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新工科背景下机械专业人才培养模式改革与实践

范文

乔国朝张争艳张建辉谷美林赵帆

摘 ?要：在教育部大力推行新工科建设的背景下，对传统的机械专业人才培养模式和教学方法进行了改革，提出了“一线三段”的人才培养模式，重组了课程体系，加强了对人才创新意识和实践能力的培养，通过“高工进课堂”、“虚实混合沉浸式教学”和“项目导向创意作品实践化”三种手段，激发了学生的学习兴趣，深化了知识的行业背景，提高了学生的创新和实践能力。新的人才培养模式在河北工业大学机械工程学院试行后，取得了良好的效果。

关键词：新工科;人才培养模式;虚实混合;项目式教学

中图分类号：C961 ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? 文章编号：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

隨着社会的高速发展，“互联网+”、智能制造、深度学习等新兴产业蓬勃发展起来，新兴产业的迅猛发展，使得高校的人才培养与社会新兴产业严重脱节，许多新领域甚至出现了“技术无人区”[1-3]。这就迫使高等教育必须进行改革，调整教育理念、改革人才培养模式、调整知识结构、创新教学方法。自2017年2月以来，教育部先后出台了“复旦共识”，“天大行动”和“北京指南”，为新工科的建设吹响了号角[4-6]。各种指导文件均指出新工科并不单单指建设新的工科专业，还包括对传统工科专业的改造升级，重点加强人才的实践能力和创新能力的培养，使工科教育与社会发展相适应，与产业需求紧密结合。

河北工业大学机械工程学院积极影响国家建设新工科的号召，一方面积极申报并获批了智能制造专业，同时也对传统的机械制造及其自动化专业的人才培养模式、课程体系和教学方法进行全方位的改革。

一、机械专业人才培养模式改革

新工科建设把创新和实践提升到了前所未有的高度，要求新建设的工科专业和传统工科专业交叉融合，面向未来的产业结构发展，发挥自身优势与当地的行业产业紧密结合，主动对接地方区域经济发展需要，深化产教融合、校企合作，增强学生的创新能力和创业能力，培养专业知识扎实、行业背景深厚、动手实践能力强、适应行业发展的复合型工程技术人才。

河北工业大学机械设计制造及其自动化专业综合自身优势，积极优化教育、教学资源，深入探索新的人才培养体系，以服务于京津冀一体化的区域经济建设，培养创新型、应用型技术人才为目标，创新性地构建了“一线三段”人才培养模式[7]，形成了“理论、实践和创新三位一体”的人才培养体系。如图1所示。

该体系在人才培养目标制定过程中积极咨询行业专家和企业精英的意见，紧密跟随社会机械行业的发展需求，重点关注京津冀地区的行业发展趋势，确定了以培养创新应用型人才为目标;构建了基础理论及通识教育、专业基础理论和专业综合课程教育三个课程体系;同时搭建了五个与理论课程相衔接的实践平台：基础训练平台、专业技能训练平台、工程技能实训平台、工程实践训练平台、科技创新实践训练平台。在此基础上培养学生的创新意识和创新能力。

在整个人才培养过程中，始终坚持以创新型、应用型人才培养为主线，重点培养学生的创新意识和创新能力，通过构建三个课程体系和五个实践平台，努力为学生营造一个宽松的育人环境，使学生通过开放式、创新研究性学习方式、面向工程项目实践，培养厚基础、宽口径、具备专业基础知识与应用能力，能从事机械工程领域复杂智能化装备的设计、制造、研发等方面工作的综合型创新型应用人才。

二、机械专业课程体系建设

传统的机械专业课程体系偏重于基础理论教学，学生从一入学就开始学习机械制图、机械设计、机械原理等专业基础理论课程，许多学校除了金工实习和生产实习之外几乎就没有真正的实践环节，导致学生从一开始就钻到深奥的理论知识海洋里，满眼看到的是原理，满耳听到的是方法，而根本不知道这些知识到底是什么，有什么用，如何去使用，更有甚者直到大学毕业都不知道机械学科是什么。为了改善这种现状，河北工业大学机械设计制造及其自动化专业立足行业发展前沿，面向人才培养的社会需求，在“三位一体”人才培养体系的基础上构建了“3+1”课程群，如图2所示。构建了“机械创新设计”、“机械装备制造”和“机械自动化”三个专业课程群，并依托京津冀地区的企业需要和行业发展专门增开了“专业拓展课程群”，全方位地培养务实、创新、开拓性人才。

“3+1”课程群以培养复合创新型技术人才为主线，强化对学生工程实践能力的培养，为开拓学生的视野，增设专业导航课、行业前沿课、区域产业发展讲座等讲座式课程，聘请专家教授、企业高工等，讲授当前本专业的发展状况和发展趋势，充实、调整专业实践课的教学内容，强化学生的创新意识和能力，使学生对自己的专业有充分的了解，进而提高学生的学习兴趣，热爱自己所学专业、变被动学习为主动学习，尽早完善自己的职业规划。在教学过程中，使学生有目标有动力，老师有干劲有成效，实现教学相长，相互促进，提高教育教学效果和人才培养质量，适应社会发展对机械专业人才的需求。

三、机械专业课程教学方法改革

除了对人才培养模式和课程体系进行改革之外，在具体的课程教学方法上也进行了重大改进，以提高学生的学习兴趣、开阔眼界、重点培养学生的创新意识和创新能力为改革的出发点，具体的实施措施主要包括：校企联合高工进课程、虚实混合立体化教学、创意作品创新实践化等手段。

（一）校企联合高工進课程

新工科要求人才培养紧随行业的发展变化，服务于社会产业，发挥自身优势，定位行业需求培养综合型技能型专业人才。传统的工科教育逐渐与社会脱节，在人才培养过程中重理论、轻实践，导致人才就业难，而企业急需人才却无人能用的恶性循环。

在新的人才培养模式下，高等教育的教学过程和企业紧密相连，针对不同的教学内容，邀请企业高工和行业精英进入课堂，给学生讲述行业的发展、企业的需求、企业项目的实施流程以及专业知识的应用技巧等内容，使学生对自己所学的专业有更深的认识，深化行业的知识背景。

河北工业大学机械制造工程学在授课的过程中就多次邀请了保定向阳航空精密机械有限公司高级工程师进入课堂进行授课，图3为企业高工给学生讲解组合夹具的使用技巧的授课现场，实践证明该环节能使学生们的学习兴趣空前高涨。

企业精英除了参与亲身授课之外，还参与专业人才培养目标、培养方案的制定，和学校一起联合搭建实践平台。校企联合的教学模式极大地提高了学生的学习兴趣，使学生明确了学习目标，增强了行业背景知识。

（二）虚实混合教学立体化

传统的教学过程过于偏重“讲”和“听”，面对枯燥的原理、复杂的结构，学生感觉听着困、学着难，逐渐形成了上课睡觉成风的教学常态。教学方法改革的一个重要任就是提高学生的学习兴趣。随着虚拟现实技术（VR）的逐渐成熟，VR技术也已经开始在教育领域广泛应用[8-9]。VR技术具有高度的真实感和沉浸感，趣味性浓，开放性强等优点。学生可以充分调动“眼”、“耳”、“口”、“手”、“脑”等多个器官参与学习和体验。通过构建虚实混合立体化教室，把VR技术引入课程教学中，使学生能够随时观察结构的细节，机构的运行过程，极大地提高了学生的学习兴趣和对知识的掌握程度。VR技术允许学生自由发挥、自由创造而无需担心成本和安全问题，解放学生的创作天性、激发创作灵感，能更好地培养学生的创造能力。

河北工业大学机械制造工程学课程已经成功地把VR技术引入课堂，搭建了组合夹具虚拟拆装实践平台，见图4，和机械加工综合实践VR工厂，见图5。在教学实践中受到了学生的一致好评。

（三）创意作品创新实践化

为了进一步培养学生的实践能力和创造能力，在教学的过程中提出了项目导向、自由开发的实践教学方法。河北工业大学搭建了综合实践实训平台，该平台由仿真模块、加工模块和PLC模块组成。仿真模块可以实现三维造型、车、铣、钻、磨等常用加工方法的虚拟加工仿真，以确保后续实车加工过程的安全;加工模块主要包括数控车床、数控铣床、数控加工中心、激光切割机、激光雕刻机、线切割等加工机床，保证学生设计的零件能够被顺利加工出来;PLC模块主要包括PLC控制器、伺服/步进电机、气缸、丝杠、导轨、传感器、各种连接件等。

教学过程中，由老师指定项目或学生的自主创意作为实践内容，在学校建设的综合实训平台上，学生自己动手进行方案设计、零件加工、传动连接、PLC编程、运动调试等内容，最终形成自己独特的创意作品。依据作品的创新性、完整性、复杂程度等指标进行考评，给出最终成绩。该实践平台使用以来，极大地提高了教学的趣味性和科学性，学生的学习兴趣浓厚，真正达到了废寝忘食的地步。目前这种教学模式已经向本校的其他专业推广，并逐步向其他兄弟院校推广。

四、结束语

在教育部建设新工科的指引下，河北工业大学机械设计制造及其自动化专业对人才培养模式、课程体系和教学方法进行了深入改革，全面注重对学生学习兴趣的激发、创新意识的培养和实践能力的提升，提出了“一线三段”的人才培养模式，重组课程体系，加强了对人才创新意识和创新能力的培养，在教学过程中引入虚拟现实技术、项目式教学等先进的教学方法，加强与企业的联系，使人才培养紧随行业的发展需求，真正做到了为社会培养专业技术能力强、创新意识强、实践能力强，能解决复杂工程问题的优秀综合型人才的目标。

参考文献：

[1]章新，李占龙，宋勇.新工科时代的工程机械专业人才培养模式研究与探索[J].课程教育研究，2019（33）：232.

[2]王淑坤，王金龙，李学光.新工科背景下地方高校应用型人才培养模式初探[J].大学教育，2019（10）：20-22.

[3]张娜，张建勇，张骋.工程教育专业认证和“新工科”背景下的复合材料人才培养模式初探[J].山东化工，2019，48（03）：151+176.

[4]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（01）：10-11.

[5]“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017（02）：24-25.

[6]新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（04）：20-21.

[7]张建辉，张争艳，曲云霞，等.基于TRIZ理论的“一线三段”式本科生培养模式研究[J].教育教学论坛，2016（52）：99-100.

[8]杨如.虚拟现实技术在教学改革中的应用研究[J].无线互联科技，2019（3）：138-139.

[9]元伟霞.虚拟现实技术在教育领域中的应用研究[J].创新创业理论研究与实践，2019（10）：73-74.

[10]杨志文，张争艳，楚蓓蓓，等.基于Unity3D的组合夹具虚拟拆装教学系统设计与实现[J].河北工业大学学报，2018，47（5）：8-16.

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