以数字化加工云平台为载体的机制专业人才培养模式改革与实践

段向敏 杨明金 游思凯 李守太

（西南大学工程技术学院 重庆 400715）

0 引言

当前，国际竞争日趋激烈，而我国制造业发展也面临着资源环境约束不断强化、人口红利逐渐消失等多重不利因素的影响[1]。人才是第一资源的重要性更加凸显，制造业对高素质人才的培养和发展提出了更高的要求。从全世界整体来看，国民生产总值的三分之一、工业生产总值的80%是制造业创造的，工业就业人数中90%属于制造业，整个社会就业的50%、工业税收的80%由制造业提供。在2020年后，由于我国产业链完整，且情况控制得当，我国经济率先复苏，这也得益于我国丰富的产业人才。

（1）新工科教育等对技术人才的要求。为了顺应时代发展和产业结构变革以及提升我国产业竞争力，国家先后出台了许多重大改革措施和提出了重点项目，如“新工科”建设、“智能制造”、《中国制造2025》等。大力促进“新工科”教育是为了培养高质量的科创人才，因为科技创新和人才是第一生产力[2]。培养科创人才涉及四个基本环节，首先要学会系统思维，用系统思维去解决复杂问题；其次是要掌握产品从概念到量产的整套科创流程；再次是要有产品更新及淘汰思维或方法，持续建立产品优势；最后也是最重要的，要有创新基本素质，能够打破常规，懂得变通。

“智能制造”是一个不断演化的系统工程，是先进制造技术与信息技术的有机结合。“智能制造”贯穿于产品的整个周期及各个环节，它将相应系统进行优化集成，从而实现制造的智能化、数字化、网络化，不断提升产品竞争力，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。智能制造的基本范式是数字化制造，数字化制造离不开数字化云平台，更离不开高水平的产业人才。

《中国制造2025》是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领，确定了“1+X”规划体系：“1”是指《中国制造2025》，“X”是指11个配套文件。11个配套文件包括智能制造工程实施指南（五大工程之一）和制造业人才发展规划指南（四大发展规划之一），确定了包括高档激光加工设备在内的十大重点领域[3]。

（2）制造业对技术人才的要求。制造业是国之根本，是经济基石，国家要发展壮大离不开兴盛的制造业，而兴盛的制造业离不开源源不断的科创人才[4]。教育部与其它三部门共同印发了《制造业人才发展规划指南》（以下简称《指南》），其明确指出科创人才是实现制造强国的关键所在，《指南》指出制造业人才培养还存在较多突出问题。比如：高校对人才的培养与企业实际需求脱节，工程实践能力不足，生产与教育融合不够，学校相关教学设备更新及建设滞后等问题。《指南》同时也部署了诸多重点人才工程计划以促进产教融合，提升人才培养质量。例如：加强一线教师自身实践能力的培养，优化工程实践基地的建设，打好提高人才培养质量的基础；在高校中建设一批产学研合作示范项目，让学生参与进来，真正做到产、学、研合作，提升学生的创新实践能力。

机械设计制造及其自动化专业（以下简称机制专业）是“新工科”建设的主要依托专业和“智能制造”重要支撑专业。国家及各省市教育主管部门十分重视机制专业人才培养布局和人才培养质量提高，这是由机制专业的人才需求决定的。在“新工科”“智能制造”、《中国制造2025》背景下，机制专业更应注重高素质复合型人才培养，缩短企业培训毕业生的时间和降低培训成本，让“中国制造”更有竞争力。

（3）立德树人和工程教育专业认证的要求。立德树人成效是检验高校一切工作的根本标准和准则，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，在传授专业知识和培养技能的同时，也要注重塑造正确的世界观、人生观和价值观。2018年9月习近平总书记在全国教育大会上强调，培养高质量的人才，光有文化知识教育是远远不够的，必须要把立德树人融入教育各环节，形成德智体美劳全面培养新体系[5]。为此，学校的管理体系、学科体系、课程体系都要围绕立德树人来设计，而老师和学生都要围绕立德树人来讲、来学。

工程教育专业认证是对工程类专业教育实施的专业性认证，认证通过的学校毕业证书可以得到《华盛顿协议》其他成员的认可，工程教育国际互认和工程师资格国际互认使得越来越多的学校按照认证通用标准来传授知识和技能。认证的核心是要把毕业出口和培养目标为导向，以大家认可的质量为标准，对专业的课程体系设置、办学条件配备、师资队伍建设、评价体系构建等进行综合评估[6]。认证标准提到要以学生为中心，以培养学生的创新能力、工程实践能力为目标，开展相应实训项目，并强调建立持续改进机制，以确保培养质量和教育活力。

1 机制专业激光加工实训现状

西南大学机制专业是学校重点建设智能制造学科群重要支撑专业之一，2020通过工程教育专业认证。我校工程训练中心开设《工程训练》《数控技术》等课程，其中激光加工实训项目是必做项目。激光加工实训项目使学生对各种激光加工工艺、激光性能及使用都有一定的了解和认识，提高学生的综合知识水平，提升学生的实践和动手能力。目前激光加工实训教学面临诸多问题，首先是上课学生多，而激光加工设备少，导致课程实训时间冗长；其次是激光加工实训项目课程体系不完善，实训项目内嵌于《工程训练》课程内，没能单独开设激光加工课程；再次是实训项目内容过于单一，缺乏对学生创新思维及工程能力的培养；最后是缺乏信息化平台的建设。因此，很有必要对激光加工实训项目进行升级改造，对教学内容和课程体系进行完善和改革，建设激光加工数字化加工云平台，使其不仅服务于《工程训练》课程体系，还服务于《数控技术》《特种加工》等相关课程，使全校工科学生线下线上都能完成相关学习。

2 以云平台为载体提升人才培养质量

2.1 将激光加工纳入机制专业人才培养体系

为构建并完善全新人才培养实践教育体系，学校工程训练中心与嘉兴鹰华智能科技有限公司深度合作，升级打造激光加工实训项目，完善相关培养方案、课程体系和教学内容，创新实践教学模式[7]。校企协作探索建立“激光加工数字化加工云平台”，以“多维度育人”为核心，着力培养学生的工程创新意识。探索《激光加工》单独设课的可行性，不限于《工程训练》课程体系内，让激光加工项目不仅服务于《工程训练》课程，还要服务与其它相关机制专业课程，例如，《特种加工》《先进制造技术》《数控技术》等课程。同时完善激光加工课程体系，并结合机制专业培养目标，丰富教学内容。

激光加工不同于传统的切削加工，其加工过程没有刀具，是一种无接触式加工，控制激光焦距和功率就能实现多种加工效果，是一种多功能、高精度、低能耗的加工方式。激光加工在工程训练中心最典型的应用是切割，应最大限度发挥激光加工在训练中的价值，将激光加工作为艺术设计创作、模型制作、产品造型制作、服装设计裁剪等的得力工具。激光加工能够快速且安全地制造出样机，学生的创意设计，能快速通过激光加工变成实实在在的作品，既开拓了学生的创作思维，又增强了实践能力，让理论与实践更紧密结合，全面提升学生综合素质和能力。

2.2 立德树人，培养学生辩证思维能力

根据“新工科”建设和工程教育认证通用标准，建立激光加工课程思政教学体系。在明确新时代激光加工课程应该“树什么人”的前提下，将“立什么德”融入实训过程，将激光加工理论教学体系、实践教学体系和思政教学体系有机融合，在课程体系、课程大纲、授课内容和教材选用方面，严格“学生中心、产出导向、持续改进”机制，进一步拓展课程广度、深度和温度，既博学，又专攻，还德高，融知识传授、能力培养和价值塑造为一体。

深入挖掘思政元素，完善课程思政教学内容。深入挖掘、梳理理论教学和实践教学里面蕴含的思政元素，按照立德树人的总目标，完善课程思政教学内容。将课程思政融入课堂教学和实践环节，充分利用数字化云平台在实践环节中的应用，使思政教育不再是纯理论的枯燥学习，从而提高课程思政润物无声的育人效果。

创新课堂教学模式，提高课程思政内涵融入实践教学的水平。在潜移默化中实现课程思政教育，需要创新思政教育教学模式，充分利用主题研讨、案例教学、情景仿真、创意加工等多种教学方法和手段翻转课堂，提高学生参与课堂活动的积极性和主动性，实现认知、情感、理性和行为认同。

2.3 以云平台为载体提升学习体验和学习效果

“激光加工数字化加工云平台”将激光加工和教学共享平台有机地结合起来。通过深化激光云平台建设，根据不同年级设立合适的激光加工实践项目，提升学生学习体验和学习效果。探索高校与企业合作办学途径，创新与企业优势结合的高水平人才培养模式，建设一套针对本科生完整的激光加工育人体系[8]。

对大一机械专业学生开设激光基础实践项目，以“激光是什么”“谁发明的激光”“激光有什么用”等问题为导向，带领学生走进激光加工实训基地，激发他们的好奇心，让他们了解激光、了解激光加工；对大二机制学生在《工程训练》课程中加强激光加工实践项目权重，进行激光加工实践训练，让他们实际动手操作激光加工设备，懂得使用激光加工设备的操作技能和方法；大三机制专业在《特种加工》《数控技术》等课程中增加激光加工理论和方法实践项目，同时组织学生参加各类科技竞赛，运用激光加工设备制作样机，进一步理解激光加工原理及设备；对大四机制专业学生，其毕业设计可以选题激光加工装置设计，掌握激光加工设备工作原理并进行创新设计。

从大一到大四每位学生的激光加工课程痕迹都可以上传到我们的激光数字化云平台，提升学生学习体验和学习效果。建立一套完整的让学生从“了解激光→认识激光加工→掌握激光加工设备→理解激光加工工作原理→设计激光加工设备”育人体系。从大一新生认识激光加工；到大二了解激光加工；到大三使用激光加工；再到大四设计激光加工设备。针对机制专业各年级，设置符合培养目标的激光加工实践项目，并完善课堂教学内容和教学改革方案。

3 总结与展望

校企合作建立“激光加工数字化加工云平台”，扩大平台的应用范围，并配套改建校内实践环节，搭建激光加工实践条件。升级打造激光加工项目，开发多项产教融合的激光加工实训项目，新建多种激光设备的完整教学内容、考核体系、创新实践教学模式。建设并完善了激光加工育人课程体系和激光加工数字化加工云平台，提升了学生综合工程能力与创新能力。组织学生参加各类科技竞赛，如创新创业大赛、全国大学生机械创新设计大赛及全国大学生工程训练综合能力竞赛等赛事，获得良好成绩。

后续应根据课程目标和立德树人要求，从专业、行业、国家、国际、文化和历史等角度，增加实训环节的知识性、人文性和趣味性，提升实训内容的思想性、前沿性与时代性。同时，还要对激光设备和云平台进行升级打造，进一步完善人才培养体系。