以设计制造一把菜刀为牵引的卓越工程师培养体系探索

［摘 要］材料成型及控制工程专业是典型的传统制造业专业，开设的学校多、学生就业竞争激烈，如何达到新工科建设的目标、实现人才培养特色的突围成为提升该专业学生竞争力的关键。文章对标新工科建设要求和材料工程专业认证标准，结合当地刀剪产业的智能制造发展需求，提出了以设计制造一把菜刀为牵引的跨学科卓越工程师培养模式，从专业人才培养目标、课程体系、产业学院、微专业建设、专业竞赛、实践教育等方面实施改革创新，全面融入课程思政，优化评价体系，以期培养出卓越工程师。

［关键词］菜刀制造；卓越工程师；材料类专业；人才培养

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）15-0122-04

传统制造专业的材料成型及控制工程专业面临着从学科模式的学术式培养到面向产业转型升级培养卓越工程师的转变。新时代，智能制造倒逼产业界对工程师提出了更高的要求，迫切需要高校探索跨学科创新人才的培养模式，实现新工科建设的目标。本文以广东海洋大学材料成型及控制工程专业为例，以设计制造一把菜刀为牵引，贯通学院、学科、专业及课程改革，形成产教深度融合、科教协同的培养新模式，以及卓越工程师人才培养新模式。

一、卓越工程师培养模式概述

“天大方案”、华南理工“Ｆ计划”、“成电方案”、哈工大新工科“Ⅱ型”方案等新工科建设探索取得了重要进展[1-7]。广东海洋大学材料科学与工程学院位于广东省阳江校区，而五金刀剪产业是阳江市重点培育的千亿产业，“中国菜刀中心”“中国剪刀中心”和“中国小刀中心”等国家级称号的落户阳江企业。材料成型及控制工程专业为服务区域经济发展、服务刀剪产业发展，在人才培养中选择以刀剪设计制造为载体，创新卓越工程师的培养模式。材料成型及控制工程专业学生一进校就被纳入各个教师的研究小组，专注于专业知识及实验技能的培养、专注于创新创业能力的培养。采用本科生创新团队导师制特色培养模式，新生从入学开始就组成创新创业团队，在教师和企业工程师的指导下参与新材料、五金刀剪新产品等从市场调研、产品设计、生产制作到销售、市场服务全流程每个环节的实操，并利用一年一度的阳江国际五金刀剪博览会将学生的作品向全球客商进行展示。

二、卓越工程师培养面临的挑战

材料成型及控制工程专业以刀剪加工制造为载体，将材料成型及控制工程专业的核心知识点融贯成一体，培养学生专业知识的综合应用能力、解决实际工程问题的能力，帮助学生毕业后能在材料、机械、汽车、冶金、五金刀剪等行业从事材料的制备工艺模拟与设计、塑性及塑料模具设计与制造、生产管理、新材料和新工艺的研究与开发等工作。但学生学习刀剪制造技术存在诸多困难。比如刀剪制造工艺学课程是面向材料成型及控制工程专业大三学生的核心专业课，是学生完成专业基础课后学习的综合性专业课程。课程内容的融通跨度大，涉及材料科学、模具设计制造、塑性加工、液态成型、焊接成型及控制工程等跨学科知识。这些课程教学面临如下挑战：

（一）没有现成的教材

党的二十大报告要求加强教材建设和管理。以设计制造一把菜刀为牵引的卓越工程师培养首先要解决的就是教材问题。长期以来，刀剪产业内部相互封锁技术和工艺，外界关注度较低，因此没有出版过一本刀剪设计制造工艺相关的教材，这给人才培养、企业员工培训等都带来了困难。

（二）学生解决实际工程问题的应用能力有待提高

从教学方面来看，部分教学内容与实际工程应用结合不够紧密，教学方法相对传统，缺乏对学生创新思维和实践操作的有效引导和训练。从学生自身角度而言，部分学生对理论知识的掌握不够扎实，缺乏主动将知识应用于实际的意识和积极性，实践经验的积累相对较少。

（三）缺乏专业的教学设施设备

教学设备、刀剪实训实验设备等教学设施设备是学生学习的抓手、创新创业训练的保障，缺乏专业的教学设施设备会限制教学内容的丰富性和深度。一些需要特定设备进行演示和实践的课程因设备缺失而无法有效开展，导致学生对相关知识的理解和掌握不够全面和深入，从而影响教学效果。材料专业技能的训练依赖于专业设备，设备不足会使学生在实际操作方面的经验匮乏，难以适应未来工作的实际需求。

三、卓越工程师培养的新思路与举措

针对当前跨学科教学中的突出问题，本文提出“一牵引、一支撑、两结合”的创新思路，形成卓越工程师培养模式，即以设计制造一把菜刀为牵引，以“互联网+技术”为支撑，理论与实践、线上与线下相结合，通过梳理对接行业的新需求、新技术、新发展，修订人才培养方案、创新培养模式、编写特色教材、推进“双师型”师资建设等措施（见图1），实现学生创新创业能力和解决工程问题能力的提升。

（一）狠抓实验室建设：提高学生的工程应用能力

材料类专业是实践性较强的专业，材料科学与工程学院鼓励学生积极参与课外实践活动、工程项目和竞赛等，促进本科生实习实训教学与五金刀剪企业生产实际的深度融合，以提升学生的实际操作和解决问题的能力。学生自身也应注重知识的融会贯通，增强自主学习和探索精神，提高自身的综合素质和能力。为调动学生的积极性和创造性，材料科学与工程学院每年开展科技周活动。科技周活动由三大专业竞赛及“谈刀论剑”系列讲座组成，三大竞赛分别是全国大学生金相技能大赛选拔赛、全国大学生材料热处理创新创业大赛以及学院一年一度的刀剪设计大赛，每年“谈刀论剑”系列讲座邀请刀剪企业的5位技术专家进行讲学。

（二）打造五金刀剪产业学院：推动产教深度融合

材料科学与工程学院牵头与阳江五金刀剪行业协会以及6家产值过亿的相关企业合作共建，成立了五金刀剪产业学院。材料科学与工程学院以建设五金刀剪产业学院为契机，集资400万建设了一条先进的刀剪生产线，通过校企合作开设创新创业实践课程——大学生创新实践1。该课程是新材料在五金刀剪生产中的应用课程，实习过程明确，突出实用性与创新性结合，突出数字化协同设计，体现智能制造发展技术，且与刀剪产业紧密结合。材料科学与工程学院统筹兼顾五金刀剪行业的人才、关键技术等需求，采用“人才培养+技术研发及科技服务+成果转化与产业孵化”三位一体的发展策略，设立教学中心、技术研发与服务中心、成果转化与产业孵化中心，构建大学生实习实训、企业技术骨干进修、新员工入职培训三大课程体系。五金刀剪产业学院实行理事会领导下的院长负责制，成立由学校、行业、企业等多方代表组成的理事会，负责对办学中有关培养方案制订、课程体系建设、行业企业专兼职教师选派等问题进行决策和协调。五金刀剪产业学院通过组织架构改革推动专业新工科建设再深化、再拓展、再突破，实行专题授课、校企合编教材、刀剪设计与刀博会展示、刀剪生产工艺评审等措施，将学生设计研制的刀剪作品融入卓越工程师培养中。

（三）重构教学内容：案例教学，打破技术封锁

以设计制造一把菜刀为牵引，重构教学内容，实现智能制造与传统材料加工专业的知识融合，构建满足新工科建设要求的课程群。材料科学与工程学院在组建了五金刀剪产业学院的基础上，组织骨干教师编写了《五金刀剪用材料》《五金刀剪设备与工艺》《五金刀剪设计制造工艺学》《五金刀剪检测技术》等教材及云教材，坚持学以致用、传承数百年刀剪制造技术，利用“互联网+技术”改进传统刀剪设计制造工艺，引导学生从刀剪市场需求出发设计出一把新型菜刀，打破刀剪技术的封锁，拓展教学内容的广度和深度。以设计制造一把菜刀凝聚专业课程联合教学，达到知识递进、突出应用的效果。以塑性加工及模具设计课程设计与模具设计CAD/CAM两门课程为例，这两门课程都要用到模具设计的理论和软件模拟设计的操作，以往通常按照各自教材的内容教学，学生在设计思想、软件操作上难以形成整体思维，设计效果不佳。课程整合后，搭建了材料成型工艺虚拟仿真实验平台，针对重难点知识，尤其是抽象的知识点，如塑性变形过程中应力的变化、凝固过程中热量变化等都可以通过该平台进行形象具体的演示，提高了学生学习的兴趣。引进Deform⁃3D、Moldflow等设计模拟软件搭建数字化设计平台，实现设计资源的碎片化积累、共建共享，先后形成了模架、导柱导套、动模定模等近2000个案例库，实现教、学、做一体化，让学生学通学透刀剪模具设计、工艺模拟及生产工艺设计，并轻松迁移到其他模具设计，多轮次迭代，取得了良好的效果。教师的刀剪研究成果、学生设计成果等案例都能成为教学资源，结合千年刀剪文化，让课程思政自然融入。

（四）开设微专业：精准对接产业需求

在成立五金刀剪产业学院的基础上，学校为进一步拓宽毕业生的就业面，以区域产业经济发展需求为导向开设了“粉末冶金技术”“激光成型加工”“冶金技术”等微专业，让学生通过短期系统的学习，掌握该方向的重点应用技术，高效实现人才培养与产业岗位的精准对接。微专业的师资队伍整合了学院“双师型”教师及合作龙头企业的资深技术人员，授课形式为线上、线下相结合，线上教学侧重理论讲授、线下教学侧重实践实训，主要在合作企业进行。学生修完全部学分后，可获得学院及对口合作企业联合颁发的微专业结业证书。微专业鼓励学生考取行业证书，引入多个行业证书考试渠道，比如通过焊接工程师考试可以获得焊接工程师证书。

（五）建立学科交叉的师资团队：推进新技术融合

材料产业新技术新工艺的发展需要加强融合人工智能、大数据、“互联网+”等新技术师资队伍的建设。通过与学校计算机科学技术的骨干教师联合，组建跨学院的师资团队，为本专业开设材料智能设计导论课、材料加工计算机模拟课等课程；通过为本地企业派驻科技特派员[8]，邀请龙头企业、科研院所的专家教授开设新技术讲座，开阔学生的视野，增强学生的创新能力；建立课程方向教研室，以保障教学质量，发挥教研室传帮带的作用；建立刀剪微书院，联合“中国菜刀中心”“中国小刀中心”等设立科创中心，优化刀剪产业生产和研发优质资源、人才和文化，推进“三全”育人，形成刀剪产业育人“大课堂”和产教深度融合育人“大思政”齐头并进。

（六）创新人才培养模式：建立多元协同的培养机制

1.修订人才培养目标

根据新工科建设及工程专业认证的要求，修订人才培养方案，在原培养目标的基础上耦合人工智能的材料工艺设计、应用能力[9-10]。智能制造支撑下的现代产业要求毕业生具备复合型、交叉型的知识特点，信息化、智能化的生产设备要求毕业生掌握先进的材料数字化设计制造技术，即要求毕业生能从事先进材料成型工艺与装备的设计开发、生产制造等工作。

2.增加订单式培养模式

材料科学与工程学院与广东广青金属科技有限公司签订了订单式人才培养协议、产学研深度合作协议，双方共建共享实验基地、师资队伍。学院每年为广东广青金属科技有限公司组建20～25人的订单班，校企双方共同商定人才培养课程，企业资助订单班学生的学费并设立奖学金。

（七）专业竞赛和科创比赛：提升创新创业能力

积极宣传并动员学生参加专业竞赛，如全国大学生金相技能大赛、全国大学生材料热处理创新创业大赛等，鼓励学生跨年级、跨专业组队申请大学生创新创业训练计划项目，探索信息技术、物联网、大数据、人工智能、商业运营等智能技术与材料加工的深度融合与集成，开展多学科交叉融合综合项目训练。以学院科研平台、阳江市五金刀剪实效分析重点实验室、五金刀剪产业学院三平台融合为依托，要求教师将自己的科研项目转化为大学生的创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目。学生参加专业竞赛和科创比赛，为实验教学、课程设计、本科毕业设计等奠定了良好的基础。

四、跨学科卓越工程师培养实践成果

（一）课程思政建设与实践成果

立德树人是卓越工程师培养的中心环节，课程思政建设始终贯穿于课程教学的全过程。以设计制造一把菜刀为牵引，在设计制造过程中培养学生的团队合作精神，以千年刀剪文化传承的故事做好课程思政建设。通过“刀博会”、暑期“三下乡”实践、劳动教育等活动，推动课程思政从课内向课外延伸、从课堂到实践转化，实现从接受教育到主动传播的思政育人效果。

（二）卓越工程师人才培养成果

卓越工程师的培养离不开优秀的教材支撑。学院在卓越工程师培养体系探索过程中，立足学以致用，不断完善丰富教材内容，逐步形成了能够满足新时代创新型人才培养需求的新版教材。教材及云教材获得了广泛应用和积极评价。经过实施以设计制造一把菜刀为牵引的卓越工程师培养体系，学生的综合创新能力进一步提高，得到企业用人单位的高度评价。部分学生获得全国性竞赛一等奖、省部级竞赛特等奖等荣誉。

五、结语

广东海洋大学材料成型及控制工程专业立足于培养卓越工程师创新人才的培养目标，以五金刀剪产业为牵引，不断改革人才培养目标，整合课程体系，加强教学设施和资源建设，形成了具有特色的新工科人才培养模式。实践证明，以设计制造一把菜刀为牵引的跨学科卓越工程师培养模式能有效激发学生的创新意识、提升学生系统设计的能力，提升学生的就业竞争力，在促进新工科人才培养方面具有重要的实践价值。

［ 参 考 文 献 ］

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[9] 聂小武.引领产业发展：中国特色高水平应用型院校的内涵特质[J]. 天津中德应用技术大学学报，2022（4）：21-26.

[10] 聂小武，蔡明灯.专业认证和新工科建设下应用型高校材料成型及控制工程专业人才培养体系构建[J].上海教育评估研究，2021，10（2）：56-61.

［责任编辑：黄紧德］