面向新工科的“重型機械”工程專業(yè)建設(shè)的探索與實踐

馬立峰 朱艷春 高有山

（太原科技大學(xué)機械工程學(xué)院 山西·太原 030024）

0 前言

我國經(jīng)濟發(fā)展正在進入結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級的攻堅期，新舊增長動能正在轉(zhuǎn)換創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，“一帶一路”“中國制造2025”等一系列重大戰(zhàn)略正在深入實施，以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，需建立更多樣化和個性化的工程教育培養(yǎng)模式，工程科技人員應(yīng)具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力。國家對高素質(zhì)人才的需求使高等教育面臨重大挑戰(zhàn)，國家就高等教育發(fā)展制定了“堅持以本為本，推進四個回歸”、中國“金課”、“新工科”建設(shè)等一系列政策方針，如何培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的高素質(zhì)人才是高等學(xué)校面臨的重要任務(wù)。陳寶生部長認(rèn)為“教育是事關(guān)國家發(fā)展和民族未來的千秋基業(yè)”，“除了創(chuàng)新，教育無路可走，除了改革，教育無路可走”，而“高等教育是國家綜合實力和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志”。由高等教育司司長吳巖主編的《高等教育強國夢——中國高等教育區(qū)域發(fā)展新論》《構(gòu)建中國特色高等教育質(zhì)量保障體系》《國際高等教育質(zhì)量保障體系新視野》等是我國高等教育改革與發(fā)展、高等教育質(zhì)量保障體系等領(lǐng)域的重要文獻。吳巖司長提到“新工科是高等工程教育的未來”，“以新工科建設(shè)領(lǐng)跑高等教育變革”，中國高等教育的地位正從“基礎(chǔ)支撐”向“可持續(xù)發(fā)展的最大紅利和牽引動力”轉(zhuǎn)變，從“大眾化階段”向“每個人職業(yè)生涯的基礎(chǔ)教育”轉(zhuǎn)變，從“相對單一”的類型結(jié)構(gòu)向“多樣化”轉(zhuǎn)變，要在世界舞臺、國際坐標(biāo)和全球格局中謀劃發(fā)展與改革，參與競爭與治理。這是我們高等教育院校專業(yè)建設(shè)和改革要面臨的挑戰(zhàn)，也是我們要探索和實踐的方向。太原科技大學(xué)機械工程學(xué)院作為山西省重型機械領(lǐng)域人才培養(yǎng)的重要基地，如何應(yīng)積極對這些挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)實踐和推廣是我們必須思考的問題。

1 面向新工科的“重型機械”工程專業(yè)建設(shè)

1.1 現(xiàn)有條件和不足以及改革探索的方向

太原科技大學(xué)機械工程學(xué)院現(xiàn)有機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程、工業(yè)設(shè)計4個本科專業(yè)。其中，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)為“國家管理的專業(yè)點”、“國家高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點”、山西省首批“本科品牌專業(yè)”、山西省優(yōu)勢專業(yè)，該專業(yè)于2011年通過國際工程教育專業(yè)認(rèn)證，是山西普通本科院校中第一個通過認(rèn)證的機械類專業(yè)。學(xué)院現(xiàn)有省教學(xué)名師5人，2個省優(yōu)秀本科教學(xué)團隊，編寫了12部國家級和省部級教材，且承擔(dān)了多項省部級教學(xué)科研項目。在取得一定成果的同時，也應(yīng)充分認(rèn)識到自身的不足。作為重型機械人才培養(yǎng)的搖籃，發(fā)揚傳統(tǒng)優(yōu)勢的同時更需要對接前沿知識，更新教學(xué)體系、教學(xué)法，培養(yǎng)新時期的新型重型機械人才。

以開展新工科項目和工程專業(yè)認(rèn)證推進工作以及山西省“1331”工程重點學(xué)科建設(shè)為契機，根據(jù)現(xiàn)有資源和實際情況，為打造具有鮮明“重型機械專業(yè)特色”的新工科，構(gòu)建服務(wù)于實驗教學(xué)和具有新工科理念的政策、人事制度等完善的保障機制，形成以能力培養(yǎng)為主線，以服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)為核心的多層次、多模塊、互相關(guān)聯(lián)的新型教學(xué)體系。從明確人才培養(yǎng)目標(biāo)、改變?nèi)瞬排囵B(yǎng)模式、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量等多方面入手開展教學(xué)改革創(chuàng)新，“以學(xué)生為中心”進行學(xué)科和專業(yè)的一體化建設(shè)。期望通過組建教育教學(xué)改革團隊及教材建設(shè)團隊，成立虛擬仿真實驗室，開展新工科學(xué)科群建設(shè)，積極組織學(xué)生參加學(xué)科競賽等一系列措施的實施，讓專業(yè)建設(shè)的整體發(fā)展更上一層樓，能夠在人才培養(yǎng)質(zhì)量上有一個質(zhì)的提升。

1.2 創(chuàng)新改革的探索與實踐

課程是教育最微觀問題，但解決是教育最根本問題，課程是體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為中心”理念的“最后一公里”。處于大學(xué)縱向結(jié)構(gòu)底部的基層教學(xué)組織成為遵循新標(biāo)準(zhǔn)、踐行新要求和提高教學(xué)質(zhì)量的重要依托。因此，課程的創(chuàng)新改革勢在必行。針對新工科對“重型機械”工程專業(yè)人才質(zhì)量需求，開展以“學(xué)生為中心”的傳統(tǒng)工科升級的新工科建設(shè)項目，“重型機械裝備智能化方向”學(xué)科群的建設(shè)，教學(xué)改革以點帶面的全面推進，立體教材的全方位改革，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺和虛擬仿真實訓(xùn)平臺的搭建，以及高效的組織管理模式建立等一系列舉措，實現(xiàn)人才培養(yǎng)模式的先進化，發(fā)揮傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢的同時，全新定位重型機械裝備新型人才培養(yǎng)，為社會為國家培養(yǎng)出適合時代技術(shù)發(fā)展的高水平綜合人才。

1.2.1 建立一支致力于提高專業(yè)整體教學(xué)質(zhì)量的教育教學(xué)改革團隊

借助互聯(lián)網(wǎng)資源，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共建共享，精準(zhǔn)滿足學(xué)生移動學(xué)習(xí)需求，探索線上與線下相結(jié)合、課堂內(nèi)外相延展的混合式教學(xué)模式；創(chuàng)新課堂教學(xué)組織方式，推進項目式、探究式、案例式等教學(xué)方法改革，營造生動豐富的教學(xué)情境，師生課堂上交互研討、反思和實踐，推動課堂從封閉走向開放，轉(zhuǎn)型為教與學(xué)的動態(tài)交互場域，推動課堂教學(xué)活動更加生動高效。尊重學(xué)生個性與差異，引導(dǎo)營造自主學(xué)習(xí)的環(huán)境氛圍，轉(zhuǎn)變教學(xué)評價理念，從以教為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為中心，真正將學(xué)生作為教學(xué)過程的主體。促進評價主體多元化，推動評估手段從經(jīng)驗與試卷邁向數(shù)字化，全面精確記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的行為、態(tài)度和實踐，達到從注重學(xué)科知識成績轉(zhuǎn)向綜合素質(zhì)的發(fā)展性評價。

1.2.2 打造重型機械裝備在智能化領(lǐng)域方向的高水平專業(yè)特色教材

針對重型裝備企業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型以及對工藝、裝備、控制學(xué)科交叉知識綜合運用的需求，通過整合組建高水平的教材編寫隊伍，鼓勵教學(xué)名師、高水平專家主編或參加教材編寫工作；根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國家重點發(fā)展領(lǐng)域的需要，組織開發(fā)編寫一批介紹新技術(shù)、新學(xué)科的教材，如交叉學(xué)科、整合課程，特別是重型機械裝備在智能化領(lǐng)域方向的高水平的專業(yè)化特色教材；通過修訂傳統(tǒng)經(jīng)典教材，增加體現(xiàn)先進性、工程性、實踐性的新工科思想的內(nèi)容，使其煥發(fā)新的活力，進而打造了一批重型機械裝備智能化領(lǐng)域的專業(yè)化、新形態(tài)教材。

1.2.3 搭建特色新穎的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺及實踐創(chuàng)新平臺

（1）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)條件建設(shè)?；凇皣壹墝嶒灲虒W(xué)示范中心”平臺，統(tǒng)籌基礎(chǔ)教學(xué)實驗室、科研實驗室、機器人實驗室、虛擬仿真實驗室建設(shè)，成立大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中心、機械眾創(chuàng)空間工作室。組建New Maker機器人、萬里車隊、設(shè)計與成圖、領(lǐng)創(chuàng)設(shè)計、智能起重機、工業(yè)設(shè)計產(chǎn)品創(chuàng)新工作室，近3年培訓(xùn)學(xué)生2600余人次，參賽作品300余件，共獲國家級獎項120余項，省級獎項140余項。同時，本著“優(yōu)勢互補、資源共享、互惠共贏”的原則，與多個企業(yè)單位建立產(chǎn)學(xué)研合作。

（2）實踐條件建設(shè)。增加實驗設(shè)備的購置力度，改造舊實驗設(shè)備。近三年，學(xué)院新增實驗設(shè)備60余套。學(xué)院積極籌建機器人工程專業(yè)的教學(xué)及科研實驗室，投資303萬元采購了“太原科技大學(xué)機器人自動化生產(chǎn)線”，已進入試運行階段；學(xué)校投資300余萬元對原有工程訓(xùn)練中心進行了改造，在專業(yè)老師的帶領(lǐng)下自主開發(fā)了基于三維形態(tài)掃描的打磨機器人平臺、焊接機器人平臺、基于視覺環(huán)境感知的機器人分選、碼垛、搬運平臺等，并搭建了智能化物流輸送生產(chǎn)線，可為機器人專業(yè)本科教學(xué)提供支撐。針對重型機械裝備實踐拆解認(rèn)知困難，加強虛擬仿真金課建設(shè)，承擔(dān)由高等學(xué)校國家級實驗教學(xué)示范中心的示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目，已在“高等學(xué)校機械工程學(xué)科虛擬仿真實驗教學(xué)共享平臺”發(fā)布應(yīng)用。2019年投入319萬元建設(shè)了機械學(xué)科虛擬仿真實驗中心，打造了虛擬現(xiàn)實綜合實驗平臺、虛擬仿真實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺以及虛擬仿真研發(fā)平臺為核心的虛擬仿真實驗教學(xué)體系。

1.2.4 建設(shè)典型創(chuàng)新“重型機械裝備智能化專業(yè)群”人才培養(yǎng)方案

圍繞專業(yè)群人才培養(yǎng)目標(biāo)，重新制定體現(xiàn)跨專業(yè)、交叉融合專業(yè)集群特點的，有行業(yè)專家直接參與指導(dǎo)的，符合行業(yè)發(fā)展需求的人才培養(yǎng)方案；重新設(shè)計構(gòu)建合理的課程體系，修訂完善課程內(nèi)容。本著“工程教育”的思想和“服務(wù)企業(yè)”的理念，在日常的教學(xué)活動中，要求專業(yè)教師提高個人的工程實踐能力，講授相關(guān)工程設(shè)計方法。并制定相關(guān)管理制度，引導(dǎo)并鼓勵教師指導(dǎo)學(xué)生參加各種創(chuàng)新競賽，利用競賽促進學(xué)生的工程實踐能力。近年來，先后組織學(xué)生參與了“徐工杯”節(jié)能環(huán)保大賽、國際工程機械及專用車輛創(chuàng)意設(shè)計大賽、全國起重機創(chuàng)意設(shè)計大賽等專業(yè)性比賽。學(xué)生自主組隊和教師組隊相結(jié)合，按照大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃要求對賽事項目進行日常管理。實施校企雙導(dǎo)師制，利用產(chǎn)教融合協(xié)同育人基地，使學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文環(huán)節(jié)深入企業(yè)，在實際研究生產(chǎn)中，增長見識，提高自我，成為能夠服務(wù)新時代裝備制造業(yè)的有用之才。

1.3 變革與創(chuàng)新成果及應(yīng)用推廣

以推動高質(zhì)量發(fā)展為主題，以改革創(chuàng)新為根本動力，要精準(zhǔn)把握高等教育大勢——識變、應(yīng)變、求變，而“創(chuàng)新”是最關(guān)鍵、最核心、最動人的要義，中國高等教育也唯有創(chuàng)新，才能以變應(yīng)變，才能實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。因此，太原科技大學(xué)機械工程學(xué)院將變革與創(chuàng)新融入教學(xué)改革、教材建設(shè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺及虛擬仿真實訓(xùn)平臺的建設(shè)中，并在教學(xué)中進行了推廣，取得了一系列成果，得到了學(xué)生和專家的認(rèn)可。

1.3.1 教學(xué)改革模式、教學(xué)措施得到認(rèn)可

2017年和2019年獲得省級教學(xué)成果獎特等獎3項、省級教學(xué)成果獎一等獎1項，二等獎3項；2019年學(xué)院獲全國先進教育集體，機自專業(yè)獲批國家一流專業(yè)，機電獲批省一流專業(yè)；2020年車輛和工業(yè)設(shè)計獲批省一流專業(yè)；2020年車輛工程專業(yè)通過專業(yè)認(rèn)證，至此，機自、機電、車輛專業(yè)均通過了專業(yè)認(rèn)證。認(rèn)證專家評價為：該專業(yè)重型機械行業(yè)特色鮮明，培養(yǎng)目標(biāo)定位準(zhǔn)確，課程體系設(shè)置合理，畢業(yè)生專業(yè)素養(yǎng)強、就業(yè)率高。徐工、衛(wèi)華等行業(yè)知名企業(yè)，對畢業(yè)生的基礎(chǔ)能力、團隊協(xié)作、動手能力都給予了高度評價。

1.3.2 打造專業(yè)配套教材及專著，提升學(xué)生專業(yè)品質(zhì)

2019年至今，鼓勵專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)教研室細(xì)化、打磨學(xué)生用教材，根據(jù)專業(yè)特色及社會需求，打造了一套能匹配專業(yè)教學(xué)、顯著提升學(xué)生專業(yè)品質(zhì)的教材及專著。在此基礎(chǔ)上，2020年組織申報并獲批了山西省高等學(xué)校精品共享課程4項。課程團隊堅持以學(xué)生發(fā)展為中心，成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，立德樹人，注重學(xué)生知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)。為達成人才培養(yǎng)目標(biāo)，將課內(nèi)理論教學(xué)、實驗教學(xué)與虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)筑可視化結(jié)構(gòu)教學(xué)演示平臺，并借助教育信息化技術(shù)，采用多種教學(xué)方法對學(xué)生進行授課。

1.3.3 搭建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺，讓全體學(xué)生受益

2019年獲批山西省重科博遠眾創(chuàng)空間，新建的“機器人本科教學(xué)實驗設(shè)備”也已準(zhǔn)備投入使用。此外，根據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方向特點，已成立六個具有專業(yè)特色的團隊及工作室，六個團隊在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺和各類項目的大力支持下，積極推動學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，獲多項國家級獎勵。

1.3.4 建立虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，提高原理認(rèn)知水平

借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)提升學(xué)生對重型機械裝備的原理認(rèn)知水平，采用現(xiàn)場普遍應(yīng)用的操控軟件為研發(fā)平臺，嚴(yán)格遵照生產(chǎn)工藝操作規(guī)程，利用專項研發(fā)工藝模型，輔以虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通訊等手段構(gòu)建數(shù)字化的教學(xué)資源，逼真再現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場操作環(huán)境，實時準(zhǔn)確反映工序過程機理。該實驗平臺，為學(xué)生構(gòu)建了“全工藝流程、多學(xué)科交叉”的實驗學(xué)習(xí)條件，能夠使學(xué)生能夠通過終端設(shè)備進行學(xué)習(xí)和實驗，達到實踐教學(xué)目的，突破時間和空間的限制，是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的重大革新。2019年組織申報并獲批山西省高等學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)項目3項。

1.3.5 新工科持續(xù)推動專業(yè)改造升級，建立完善教育體系

2020年獲批教育部第二批新工科研究與實踐項目“傳統(tǒng)重型機械工科專業(yè)的改造升級探索與實踐”，通過培養(yǎng)方案修訂，優(yōu)化課程體系，改進教學(xué)手段，建設(shè)創(chuàng)新平臺，完成學(xué)科創(chuàng)新團隊建設(shè)、學(xué)科交叉協(xié)同創(chuàng)新研究及創(chuàng)新人才培養(yǎng)，面向重型機械行業(yè)，建成集“現(xiàn)代設(shè)計理論研發(fā)—核心基礎(chǔ)件加工制造—大型裝備機電液一體化”為一體的學(xué)科交叉創(chuàng)新基地和人才培養(yǎng)基地。

面對重型機械行業(yè)全鏈條的改革創(chuàng)新，及其帶來的終端產(chǎn)品及服務(wù)的顛覆性形態(tài)改變，引入新的教學(xué)模式與手段，推動工程教育實現(xiàn)“質(zhì)”的飛越。通過搭建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和虛擬仿真實踐平臺，鼓勵學(xué)生參加“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”；建設(shè)創(chuàng)業(yè)孵化基地和專業(yè)化創(chuàng)客空間，推動產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合和科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，完善新工科人才“創(chuàng)意—創(chuàng)新—創(chuàng)業(yè)”教育體系。

2 專業(yè)建設(shè)探索與實踐的成效與啟示

經(jīng)過多年對“重型機械”工程專業(yè)建設(shè)的探索與實踐，結(jié)合新工科人才質(zhì)量需求，組建了一支致力于提高學(xué)院整體教學(xué)質(zhì)量的教育教學(xué)改革團隊，進行培養(yǎng)方案修訂和課程體系建設(shè)；成立了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)管理委員會和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中心；完成了虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)，指導(dǎo)大學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動；新的教育理念和教學(xué)方法以及手段在教學(xué)過程中得到了具體實踐，組織教材建設(shè)團隊開展了一系列優(yōu)秀教材的撰寫及出版。

通過一系列變革和創(chuàng)新措施的實施，使我們深刻認(rèn)識到：“重型機械”工程專業(yè)建設(shè)任重而道遠，人才培養(yǎng)模式的研究持續(xù)而艱巨，要與世界接軌，做到教育理念同頻共振，教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)等效，教改模式和而不同。探索學(xué)科專業(yè)建設(shè)的新路子、新模式、新形式，實現(xiàn)機制上更新?lián)Q代，內(nèi)容上再造創(chuàng)新。結(jié)合“重型機械”工程專業(yè)的特點，做好教學(xué)改革、教材建設(shè)、體系融合、平臺建設(shè)，打造好與國際接軌的卓越工程師搖籃。