新工科背景下民族院校机械设计制造及其自动化专业课程体系的构建与实施

李东明 赵奎鹏 邵强 王枫 胡红英

摘  要：该文围绕机械设计制造及其自动化专业的特点、培养目标，分析新工科背景下机械专业对人才培养的要求，重构机械专业课程体系，通过项目式创新课、工作室制度、过程考核改革等有效方法和手段，提高学生综合运用所学知识解决实际问题和创新实践能力，实现理论教学和工程实践的有机结合，完成机械设计制造及其自动化专业实用型、复合型高级人才培养的目标要求，取得良好效果。

关键词：新工科；课程体系；实践平台；实践创新；机械设计制造及其自动化

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）25-0017-04

Abstract： This paper focuses on the characteristics and training objectives of mechanical design and manufacture and automation specialty， analyzes the requirements of mechanical specialty for personnel training under the background of new engineering， reconstructs the mechanical professional curriculum system. Through the project type innovation course， studio system and process assessment reform and other effective methods and means， we improve students' ability to comprehensively apply the knowledge they have learned to solve practical problems and their own innovative practice， realize the organic combination of theoretical teaching and engineering practice， complete the target requirements for the training of practical and compound senior talents in mechanical design， manufacturing and automation， and achieve good results.

Keywords： new engineering; curriculum system; practice platform; innovation in practice; mechanical design， manufacturing and automation

当今时代正处于技术革新的历史阶段，德国在2011年汉诺威工业博览会上首次提出“工业4.0”的概念，开启了人类第四次科技革命[1]。为应对新一轮科技革命和适应国家战略发展需求，我国提出了“中国制造2025”的发展战略，高等教育面临新的革新，新工科已经成为新兴工科专业和对传统工科专业升级改造的重要理念[2-3]。

对以培养应用型人才为目标的民族院校而言，如何在新工科背景下结合民族院校学生特点，解析并重构现有传统的机械设计制造及其自动化专业的培养方案，针对过去传统教学中出现的问题提出有效的新举措，完善“经学致用”创新人才培养模式，造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力支持和人才保障，具有重要战略意义。

一  新工科背景下机械设计制造及其自动化专业对人才培养的要求

未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将对人才培养提出了新的要求，人才培养成为我国追求科技革命和技术创新，实现产业升级，增强国家综合实力的重要保障。为适应新技术、新产业、新经济发展需求，自2017年2月和4月，教育部在复旦大学和天津大学分别召开了综合性高校和工科优势高校的新工科建设研讨会，提出了新工科建设的“复旦共识”和“天大行动”。新工科建设包括两个含义，一是针对新兴产业，国内大学开设新专业，核心是以大数据、云计算、网络空间安全、人工智能和物联网等为代表的互联网与工业智能类专业。另一方面指传统工科专业的升级改造。相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要培养具有创新创业意识、工程实践能力强、具备国际竞争力和跨界整合能力的高素质复合型新工科人才。

二  机械设计制造及其自动化专业人才培养存在的主要问题

（一）  传统课程体系存在的问题

传统工科院校机械设计制造及其自动化专业课程体系经过多年的建设和发展，一般是基于平台+模块的模式，即传统的公共基础课、学科基礎课、专业课三大平台；模块化课程组主要指专业课和专业选修课，再辅助开设课程实验和实践模块。过去几十年，大连民族大学（以下简称“我校”）教学培养方案经过多轮的反复修订，一直沿用这种传统的培养模式，从我校及同类院校调研发现，开设的课程、教学内容等都较为相似，缺少特色；教学过程中，学生普遍缺乏学习兴趣，对标新工科背景下学生工程实践能力、创新能力、数字化设计制造能力和研究报告的撰写能力等，缺乏明确可行的举措和方案，没有形成系统可行的措施。尤其是传统的机械设计制造及其自动化专业课程体系，缺乏智能制造、数字化设计制造、信息物联网等相关知识体系的结合。

（二）  课程考核存在的问题

近几年，基于OBE理念的工程教育专业认证正在兴起，其理念打破传统、单纯的应试教育，强调过程管理，但是容易陷入达成度的数据游戏。目前来看，离真正有效过程管理还有一定的差距，比如过程考核成绩普遍比较好，期末考试试卷成绩却比较差，是学生不重视期末考试了，还是过程存在问题？这些现实需要进一步思考。过程考核不是概念，不是形式，要深入探讨如何进行有效的过程考核，课程教学如何体现产出成果。真正改变学生学风，真正提高学生学习效果，必须建立有效的考核和监督制度。

（三）  创新能力培养过程中存在的问题

我校一直以培养应用型工程技术人才为目标，重视实验和实践教学，强化工程实践和创新能力培养，但是在实际培养过程中， 实验课程是对某一知识点的验证， 很多高校都是把设计型或综合型实验课归纳为创新能力培养，这是远远不够的。需要注重课程群，建立课程群的综合实验，甚至综合应用所学知识，完成一个独立产品的设计制造。因此，无论从课程设置还是实践环节都需要对传统的模式进行革新，以适应新工科背景下人才培养需求。

（四）  工程实践和报告撰写能力存在的问题

目前，生产实习大多是在工厂生产车间进行，尽管不断扩大和校外工厂之间的合作，但是实际实习过程如同参观，实习效果大打折扣，这是各大高校存在的普遍问题，为提高学生工程实践效果，这一问题亟待解决。

多年的教学经验，让我们深有体会。学生写作能力低下，写作逻辑性差，表达不准确。学校缺乏对学生查询资料、设计方案、制作产品、撰写报告及制作ppt汇报成果等过程的培训，学生撰写汇报综合素质培养欠缺。新工科背景下，必须提高学生综合能力，适应新经济新产业社会发展对人才培养的需求。

三  新工科背景下机械设计制造及其自动化专业人才培养理念

新工科背景下人才培养理念是指导我校完善机械专业课程体系和人才培养重要指导思想。培养什么样的人才，这是首先需要回答的问题，在此基础上才能更好地构建新培养方案，有效达到建设目标。面向当前所需和未来产业发展，急需培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的新工科人才。根据市场企业人才需求调研和我校实际情况，提出培养具有工程实践和创新能力的T字型知识结构的工程技术人才，T字型中的横代表学生的基础知识体系，包括通识教育、学科基础教育、专业基础教育、思想政治教育及人文素养等综合素质和能力，解决复杂问题的综合素质，这一横决定了一个人能够走多远、能够走多久。T中的竖主要包括某一专业方向、某一专业领域的理论、实践、创新能力和计算机能力，决定了一个人在自己擅长的领域能够走多深。只有建立完整对应的培养方案，采取可行的实施方案，最终才能培养出满足新技术要求的专业技术人才。

四  新工科背景下机械设计制造及其自动化专业课程体系的构建

（一）  民族院校机械人才培养的特点

我校位于东部沿海城市，60%生源来自全国各少数民族地区，各民族学生对专业学习兴趣各不相同，学生基礎参差不齐，尤其数学、物理、力学等基础课程是机械设计制造及其自动化专业的学科理论基础，这给正常的专业教学带来困难。按照传统课程体系和课堂授课方式，包括课堂讲授、作业、实验和考试模式等，只有部分学生达到教学要求，整体教学效果一般。因此，必须重视学生基础理论知识讲解，增加实训项目，强化实践教学，在实践中提高学生对专业的学习兴趣，并在实践中培养学生工程意识和创新思维。基础学科可以采取分层教学，包括专业课，尤其是专业实践和创新课采取小组模式，每组不超过三人，以细化分组代替分层，加大老师针对性辅导工作，对全面提升学生基本能力，培养符合社会需求的高精专复合型机械工程技术人才，取得良好的效果。

（二）  机械专业课程体系构建的原则

我校机械设计制造及其自动化专业作为辽宁省工程人才培养模式改革试点专业，辽宁省一流学科重点建设单位，旨在培养满足现代工业机械装备自动化社会发展需求，具备机械设计、机械制造、机械自动化相应的、扎实的基础理论知识和应用能力，具有良好的职业道德和较高的社会责任感，具备较强的创新能力、较好的工程实际应用能力的各民族高级应用型人才。根据培养目标要求，在新一轮课程体系建设过程中，提出强基础、重实践、求创新原则，培养方案中理论课程体系的构建、实践教学平台建设和创新思维的培养体现上述三原则。

（三）  机械专业理论课程体系的构建

以我校机械设计制造及其自动化专业课程体系的建设与改革研究为契机，进行专业课程体系建设，以培养专业技能为目标设置课程体系，按照学期任务和具体课程进行模块化分割，突出课程设置的横向和纵向内在逻辑关系[4-5]。

在课程体系研究与建设过程中，凝练出我校机械专业的学生培养方向是机械数字化设计、机械制造及其自动化、模具数字化设计与制造三个专业方向，围绕这三条主线实现纵向递进来设置课程。所有相关课程按照学科基础课程、专业基础课程、专业课程、专业能力模块、计算机应用能力模块和相应的实践训练等进行横向模块化，最终使课程体系成为能够横向和纵向相互交叉支撑的机械专业课程体系，如图1所示。重点重设了专业基础课程，对课程的学时学分进行了调整，增加了工程热流体等基础课程，对原有专业选修课进行修订，改成能力模块一和能力模块二，能力模块一强化专业能力的深入学习，能力模块二提高学生计算机应用能力。学生可以根据自己的兴趣和爱好，在能力扩展和计算机应用方面，选择自己感兴趣的发展方向，在对课程设置进行调整同时，根据培养目标和课程体系的要求，对课程设置和课程教学内容的合理性问题进行进一步研究。对课程的设置、设置学期、设置顺序、课程性质、考核方式、学时学分和主要讲授内容等进行调整，针对每一个专业方向，注重课程体系的完整性和课程之间的交叉与联系、优化课程设置的内容、凝练课程在整个体系中的担当与作用等。

（四）  机械专业综合实践课程体系的构建

在课程体系中构建了机械设计制造及其自动化专业综合实践训练平台。兴趣是学习最重要的内驱力，学生对机械专业的兴趣往往是从工程实践训练中开始的，实验教学和工程实践不仅让学生加深对理论知识的理解，而且有直观的感性认识，极大地增加了专业兴趣。实验平台多为综合性实验，开放性管理，强调综合运用专业知识解决复杂问题，加强了能够体现创新意识的新技术课程实验和综合设计实验[6]，例如机电控制综合实训、项目式创新研发实践课等。该平台能够从机械、电子、液压和控制等方面加强学生工程实践应用能力的培养。专业实践要求汇总见表1。

五  实践创新能力培养的实施

（一）  考核过程的改革

老师在评定学生最后成绩时，提交课程考核报告，课程报告包含目录和每一项考核内容和数据。主要包括每次作业、课堂测试和实验课成绩，根据课程性质不同，老师必须布置综合大作业或者综合设计任务要求。综合考评部分要在报告中给出题目及打分标准等，这些作为平时考评成绩，需要每位任课老师重新设计考评内容，综合设计或者大作业作为课程产出的重要组成部分，真正把过程考核做到可查、可控、可改，对学生的考核也更加科学。

（二）  校内外生产实训相结合的改革模式

我校虽然加强了生产实习基地的建设，学校安排学生实习时间是固定不变的，如果遇到工厂减产或者停车检修，这都会给实习带来很大影响。同时，现在企业并不欢迎高校学生入场实习，学生到工厂实习基本上是走马观花。我们调研了许多高校，情况大同小异。鉴于此，结合学校金工实习等教学任务，学校建设了独立的工程训练中心大楼，扩招了工程训练老师，完善了工程训练中心设备，建设了丰富的实训内容，不仅承接同城高校的金工实习，而且能够承接本专业生产实习的任务，编制了具体生产实习任务要求，学生在多台加工设备上独立完成多种机械零部件的加工制作。实行校外生产实习和校内实训基地相结合的模式，极大提高了实训效果。

（三）  科研能力的培养

学生从大三开始，全部进入学校提供的各种创新创业项目、竞赛项目，专业导师针对每名学生进行专业规划，指导学生参与创新创业各类竞赛项目和科研项目，学校规定没有参加竞赛项目的同学全部进入工作室，根据专业方向和现有专业条件，开设了8个工作室：①智能制造工作室；②机械产品创新设计工作室；③机械CAD/CAM工作室；④机械装备设计工作室；⑤检测技术与机构创新工作室；⑥机电一体化工作室；⑦系统建模与仿真工作室；⑧数控加工工作室。学校为每个工作室和竞赛项目配备独立的研发经费，机械专业所有学生根据个人兴趣都进入工程产品技术开发或研究工作组，分别由老师指定研究项目或自选项目分组开展创新实践工作，每个人都得到独立研发的机会，有些项目为后续的创新课、课程设计或者毕业设计打下良好基础，指导老师从大三就开始指导并跟踪学生的课外实践活动，真正培养学生独立科研、独立产品研发、独立解决问题的能力。该工作室制度的实施，已经取得了良好的实践效果，学生走进实验室的时间明显增多，考研的数量和质量也逐年上升，取得了预期效果。

（四）  创新能力的培养

综合实验和创新实践课是提高学生创新能力的重要方法。综合性实验课把多门课程知识融于一体，提高学生综合解決问题的能力。大三的下学期专门开设创新实践课，要求分组学生独立完成一个机械产品的设计研发，每一小组提供设计方案，分析计算过程，实际产品的制作展示，最后通过现场答辩，老师给出创新实践课的成绩，创新实训课在学院工程实训中心展开，指导老师和工程训练中心老师合作指导学生的创作过程，工程实训中心条件优越，能够满足机械产品的加工制作，让学生体会到机械产品设计研发的乐趣，在实践中培养学生的工程意识和创新意识。

（五）  积极推进竞赛项目，提高学生综合能力

大学生学科竞赛是培养学生综合实践能力的重要载体，具有常规教学无法取代的教育功能，是培养创新型人才的重要平台。针对学校实际情况和竞赛特点，构建分层次的创新实践教学体系，重新修订专业培养方案和课程教学大纲。机械制图和三维绘图等教学配合成图大赛；机械工程材料、金属工艺学和机械制造技术基础等教学配合工程训练大赛；力学、机械原理和机械设计及有限元分析等配合机械创新设计大赛、大学生“挑战杯”科技作品大赛等；在两个能力模块中，选择自己擅长的专业领域和计算机能力参加中国“互联网+”大学生创新创业大赛；和其他专业同学合作的大连民族大学车队，每年参加全国汽车大赛都能取得优异成绩，培养了学生创新实践能力和团队合作精神。学预案将学科竞赛题目进行分类凝练，与实验内容相融合，为竞赛的准备和实施提供全方位保障。通过竞赛为学生提供更多的实践机会，取得了良好的效果。2020—2022年学生获得省级国家级竞赛奖60余项，使学生的知识、能力和素质得到全面发展。

六  结束语

根据民族院校机械设计制造及其自动化专业应用型、复合型人才培养目标，确定了以机械结构数字化设计技术、机械制造及其自动化、模具数字化设计与制造三个方向，根据新技术发展背景下对人才培养的要求，在传统课程体系基础上，构建了横向纵向交叉支撑的、科学合理的链式课程体系，同时增设了专业能力和计算机能力两个模块，规划了机械设计制造及其自动化专业开放式综合实训平台，开创了提高工程实践能力和创新思维培养的方法和手段，实现理论教学和工程实践的有机结合，形成适宜民族院校发展和特色鲜明的课程体系和培养方法。

参考文献：

[1] 水木然.工业4.0大革命[M].第32版.北京：电子工业出版社，2015.

[2] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017（Z2）：40-43.

[3] 钟登华．新工科建设的内涵与行动[J]．高等工程教育研究，2017（3）：1－6．

[4] 马飞.民族高校网络工程本科专业培养方案的研究与实践[J].陕西教育，2010（3）：56-57.

[5] 乔国朝，张争艳，张建辉，等.新工科背景下机械专业人才培养模式改革与实践[J].高教学刊，2020（21）：85-88.

[6] 任小中，田晓光，邱明，等.新工科与专业认证背景下机械类专业课程体系建设——以机械设计制造及其自动化专业为例[J].教育观察，2019，8（16）：73-74.