校企产教融合协同育人范式探索及教学案例开发

胡良斌 高丽娟 李必文 唐德文 邓健

摘  要 为应对科技革命与产业变革，加快工程教育改革创新，教育部实施新工科战略。通过地方搭台、产业出题、政产学研用联动，在长三角、珠三角、长株潭地区等经济发达地区成立创新研究院，探索新工科背景下产教融合协同育人范式；基于产教融合协同教学方式，开发齿轮及其工艺装备精度设计虚拟教学实验，实现教学的产教协同，实践探索人才培养的供给侧结构性改革。该校企产教融合虚拟实验获全国多媒体课件大赛一等奖。

关键词 新工科；产教融合协同育人；虚拟实验

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0062-03

Abstract In order to respond to the scientific and technological revo-lution and industrial reform， and accelerate the reform and innova-tion of engineering education， the Ministry of Education has imple-mented the new engineering strategy. Through setting up local plat-forms， setting up industrial topics， and combining government， indus-try， university， research and application， our school has set up inno-vation research institutes in economically developed areas such as the Yangtze River Delta， the Pearl River Delta， and Changsha-Zhu-zhou-Xiangtan region to explore the paradigm of collaborative edu-cation through the integration of industry and education under the background of new engineering. The virtual teaching experiment of precision design of gear and its process equipment is developed to realize the  industry and education coordination of teaching and prac-tice to explore the supply side structural reform of talent training. The school and enterprise integration of production and teaching virtual experiment won the first prize in the national multimedia course-ware competition.

Key words new engineering; collaborative education through the integration of industry and education; virtual experiment

0  引言

在新科技革命和產业变革的当代，高等教育对国家经济社会发展的作用已经从基础支撑转变为支撑引领并重，成为可持续发展的最大红利和牵引动力[1]。在2019年国际机械工程教育大会上，教育部高教司吴岩司长指出：应精准把握高等教育“识变、应变、求变”的发展大势，全方位、全过程、全要素地以新工科引领高等教育。技术革新与产业变革使得现代工程实际问题的复杂性往往超越现有的工程解决方法和标准、单一的学科知识领域甚至技术范畴，这就需要我国高等工程教育补足在解决实际问题能力培养方面存在的结构性短板[2-3]，进一步强化多学科融合的科学探索与卓越人才培养。

1  实施新工科战略的重大意义

为了应对产业变革和新一轮科技革命，促进我国由工程教育大国向工程教育强国推进，提出新工科建设计划，先后形成新工科建设的复旦共识、天大行动和北京指南，探索领跑工程教育的中国范式和中国方案，推进高等教育强国建设[1]。相对于传统的工科人才，人工智能、云计算、机器人和智能制造等新工科专业人才，更符合未来新经济和新兴产业创新能力强、实践能力强、具备国际竞争力的高素质复合新工科人才需求[4-5]。教育部提出：高校要以新工科理念为先导，凝聚更多共识；以需求为牵引，开展多样化探索；以项目群为平台，加强交流合作；以统筹内外资源为途径，加大项目支持[6]。深化产教融合，推动校企协同，促进教育链—人才链—产业链—创新链有机融合，对新形势下提高高等教育人才培养质量、培育经济发展新动能和推进经济转型升级具有重要意义。各高校针对教育部提出的要求，根据自身实际情况，提出符合自身发展的范式与实施方案。

2  推动校企产教协同，促进教育链—人才链—产业链—创新链有机融合

校企产教协同是高校、企业、学生“三赢”的培养范式[7]。校企产教协同育人范式思维导图如图1所示。作为培养创新型人才有效途径的校企产教协同，既能够为人才培养提供实践机会和就业需求信息，又能提供财政资源和政策支持。南华大学以创新研究院为基础的校企产教协同育人范式是以社会需求为导向，以实践能力培养为重点，以校企产教融合为途径，与经济社会发展相适应，具有南华特色的人才培养范式。建立创新研究院，通过产教融合构建协同育人平台，完善实践育人体系，推进产学研协同创新，创新人才培养范式。以创新研究院为载体，积极探索教育教学综合改革有效途径，增强办学活力；探索产学研合作运行机制，积极拓展校政、校企横向合作空间，为企业转型升级和地方经济持续发展注入动力；探索新工科背景下大学生实践能力校企产教协同培养范式，提高高等教育教学质量。南华大学作为湖南省普通高校新工科建设协作组副主任高校，在深化新工科专业人才培养，推进工科专业信息化、数字化、智能化改造升级，强化虚拟仿真项目方面推进新工科建设系列新举措，推动校企产教协同，促进教育链—人才链—产业链—创新链有机融合。

3  实践探索校企产教融合范式及协同育人教学案例

3.1  “四基地一窗口”校企产教融合范式探索

为了推进新工科建设，面向国家创新驱动发展需求和“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等重大倡议与战略时代背景，南华大学立足区域经济社会发展和企业提质升级需要，以人才培养、科学研究为依托，积极探索校企产教协同育人范式，在长株潭地区、长三角、珠三角等创新驱动前沿地区分别成立长沙创新研究院、长三角研究院诸暨和上虞创新研究院、东莞协同创新研究院。协同创新研究院根据学校学科特色及地方经济发展需要，建立先进制造协同创新中心、高性能材料协同创新中心、节能与环保新材料创新中心等六个创新研究中心，构建产学研结合的创新体系。通过行业企业出题、地方政府搭台，依托高校人才和平台优势，实现政产学研用联动，优化和集聚创新要素，吸引和凝聚高层次人才，将创新研究院打造成“四基地一窗口”——科技创新、成果转化、人才培养、实践与就业的重要基地和服务经济社会发展的重要窗口。

3.2  基于校企协同育人实践教学资源开发探索

针对当前大学生工程能力弱化的问题，为学生开展兴趣式、自主式工程实践，提供高质量专业实践训练课程，拉近课程学习与学科发展前沿、生产实际的距离，让学生将知识技能学以致用，回归工程教育本质。同时，高等机械工程教育进入快速和根本性变革时期，亟待破解学生解决实际工程能力弱化的难题，培养出掌握先进制造技术的知识和能力、具备更高创新创业能力和跨界整合能力的人才，纾解装备制造企业总体设计人才和后备技术骨干匮乏的压力。打开学科边界、知识边界和课堂边界，以“接近真实世界”为机械工程实践教学理念，构建产教研融合驱动的进阶式项目化教学体系，实现既定的培养目标，进行产教研融合驱动的课程体系创新，建立面向卓越机械工程人才的产教协同教学案例是这一行动的具体体现[8-10]。

为深入推进新工科建设，打造南华新工科，南华大学提出“六新六进”新工科研究与实践思路，即新理念、新专业、新课程、新教材等“六新”和进课堂、进基地、进培养方案、进培养目标等“六进”思路。为了落实新理念进课堂，新课程资源源于校企合作基地的“六新六进”研究实践路线，基于产教研融合协同教学方式，在“机械精度设计与检测”虚实协同实验及工程能力拓展系统中，开发齿轮及其工艺装备精度设计虚拟教学实验。该虚拟教学实验以企业工程应用项目、科研项目实验为基础，以“齿轮及其工艺装备精度设计”为研究对象，利用MATLAB等工程软件，进行专业标准设计计算、工程设计训练，通过工程项目和科研项目教学资源化，协同理论教育与工程实践教育，开发适应课程教学需要、实现实践教学内容的产教协同模式，着力提高学生的综合工程实践能力，培养满足现代智能装备制造业需要的综合应用型人才。本虚拟实验包括新国标齿轮精度设计、齿轮刀具精度设计（包括常规、特殊工况和动态设计）、齿轮夹具精度设计和齿轮精度检测方法与装备四大递进任务。

1）新国标齿轮精度设计——齿轮新国标精度设计系统。为了更好地贯彻齿轮新的国家标准，开发齿轮新国标精度设计CAD系统，让教学内容能根据国家标准动态进行调整与更新。

2）齿轮刀具精度设计包括常规设计、动态设计、面向特殊工况的动态设计和高精度刀具加工与制造四个任务。针对教学案例数量欠缺且单一，并且大部分教学案例存在科学性及工程性痕迹太重，教学性不足，教学效果无法得到保证等问题，以工程应用项目和科研项目为基础，本着项目案例教学化的目标，研制包括齿轮滚刀精度设计CAD系统（常规）、修形滚刀精度设计CAD系统（动态设计）、齿轮梳齿刀修形设计CAD系统（面向特殊工况的动态设计）。特别是将基于使用工况条件的动态设计理论修形齿轮刀具设计（齿轮齿向修形和齿廓修形）等现代设计理念与方法纳入实践教学。

3）齿轮夹具精度设计包括斜齿齿轮梳齿刀误差预测系统（高精度刀具加工与制造）。创新设计齿轮梳齿刀的高精度加工夹具系统及其误差预测方法，通过理论仿真计算指导实践生产，培养学生运用计算仿真等手段解决工程实际问题的能力，虚拟实验如图2所示。

4）齿轮精度检测方法与测量仪器较多，而课堂学习中感性认识较少，实验课程检测误差处理与分析繁杂，为解决这些问题，开发齿轮形位精度检测仿真CAD系统，包括齿轮精度检测方法与装备的倒锥齿量球法检测虚拟仿真系统（如图3所示）、齿轮公法线精度测量、齿轮齿圈径向跳动测量、齿距精度测量等任务。特别是针对倒锥齿难测量的问题，剖析量球法的原理及方法。将齿轮及其工艺装备精度设计的创新性虚拟实验纳入实践实验教学中，让实践教学案例更好地接近真实现场，更好服务于企业工程实际需求。

本团队开发的“齿轮及其工艺装备精度设计虚拟仿真平台”以MATLAB软件程序开发为工具手段，融合大学计算机、机械精度设计与检测、CAD/CAM、机械优化设计、数值分析等课程知识，以校企产教协同育人为导向，以企业工程实践与学校科研项目为素材，自主开发产教研教学实践平台，旨在将企业工程项目和科研项目案例教学化，拓展实践教学资源，增强教学内容的工程性与实用性，拉近学生与工程现场、工作情境及现代技术发展的距离，激发学生兴趣，提升学生创新能力和工程实践能力培养。该校企产教融合虚拟实验资源获全国多媒体课件大赛一等奖。

4  结束语

在新工科实施背景下，以创新研究院为依托，以培养高级应用型人才为出发点，构建一个以实践能力培养为重点、以校企产教融合为途径、与经济社会发展相适应、具有南华特色的校企产教协同培养范式。基于产教融合协同教学方式，开发齿轮及其工艺装备精度设计虚拟教学实验，实现实践教学内容的产教协同，提升大学生综合工程实践能力，满足现代先进装备制造业的人才培养需要，促进高校的人才培养供给侧和行业企业的产业需求侧结构要素深度融合，推动高校人才培养的供给侧结构性改革。

参考文献

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