新工科背景下以學(xué)科競(jìng)賽為抓手的機(jī)械類(lèi)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究和實(shí)踐＊

湯迎紅，張繼紅，劉國(guó)亮，蔡 頌，米承繼

（1.湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院，湖南 株洲 412008；2.湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

當(dāng)前，第四次工業(yè)革命加速展開(kāi)，綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，中國(guó)實(shí)施了“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)＋”“一帶一路”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，迫切需要既有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)又有全面綜合素質(zhì)的不同層次不同類(lèi)型的工程科技人才[1]。地方應(yīng)用型本科高校，辦學(xué)目的不是培養(yǎng)科研人才，而是培養(yǎng)具有扎實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)、實(shí)踐應(yīng)用能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)好、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高，以及適應(yīng)本地區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的下得去、留得住的應(yīng)用型人才[2]。因此，以學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，構(gòu)建有效的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)模式，培養(yǎng)時(shí)代需要的高素質(zhì)人才，已成為地方應(yīng)用型高校教學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題，也成為應(yīng)用型高校培養(yǎng)大學(xué)生的工程能力和工程素質(zhì)的有效手段和機(jī)制。

近年來(lái)，機(jī)械類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽快速發(fā)展，競(jìng)賽項(xiàng)目的設(shè)計(jì)水平越來(lái)越高，競(jìng)賽涉及的知識(shí)面越來(lái)越寬，學(xué)科之間的交叉融合越來(lái)越廣。以第七屆全國(guó)大學(xué)生工程應(yīng)用能力競(jìng)賽為例，賽事從單項(xiàng)“機(jī)械”專(zhuān)業(yè)知識(shí)競(jìng)賽逐步全面升級(jí)到4大賽道13個(gè)賽項(xiàng)：工程基礎(chǔ)賽道包括勢(shì)能驅(qū)動(dòng)車(chē)、熱能驅(qū)動(dòng)車(chē)和工程文化3個(gè)賽項(xiàng)，“智能+”賽道包括智能物流搬運(yùn)、水下管道智能巡檢、生活垃圾智能分類(lèi)和智能配送無(wú)人機(jī)4個(gè)賽項(xiàng)，虛擬仿真賽道包括飛行器設(shè)計(jì)仿真、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)設(shè)計(jì)、工程場(chǎng)景數(shù)字化和企業(yè)運(yùn)營(yíng)仿真4個(gè)賽項(xiàng)，工程創(chuàng)客賽道包括關(guān)鍵核心技術(shù)挑戰(zhàn)和未來(lái)技術(shù)探索2個(gè)賽項(xiàng)[3]。

2 以學(xué)科競(jìng)賽為載體的應(yīng)用型人才培養(yǎng)機(jī)制研究和實(shí)踐

機(jī)械專(zhuān)業(yè)作為高等院校為工業(yè)界培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才的本科專(zhuān)業(yè)，是中國(guó)最早通過(guò)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)業(yè)之一，在新工科建設(shè)精神和工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的雙重驅(qū)動(dòng)下，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求辦專(zhuān)業(yè)，為新經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)人，為行業(yè)需求培養(yǎng)人，開(kāi)展前沿課程建設(shè)、課程融合銜接、課程體系更新、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的校企合作辦學(xué)等教學(xué)思考是每一位機(jī)械人義不容辭的職責(zé)。

目前湖南工業(yè)大學(xué)組織參加的機(jī)械類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽主要包括先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯、工程應(yīng)用能力競(jìng)賽、互聯(lián)網(wǎng)+、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等諸多項(xiàng)目，取得了不錯(cuò)的成績(jī)，展現(xiàn)了以學(xué)科競(jìng)賽為載體的應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的良好機(jī)制，主要做法包括以下幾方面。

2.1 根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展調(diào)整課程體系，更新人才培養(yǎng)知識(shí)體系

按照新工科建設(shè)和工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)于課程體系設(shè)置要求和指導(dǎo)意見(jiàn)，按照新工科建設(shè)和工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)于課程體系設(shè)置要求和指導(dǎo)意見(jiàn)，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和專(zhuān)業(yè)特色，邀請(qǐng)企業(yè)或行業(yè)專(zhuān)家一起對(duì)目前課程體系中的課程進(jìn)行梳理、調(diào)整和優(yōu)化，將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的最新要求融入課程體系，調(diào)整課程類(lèi)別，調(diào)整課時(shí)結(jié)構(gòu)。新制定的培養(yǎng)方案中的課程體系加強(qiáng)了與新技術(shù)的必要融合，專(zhuān)業(yè)方向結(jié)合學(xué)校包裝特色，突出智能包裝裝備設(shè)計(jì)及應(yīng)用，新開(kāi)設(shè)了“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（Python）”“機(jī)械三維建模技術(shù)”“包裝自動(dòng)控制技術(shù)”“智能制造技術(shù)基礎(chǔ)”“工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品包裝應(yīng)用”“工業(yè)以太網(wǎng)與控制器組網(wǎng)技術(shù)”“3D打印技術(shù)”“生產(chǎn)與運(yùn)作管理”等前沿類(lèi)、交叉管理類(lèi)課程，從而更新人才培養(yǎng)知識(shí)體系，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化設(shè)計(jì)與制造轉(zhuǎn)型，培育新型工科技術(shù)人才。

2.2 基于學(xué)科競(jìng)賽貫徹立德樹(shù)人的根本任務(wù)

學(xué)科競(jìng)賽是師生互動(dòng)最好的平臺(tái)，特別有利于學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、能力培養(yǎng)和素質(zhì)塑造。學(xué)科競(jìng)賽的開(kāi)展，讓教師和學(xué)生有了交流的共同語(yǔ)言，師生更容易拉近關(guān)系，形成亦師亦友的平等關(guān)系，通過(guò)指導(dǎo)教師的人品、才能、素質(zhì)、性格、態(tài)度各方面來(lái)影響和培育學(xué)生，潛移默化中幫助學(xué)生形成獨(dú)立思考、獨(dú)立選擇、獨(dú)立解決問(wèn)題的認(rèn)識(shí)及行為能力。學(xué)院競(jìng)賽指導(dǎo)小組組織指導(dǎo)教師認(rèn)真學(xué)習(xí)和分析每類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)的主題與任務(wù)，研討學(xué)科競(jìng)賽在學(xué)生自我創(chuàng)新精神拓展和工程素質(zhì)培養(yǎng)中承擔(dān)的功能和所起的作用，突出了學(xué)科競(jìng)賽的素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)功能，要求指導(dǎo)教師積極開(kāi)發(fā)學(xué)科競(jìng)賽中所蘊(yùn)含的思政元素，設(shè)計(jì)基于思政教育為主線的競(jìng)賽教學(xué)組織，將知識(shí)運(yùn)用、能力培養(yǎng)、素質(zhì)內(nèi)容和素質(zhì)目的清晰呈現(xiàn)在學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)之中，時(shí)刻不忘為黨育人、為國(guó)育才的人名教師使命。

2.3 基于“CDIO”教學(xué)理念，學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)課程教學(xué)改革

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate），是國(guó)際工程教育的改革成果，是“做中學(xué)”與“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[4]?；凇癈DIO”教學(xué)理念，積極探索學(xué)科競(jìng)賽為載體的課程教學(xué)改革，將學(xué)科競(jìng)賽融入到湖南工業(yè)大學(xué)常態(tài)化的教學(xué)活動(dòng)，從原本的“先學(xué)后做”過(guò)渡到“邊做邊學(xué)”，學(xué)習(xí)的動(dòng)力和目的更加明確。根據(jù)學(xué)科競(jìng)賽的具體要求，對(duì)“機(jī)械制圖”“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”等主干課程實(shí)施相應(yīng)的教學(xué)改革，主要包括以下幾方面的工作：①在教學(xué)內(nèi)容上，彈性地引入與先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、工程應(yīng)用能力競(jìng)賽等相關(guān)內(nèi)容。②改變單向灌輸式教學(xué)，實(shí)施以競(jìng)賽問(wèn)題為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的啟發(fā)式、討論式和發(fā)現(xiàn)式靈活的教學(xué)方式。③探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和理論教學(xué)相互融合交叉的教學(xué)模式，在課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中布置競(jìng)賽項(xiàng)目為主題的開(kāi)放性題目，例如在工程制圖測(cè)繪的訓(xùn)練和考核中，緊扣先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽主題對(duì)于尺規(guī)繪圖、三維建模、構(gòu)思設(shè)計(jì)的基本要求；在“機(jī)械原理”的課程設(shè)計(jì)中，以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽主題布置開(kāi)放性的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)題目，致力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力；在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中，改變傳統(tǒng)的二級(jí)齒輪箱的設(shè)計(jì)，而以“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，完成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，增加了任務(wù)的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性。通過(guò)教學(xué)競(jìng)賽和理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)的融合，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和行業(yè)新知識(shí)的融合，促進(jìn)理論知識(shí)的掌握和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行”的全周期的訓(xùn)練過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和運(yùn)用新技術(shù)的能力[5]。

2.4 以學(xué)科競(jìng)賽為依托，校企聯(lián)合協(xié)同育人

機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)科競(jìng)賽近年來(lái)表現(xiàn)出了高度的專(zhuān)業(yè)化、綜合化、系統(tǒng)化、實(shí)用化特點(diǎn)，高水平學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目往往需要學(xué)生掌握全面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，甚至學(xué)科交叉的知識(shí)，競(jìng)賽項(xiàng)目的選取和設(shè)計(jì)也和企業(yè)、行業(yè)的實(shí)際需求開(kāi)始高度契合，和學(xué)科前沿的聯(lián)系更加緊密[6]。學(xué)院以學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，主動(dòng)應(yīng)對(duì)新技術(shù)與機(jī)械工程技術(shù)的相互交叉、滲透、融合，先后和北京華清遠(yuǎn)見(jiàn)科技發(fā)展有限公司、北京昊科世紀(jì)信息技術(shù)有限公司、武漢仰實(shí)科技有限公司、貝加萊工業(yè)自動(dòng)化等企業(yè)展開(kāi)協(xié)同育人合作。學(xué)院與企業(yè)共同研究課程體系構(gòu)建和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，并借助企業(yè)在智能控制方面的優(yōu)質(zhì)資源，校企合作申報(bào)教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，校企共建智能裝備控制技術(shù)類(lèi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

通過(guò)平臺(tái)，豐富了實(shí)驗(yàn)室單片機(jī)、嵌入式、智能控制、機(jī)器人實(shí)訓(xùn)等方面的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、競(jìng)賽指導(dǎo)提供硬件支撐。通過(guò)平臺(tái)，既提升教師的教學(xué)水平，又引入智能控制工程實(shí)踐類(lèi)師資，打造雙師型教學(xué)隊(duì)伍，為人才培養(yǎng)構(gòu)建核心的智慧平臺(tái)。目前學(xué)院有5名教師參加了武漢仰實(shí)科技有限公司、北京華清遠(yuǎn)見(jiàn)科技發(fā)展有限公司等企業(yè)組織的智能裝備、機(jī)器人技術(shù)等前沿技術(shù)的多次學(xué)習(xí)培訓(xùn)。與此同時(shí)，企業(yè)工程師到校給學(xué)生進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生機(jī)器人大賽等學(xué)科競(jìng)賽的智能裝備控制技術(shù)指導(dǎo)以及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)指導(dǎo)。通過(guò)平臺(tái)，更新課程內(nèi)容和改革教學(xué)方式，提煉與行業(yè)最新技術(shù)緊密結(jié)合的工程實(shí)踐項(xiàng)目，建設(shè)企業(yè)主導(dǎo)的任務(wù)型項(xiàng)目、具體崗位的操作型項(xiàng)目、目標(biāo)導(dǎo)向的企業(yè)化運(yùn)作項(xiàng)目、校企合作的科技創(chuàng)新和科研訓(xùn)練項(xiàng)目。目前學(xué)院與北京華清遠(yuǎn)見(jiàn)科技發(fā)展有限公司聯(lián)合共建實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)以智能小車(chē)、智能機(jī)械臂、四旋翼飛行器等為對(duì)象的智能裝備控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，推動(dòng)本科教學(xué)從“教得好”向“學(xué)得好”轉(zhuǎn)變。通過(guò)平臺(tái)，契合新工科建設(shè)的國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃，主動(dòng)應(yīng)對(duì)新技術(shù)與機(jī)械工程技術(shù)的相互交叉、滲透、融合，主動(dòng)服務(wù)行業(yè)企業(yè)需要和要求，為新經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)人，為行業(yè)需求培養(yǎng)人，推進(jìn)開(kāi)放式辦學(xué)，推動(dòng)跨學(xué)科培養(yǎng)，推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育的融合。

2.5 建立一套良好的學(xué)科競(jìng)賽管理制度

學(xué)院為學(xué)科競(jìng)賽制定完善的學(xué)科管理制度和提供充足的經(jīng)費(fèi)支持。經(jīng)費(fèi)支持方面的制度包括：①學(xué)科競(jìng)賽以項(xiàng)目申報(bào)的形式立項(xiàng)，有指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)、有參賽學(xué)生均可立項(xiàng)，參賽項(xiàng)目的使用經(jīng)費(fèi)沒(méi)有封頂，只要是合理的都會(huì)被批準(zhǔn)；②學(xué)校給學(xué)科競(jìng)賽安排了工作室和制作室，并購(gòu)置了計(jì)算機(jī)云平臺(tái)、3D打印等裝備；③學(xué)院按照實(shí)際輔導(dǎo)競(jìng)賽時(shí)間給教師課時(shí)補(bǔ)貼，給參賽學(xué)生適當(dāng)?shù)纳钛a(bǔ)貼，并加大了對(duì)獲獎(jiǎng)的學(xué)生及指導(dǎo)教師的獲獎(jiǎng)面和獎(jiǎng)勵(lì)力度；④鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表論文、申報(bào)專(zhuān)利，并報(bào)銷(xiāo)相關(guān)費(fèi)用。

學(xué)科管理方面制度包括：①學(xué)院成立了教學(xué)副院長(zhǎng)牽頭的學(xué)科競(jìng)賽領(lǐng)導(dǎo)小組，確保各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽有序進(jìn)行；②在進(jìn)修、聘級(jí)和評(píng)優(yōu)等方面給予政策傾斜以此吸引教師投入競(jìng)賽工作，多渠道派遣教師參加培訓(xùn)或外出參加經(jīng)驗(yàn)交流；③對(duì)于積極參與競(jìng)賽活動(dòng)并取得不錯(cuò)成績(jī)的學(xué)生抵充相應(yīng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分，可以用競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品代替畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。此外，學(xué)院還特別重視學(xué)科競(jìng)賽文化的營(yíng)造，設(shè)立學(xué)生課外科技成果陳列室，通過(guò)學(xué)院宣傳欄、網(wǎng)站等渠道宣傳參賽和獲獎(jiǎng)消息，定期組織學(xué)科競(jìng)賽專(zhuān)題經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，激發(fā)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽的熱情。

2.6 積極推進(jìn)混合式教學(xué)方式

混合式教學(xué)模式是在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代基于網(wǎng)絡(luò)將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)的一種“線上”+“線下”的教學(xué)方式，是學(xué)習(xí)理論、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境的多種混合[7]。基于混合式教學(xué)理念，采用包括前期分析、教學(xué)設(shè)計(jì)、線上教學(xué)實(shí)施和考核評(píng)價(jià)4個(gè)階段的混合式教學(xué)模式（如圖1所示），因材施教，利用課前課中課后時(shí)間以及線上線下空間開(kāi)展混合式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)立體化的全過(guò)程師生溝通與及時(shí)反饋，改進(jìn)和完善教學(xué)資源、教學(xué)方法和教學(xué)手段，促進(jìn)“教與學(xué)”的動(dòng)態(tài)反思和不斷改進(jìn)。

圖1 混合式教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

3 改革成效和發(fā)展方向

近年來(lái)，學(xué)院本著改革、實(shí)踐和建設(shè)三位一體的建設(shè)方針，依托學(xué)科競(jìng)賽培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新能力和素質(zhì)塑造，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。2017年參賽學(xué)生首次在全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排大賽中獲獎(jiǎng)；2018、2019年連續(xù)入圍全國(guó)應(yīng)用型人才綜合技能大賽總決賽；2020年在三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽湖南賽區(qū)獲得三項(xiàng)特等獎(jiǎng)，全國(guó)總決賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)；2020年在全國(guó)先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽中獲得了8個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)，并實(shí)現(xiàn)團(tuán)體獎(jiǎng)的突破。特別令人欣慰的是，不少參加過(guò)學(xué)科競(jìng)賽的學(xué)生在就業(yè)和工組中體現(xiàn)出更好的綜合素質(zhì)和領(lǐng)導(dǎo)能力。目前，學(xué)院正在積極籌劃跨專(zhuān)業(yè)組隊(duì)參加中國(guó)機(jī)器人大賽、西門(mén)子智能制造大賽?？傊?，成績(jī)代表過(guò)去，學(xué)院將進(jìn)一步以學(xué)科競(jìng)賽為載體，貫徹“做中學(xué)”的工程教育理念，進(jìn)一步深化產(chǎn)教融合校企合作，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和培養(yǎng)水平。