機械工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革與實踐

黃 民， 米 潔， 王紅軍， 李啟光

(北京信息科技大學(xué) 機電工程學(xué)院，北京100192)

0 引 言

北京信息科技大學(xué)是由原北京機械工業(yè)學(xué)院和北京信息工程學(xué)院合并組成的北京市屬高校，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是學(xué)校最早設(shè)置的專業(yè)之一，具有長期的辦學(xué)歷史和經(jīng)驗。多年來立足服務(wù)首都經(jīng)濟社會發(fā)展，面向先進制造領(lǐng)域、面向企業(yè)生產(chǎn)一線，以社會需求為導(dǎo)向，以能力培育為重點，以工程技術(shù)為主線，注重知識、能力、素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展，注重為學(xué)生搭建發(fā)展平臺，在課程體系、實踐教學(xué)體系、教學(xué)模式和方法、學(xué)生課外科技創(chuàng)新及競賽等方面進行改革和探索，努力培養(yǎng)具備卓越工程師素質(zhì)和技能，既懂專業(yè)理論知識，又有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新能力、可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。逐步形成“機、電、計算機及信息技術(shù)有機融合，突出應(yīng)用型人才的工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的專業(yè)特色，2009 年評為北京市特色專業(yè)［1］。

1 以“大工程理念”為引領(lǐng)，建立多層次、全過程、全方位的實踐教學(xué)體系

圍繞學(xué)?！傲⒆惚本⒎?wù)首都，面向生產(chǎn)一線，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才”的目標定位，以“大工程理念”為引領(lǐng)，改革傳統(tǒng)實踐教學(xué)和工程教育，廣開資源、延伸時空、拓展內(nèi)涵，構(gòu)建了“一條主線、三個層次、五個平臺”的實踐教學(xué)體系，為培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程實踐與創(chuàng)新能力創(chuàng)建了一個全過程、全方位的培養(yǎng)環(huán)境。廣開資源是指充分開發(fā)和利用學(xué)校和社會的各種實踐教學(xué)資源，包括了校內(nèi)的北京市機械工程實驗教學(xué)示范中心、機械工程學(xué)科科研基地、校外的人才培養(yǎng)基地、科研合作企業(yè)、國內(nèi)國外合作辦學(xué)院校等;延伸時空是指科學(xué)延伸實踐教學(xué)的時間和空間，包括開放性實驗、第二課堂、科技創(chuàng)新、學(xué)科競賽、科學(xué)研究等課外實踐活動;拓展內(nèi)涵是指機、電、計算機、信息、管理等專業(yè)知識有機融合，注重學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，樹立嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團隊協(xié)作精神［2-3］。

①一條主線:以工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線。②三個層次:將能力培養(yǎng)分為工程基礎(chǔ)能力、專業(yè)技能與工程實踐能力、科技創(chuàng)新能力三個層次。③五個訓(xùn)練平臺:工程基本技能訓(xùn)練、專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練、專業(yè)綜合訓(xùn)練、企業(yè)工程實踐訓(xùn)練、科技創(chuàng)新訓(xùn)練五個實踐訓(xùn)練平臺。如圖1 所示。④全過程:是指實踐創(chuàng)新教育在人才培養(yǎng)全周期的延伸和覆蓋，指學(xué)生從入校開始就進入相關(guān)的實踐訓(xùn)練項目，從大一到大四不間斷地進行實踐創(chuàng)新能力訓(xùn)練。⑤全方位:硬件方面廣開資源、軟件方面形成了學(xué)生、教師、教學(xué)管理人員、學(xué)生工作人員、企業(yè)工程師多主體共同參與，學(xué)校、企業(yè)、社會聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的聯(lián)動機制。

圖1 “一條主線、三個層次、五個平臺”實踐教學(xué)體系

2 以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線、重構(gòu)面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系和培養(yǎng)方案

以培養(yǎng)學(xué)生具備“完整的知識結(jié)構(gòu)、全面的工程師素質(zhì)、較強的工程實踐與創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力”為根本宗旨，以社會需求為導(dǎo)向，以大工程理念為引領(lǐng)，以知識傳授為基礎(chǔ)，以能力培育為重點、以工程技術(shù)為主線，以提高工程實踐和動手能力、創(chuàng)新意識、團隊合作精神為核心，以激發(fā)學(xué)生興趣為切入點，重構(gòu)面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系和培養(yǎng)方案。

2.1 整合系列課程，優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)

對課程體系進行模塊化劃分，分模塊進行管理和建設(shè)，共分工程制圖、工程材料與力學(xué)、機械設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、測控技術(shù)與儀器基礎(chǔ)、現(xiàn)代設(shè)計理論方法及應(yīng)用、制造裝備設(shè)計與制造、機械傳動與控制8 個課程群模塊。進而對各模塊中的系列課程進行了優(yōu)化整合，注意專業(yè)知識的整體性和關(guān)聯(lián)性，明確課程之間的分工和銜接，避免交叉重復(fù)，凝練課程及課程內(nèi)容，以有限的課程及學(xué)時滿足日益增長的專業(yè)知識需求［4］。

將原來的“計算機輔助設(shè)計”和“有限元分析”整合為“計算機輔助設(shè)計及分析”，將“機械系統(tǒng)設(shè)計學(xué)”與“機電一體化技術(shù)”整合為“機電系統(tǒng)設(shè)計與分析”，將“優(yōu)化設(shè)計”與“可靠性與產(chǎn)品壽命預(yù)測”整合為“現(xiàn)代設(shè)計方法”，上述3 門課程輔以“產(chǎn)品建模與仿真分析”、“機械創(chuàng)新設(shè)計”，共同構(gòu)成“現(xiàn)代設(shè)計理論方法及應(yīng)用”課程群模塊。將“生產(chǎn)過程信息化技術(shù)”并入“制造裝備及自動化”，輔以“數(shù)控技術(shù)”、“數(shù)控編程”、“先進制造技術(shù)”等課程構(gòu)成“制造裝備設(shè)計與制造”課程群模塊。將原來的“計算機控制技術(shù)”、“可編程控制器及應(yīng)用”整合成“計算機控制技術(shù)及應(yīng)用”，輔以“機電傳動與控制”、“液壓傳動與控制”、“單片機應(yīng)用技術(shù)”等課程構(gòu)成“機械傳動與控制”課程群模塊。將原“測試技術(shù)”改成“測試技術(shù)與試驗方法”，優(yōu)化充實課程內(nèi)容，增加課程總學(xué)時及實驗學(xué)時，與“機械控制工程”、“傳感器及調(diào)理電路”、“虛擬儀器技術(shù)”等課程構(gòu)成“測控技術(shù)與儀器基礎(chǔ)”課程群模塊。同時，為加強學(xué)生專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，開設(shè)融合多門課程知識與內(nèi)容的綜合課程設(shè)計，包括設(shè)計綜合課程設(shè)計、制造綜合課程設(shè)計、機電綜合課程設(shè)計，每個為期兩周，如圖2 所示［5-6］。

圖2 新舊培養(yǎng)方案中相關(guān)專業(yè)課程和實踐環(huán)節(jié)設(shè)置對比分析及其與工程實踐能力培養(yǎng)匹配示意圖

此外，為了培養(yǎng)和提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)和實踐創(chuàng)新能力，在培養(yǎng)方案中増設(shè)了兩類課程，一類是寫作課，包括“調(diào)研報告和公文寫作”、“學(xué)術(shù)報告與科研論文寫作”，包含主題調(diào)研和訪問、討論與辯論、陳述與講演、閱讀和寫作等多種授課形式及內(nèi)容。另一類是自主實踐類選修課，可通過參加開放性實驗、科技創(chuàng)新和學(xué)科競賽獲得相應(yīng)學(xué)分，也可以通過自選課題或參與教師的科研項目開展科學(xué)研究，完成課題調(diào)研、設(shè)計、實驗、論證、撰寫研究報告后，獲得該學(xué)分。如圖2所示。美國高校機械類專業(yè)也很重視學(xué)生人文素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，常設(shè)有上述兩類課程［7］。

2.2 加強實踐教學(xué)，促進理論與實踐教學(xué)有機融合

加大實踐教學(xué)的比重，加強理論與實踐教學(xué)的聯(lián)系。原培養(yǎng)方案采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，理論課程與獨立實踐環(huán)節(jié)分設(shè)為兩大模塊，其缺點是二者之間的對應(yīng)性不明確、聯(lián)系不緊密。為了克服不足，密切理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機聯(lián)系，在培養(yǎng)方案的體系構(gòu)架上進行了改革，將課程按照綜合(通識)、基礎(chǔ)和專業(yè)三個層次進行分類，每個層次設(shè)置相應(yīng)的理論課以及與之配套的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使實踐教學(xué)與理論教學(xué)融為一體，進一步密切了理論知識傳授與實踐能力培養(yǎng)之間的聯(lián)系。

在課程設(shè)置上，一方面增設(shè)綜合性課程設(shè)計等綜合性獨立實踐環(huán)節(jié)，另一方面設(shè)置自主實踐類選修課，形成必修與選修互補的實踐教學(xué)課程體系。自主實踐類選修課包括開放性實驗、學(xué)科競賽、科技創(chuàng)新、大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃、本科生科學(xué)研究等，構(gòu)成了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、鼓勵學(xué)生個性發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識、豐富多彩的課外實踐創(chuàng)新訓(xùn)練平臺［8］。

在學(xué)時分配上，提高課內(nèi)實驗和獨立實踐環(huán)節(jié)的學(xué)時比例。針對實踐性較強的專業(yè)課，如計算機輔助設(shè)計及分析、產(chǎn)品建模與仿真分析、單片機應(yīng)用技術(shù)、計算機控制技術(shù)及應(yīng)用等10 余門課程，大幅增加實驗學(xué)時，使理論學(xué)時與實驗學(xué)時之比達到或接近1 ∶1，如圖2 所示。

2.3 實踐教學(xué)不斷線，將工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的全周期

實施“專業(yè)教學(xué)早進入、工程實踐早進入、科技創(chuàng)新早進入”。將專業(yè)教育和工程實踐向低年級延伸，在大一開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課、工程認知實習(xí)和實踐，增加學(xué)生的專業(yè)認知、學(xué)習(xí)興趣和動力;將創(chuàng)新訓(xùn)練向低年級延伸，吸引一、二年級同學(xué)參加科技創(chuàng)新及學(xué)科競賽;將畢業(yè)設(shè)計選題提前，結(jié)合科研項目的選題提前到第7 學(xué)期初，與科技創(chuàng)新及競賽相結(jié)合的選題則提前到大三甚至大二啟動，形成工程設(shè)計過程的長效機制，可盡早培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生綜合運用專業(yè)知識的能力、激發(fā)其對新課程、新知識學(xué)習(xí)的興趣和目的性，提高了畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。重構(gòu)的培養(yǎng)方案實現(xiàn)了工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)四年不斷線、學(xué)做結(jié)合的系統(tǒng)化全周期訓(xùn)練［8］。

3 突出工程應(yīng)用，深化實踐教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)及方法改革

3.1 以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，加強實踐環(huán)節(jié)的工程化建設(shè)

不斷強化實踐教學(xué)項目的工程性、實用性和綜合性。邀請企業(yè)人員共同設(shè)計開發(fā)和更新實驗教學(xué)內(nèi)容，強化綜合課程設(shè)計的工程應(yīng)用背景，追求貼近工程實際的模擬實驗系統(tǒng)和實踐教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生能在接近真實的環(huán)境下進行實踐與創(chuàng)新活動，切實提高學(xué)生的工程實踐能力［9-10］。

3.2 以實踐動手能力培養(yǎng)為核心，開展實物型、競賽型以及團隊形式的畢業(yè)設(shè)計

在選題上，強調(diào)實踐性和工程性，鼓勵選題與課外科技創(chuàng)新及競賽活動、與教師的科研項目相結(jié)合，大多數(shù)選題均來源于工程實際。在設(shè)計內(nèi)容及成果形式上，力求設(shè)計內(nèi)容具體、貼近工程實際，提倡小而精，鼓勵自主設(shè)計、大膽創(chuàng)新;鼓勵實物型畢業(yè)設(shè)計，每年約20%的學(xué)生在專項資金資助下開展實物型畢業(yè)設(shè)計。在組織形式上，探索跨專業(yè)團隊形式的綜合畢業(yè)設(shè)計、與課外科技創(chuàng)新及競賽相結(jié)合形式的畢業(yè)設(shè)計，團隊學(xué)生既明確分工又密切合作，教師聯(lián)合指導(dǎo)，發(fā)揮各自專業(yè)特長，拓展了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了團隊協(xié)作和組織溝通能力［11-12］。

3.3 以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為宗旨，廣泛開展學(xué)生科技創(chuàng)新活動，形成長效機制

建立激勵大學(xué)生參加科技創(chuàng)新的長效機制，如定期組織科技講座、設(shè)立每周一次的教授教師接待日、制定“創(chuàng)新實踐學(xué)分”激勵政策和科技創(chuàng)新活動年度獎勵制度、設(shè)立專項經(jīng)費支持大學(xué)生開展科技創(chuàng)新及競賽、支持教師開設(shè)開放性實驗等，搭建起創(chuàng)新實踐平臺，營造了創(chuàng)新氛圍。通過創(chuàng)新教育制度化、常態(tài)化，使創(chuàng)新成為大學(xué)生的日常行為和思維習(xí)慣，提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。目前，校內(nèi)設(shè)有機械創(chuàng)新設(shè)計、機器人應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計、汽車應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計等學(xué)科競賽，并定期參加RoboCup 機器人世界杯、首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽等［13］。本專業(yè)六成以上的學(xué)生參加過課外科技創(chuàng)新競賽活動，實踐創(chuàng)新能力顯著提升，榮獲包括3 屆RoboCup 中型組足球機器人世界冠軍在內(nèi)的多項大獎，成績突出，受到社會和教育界同行的廣泛關(guān)注，中央電視臺、光明日報、北京晚報等多家媒體進行了直播、采訪和深度報道。

充分利用實驗教學(xué)資源和政策條件，創(chuàng)建了機械創(chuàng)新設(shè)計、機器人應(yīng)用技術(shù)、汽車應(yīng)用技術(shù)、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計等大學(xué)生實踐創(chuàng)新基地，組建跨專業(yè)、跨學(xué)院常設(shè)大學(xué)生科技創(chuàng)新團隊6 支，如:機器人足球隊(Water 隊)、節(jié)能車團隊(捷能車隊)、無人機團隊均有幾十名隊員，他們來自多個學(xué)院，科技創(chuàng)新增進了不同專業(yè)師生之間的交流合作，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。

3.4 以激發(fā)興趣為切入點，探索學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動實踐的有效培養(yǎng)途徑

以“激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動實踐的積極性，鼓勵學(xué)生全面發(fā)展和個性發(fā)展”為宗旨，秉持育人與育才并重，培養(yǎng)學(xué)生的主體意識、創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神，形成了激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動實踐、自主學(xué)習(xí)的實踐教學(xué)模式。

遵循“學(xué)以致用、鼓勵實踐、由易到難”的原則，開放優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)資源，以項目任務(wù)為牽引，激發(fā)、調(diào)動學(xué)生的興趣和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生主動實踐、自主學(xué)習(xí)。支持優(yōu)勢特色的科技創(chuàng)新項目和團隊可持續(xù)發(fā)展，激勵學(xué)生實踐創(chuàng)新的主觀能動性，探索并形成了主動實踐、自主管理、角色管理、朋輩學(xué)習(xí)的自主式學(xué)習(xí)實踐和團隊協(xié)作機制。

3.5 以科研促教學(xué)，注重科研成果向?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容的有效轉(zhuǎn)化

充分利用我校在機械工程學(xué)科及科研方面的優(yōu)勢，將機械工程北京市重點建設(shè)學(xué)科、機械電子工程北京市重點學(xué)科、現(xiàn)代測控技術(shù)教育部重點實驗室、機電系統(tǒng)測控北京市重點實驗室等學(xué)科科研基地的建設(shè)與本專業(yè)及實驗室的建設(shè)密切結(jié)合起來。通過優(yōu)質(zhì)資源共享和開發(fā)利用，充實本科生實踐教學(xué)，為本科生的課程實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、課外科技創(chuàng)新競賽提供更加豐富、優(yōu)越的設(shè)備資源和實驗條件。注重科研成果向?qū)嶒灲虒W(xué)內(nèi)容的有效轉(zhuǎn)化，自主研發(fā)實驗教學(xué)設(shè)備30 余種，提高了本科實驗教學(xué)設(shè)備水平和實驗教學(xué)質(zhì)量。

堅持產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，充實實踐教學(xué)。同北京京城機電控股有限公司、北京京儀集團等多家企業(yè)建立了穩(wěn)定的科研合作關(guān)系，部分畢業(yè)設(shè)計選題源自與企業(yè)的合作項目，學(xué)生參與到企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)改造升級、新產(chǎn)品研制中。真刀真槍的工程鍛煉，大幅提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，有效地縮短了就業(yè)適應(yīng)期，提高了就業(yè)競爭力。

3.6 廣開資源，加強校外人才培養(yǎng)基地建設(shè)

廣開社會和企業(yè)資源，加強校外人才培養(yǎng)基地建設(shè)，已建成了京城機電控股、長春一汽、北汽福田等10余個穩(wěn)定的校外人才培養(yǎng)基地，其中京城控機電控股為北京市級校外人才培養(yǎng)基地。組建成立了機械類專業(yè)企業(yè)界顧問委員會，聘請了首都機械行業(yè)知名企業(yè)及科研院所的12 位專家，每年定期召開會議，加強學(xué)校與企業(yè)界用人單位之間的聯(lián)系，一方面邀請企業(yè)界專家參與指導(dǎo)學(xué)校人才培養(yǎng)方案的制定、校內(nèi)實踐基地建設(shè)、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計等;另一方面派送我校的學(xué)生和教師去這些企業(yè)進行工程實踐及培訓(xùn)，提高實踐動手能力及工程應(yīng)用能力。通過這一平臺使我校機械類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)更好地適應(yīng)和滿足首都企業(yè)界未來工作崗位的客觀需求［14］。

4 加強機械基礎(chǔ)課程群的建設(shè)與教學(xué)改革，夯實專業(yè)基礎(chǔ)、打造精品課程

機械基礎(chǔ)課程群主要包括工程制圖、工程材料與力學(xué)、機械設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)等課程模塊，是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的基石，因此著力開展機械基礎(chǔ)課程群的建設(shè)和教學(xué)改革，對于保證人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。通過不斷建設(shè)，“機械原理”、“工程制圖”、“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”先后被評為北京市精品課程，課程負責(zé)人均被評為北京市教學(xué)名師，機械設(shè)計、工程圖學(xué)教學(xué)團隊分別于被評為北京市優(yōu)秀教學(xué)團隊。建立了精品課程網(wǎng)站，構(gòu)建了系統(tǒng)完整的機械基礎(chǔ)課實踐教學(xué)體系，通過認知實踐、拆裝測繪實踐、課程實驗、開放性實驗、課程設(shè)計、綜合課程設(shè)計、課外科技創(chuàng)新活動等多層次、系統(tǒng)化的培養(yǎng)和訓(xùn)練，夯實專業(yè)基礎(chǔ)、培養(yǎng)提高學(xué)生的基本技能和創(chuàng)新意識。同時，注重基礎(chǔ)課教材建設(shè)，先后出版基礎(chǔ)課教材及參考書40 余部，其中《機械設(shè)計基礎(chǔ)》、《工程制圖》、《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、《機械制圖與計算機繪圖》被評為北京市精品教材，多部教材入選國家規(guī)劃教材，部分教材被中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘇州大學(xué)等30 多所高校采用。精品課程的建設(shè)與改革對本專業(yè)其他課程的建設(shè)起到了良好的示范和引領(lǐng)作用［15］。

5 結(jié) 語

綜上所述，我校在機械設(shè)計制造及其自動化特色專業(yè)建設(shè)、應(yīng)用型人才工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面取得了一些成效和經(jīng)驗?；诖蠊こ汤砟睿詫嵺`創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，重構(gòu)了面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系和培養(yǎng)方案，構(gòu)建了面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)功能集約、資源共享、開放充分的實踐教學(xué)系統(tǒng);以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，深化實踐教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)及方法改革，注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機融合，革新畢業(yè)設(shè)計模式，加強校外人才培養(yǎng)基地建設(shè);以激發(fā)興趣為切入點，探索學(xué)生自主學(xué)習(xí)實踐的有效培養(yǎng)途徑，大力開展學(xué)生課外科技創(chuàng)新及競賽活動;延伸了實踐創(chuàng)新教育的時間和空間，使應(yīng)用型人才培養(yǎng)在辦學(xué)的外延和內(nèi)涵建設(shè)中得到全面落實，特色專業(yè)建設(shè)成效顯著，學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力大幅提升。

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