新工科背景下機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”建設(shè)探索
——以廣東理工學(xué)院為例

伍先明

（廣東理工學(xué)院智能制造學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

新工科和“金課”都是教育部針對世界科技發(fā)展和進(jìn)步對我國高等教育提出的重要教育理念。新工科專業(yè)為高校工科人才培養(yǎng)提供了更多的專業(yè)選擇，“金課”模式為我國高等教育課程建設(shè)提出了更高級的發(fā)展目標(biāo)。這兩項教育理念對我國高等教育發(fā)展以及人才培養(yǎng)都具有十分重要的意義。機(jī)械類專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，在新工科背景下，已經(jīng)完成了多種新工科專業(yè)的建設(shè)和融入。同時，在當(dāng)前工業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展背景之下，我國對機(jī)械專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。高校要重視新工科專業(yè)人才的教育和培養(yǎng)，改革課程體系，加快建設(shè)機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”。

1 新工科背景下機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”建設(shè)的必要性

新工科背景下機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”建設(shè)非常重要，是現(xiàn)代高等工程教育改革的必經(jīng)之路。新工科的含義包括兩個方面，即新型工科和新生工科。新型工科是對現(xiàn)有工科進(jìn)行轉(zhuǎn)型、改造和升級，包括內(nèi)涵的拓展、培養(yǎng)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變或提高、培養(yǎng)模式的改革和創(chuàng)新［1］等。新生工科則是現(xiàn)有工程學(xué)科的交叉復(fù)合，工程學(xué)科與其他學(xué)科的交叉融合，從其他學(xué)科門類孕育、延伸和拓展出來的，或面向未來新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展［2］出現(xiàn)的一批新興起的工程學(xué)科（如智能科學(xué)與技術(shù)等）。顯然，應(yīng)用型院校的新工科是要滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對人才知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)所需要的新型工科，而不是新生工科。

1.1 培養(yǎng)適應(yīng)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展人才的需要

當(dāng)前，各國之間綜合國力競爭激烈，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，國家急需一批具備更高創(chuàng)新水平與跨界整合能力的新型工科人才作為支撐力量。為滿足國家對新工科人才的需求，各高校根據(jù)自身的定位進(jìn)行分類發(fā)展。工科優(yōu)勢強(qiáng)的高校要對工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用，綜合性高校對催生新技術(shù)和孕育新產(chǎn)業(yè)發(fā)揮引領(lǐng)作用，地方高校則對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用［3］。需要強(qiáng)調(diào)的是，新工科建設(shè)是占全國高校90%以上的地方應(yīng)用型高校積累辦學(xué)經(jīng)驗、彰顯辦學(xué)特色的重要歷史機(jī)遇。地方應(yīng)用型高校更易于打破學(xué)科壁壘，探索個性化的辦學(xué)模式，重點開展對傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型、改造和升級，實踐教學(xué)“金課”的建設(shè)，體現(xiàn)地方應(yīng)用型高校在新工科建設(shè)中的特色和創(chuàng)新［4］，對培養(yǎng)適應(yīng)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的應(yīng)用型人才非常有必要。

1.2 提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的需要

高校是我國培養(yǎng)專業(yè)人才的搖籃，我國未來社會的發(fā)展要依靠高等教育培養(yǎng)的人才來完成。高校要培養(yǎng)符合社會發(fā)展需要的新型人才，就要注重教育升級，從教育環(huán)節(jié)入手，進(jìn)行課程改革，淘汰“水課”，打造有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。機(jī)械類專業(yè)雖然不是新工業(yè)技術(shù)，卻是現(xiàn)代所有新技術(shù)、新工藝應(yīng)用最集成的專業(yè)，是所有工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)專業(yè)。如智能化機(jī)械設(shè)備、智能機(jī)器人制造不僅是智能化技術(shù)的研發(fā)，而且是智能化技術(shù)與機(jī)械理論的融合研究和應(yīng)用。因此，新工科背景下，機(jī)械類專業(yè)依然是主流專業(yè)。高校建設(shè)機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”是新工科建設(shè)發(fā)展的新抓手，同時也是社會發(fā)展對高校工程教育發(fā)展的新要求。

21世紀(jì)，掌握人才就能夠掌握社會發(fā)展的前進(jìn)方向，同時，現(xiàn)代社會需要的人才已經(jīng)不再是“滿腹經(jīng)綸”的理論型人才，而是實踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)人才。以機(jī)械類專業(yè)為例，我國制造業(yè)正處于由大到強(qiáng)的發(fā)展階段，很多核心技術(shù)還未實現(xiàn)自主化，某些零件長期依賴進(jìn)口，導(dǎo)致我國在機(jī)械工業(yè)發(fā)展方面始終處于被動，因此，迫切需要創(chuàng)新能力、實踐能力強(qiáng)的機(jī)械類專業(yè)人才，為我國機(jī)械類核心技術(shù)的發(fā)展提供人才支撐，繼而改變我國技術(shù)落后的狀態(tài)。綜上而言，機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”建設(shè)是為了培養(yǎng)新時期我國機(jī)械類應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才。從人才培養(yǎng)和社會技術(shù)發(fā)展而言，該“金課”建設(shè)具有必要性。

1.3 改革機(jī)械類專業(yè)人才傳統(tǒng)培養(yǎng)模式的需要

機(jī)械類專業(yè)是廣東理工學(xué)院的一個老牌專業(yè)，沿用2014級人才培養(yǎng)方案及相應(yīng)的課程體系。其培養(yǎng)模式仍舊是普通高校的固有模式，即學(xué)制4年，包括3.5年的理論學(xué)習(xí)和0.5年的畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計。通過幾年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，課程體系和專業(yè)教學(xué)與工廠生產(chǎn)現(xiàn)場所需要的應(yīng)用型人才（現(xiàn)場工程師）還有一定的差距［5］，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。首先，課程內(nèi)容設(shè)計不合理。廣東是家用電器產(chǎn)品的制造大省，產(chǎn)品成型在機(jī)械制造業(yè)中占據(jù)的比重很大，而原課程體系的專業(yè)課程全是機(jī)械加工工藝、數(shù)控編程等方面的內(nèi)容，缺少產(chǎn)品成型方面的課程。且加工原理工藝方面的內(nèi)容比較淺顯，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下僅了解一點常識。其次，實踐教學(xué)安排不合理，不利于學(xué)生就業(yè)。在實踐教學(xué)方面，尤其是在金工實訓(xùn)方面，還是“3+2”的實訓(xùn)方式。“3”是指3周的基礎(chǔ)實訓(xùn)，包括普通的車、銑、鉗的基本操作，每個工種做一個很簡單的小零件，“2”是指兩周的數(shù)控機(jī)床操作，都是一些簡單的編程操作。而且實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)、核心課程的課程設(shè)計都在校內(nèi)進(jìn)行，各自獨立，缺乏綜合性。生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)雖然在企業(yè)進(jìn)行，但彼此分開，時間分散，基本上都是走馬觀花。學(xué)生通過參觀產(chǎn)品的制造過程或生產(chǎn)線的運行增長了一點見識，卻缺乏實踐操作環(huán)節(jié)，這顯然與新工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求有較大的差距。再次，學(xué)生缺乏主動性。老師要學(xué)生干什么，學(xué)生就干什么。學(xué)生基本上是知其然不知其所以然，沒有把產(chǎn)品或工裝的設(shè)計與制造聯(lián)系起來，收獲不太大。在此背景下，機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”建設(shè)就顯得十分必要和迫切。

2 新工科背景下打造機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”初步嘗試

2.1 教學(xué)改革的初步嘗試

根據(jù)“金課”建設(shè)的必要性，經(jīng)專業(yè)負(fù)責(zé)人與教研室專任老師調(diào)研后，廣東理工學(xué)院于2017年對人才培養(yǎng)中的某些課程做了一點微調(diào)，把培養(yǎng)方案中原專業(yè)必修課程先進(jìn)制造技術(shù)改成選修課，增補(bǔ)“塑料成型工藝及模具設(shè)計”為必修課，增補(bǔ)“沖壓工藝及模具”“材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”等為選修課。這樣在學(xué)分沒有增加的情況下，優(yōu)化了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，拓寬了學(xué)生的知識面［5］。在實踐教學(xué)方面，把2014級第6學(xué)期的CAD/CAM實訓(xùn)和專業(yè)模塊實訓(xùn)兩個項目整合成一個小綜合，即用兩周進(jìn)行理論設(shè)計，再用兩周到實訓(xùn)加工中心對設(shè)計的作品進(jìn)行加工制作，增加了實操環(huán)節(jié)。把理論設(shè)計與實踐操作結(jié)合起來，這是對理論和實踐教學(xué)進(jìn)行改革的初步嘗試，為后續(xù)實踐教學(xué)模式的改革奠定一定的基礎(chǔ)。

2.2 按新工科要求制定新的人才培養(yǎng)方案

應(yīng)用型院校機(jī)械類專業(yè)的新工科建設(shè)主要是立足現(xiàn)狀，對現(xiàn)有專業(yè)進(jìn)行改造和升級。人才培養(yǎng)方案的制定至關(guān)重要。人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)與行業(yè)需求相對接，人才培養(yǎng)規(guī)格與工作崗位相對接，人才培養(yǎng)方案應(yīng)注重應(yīng)用性、突出實踐性，人才培養(yǎng)過程應(yīng)體現(xiàn)校企合作、工學(xué)交替等幾個方面［6］。在人才培養(yǎng)方案中，課程體系的設(shè)置必須考慮專業(yè)設(shè)置和畢業(yè)生就業(yè)，為學(xué)生的專業(yè)教育和終身學(xué)習(xí)奠定一個良好的理論基礎(chǔ)。應(yīng)用型院校機(jī)械類專業(yè)的課程體系一般包括數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、機(jī)械學(xué)和機(jī)械設(shè)計制造及數(shù)控方面的主干課程，還包括電工電子、液壓氣動、C語言編程控制等輔助性課程。在原有的課程體系基礎(chǔ)上，根據(jù)新工科建設(shè)的要求，2019年，機(jī)械類專業(yè)核心課程增加了機(jī)械CAD/CAM和工業(yè)機(jī)器人2門課程，專業(yè)選修課增加了電氣控制與PLC和單片機(jī)原理及其應(yīng)用等電控和編程方面的課程，在課程體系和知識結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造與機(jī)電控制編程相融合。把機(jī)械類專業(yè)核心課的課程設(shè)計及實訓(xùn)全部安排在第6學(xué)期，這樣有利于項目的整合和統(tǒng)籌安排。

3 新工科背景下打造機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”具體探索

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新之根在于實踐。大學(xué)生通過前幾年的理論學(xué)習(xí)，有了較好的理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識體系。高校要培養(yǎng)出生產(chǎn)現(xiàn)場需要的工程實踐（應(yīng)用）型人才，就必須培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決工程問題的能力，而這種能力只有通過實踐教學(xué)的訓(xùn)練和培養(yǎng)才能獲得。校內(nèi)實訓(xùn)具有師資力量雄厚、設(shè)備齊全和時間充足的優(yōu)點，對學(xué)生強(qiáng)化專業(yè)理論知識的綜合應(yīng)用和實踐能力的提升具有極其有利的條件。

實踐教學(xué)模式改革后，第6學(xué)期中的一個課程設(shè)計及兩個實訓(xùn)項目合并成一個大的綜合性實訓(xùn)項目。這對指導(dǎo)老師和學(xué)生都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，學(xué)校應(yīng)從管理、考核、評價等各個方面采取一系列切實可行的措施來保障學(xué)生獲得綜合實訓(xùn)的最佳效果。

3.1 制定綜合實訓(xùn)教學(xué)大綱

原培養(yǎng)方案中3個實踐教學(xué)項目是單獨的，各有其目標(biāo)和任務(wù)。如機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是按設(shè)計任務(wù)要求畫出零件圖、選擇加工方案、制定工藝路線、確定切削用量、編寫工藝過程卡及編寫一份說明書，CAD/CAM實訓(xùn)是用3D軟件繪制一幅簡單的模具圖樣，完成分模、模具產(chǎn)品加工的刀具路徑的生成及模擬加工，專業(yè)模塊實訓(xùn)是設(shè)計一副機(jī)床夾具，編寫一份說明書。每個項目時間較短，目標(biāo)單一，任務(wù)難度較小，對學(xué)生綜合運用知識的深度和廣度要求不高，對學(xué)生能力的培養(yǎng)缺乏實踐性，尤其是缺乏工藝知識、工程意識的培養(yǎng)和動手能力的訓(xùn)練。學(xué)生即使完成了3個設(shè)計，對自身成長成才也意義不大。因此，新的綜合實訓(xùn)大綱把這3個實踐（實訓(xùn)）項目（共6周）合并成一個項目，從理論和實踐上提出了更高的要求。前3周，學(xué)生在機(jī)房進(jìn)行理論設(shè)計和3D、2D繪圖，編寫設(shè)計說明書及相關(guān)工藝文件；后3周，學(xué)生在實訓(xùn)中心用數(shù)控機(jī)床按設(shè)計圖紙加工實物，從而使學(xué)生從理論設(shè)計到動手操作經(jīng)歷一次全方位的訓(xùn)練，為其畢業(yè)后走向生產(chǎn)現(xiàn)場奠定較好的實踐基礎(chǔ)。

3.2 擬定實訓(xùn)課題

實訓(xùn)課題既要緊靠專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，又要與工程實踐緊密結(jié)合。課題內(nèi)容以工藝裝備為主，工裝設(shè)計和制造是現(xiàn)場生產(chǎn)技術(shù)管理、質(zhì)量管理工程師的一項重要工作，而機(jī)械制造企業(yè)的工裝主要是模具和夾具這兩大類。模具主要是用于產(chǎn)品的成型，夾具是用于產(chǎn)品的加工或檢測。為了確保實訓(xùn)卓有成效，課題類型應(yīng)盡量多樣化，既要有塑料成型模具、鈑金沖壓模具，還要有各類機(jī)床夾具或檢測夾具，包括車床夾具、銑床夾具、鉆孔夾具和鏜床夾具等。另外，實訓(xùn)課題應(yīng)與學(xué)科競賽和老師的科研課題結(jié)合起來。課題應(yīng)有一定的難度，太簡單了，學(xué)生學(xué)不到東西，太復(fù)雜了，學(xué)生完不成，要有中等或以上的難度，才能使學(xué)生受到理論和實踐的充分訓(xùn)練。

3.3 實訓(xùn)前對學(xué)生進(jìn)行宣傳發(fā)動

實訓(xùn)正式開始前，學(xué)校要召開動員大會，重點講解校內(nèi)綜合實訓(xùn)的目的、意義和內(nèi)容，給學(xué)生上好一堂思政課，使學(xué)生明白參加綜合實訓(xùn)是提高自身實踐能力的需要，是實現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)特色和專業(yè)建設(shè)特色的需要，是廣東制造業(yè)對現(xiàn)場工程師業(yè)務(wù)能力的需要，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要。通過實訓(xùn)前的動員大會，學(xué)生對綜合實訓(xùn)的認(rèn)識提高了，明確了實訓(xùn)的目的、任務(wù)和要求，在實訓(xùn)中會更加主動學(xué)習(xí)、鉆研，并重視動手操作。

3.4 加強(qiáng)綜合實訓(xùn)的過程管理

實訓(xùn)雖然只有6周，但需要完成的任務(wù)多且重。為了確保各項任務(wù)按時完成，指導(dǎo)老師必須加強(qiáng)對學(xué)生的指導(dǎo)和管理。指導(dǎo)老師在開學(xué)第一周就要把設(shè)計課題布置給每個學(xué)生，要求學(xué)生利用課余時間先行設(shè)計，確保學(xué)生有足夠的設(shè)計時間。另外，每個行政班配備2至3個理論指導(dǎo)老師，每個老師所帶學(xué)生又分成若干個小組，3至4人為一組。在這個小組中，每個學(xué)生做相似的題目，但各人尺寸不同，設(shè)計的方案也不相同，遇到疑難問題時同學(xué)之間可以相互討論，但每個學(xué)生必須獨立進(jìn)行設(shè)計，這有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力以及團(tuán)隊合作精神。最后，每個組選出1套設(shè)計圖紙進(jìn)行加工制作。每個實踐指導(dǎo)老師（車間師傅）指導(dǎo)兩個組的學(xué)生，每個學(xué)生都需要動手操作（包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、電火花、線切割和鉗工鉆孔攻絲及裝配等工序），彼此分工合作，按圖紙把工裝制造出來。在加工中，若發(fā)現(xiàn)作品有設(shè)計或工藝問題時，學(xué)生需要修改設(shè)計和工藝（產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝和制造工藝），這才是真正地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。通過實訓(xùn)，學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力、實操能力得到了較大程度的提高，為第4年去企業(yè)進(jìn)行綜合實習(xí)奠定了良好的實踐基礎(chǔ)。

3.5 強(qiáng)化實訓(xùn)成果的考核評價

任何一項工作只有任務(wù)布置，沒有檢查督促和考核評價，就不會給指導(dǎo)老師和學(xué)生帶來工作和學(xué)習(xí)上的壓力，也不可能做出好的作品?？荚u小組根據(jù)《綜合實訓(xùn)教學(xué)大綱》制定詳細(xì)的考評標(biāo)準(zhǔn)，按設(shè)計說明書文檔質(zhì)量、3D和2D設(shè)計圖紙的質(zhì)量、作品功能原理的科學(xué)性和正確性、作品制作質(zhì)量、學(xué)生出勤情況和學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分項評分，并累計得到的總分，從而評定學(xué)生成績的等級，這個成績也是指導(dǎo)老師實踐教學(xué)評優(yōu)的重要依據(jù)。

綜合實訓(xùn)激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)了學(xué)生解決工程問題的綜合能力，促進(jìn)學(xué)生全面提升工程能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力等。通過實訓(xùn)，學(xué)生綜合地運用了專業(yè)知識，進(jìn)行了一次全面的綜合性的訓(xùn)練，指導(dǎo)老師也在指導(dǎo)中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中指導(dǎo)，其實踐教學(xué)能力也得到了極大的鍛煉和提升。

4 新工科背景下機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”的效果評估

新工科背景下機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”的建設(shè)，能夠有效地培養(yǎng)新時期所需人才，對我國人才的整體建設(shè)有非常重要的意義。但是，機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”的建設(shè)能否取得良好的效果，需要進(jìn)行定量或定性的評估。

4.1 機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”教學(xué)效果分析和對比

對比歷次綜合實訓(xùn)教學(xué)效果，2014級學(xué)生是實行綜合實訓(xùn)的第一屆，時間比較短，僅有4周，指導(dǎo)老師也沒有經(jīng)驗，裝配成功的作品只有幾個（有些作品因時間有限沒有全部完成），且質(zhì)量不高，綜合評分才70分左右。2015級學(xué)生的作品就有較大的進(jìn)步，2021年上半年是第5次綜合實訓(xùn)，學(xué)生共做出50多個作品，且有些采用了高效的氣動夾緊結(jié)構(gòu)。指導(dǎo)老師的經(jīng)驗也在不斷積累，實訓(xùn)作品的數(shù)量和質(zhì)量逐年提升，學(xué)生每年的實訓(xùn)成績也在穩(wěn)步增長。2021年綜合考核的平均成績達(dá)到80分以上，與2014年相比，平均成績提高了10分左右。學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力、計算機(jī)軟件和數(shù)控機(jī)床設(shè)備的操作能力都獲得了大幅度的提升，綜合實訓(xùn)真正達(dá)到了實踐教學(xué)“金課”的水平。

4.2 用人單位對機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的工作評價

廣東是制造業(yè)大省，也是高等教育的大省，企業(yè)多，用人需求大，如TCL王牌及海外電子、東莞翎喬五金塑膠有限公司、美的集團(tuán)等大中型企業(yè)都需要大量的機(jī)械類專業(yè)學(xué)生。用人單位對廣東理工學(xué)院機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的工作能力印象良好，普遍反映其理論知識扎實、實踐動手能力強(qiáng)、工作上手快，并且具有虛心好學(xué)和吃苦耐勞的精神。

4.3 新工科背景下機(jī)械類專業(yè)實踐教學(xué)“金課”模式在其他工科專業(yè)中推廣應(yīng)用

這種教學(xué)模式受到教務(wù)處和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的高度評價，充分體現(xiàn)了機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)的特色，具有向其他工科專業(yè)移植的條件。廣東理工學(xué)院還有一個機(jī)械電子工程專業(yè)，因?qū)I(yè)偏向于電控，集中性實訓(xùn)有兩個項目，共5周，學(xué)院也在計劃按實踐教學(xué)“金課”模式進(jìn)行整合，做成一個綜合性的實訓(xùn)項目。其要求是做出一個控制類的電氣電子作品，能夠?qū)C(jī)床設(shè)備或其他設(shè)備進(jìn)行程序控制，其目的還是把理論與實踐結(jié)合起來，把實踐教學(xué)真正做實。之后，這種“金課”模式還會向其他工科專業(yè)逐步推廣。