新工科背景下机械人才工程实践能力和创新能力培养的研究与实践

彭 斌 靳 岚 王保民 宋孝宗

（兰州理工大学机电工程学院 甘肃·兰州 730050）

随着经济全球化的发展，我国从制造大国走向制造强国需要高水平的工程人力资源保障，培养的工程人才得到国际企业界认可等都要求高等工程教育必须进行改革。随着我国成为《华盛顿协议》的正式成员，标志着工程教育体系进入国际工程教育联盟，有利于提高我国工程教育质量、促进我国按照国际标准培养工程师、提高工程技术人才的培养质量，是推进我国工程师资格国际互认的基础和关键，对于我国工程技术领域应对国际竞争、走向世界具有重要意义。同时工程教育专业认证是也是我国高等工程教育界面临的机遇和挑战。目前围绕“学生中心、产出导向、持续改进”的工程专业认证理念已逐步在各大高校中深入，不断加强专业建设，提高人才培养质量也成为高校教育界的追求目标，我们针对如何将工程教育专业认证和西部应用型机械类人才实践能力培养结合起来进行了认真探讨和研究。

1 探索建立工科发展新范式——修订全新的培养方案

根据世界高等教育与历次产业革命互动的规律，面向未来技术和产业发展的新趋势和新要求，在总结技术范式、科学范式、工程范式经验的基础上，探索建立新工科范式。在充分论证和深入思考的基础上进行了培养方案的全面修订，构建了学科交叉融合创新教育课程体系。培养方案重点改革专业相关课程（包括实践环节）教学中存在的“课程教学与创新教育分离”的弊端，以课程教学专创融合为抓手，加强学生创新意识的培养，通过增开创新思维、创新方法相关课程，加强学生创新思维的培养，通过“课赛结合”加大学科竞赛、科创活动的要求力度，加强学生创新能力的培养；通过加开创业课程、鼓励学生参加创业竞赛活动，锻炼增强学生创业的意识和能力，从而探索基于专创融合的全新培养模式。

2 问产业需求建专业，构建工科专业新结构——智能制造工程

加强产业发展对工程科技人才需求的调研，做好增量优化、存量调整，主动谋划新兴工科专业建设。我们在充分论证的基础上申请了新工科专业——智能制造工程。智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。加快发展智能制造，是培育我国经济增长新动能的必由之路，是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，对于推动我国制造业供给侧结构性改革，打造我国制造业竞争新优势，实现制造强国具有重要战略意义。

3 问技术发展改内容，更新工程人才培养体系

将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程，更新教学内容和课程体系，建成满足行业发展需要的课程和教材资源，打通“最后一学里”。推动教师将研究成果及时转化为教学内容，向学生介绍学科研究新进展、实践发展新经验，积极探索综合性课程、问题导向课程、交叉学科研讨课程，提高课程兴趣度、学业挑战度。促进学生的全面发展，把握新工科人才的核心素养，强化工科学生的家国情怀、全球视野、法治意识和生态意识，培养设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，提升创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导力。通过构建和探索人才培养的新方法和层次化实践来达到学生的工程实践能力和创新能力的提升。

4 问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段

落实以学生为中心的理念，加大学生选择空间，方便学生跨专业跨校学习，增强师生互动，改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心的工程教育模式。推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式。完善新工科人才“创意—创新—创业”教育体系，广泛搭建创新创业实践平台，实现100%工科专业学生参加创新创业训练、50%学生参与一项创新创业赛事活动，推动产学研用紧密结合和科技成果转化应用。项目通过5+1（五个教学层次和一条竞赛主线）来进行工程实践能力和创新能力的培养，五个教学层次：工程基础认知层次、机械基础综合实践层次、专业综合技术层次、创新实践训练层次和科学研究层次；通过不断线的一条竞赛主线来贯穿和牵引4年的大学生活。

5 加强内外资源的共同建设，打造工程教育开放融合新生态

优化校内协同育人组织模式，通过建立跨学科交融的新型平台，突破体制机制瓶颈，为跨学科、跨专业交叉培养新工科人才提供条件保障。汇聚学院和企业优势资源，完善科教结合、产学融合、校企合作的协同育人模式，建设教育、培训、研发一体的共享型协同育人实践平台。围绕学院的实践教学及学生的创新能力培养，构建形成了7大实验平台：（1）机械基础综合实验平台；（2）先进设计制造技术综合训练平台；（3）测试与控制综合实验平台；（4）机械结构性能综合实验平台；（5）工业生产综合实验平台；（6）实践基地平台；（7）科创基地平台。

通过构建工程认知——基础教育——创新实验——创新设计——仿真实验——数字化制造——验证等螺旋递进式的培养模式，实现学生工程实践能力和科技创新能力的提升，使学生从0基础开始，通过学习和培训，循序渐进掌握机械产品的组成、功能分析、原理设计、设计方法、控制原理等内容；掌握机械传动部件的选择；结构件的设计；传感器的选择和使用；电机的使用；计算机编程和调试等，使学生在机械产品的创新实践过程中，提升分析问题和解决问题的能力。依据区域经济发展需求和行业发展现状，构建机械类人才工程能力培养体系，以产出为导向，结合学校定位，按照工程专业认证的标准，从原来的工程科学教育模式向工程师培养模式调整，从工程技术知识传授转变到职业所需能力培养，特别是在开设的各个教学环节紧密结合“工程实践”“学科竞赛”和企业、教师的“研究课题”，以师资队伍和实践条件建设作为保障，培养学生扎实的工程理论知识、工程基本技能和工程思维及素质，培养学生的工程实践能力，突出专业特色，保障专业培养目标的达成，从而培养学生的工程实践能力和创新能力。近5年来，学生参加各类文化科创竞赛和创新创业活动达到万余人次，获国家和省部级奖励1000余项，校级奖励2200余项，科技创新项目获奖130项，专利40件，学院组织学生积极参与校级《学生科技创新基金》申报，立项70余项；多项科创作品已转化为产品，形成了学生从“参与教师科研—专利申请—产品研发—创新创业大赛—市场化推广”的工程创新教育模式。3J协会、3D动力协会荣获全国百强学生社团，3J协会曾荣获“小平科技创新团队”荣誉称号。