制造生態形成共振閉環。

2.建立跨學科模塊化課程動態調整機制

院校應構建多維聯動的課程調控體系，依托跨領域專家團隊開展實時需求診斷與方案迭代。搭建“核心課程體系 + 動態選修集群”雙軌架構，通過智能模擬平臺預演不同模塊組合的教學效能譜系，形成可自主拆分的知識組件庫。實施\"錨點固化 + 邊緣活化\"策略，在夯實機械工程基礎能力框架的同時，設置開放接口式課程單元，根據產業鏈數字化升級趨勢進行周期性重構。建立教學資源配置優化反饋環，將課程內容更新機制與企業技術演化速率深度耦合，借助標準化封裝技術和敏捷開發模式，實現知識單元的動態部署與快速響應，徹底突破傳統課程體系的剛性約束。

（二）強化師資數智化能力培養

1.推行校企雙導師制聯合開發數智實訓項目

院校應構建產教協同機制，形成“技術研發與教學轉化\"的循環鏈路。校企聯合組建教學工坊，實現能力互補，即企業導師聚焦工業場景的多模態數據解析與工具鏈適配，高校教師側重教學案例的結構化重構與認知梯度設計。雙方協同開發虛實交互式實訓體系，以產線運維邏輯仿真、工藝決策模型推演等模塊為載體，通過任務鏈嵌套形成“問題溯源一方案迭代一系統驗證\"的閉環訓練路徑。建立動態更新機制，基于技術演進周期調整實訓框架，借助周期性教研復盤實現產業方法論向教學范式的滲透轉化，從而形成適應智能制造的“實踐認知一創新能力\"共生培養生態。

2.實施教師數字化教學能力認證與激勵機制

院校可構建分層次、多維度的教學能力認證框架，聚焦數字化工具深度整合與教學創新轉化兩大核心維度，設立智能制造系統開發、混合現實教學場景構建等實踐導向的認證單元。推行動態化“數字教學履歷\"追蹤機制，將教師參與產教協同研發項目、獲取國際工程教育認證等實踐成果，納人職稱普升與學科帶頭人遴選的剛性評價指標。創新激勵模式，對主持開發跨學科虛實融合教學平臺的團隊實施\"專項績效 + 資源傾斜\"雙軌激勵政策，打通教學案例開發與產業技術反哺的雙向轉化通道。依托校企共建的數字化研訓基地，開展模塊化輪訓與項目制實戰演練，重點提升教師對智能產線仿真系統、沉浸式交互教具的深度應用能力及教學轉化效能，形成“認證一實踐一迭代\"的閉環能力演進生態。

（三）打造虛實協同實踐平臺

1.建設虛擬仿真與實體設備聯動的智慧實驗室院校應依托虛實協同架構構建“仿真推演一實體驗證一迭代強化”的閉環訓練體系。底層配置數控加工中心、柔性裝配單元等實體設備集群，中臺通過高精度建模引擎構建與物理空間同步映射的虛擬孿生系統。采用“場景預演一實體執行一效能反哺”的進階訓練模式，讓學生在虛擬環境中預演參數調試、規劃加工路徑并模擬故障排除，再操控實體設備完成物理驗證；系統通過多維反饋機制優化操作方案，形成動態提升的認知閉環。植入動態感知系統實時追蹤設備工況，自適應調整訓練模塊復雜度，使機械振動、熱變形等隱性參數可視化呈現，推動學生從程式化操作向自主化決策躍遷。

2.搭建產教融合數據共享的云端實踐生態系統

在數智賦能的驅動下，產教融合云端實踐生態系統的構建應以“資源共享一場景互聯一能力迭代\"為內核，打造虛實聯動的協同育人空間。院校可依托工業級開放式協作平臺，整合企業生產場景中動態更新的工藝參數庫與設備運行模型，形成分層次、模塊化的虛擬實訓資源池。開發輕量化云原生架構的實踐系統，支持多校師生基于容器化技術與邊緣計算節點，開展跨區域智能產線遠程聯合作業、多節點協同工藝優化等沉浸式項目；同步引入自適應學習引擎，根據學生操作軌跡動態生成差異化的實踐任務鏈，強化非線性問題解決能力。為深化產教協同效應，建立校企雙向賦能的技能認證機制，將云端實踐成果轉化為可遷移的微能力認證單元，形成螺旋上升的數字化能力培養閉環。

四、結語

智能技術的深度滲透已重構機械工程教育的基礎架構。本研究構建的三維培養架構，既精準契合智能制造領域的人才能力需求，又為教育數字化轉型提供了可操作的實踐范例。課程體系的重構推動知識體系持續迭代更新，校企協同機制突破了傳統師資的能力瓶頸，虛實融合平臺開創了工程實踐的新型教學模式。這些創新實踐為工程教育改革提供了范式參考，但其實際效能仍需通過教育生態系統的持續演進得以驗證。后續研究應著力追蹤智能技術迭代對能力模型的塑造機制，打通產教數據融通壁壘，引導工程教育實現從被動適應到主動引領的范式轉變，為產業升級構建長效人才儲備體系。

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