深化实践教学 助推机械工程创新人才培养

叶卉 姜晨

摘 要 培养创新人才是高等教育的重要使命，通过在传统理论教学基础上深化实践教学，是培养学生创新及实践能力的重要手段。通过分析上海理工大学机械工程学科发展现状，结合机械学科创新型人才的基本要求及需求导向，构建虚实结合的实践教学体系，形成以国家级虚拟仿真实验中心、校内外实习实训基地为依托的实践教学平台。不断拓展实践领域，丰富教学内容，持续为机械工程领域培养和输出优质创新人才。

关键词 机械工程 创新人才 实践教学 虚实结合

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.026

Abstract Cultivating innovative talents is an important mission in higher education. Deepening practical teaching on the basis of traditional theoretical teaching is an important means to cultivate the innovation and practical ability of undergraduate. By analyzing the development status of mechanical engineering discipline in university of Shanghai for science and technology， and combining the basic requirements and demand guidance of innovative talents in the mechanical discipline， the practical teaching system combining virtuality and reality？is constructed. A practical teaching platform was built， which is based on both the national virtual simulation experiment center and the training base in and outside the university. Constantly expand the practical field， enrich the teaching content， and continue to train and export high-quality innovative talents for the field of mechanical engineering.

Keywords mechanical engineering； innovation talents； practical teaching； virtual-real synthesis

创新作为人类特有的一种认识能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现，也是推动民族进步和社会发展的不竭动力。江泽民主席曾经说过：“一个没有创新潜质的民族，难以屹立于世界先进民族之林”。[1]因此，如何培养创新人才已逐渐受到教育工作者的广泛关注，目前已成为理论与实践研究的重点课题。2012年6月14日，教育部印发的《国家教育事业发展第十二个五年规划》中明确提出将人才培养定位为高校工作的中心，促进科研与教学互动、与创新人才培养相结合。[2]培养学生创新实践能力，将成为人才培养的必然趋势。创新教育是实现创新人才培养的核心，而课程教学是构建创新教育的基石。对于机械工程类应用型学科而言，实践教学环节是学科教学中的关键环节，在高校教学中强化和优化实践教学体系，有助于培养符合知识经济时代所需的创造性思维的创新人才。[3]

2015年，国务院批复实施《中国制造2025》，制定了制造业发展纲要，为中国制造业未来十年设计了顶层规划和路线图，对于推动中国制造走向“中国智造”具有重要指导意义。[4]以中国制造2025为导向，结合当前我国智能制造发展规划，先进制造业已经成为国家和上海市支柱产业和主导产业，迫切需要一大批具有坚实基础理论和专业技能的制造业高素质创新人才，这些都高校教育教学提出了新的要求。上海理工大学作为一所具有百年办学历史，以工为主，工、理、管、经、文、法和艺术等多学科协调发展的上海市属重点大学，近几年机械工程学科发展较快，先后获得了“国家级特色专业”、“机械工程”一级学科博士学位授予点，机械学科一直致力于培养“工程型、创新性、国际化”的机械工程领域的专业工程师。[5，6]

本文基于上述背景，结合创新人才的基本要求和需求导向，总结了：①机械工程领域创新人才应具備的主要特征；②虚实结合实践教学平台的构建及其在创新人才培养方面的积极意义；③大学生创新创业训练计划的落实和推广。通过建立合理的实践教学体系，在创新人才培养方面不断取得可喜成绩，逐步探索出以培养机械工程创新人才为目标的高等教育实践教学模式。

1 机械工程领域创新人才应具备的特征

为适应国家、社会发展需求，机械工程学科应培养具备创新能力、职业素养和社会责任感，具有扎实的专业基础知识，能适应机械行业技术的快速发展的专业技术人才，机械工程领域创新人才应具备以下特征：

（1）能综合运用工程数理知识和机械工程专业知识，提出、分析和解决所在领域的复杂工程问题；

（2）能跟踪机械工程及其相关领域的前沿技术，创新性地运用现代工具从事相关产品的设计、开发和生产，具有工程项目的管理能力；

（3）理解并遵守职业操守，熟知工程规范，在工程实践中，能综合考虑法律、环境和可持续发展等因素的影响；

（4）能开展多学科、跨文化的技术交流，具备团队协作、沟通和表达能力；

（5）具有国际视野，在终生学习、专业发展方面表现出担当和进步。

2 构建虚实结合的实践教学平台

在机械工程学科中开展实践教学是全面提高学生解决机械复杂工程问题能力和创新实践能力的重要教学手段，是促进学生理论知识与实践能力相结合的重要桥梁，与理论教学具有同等重要的地位。[7]我校积极探索实践教学新途径，通过搭建校内及校外工程实践平台，不断丰富实践教学内容，强化实践教学环节，逐渐形成了完善的工程实践教学体系。根据机械工程创新人才培养的需求，将机械工程类专业实践教学体系分为基础实验、专业实验、综合实验和创新实践四个层次，其中，基础实验包括大学物理实验、材料力学实验、金工实习等，是以完成机械工程师的基本技能训练为目标；专业实验包括先进制造综合实验、机电一体化综合实验等，学生可以根据兴趣选择不同的实验模块，逐渐培养学生的实践创新能力；综合实验通过组织学生以团队或个体的方式进行直接的综合工程实践训练，实验内容的选择可根据专业要求完成一个工程实践项目，如虚拟制造综合实验，机械工程综合实习等，激发学生创新意愿，提高学生的创新能力；第四层次的创新实践主要包括工程实践项目、科研创新项目和各类大学生创新竞赛，指导和支持学生以各类创新项目为平台进行自主创新活动，强化学生创新意识，提升创新能力。四个层次循序渐进，为机械工程学科输出具备扎实的专业理论知识和良好的实践创新能力的优质人才。

实践教学的顺利实施依托于良好的实践教学平台的搭建，机械专业建立了国家级装备制造虚拟仿真实验中心，并与多家企业开展产学研合作，建立实践教学基地，开展企业实习实训。将理论教学、实验教学与工程实践紧密有机结合，以培养具有创新实践能力高素质人才为教学目标建立了虚实结合的网络化实践教学平台，建成了具有鲜明特色、国内知名的装备制造实验实践和创新能力培养基地。

2.1 装备制造虚拟仿真实验中心

传统的装备制造实验项目只能满足基础课程知识的训练，难以跟上技术和社会的发展，特别是对于重大型、危险型的高端装备开展实物实验难度高、投资大，甚至无法开展。随着计算机技术和网络技术的迅速发展，装备制造虚拟仿真实验技术日渐成熟和完善，融合经济、安全、精确、真实等众多优点的虚拟仿真实验技术作为继理论研究和实验研究之后的第三种科学研究方法，对社会发展、科技进步和创新人才培养起到了越来越重要的作用。

装备制造虚拟仿真实验中心依托各种高科技交互实验设备，开展丰富多彩的虚拟技术课程实验和创新课程实验，利用虚拟仿真实验扩展教学资源，扩充实体实验无法完成的实验内容。使得学生能够在实验室或学校机房完成虚拟仿真实验，开设的实验包括装备制造认知实验、机电装备设计虚拟仿真实验、装备制造过程虚拟仿真实验、装备施工工艺虚拟仿真实验、装备故障诊断与维护虚拟仿真实验以及装备产品虚拟展示与服务虚拟仿真实验等，丰富学生的专业知识并加强学生的实习预习理解，开阔视野。全方位、立体化教学资源能够成为学生开放式自主学习和实践的主要天地，为学生开创了丰富的获取知识的渠道，拓寬了学习的视野，提高了自主解决问题的能力。

2.2 校内实验中心及校企合作实践教学基地

结合机械工程学科特色和科研平台优势，建立了机械工程实验中心，用于开展本科生专业实验课程的教学工作，并提高本科生的创新创业能力。建设有精密磨削技术重点实验室、数控技术实验室、机电测试与控制实验室、机电控制创新实验室、液压气动实验室、制造技术实验室以及上海理工大学-斯图加特大学联合实验室、上海理工大学-哈德斯菲尔德联合实验室等多个实验室，配有高精密数控平面磨床、数控车床、数控铣床、机器人、五轴联动数控加工中心、便携式工作站、3D立体显示系统、3D打印设备、残余应力测量仪、三坐标测量仪、激光干涉仪、热流密度仪等高端仪器设备，支持学生完成大学物理实验、化学实验、机械原理实验、电工与电子实验等，以及本科生金工实习以及机械设计、课程设计等实践教学任务。机械工程实验中心能够满足本科生专业实验及课程设计的教学需要，并为全国大学生机械设计竞赛等多种实践竞赛提供培训和实践基地。依托于机械工程实验中心，在实验教学中加深了学生对机械工程学科的认识，激发了学生的创造力和积极性。

机械工程创新人才培养所面临的教学任务是：打破与产业需求脱节的封闭教育体系，针对专业知识基础的“交叉性”与技术的“集成性”发展特点，强化专业教育的实践性和创新性，让学生掌握丰富的跨行业领域、跨学科专业、跨不同国界的知识、技术与方法，形成强有力的工作与发展能力。[8]根据这一基本教学原则，机械专业在人才培养过程中应该不断强化与企业共建、加强科研资源转化，大力发展校企合作是实践教学平台构建过程中保障实践教学内容的重要手段。机械专业先后与多家相关企业建立了良好的产学研合作关系，通过校内专业教师和企业导师共同对学生进行教学指导，促进学生做到理论知识与生产实际的有机结合，有效提高本科生的创新创业能力。

3 实践教学取得的成效

近年来，以虚实结合的实践教学体系为依托，机械专业学生在科研创新能力、综合素质等方面得到明显提高，在各类国家级、省市级科技创新比赛中取得了诸多可喜成绩。近三年机械专业本科生获得国家级大学生创新大赛奖项25项，省市级大学生创新大赛奖项近百项；获得国家授权发明专利21项，实用新型专利19项。本科生在导师的指导下完成创新实验及创新课题的研究，培养了机械工程学生创新思维的能力，并形成了创新成果反哺实践教学的良性循环。

参考文献

[1] 江泽民.全国科学技术大会讲话[Z].1995.5.26.

[2] 国家教育事业发展第十二个五年规划[R].中华人民共和国教育部，2012.6.14.

[3] 宋广元，李永平，刘云利.实践创新能力是应用型人才培养的关键[J].中国高等教育，2015 （Z2）：65-67.

[4] 中国制造2025 [R].国务院，2015.5.8.

[5] 叶卉，姜晨.“双一流”战略背景下的课程建设及改革[J].中国高等教育评估，2017.1：48-51.

[6] 叶卉，姜晨.面向工程教育认证的精密加工技术课程教学浅谈[J].科教文汇，2018.

[7] 陈庆，高路，甘树坤.实践教学中培养机械类专业学生工程素质和创新能力的研究与探索[J].吉林化工学院学报，2013.30（4）：38-42.

[8] 王张琦，孙跃东，姚俭.现代高端工程人才培养模式的探索与构建[J].研究生教育研究，2015.2：69-73