新工科背景下機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐

喬國朝 張爭(zhēng)艷 張建輝 谷美林 趙帆

摘 ?要：在教育部大力推行新工科建設(shè)的背景下，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)模式和教學(xué)方法進(jìn)行了改革，提出了“一線三段”的人才培養(yǎng)模式，重組了課程體系，加強(qiáng)了對(duì)人才創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，通過“高工進(jìn)課堂”、“虛實(shí)混合沉浸式教學(xué)”和“項(xiàng)目導(dǎo)向創(chuàng)意作品實(shí)踐化”三種手段，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化了知識(shí)的行業(yè)背景，提高了學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。新的人才培養(yǎng)模式在河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院試行后，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：新工科;人才培養(yǎng)模式;虛實(shí)混合;項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類號(hào)：C961 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2020）21-0085-04

Abstract： Under the background of the construction of emerging engineering promoted by the Ministry of Education， the traditional training mode and teaching methods of mechanical engineering have been reformed， and the "one-line and three-stage" talent training model has been proposed. The courses system has been reorganized and the awareness of innovation and the practical ability have been strengthened. Through the "enterprise expert into the classroom"， "virtual-realitymixed immersion teaching" and "project-oriented creative products practiced" three means， stimulated students' interest in learning， deepen the knowledge of the industry background， improved students' ability of innovation and practice. The new training model achieved good results after the implementation of the Mechanical Engineering Institute of Hebei University of Technology.

Keywords： emerging engineering; training mode; virtual-realitymixed; project teaching

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”、智能制造、深度學(xué)習(xí)等新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展起來，新興產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使得高校的人才培養(yǎng)與社會(huì)新興產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重脫節(jié)，許多新領(lǐng)域甚至出現(xiàn)了“技術(shù)無人區(qū)”[1-3]。這就迫使高等教育必須進(jìn)行改革，調(diào)整教育理念、改革人才培養(yǎng)模式、調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新教學(xué)方法。自2017年2月以來，教育部先后出臺(tái)了“復(fù)旦共識(shí)”，“天大行動(dòng)”和“北京指南”，為新工科的建設(shè)吹響了號(hào)角[4-6]。各種指導(dǎo)文件均指出新工科并不單單指建設(shè)新的工科專業(yè)，還包括對(duì)傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造升級(jí)，重點(diǎn)加強(qiáng)人才的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使工科教育與社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)，與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合。

河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院積極影響國家建設(shè)新工科的號(hào)召，一方面積極申報(bào)并獲批了智能制造專業(yè)，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)模式、課程體系和教學(xué)方法進(jìn)行全方位的改革。

一、機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革

新工科建設(shè)把創(chuàng)新和實(shí)踐提升到了前所未有的高度，要求新建設(shè)的工科專業(yè)和傳統(tǒng)工科專業(yè)交叉融合，面向未來的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)與當(dāng)?shù)氐男袠I(yè)產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，主動(dòng)對(duì)接地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，深化產(chǎn)教融合、校企合作，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)扎實(shí)、行業(yè)背景深厚、動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)、適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的復(fù)合型工程技術(shù)人才。

河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)綜合自身優(yōu)勢(shì)，積極優(yōu)化教育、教學(xué)資源，深入探索新的人才培養(yǎng)體系，以服務(wù)于京津冀一體化的區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型技術(shù)人才為目標(biāo)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了“一線三段”人才培養(yǎng)模式[7]，形成了“理論、實(shí)踐和創(chuàng)新三位一體”的人才培養(yǎng)體系。如圖1所示。

該體系在人才培養(yǎng)目標(biāo)制定過程中積極咨詢行業(yè)專家和企業(yè)精英的意見，緊密跟隨社會(huì)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展需求，重點(diǎn)關(guān)注京津冀地區(qū)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，確定了以培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才為目標(biāo);構(gòu)建了基礎(chǔ)理論及通識(shí)教育、專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)綜合課程教育三個(gè)課程體系;同時(shí)搭建了五個(gè)與理論課程相銜接的實(shí)踐平臺(tái)：基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)、專業(yè)技能訓(xùn)練平臺(tái)、工程技能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、工程實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)、科技創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

在整個(gè)人才培養(yǎng)過程中，始終堅(jiān)持以創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主線，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，通過構(gòu)建三個(gè)課程體系和五個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，努力為學(xué)生營造一個(gè)寬松的育人環(huán)境，使學(xué)生通過開放式、創(chuàng)新研究性學(xué)習(xí)方式、面向工程項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑、具備專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用能力，能從事機(jī)械工程領(lǐng)域復(fù)雜智能化裝備的設(shè)計(jì)、制造、研發(fā)等方面工作的綜合型創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

二、機(jī)械專業(yè)課程體系建設(shè)

傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)課程體系偏重于基礎(chǔ)理論教學(xué)，學(xué)生從一入學(xué)就開始學(xué)習(xí)機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，許多學(xué)校除了金工實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)之外幾乎就沒有真正的實(shí)踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生從一開始就鉆到深?yuàn)W的理論知識(shí)海洋里，滿眼看到的是原理，滿耳聽到的是方法，而根本不知道這些知識(shí)到底是什么，有什么用，如何去使用，更有甚者直到大學(xué)畢業(yè)都不知道機(jī)械學(xué)科是什么。為了改善這種現(xiàn)狀，河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)立足行業(yè)發(fā)展前沿，面向人才培養(yǎng)的社會(huì)需求，在“三位一體”人才培養(yǎng)體系的基礎(chǔ)上構(gòu)建了“3+1”課程群，如圖2所示。構(gòu)建了“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)”、“機(jī)械裝備制造”和“機(jī)械自動(dòng)化”三個(gè)專業(yè)課程群，并依托京津冀地區(qū)的企業(yè)需要和行業(yè)發(fā)展專門增開了“專業(yè)拓展課程群”，全方位地培養(yǎng)務(wù)實(shí)、創(chuàng)新、開拓性人才。

“3+1”課程群以培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型技術(shù)人才為主線，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為開拓學(xué)生的視野，增設(shè)專業(yè)導(dǎo)航課、行業(yè)前沿課、區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展講座等講座式課程，聘請(qǐng)專家教授、企業(yè)高工等，講授當(dāng)前本專業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)，充實(shí)、調(diào)整專業(yè)實(shí)踐課的教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，使學(xué)生對(duì)自己的專業(yè)有充分的了解，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，熱愛自己所學(xué)專業(yè)、變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，盡早完善自己的職業(yè)規(guī)劃。在教學(xué)過程中，使學(xué)生有目標(biāo)有動(dòng)力，老師有干勁有成效，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)，相互促進(jìn)，提高教育教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)機(jī)械專業(yè)人才的需求。

三、機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)方法改革

除了對(duì)人才培養(yǎng)模式和課程體系進(jìn)行改革之外，在具體的課程教學(xué)方法上也進(jìn)行了重大改進(jìn)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、開闊眼界、重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力為改革的出發(fā)點(diǎn)，具體的實(shí)施措施主要包括：校企聯(lián)合高工進(jìn)課程、虛實(shí)混合立體化教學(xué)、創(chuàng)意作品創(chuàng)新實(shí)踐化等手段。

（一）校企聯(lián)合高工進(jìn)課程

新工科要求人才培養(yǎng)緊隨行業(yè)的發(fā)展變化，服務(wù)于社會(huì)產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，定位行業(yè)需求培養(yǎng)綜合型技能型專業(yè)人才。傳統(tǒng)的工科教育逐漸與社會(huì)脫節(jié)，在人才培養(yǎng)過程中重理論、輕實(shí)踐，導(dǎo)致人才就業(yè)難，而企業(yè)急需人才卻無人能用的惡性循環(huán)。

在新的人才培養(yǎng)模式下，高等教育的教學(xué)過程和企業(yè)緊密相連，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，邀請(qǐng)企業(yè)高工和行業(yè)精英進(jìn)入課堂，給學(xué)生講述行業(yè)的發(fā)展、企業(yè)的需求、企業(yè)項(xiàng)目的實(shí)施流程以及專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用技巧等內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)有更深的認(rèn)識(shí)，深化行業(yè)的知識(shí)背景。

河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)在授課的過程中就多次邀請(qǐng)了保定向陽航空精密機(jī)械有限公司高級(jí)工程師進(jìn)入課堂進(jìn)行授課，圖3為企業(yè)高工給學(xué)生講解組合夾具的使用技巧的授課現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)踐證明該環(huán)節(jié)能使學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣空前高漲。

企業(yè)精英除了參與親身授課之外，還參與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案的制定，和學(xué)校一起聯(lián)合搭建實(shí)踐平臺(tái)。校企聯(lián)合的教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，增強(qiáng)了行業(yè)背景知識(shí)。

（二）虛實(shí)混合教學(xué)立體化

傳統(tǒng)的教學(xué)過程過于偏重“講”和“聽”，面對(duì)枯燥的原理、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，學(xué)生感覺聽著困、學(xué)著難，逐漸形成了上課睡覺成風(fēng)的教學(xué)常態(tài)。教學(xué)方法改革的一個(gè)重要任就是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的逐漸成熟，VR技術(shù)也已經(jīng)開始在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[8-9]。VR技術(shù)具有高度的真實(shí)感和沉浸感，趣味性濃，開放性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生可以充分調(diào)動(dòng)“眼”、“耳”、“口”、“手”、“腦”等多個(gè)器官參與學(xué)習(xí)和體驗(yàn)。通過構(gòu)建虛實(shí)混合立體化教室，把VR技術(shù)引入課程教學(xué)中，使學(xué)生能夠隨時(shí)觀察結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)知識(shí)的掌握程度。VR技術(shù)允許學(xué)生自由發(fā)揮、自由創(chuàng)造而無需擔(dān)心成本和安全問題，解放學(xué)生的創(chuàng)作天性、激發(fā)創(chuàng)作靈感，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)課程已經(jīng)成功地把VR技術(shù)引入課堂，搭建了組合夾具虛擬拆裝實(shí)踐平臺(tái)，見圖4，和機(jī)械加工綜合實(shí)踐VR工廠，見圖5。在教學(xué)實(shí)踐中受到了學(xué)生的一致好評(píng)。

（三）創(chuàng)意作品創(chuàng)新實(shí)踐化

為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力，在教學(xué)的過程中提出了項(xiàng)目導(dǎo)向、自由開發(fā)的實(shí)踐教學(xué)方法。河北工業(yè)大學(xué)搭建了綜合實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，該平臺(tái)由仿真模塊、加工模塊和PLC模塊組成。仿真模塊可以實(shí)現(xiàn)三維造型、車、銑、鉆、磨等常用加工方法的虛擬加工仿真，以確保后續(xù)實(shí)車加工過程的安全;加工模塊主要包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心、激光切割機(jī)、激光雕刻機(jī)、線切割等加工機(jī)床，保證學(xué)生設(shè)計(jì)的零件能夠被順利加工出來;PLC模塊主要包括PLC控制器、伺服/步進(jìn)電機(jī)、氣缸、絲杠、導(dǎo)軌、傳感器、各種連接件等。

教學(xué)過程中，由老師指定項(xiàng)目或?qū)W生的自主創(chuàng)意作為實(shí)踐內(nèi)容，在學(xué)校建設(shè)的綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、零件加工、傳動(dòng)連接、PLC編程、運(yùn)動(dòng)調(diào)試等內(nèi)容，最終形成自己獨(dú)特的創(chuàng)意作品。依據(jù)作品的創(chuàng)新性、完整性、復(fù)雜程度等指標(biāo)進(jìn)行考評(píng)，給出最終成績(jī)。該實(shí)踐平臺(tái)使用以來，極大地提高了教學(xué)的趣味性和科學(xué)性，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，真正達(dá)到了廢寢忘食的地步。目前這種教學(xué)模式已經(jīng)向本校的其他專業(yè)推廣，并逐步向其他兄弟院校推廣。

四、結(jié)束語

在教育部建設(shè)新工科的指引下，河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)模式、課程體系和教學(xué)方法進(jìn)行了深入改革，全面注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和實(shí)踐能力的提升，提出了“一線三段”的人才培養(yǎng)模式，重組課程體系，加強(qiáng)了對(duì)人才創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學(xué)過程中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、項(xiàng)目式教學(xué)等先進(jìn)的教學(xué)方法，加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，使人才培養(yǎng)緊隨行業(yè)的發(fā)展需求，真正做到了為社會(huì)培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)，能解決復(fù)雜工程問題的優(yōu)秀綜合型人才的目標(biāo)。

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