面向新工科的地方高校机械制造课程群建设研究

殷 赳，阳同光，范 彬，曾 琦

（湖南城市学院机械与电气工程学院，湖南 益阳 413000）

0 引言

2017年2月20日，教育部发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，通知要求，新工科研究和实践要围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系开展。基于行业产业的新需求建设专业，从而构建工科专业的新结构；基于工程技术的最新发展动态更新教学内容和学科知识体系；以学生为中心，虑及学生的专业兴趣而革新教育方式与教学手段，全面推进新工科的建设与发展[1]。在此背景下，作为传统工科专业的机械设计制造及其自动化专业亟需抓住区域经济发展和产业转型升级的机遇，面向制造领域信息化、智能化的发展趋势，对人才培养方案、课程体系、课程内容、质量评价等各个环节进行全方位的更新与改革，从而培养出适应并满足未来新兴产业的发展需求，具备良好的工程实践能力与创新能力的高素质应用型人才。

对于地方应用型高校而言，需要抓住“一流本科专业建设”的契机，充分挖掘和利用地方资源，主动对接地方经济社会发展需要和本地企业的技术创新要求，加强校企合作，深化产教融合和协同育人，开展机械设计制造及其自动化专业的新工科建设研究。当前，在制造领域，湖南抢抓新一轮科技革命和产业变革的机遇，把智能制造作为“制造强省”战略的主攻方向，制订《湖南省智能制造工程专项行动计划》等纲领性文件。在《中共湖南省委关于制定湖南省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中旗帜鲜明提出实施“三高四新”战略，打造国家重要先进制造业高地。在上述战略和政策引领下，湖南省在工程机械、轨道交通装备、汽车、电子信息、新材料等重点领域开展智能制造升级改造，建设了一批智能制造领域的重点示范项目。智能制造有力推动了湖南制造业制造模式变革和产品技术创新，已成为湖南高质量发展的核心动力。因此，无论是新工科建设，还是地方智能制造产业的发展，都对地方应用型高校机械设计制造及其自动化专业的人才培养质量和课程体系建设提出了更高的新要求。

1 机械制造课程群建设现状分析

1.1 国内外建设现状

随着新工科建设在工程教育领域的大规模开展，已有一些国内高校针对新工科背景下机械设计制造及其自动化专业的人才培养模式进行改革研究。具体到面向新工科的课程体系改革和课程建设方面，顾海等[2]指出应用型本科高校是“新工科”建设的重要力量。合理的专业课程体系是保证人才培养质量的重要因素，在人才培养体系中起着关键作用。从理清人才培养与课程体系构建的关系、专业课程体系构建的原则、教学形式与教学方法的创新等方面深入分析，总结了“新工科”背景下机械设计制造及其自动化专业课程体系构建的经验。孟杰等[3]以应用型人才培养为目标，以工程项目作为载体，通过理顺与机械制造过程相关课程间的相互关系，建立机械制造课程群，并探讨了课程群建设的实施方法，使理论教学内容与生产实际相结合，实现了课程体系的更新。李聪波等[4]则针对机械制造技术基础课程教学中存在的一系列问题，提出了该课程建设和改革的新思路，从人才培养目标的调整入手，构建了涵盖理论、实验和实践教学的一体化课程体系，积极探索新工科背景下课程建设的有效途径，培养高素质创新人才。

国外方面，美国麻省理工学院[5]在其工程教育改革项目“新工程教育转型NEET”中提出了新型工科专业人才所必须具备的思维。MIT新工程教育转型项目同样主要针对教学内容和教学方式以及学习方式的变革，内容方面，注重产业界和新技术的未来发展趋势；教育教学方法层面则重点强调以项目为中心的学习，注重知识的应用。Porter等[6]在德州农工大学工程技术系开设了一个名为“多学科工程技术（MXET）”的新学位课程，为学生提供机械工程技术领域的多学科基础知识，使其能够很好地适应工业技术发展的新要求。

总体而言，虽然已有部分学者意识到新工科建设背景下应用型高校机械设计制造及其自动化专业改革的重要性，但更多的是面向人才培养方案和培养模式等宏观层面，或者是针对某一门具体课程的教学改革，但直接面向机械制造课程群建设和改革的研究较为少见，对于能推动机械制造类课程有机统一和协同改革的机械制造课程群建设缺乏系统、深入的探索与实践。

1.2 本校建设现状与对策

制造技术是智能制造的基础和支撑，因此，在机械设计制造及其自动化专业的课程体系中，机械制造类课程是最直接面向智能制造领域的。当前，在我校机械制造类课程建设中存在一系列的问题，无法满足新工科建设背景下面向智能制造领域的人才培养的需要。首先，机械制造类专业课程彼此相对独立，课程教学内容和教学实施过程缺乏整体设计和系统性。其次，机械制造类课程的理论和实践教学内容缺乏更新，对于数字化制造、绿色制造、增材制造、工业机器人等智能制造领域常用的新技术鲜有涉及或浅尝辄止，与生产实际存在一定的脱节。再次，过于注重理论教学环节，实践性教学环节课时的占比不足，且多为验证性环节，不利于培养学生发现、分析和解决问题的能力。针对上述问题，探索和开展新工科背景下的机械制造课程群建设，推动机械制造类课程有机协同建设和改革，成为地方应用型高校对传统的机械设计制造及其自动化专业进行教学改革的当务之急和重要工作。

课程群建设是根据专业人才培养方案的具体要求，将内容上紧密关联、相互渗透、具有顺承关系和互补性的系列课程进行重新规划设计、整合，形成一个相互衔接、相互关联配合的有机课程系统。通过课程群建设，实现机械制造类相关课程特别是专业核心课程在教学内容、教学方法、教学评价等方面的有机整合和协同改革，从而提高面向新工科的应用型人才培养质量。

2 面向新工科的机械制造课程群的构建

2.1 新工科背景下面向智能制造产业的人才培养新要求

在新工科人才培养从适应服务到支撑引领、从学科导向到产业需求导向转变的背景下，在把握好新工科建设内涵的基础上，结合地方应用型高校机械类专业的实际情况，提出对机械制造专业技术人才在智能制造领域的专业基础能力、发展能力和社会能力等方面的新要求，这是构建机械制造课程群的前提条件。具体而言，立足产教融合、校企合作，通过对三一重工、山河智能、楚天科技等省内知名工程机械、装备制造行业企业实地调研，充分掌握地方智能制造产业对机械制造专业技术人才在新一代信息技术、先进制造技术、机器人技术、生产管理等领域应具备的专业基础能力、发展能力和社会能力体系要求。基于行业企业的最新需求更新和完善专业人才培养要求，明确上述知识、能力、素质等方面的具体要求与机械制造课程之间的对应关系，为机械制造课程群的合理构建提供理论依据。

2.2 机械制造课程群建设的思路、目的与内涵

在新工科建设战略背景下，对接湖南省“三高四新”战略和智能制造产业发展的需求，探索新形势下湖南省地方应用型高校机械设计制造及其自动化专业人才培养的新要求，构建旨在培养学生知识、能力、素质的机械制造课程群，推动机械制造类核心课程的有机协同建设和改革，完成课程群中的理论课程的整合、更新和实践课程的理实一体化，从而实现培养实基础、重应用、有特色、高素质的具有扎实实践能力、创新能力的应用型人才之目的。

基于新工科背景下面向智能制造产业的人才培养新要求，依托湖南省一流本科专业建设点机械设计制造及其自动化专业平台，在传统机械制造专业核心能力课程设置的基础上，围绕“机械制造技术基础”“机械制造装备技术”和“数控技术”等专业核心能力课程，构建由五门理论课和四门实践课以及两个创新性环节组成的机械制造课程群，如图1所示。

图1 面向新工科的机械制造课程群

机械制造课程群包括理论课程和实践课程两大模块。首先，针对机械制造类专业课程间的教学内容缺乏整体设计和系统性的问题，打通专业核心能力课程“机械制造技术基础”“数控加工技术”和“机械制造装备技术”之间的壁垒，将各门课程的相关知识点相互串联、有机衔接，实现课程教学内容的协同规划和深度整合。其次，引入“工业机器人技术”和“先进制造技术”两门特色课程，并将其分别与“机械制造装备技术”“械制造技术基础”进行融合，以适应新工科和智能制造背景下信息技术、先进制造技术、机器人技术等领域的知识能力素质要求。

实践教学环节方面，注重以培养学生动手能力和应用知识的能力为目标，更加强调理论课程对实验教学、实践教学的指导和衔接，推进理论与实践一体化的教学设计。新增以机器人技术、增材制造和数字化制造等先进制造技术为核心的智能制造实训课程，让学生掌握智能制造相关领域最前沿的技术。此外，大力推动校企合作在人才培养过程中的协同作用，并充分发挥学科竞赛和创新创业实践在培养学生创新实践能力、团队协作能力以及解决实际复杂工程问题的能力中的作用。

3 面向新工科的机械制造课程群建设方案

3.1 明确新工科人才培养主线

深入学习贯彻湖南省“三高四新”战略，明确地方装备制造业和智能制造产业发展的需求以及新工科的产业需求导向对机械设计制造及其自动化专业应用型技术人才培养在知识、能力、素质等方面的新要求。更新教学理念、改革教学方法，将传统的知识灌输转变为“掌握知识—提高能力—培养素质”的一体化理念，并将其作为主线贯穿于机械制造课程群建设和机械制造专业人才培养的全过程，这是面向新工科的机械制造课程群建设的主要理论基础。基于该主线进行人才培养方案的修订和“机械制造技术基础”“数控加工技术”“机械制造装备技术”等核心课程教学大纲的优化。

3.2 探索理论教学和实践教学新模式

以“金课”建设为契机，将新工科背景下面向智能制造产业的专业人才培养新要求融入机械制造类核心专业课程的教学大纲，并将其具化到课程教学内容中。在理论教学过程中，探索以学生为中心的教学模式，围绕学生知识、能力、素质等方面的培养开展教学。重视教与学的良性互动，使学生成为教学的参与者和知识的创新者。充分利用线上线下混合式教学、中国大学MOOC、翻转课堂等现代教育技术与手段，充分利用机械制造课程群内各课程相关知识点之间的串联和衔接功能，丰富课堂教学内容，发挥学生的主体作用，通过多种方式调动学生的学习积极性。

在实践教学中，密切结合学科竞赛、创新创业大赛以及智能制造产业生产实际的需求，引导学生以面向新工科和智能制造产业的工程问题为导向，以具体项目为驱动，在机械制造类实践课程框架范围内自主选题，自主组建项目团队，自主创新，依托实践教学平台协同完成机械结构创新设计、工艺规划与夹具设计、数控编程与加工、先进制造技术、工业机器人仿真与编程等实践环节。选拔优秀成果和作品参加机械创新设计大赛、工程训练综合能力竞赛以及“互联网+”大学生创新创业大赛等学科竞赛。

3.3 打造完备的实践教学平台

充分整合利用学院已有的数控加工中心、柔性制造系统、3D打印机、工业机器人等资源，打造智能制造实训基地，为机械设计制造及其自动化专业和其他机械类专业学生提供接触和应用最前沿的先进制造技术与智能制造技术的条件。围绕“三高四新”战略，依托山河智能、楚天科技、宇晶机器等已与本校达成产学研合作协议的地方企业，充分对接地方企业在制造技术领域的创新需求，进一步深化校企合作和产教融合，协同共建校企协同育人平台，构建多层次多环节“体验式”教学体系，在校企合作实验室与实习实训基地建设、校企共同开发优质课程资源、特色教材、教学工具和工程案例集、师资队伍建设等方面开展深度合作与互动，营造新工科模式的学习环境。依托学院内部的机械制造实验室群和校企合作实习实训基地、企业合作导师等软硬件条件，打造学科竞赛平台，完善选拔机制和奖励机制，推动“以赛促建、以赛促教、以赛促学”。

3.4 培养面向新工科的四种能力

通过上述理论教学和时间教学新模式的探索和智能制造实训基地、校企协同育人平台、学科竞赛平台等实践教学平台的打造，围绕知识-能力-素质一体化培养的人才培养主线，培养新工科和智能制造产业发展以及新一代信息技术、制造技术、机器人技术等领域所要求的机械制造专业基础知识能力，并在此基础上通过创新创业实践和校企合作协同育人培养学生的创新创业能力；通过理论和实践课程的深度融合培养学生跨学科交叉融合的能力；通过项目驱动的实践教学环节培养学生的沟通协作能力。

4 结语

基于新工科建设战略和湖南省“三高四新”战略背景，探索了新形势下地方应用型高校机械设计制造及其自动化专业人才培养的新要求，构建了旨在培养学生知识、能力、素质的机械制造课程群，提出了机械制造课程群建设的内涵和方案。推动了机械制造类课程有机协同建设和改革，通过开展相应的教学实践和优化，培养适合在智能制造领域从事加工制造、技术开发、运行维护、生产管理等工作，满足新工科建设要求的应用型人才，相关经验可供国内同类型高校参考借鉴。