莱茵书院的中德机械基础课程体系建设与创新实践探索研究

摘 要：该文围绕中德机械基础课程体系建设展开研究，通过对德国和国内高校机械工程专业的调研比较，深入分析德国的机械工程专业人才培养模式，尤其关注其科学的课程规划、知识多元化以及实践能力培养。在国内机械工程专业人才培养方面，探讨知识多元化的程度、各校的课程特色以及专业实践类课程的问题。随后，详细介绍中德创新实践课程在莱茵书院中的开展，强调德国教育理念在实践能力培养上的独到之处。最后，该文总结中德机械基础课程体系建设的经验，并对未来教学改革提出建议，旨在为中国机械工程专业的教育体系优化提供有益的启示。

关键词：莱茵书院；机械工程；中德机械基础课程；创新实践课程；改革对策

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）33-0046-06

Abstract： This work focuses on the research on the construction of Sino-German mechanical basic curriculum system， achieved through an analysis and comparison of mechanical engineering programs in German and domestic universities. It provides a comprehensive examination of Germany's approach to cultivating mechanical engineering professionals， with a particular focus on its scientific curriculum design， knowledge breadth， and practical skill development. Furthermore， it explores the landscape of mechanical engineering education in domestic institutions， considering factors such as knowledge diversification， curriculum peculiarities across different schools， and the incorporation of practical training courses. The paper then outlines the development of innovative practical courses within the "Rhine Academie"， highlighting the distinctive educational principles of Germany that foster practical skill enhancement. Finally， it synthesizes the experiences gained from constructing foundational mechanical courses in both Chinese and German contexts and offers recommendations for future teaching reforms. The aim is to contribute valuable insights toward optimizing the education system for Chinese mechanical engineering majors.

Keywords： Rhine Academie; mechanical engineering; Sino-German mechanical fundamentals program; innovative practice course;reform measures

随着国际工程教育的发展和机械工程领域的持续变革，培养适应全球化需求的工程人才变得至关重要。在“中国制造2025”和智能制造等战略的引领下，建设符合这一时代需求、具有创新精神和国际竞争力的基础课程体系显得尤为迫切。这不仅是对教育体系的挑战，更是为了确保我国在工程领域取得领先地位而采取的必要步骤。德国在机械工程领域和未来智能科技领域处于全球的领先地位，不仅取得了卓越的科研成果，而且培养了大量高水平的人才，其成功经验对于全球其他国家，尤其是在机械工程领域发展迅速的国家具有积极的启示意义[1-2]。

同济大学莱茵书院（中德机械与能源工程人才培养模式创新实验区）成立于2014年，是同济大学机械与能源工程学院对德合作中的本科人才培养项目，书院依托教育部中德联合研究中心（同济大学）、同济大学中德博士生院和中德学院等中德合作平台，采用具有“工业4.0”及智能制造特色的德式机械基础课程体系，注重学科交叉、技术前沿和国际视野，贯通本、硕、博培养体系，致力于培养学贯中欧的国际行业精英。莱茵书院践行着德国工程师培养和全国工程教育专业认证标准结合的高标准人才培养模式，持续加深与德国在学术、科研和文化的交流与合作，实行本、硕、博贯通的课程体系和人才培养模式。

本文介绍莱茵书院创新实践10年来的教学实践，与德国慕尼黑工业大学、卡尔斯鲁厄理工学院以及国内清华大学、西安交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等高校的机械工程专业课程设置及实践教学的深入调研与对比分析，探讨德国先进的人才培养模式，并为中德机械基础课程的优化提供经验借鉴。

一 国内外调研情况及对比分析

（一） 德国机械工程专业人才培养

随着德国“工业4.0”的提出，机械工程专业在德国经历了一场深刻的变革。为满足“工业4.0”的要求，德国的机械工程专业人才培养模式发生了显著的改革与创新[3-4]。本论文调研了德国慕尼黑工业大学、卡尔斯鲁厄理工学院与国内高校（清华大学、西安交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学）的机械工程专业课程设置及实践教学，通过对比分析发现德国教学的优势。

1 课程时间规划合理：专业课程跨学期分布

在德国，机械专业课程的时间规划体现了科学性和合理性。相较于国内普遍偏向于单学期课程集中授课的做法，德国的专业课程往往跨两个学期开课，部分课程甚至跨两个学年。如慕尼黑工业大学工程力学课程被分布在第一学年的冬、夏两个学期，以及第二学年的冬季学期，总共涵盖180学时；CAD和工程制图1-2则在冬、夏两个学期进行授课，累计150学时；机械工程材料，被安排在第二学年的上、下两个学期进行，确保全面学习。在卡尔斯鲁厄理工学院，涉及机械设计I-II的学时为每周4学时，分别在第一学年的冬季和夏季学期进行；而机械设计III-IV的学时则为每周6学时，分别在第二学年的冬季和夏季学期进行。这些专业课程在机械专业中占据较大比重，由于其通常相对抽象，学生需要较长的时间来吸收和理解相关知识，这也使得学习过程相对具有挑战性。将这类专业课程分阶段安排在不同学期进行教学，有助于学生有更充裕的时间来逐步消化和吸收知识，从而更好地掌握理论基础。这种分期的教学安排不仅有助于减轻学生的学业压力，也为他们提供了更多的学习时间，以更深入地理解和运用所学的理论知识。

2 知识多元化与交叉引导：跨领域课程融合

在信息技术与制造业深度融合的今天，德国机械工程专业注重培养学生多元化的知识背景和跨学科的能力，以适应快速变化的就业市场。德国的“工业4.0”计划要求毕业生不仅要掌握本领域的专业知识和科研实践能力，攻克相关技术难题，还要求他们了解相关跨领域专业知识和整个生产过程，成为具有广泛学习范围和全面技能的专业人才。

举例而言，慕尼黑工业大学的机械工程专业设置了不确定性和数据建模、技术用电、生产工程和数学工具等课程。在第三学年，学生可以选择5个本科生模块化课程（每个模块5学分，150学时），还有2个补充模块（总计5学分，150学时）。这些模块包括反应工程和动力学、机械工艺工程、制造工业等，学院还对不同模块化课程有相应的推荐等级。卡尔斯鲁厄理工学院也提供了一系列拓展知识结构的课程，如企业生产管理、测控技术基础、机械工程领域的计算机科学等。这些课程旨在帮助学生培养跨学科的知识结构，促进知识交叉和创新，以满足“智能化工厂”和“智能生产”的发展要求。德国的教育理念体现了与时俱进的思想，注重知识的不断更新和拓展。

3 注重学生实践能力培养：理论与实践相结合

德国机械工程专业在培养学生实践能力方面采取了一系列有力的举措。在慕尼黑工业大学，学士论文的总学时为360学时，学生在开始论文之前需要参加“科学实践的关键能力”研讨会，为学生提供了交流讨论的机会。除了理论课程（Vorlesung）的讲授，学生还需参与实践课程，包括习题课（Übungen）、实践课（Praktikum）和研讨课（Seminar）。通过利用其较为完备的学术系统，学生以学生助教、研究助理、博士后等为桥梁，参与到实践课程中，将理论知识在实际中应用。习题课一般由讲师、助教或博士生主导，提供学生交流讨论的机会，完成相关的习题任务。实践课和研讨课以个人或分组形式进行，涉及实际工作环境或在实验室中完成科研或工业项目。这种理论与实践相结合的教学模式广泛应用于机械工程专业。例如在慕尼黑工业大学的机械工业专业下的工业电子学，该课程授课为2学分，习题课和实践课各为1学分。通过这门课程的学习，学生在掌握专业知识的基础上，能在实验室中模拟和设计不受控和受控的整流电路，理解、分析和设计电压连接转换器等。这些措施显示出德国院校对于学生动手能力、合作能力与表达能力的高度重视，不仅关注知识的传授，也强调促进学生对知识的深刻理解与实际运用。尽管我国高校通常设有金工实习等实践课程以提高学生动手能力，但这些活动种类相对较为单一，且未覆盖本科培养的整个周期，远未形成以解决实际问题为导向的全面实践教学。

（二） 德国机械工程专业人才培养

国内诸多一流高校的人才培养定位是：培养机械工程专业学生成为具有广阔全球视野，在世界领先学术机构或企业成为卓越行业专家，在机械工程领域及其他领域成为具有国际化视野的引领人才，成为带动国内外技术、经济及社会创新的创业者或者热爱机械工程并具有高度社会责任感，并能改进制造行业、推动产业发展的人才。基于以上目标，符合我国国情，且在课程体系中融入国际化视野能力培养的机械专业培养计划，是这类高校人才培养方案的一个共性特点。本课题调研了国内四所高校，包括清华大学、西安交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学的机械工程专业课程设置及实践教学，通过对比分析发现以下几方面内容。

1 注重知识多元化程度：系统分类与综合学习

四所高校的机械专业课程均进行了系统的分类，包括专业概论类课程、力学与材料类课程、热学与流体类课程、测量检测与控制类课程、设计与制造类课程以及实践实习类课程。其中，设计与制造类课程是机械专业的核心课程。学生在学习专业课的过程中，需涉猎所有大类的基础课程，掌握相关专业课程的基础知识。国内主流头部高校采用类似的课程体系，如同济大学，该体系所涵盖的机械领域专业知识十分全面。学生若能掌握该体系下大多数课程的知识，并自主打通不同大类课程间的壁垒，构建对机械专业的系统性认知，将被视为优秀的机械类学生。关键在于课程的深度、教学的质量，以及培养学生跳脱出书本将理论联系实际的能力。

2 各校课程特色突显：知识创新与综合学科融合

与其他大多数高校不同，清华大学在大学第一年就开设了机械设计基础课程，意味着学生在分专业之前就要初步掌握机械设计的基本知识。此外，清华大学的制图类课程仅有2学分，且大量涉及计算机制图的相关内容。清华大学非常重视学生的数学理论功底，开设了大量力学、流体和传热类课程，总体上与许多国际知名大学接轨程度较高。哈尔滨工业大学在大一就开设了机械产品创新设计与仿真课程，可以让学生在较早阶段就接触学科前沿，引领学习热情，并对机械领域的真实应用场景有初步认知。值得一提的是，哈尔滨工业大学的大多数核心专业课程虽然学时较多，但都分成A、B课程跨学期授课，分散了学生的学习压力，使其有更充足的时间对知识进行消化与吸收，更牢固地掌握所学。

3 注重实践能力培养：课时充裕但仍待提升

四所高校的课程体系都包含实习实践类课程，且普遍课时较多。专业实践类课程在专业课中的占比普遍大于10%，清华大学甚至超过20%。尽管如此，中国学生的实践能力依然普遍较弱，所学知识与现实中生产制造场景依然存在脱钩的现象。该类课程的授课内容和方式仍需要改善和更新，在实现学生知识结构的拓宽、对生产过程的全面认知，以及创新思维的激发方面仍有很大的进步空间。

二 基于莱茵书院的中德基础课程创新实践课程探索

（一） 莱茵书院课程体系建设和目标定位

同济大学始终将培养卓越的创新人才作为崇高的使命和责任。以本科教育为立校之本、以研究生教育为强校之路，确立了“知识、能力、人格”三位一体的人才培养模式。该模式旨在通过全面培养学生的通识基础、专业素质、创新思维、实践能力、全球视野以及社会责任感，使每一位学生成为未来社会的引领者和专业的精英。

莱茵书院在同济大学的人才培养理念基础上，以“跨学科、技术前沿、德英双语和国际视野”为培养特色，强调机械与能源工科基础，以德式机械基础为特色，注重“工业4.0”和智能制造，兼顾良好道德修养和社会责任，致力于培养具有国际公民意识、数理与工科基础扎实、专业知识广泛、实践能力突出和有终身学习能力、人文素养多元的国际化人才。

结合复杂的工程问题以及中德两国课程体系标准，书院的核心课程包括理论力学、材料力学、机械制图、机械原理、机械设计、机械工程材料、互换性和测量技术、电工学（电工技术）、电工学（电子技术）、机械制造技术基础、控制工程基础、传感与测试技术、流体力学与液压气动和工程热力学与传热学。莱茵书院的课程体系主要分为5大块，具体如图1所示。

（二） 本硕贯通体系

2022年《教育部 财政部 国家发展改革委关于深入推进世界一流大学和一49d79f2b41c0f212ac0bf1e0d79f0651流学科建设的若干意见》发布，该文件明确指出，在深入推进新时期“双一流”建设的过程中，关键要牢牢抓住人才培养这一核心。具体而言，要紧密对接并加速培养符合国家急需的学科领域高层次创新人才和工程领军人才，以构建卓越的工程师队伍。在随后的一年，同济大学荣幸成为第二批国家卓越工程师学院建设高校，为深入实施国家一流大学和一流学科建设目标，积极探索前沿科技领域，培养更多优秀工程师人才作出了卓越的贡献。

莱茵书院自成立以来，一直以培养具有深厚基础、宽广视野、能够引领智能科技和绿色能源发展的卓越人才为己任，以国际化、高水平、中德合作以及本研贯通人才培养为基本框架，致力于为学生提供更为灵活、连贯的发展路径[5-6]。本研贯通的培养模式不仅增强了人才培养的目的性，还显著缩短了硕士和博士生的培养周期[7]。

同济大学已与德国多所高校，包括波鸿鲁尔大学、达姆施塔特工业大学、卡尔斯鲁厄理工学院、柏林工业大学、布伦瑞克工业大学、斯图加特大学、德累斯顿工业大学和多特蒙德工业大学等，签署了中德硕士双学位协议。莱茵书院为符合条件的学生提供了在上述德国合作高校进行1学期的短期交流学习或申请在德国合作高校攻读2～3学期的中德硕士双学位的机会。此外，合作院校的多位德籍教授参与研究生的线下授课。这一合作机制旨在提供更广阔的国际交流平台，让学生在德国高校深造，并促使他们在不同文化和学术环境中取得更丰富的学术和人生经验。

此外，在中国教育部专业认证和德国工程师培养两个标准下，莱茵书院加强应用数学、热力学等数理和工科基础领域的学科知识，拓展专业知识和技能领域，特别强调实践能力为总体目标[6]，此外整合了中德机械工程中心的资源，重新构建了本、硕两个阶段的知识点和大纲，从而形成了本研贯通的人才培养模式和课程体系。

通过这次优化，新的本研贯通方案旨在实现高效的基础知识输入，既“宽”又“厚”，以及专业能力培养，既“精”又“深”。这一方案旨在满足两国标准要求，为培养全面发展的工程专业人才提供更加完善和创新的学术体系。

（三） 中德基础课程创新实践课程探索

2019年中德机械工程中心的成立为莱茵书院提供了更广阔的平台，使其能够更好地发挥办学优势，开展各类实践和探索工作。莱茵书院通过中德机械工程中心平台为硕士项目输送优秀本科毕业生，其课程体系以德式机械基础为特色，注重“工业4.0”和智能制造，强调学科交叉、技术前沿、德英双语和国际视野。莱茵书院不断创新人才培养模式，贯通本硕培养体系，致力于培养具有深厚基础、宽广视野、引领智能科技和绿色能源发展的卓越人才[5-6]。

本论文所呈现的工作内容紧密围绕莱茵书院本科中德机械专业课程建设和中德硕士双学位项目中的具体问题与需求展开。通过对接“工业4.0”背景下的国际工程教育发展趋势，吸取德国理工大学联盟TU9大学机械工程专业教育的特点，结合同济大学教育思想大讨论的成果，以“新工科”培养理念为指引，基于机械与能源工程学院在国内外智能制造领域科研、教改等方面的经验和成果，着手推进莱茵书院中德机械工程专业机械基础课程体系的建设方法[6]。

具体而言，我们通过研究与对比，深刻认识到德国高校对学生在实践创新领域的注重。在德国，除了理论课程（Vorlesung）的讲授，学生还需参与实践课程，以一人、两人或多人分组形式，在实际工作环境或实验室中完成具体的科研或工业项目。这种理论与实践相结合的教学方式在机械工程专业得到了广泛应用。莱茵书院采用了相似的方式，利用德籍师资开设机械与能源创新实践课。这一课程采用分组教学，通过激发学生的创新思考和讨论，培养他们的实际动手能力（图2）。例如在学习内容概述中，学生需要描述课程介绍的技术，解释为什么这些技术适合原型开发，以及对术语“创新”等进行开放性的讨论。在实践部分，学生使用CAD和3D打印处理一个组件，绘制零件并将草图（手动或CAD创建）插入报告中，从而增强了他们的实际动手能力。每位参与者都必须独立完成报告文本，确保每一位同学都积极参与其中。通过这种方式，我们旨在在中德合作的背景下，培养具有国际视野和实际能力的机械工程专业学生。

同时，为了更好地与研究生培养相结合，为后续的学习提供基础，本科专业课阶段增加了德国工业技术和产品设计基础两门专业必修课。课程旨在为学生提供先进、开拓的工业与技术视野，全面系统地介绍德国工业的发展史以及德国“工业4.0”，使学生掌握先进工业技术知识，并了解德国工业发展优势和启示，也为学生提供产品设计的基本理论和方法，培养其在实际项目中进行创新性产品设计的能力。通过学习这些课程，学生将进一步了解数字化转型的过程，并培养创造力、设计思维和团队合作能力，以应对不同的设计挑战，并提供符合用户需求和市场需求的创新产品解决方案。此外，课程注重实践操作和项目实践，让学生将所学知识应用到实际的产品设计中，提升其实践能力和综合素质。

此外，莱茵书院积极推进中德实践交流学习，2023年举办了中德机械工程中心暑期德国行活动（图3）。该活动延续了中德机械工程中心2021和2022年“暑期德国线上行”的特色与传统，聚焦机械工程和能源工程领域学术前沿与实践、留学德国等主题。活动期间，以莱茵书院为主的师生们先后访问了卡尔斯鲁厄理工学院、德西福格集团、波鸿鲁尔大学，从高校和工业界角度充分了解了当前机械工程和能源工程领域前沿研究主题、德国高等教育体系，感受德国的人文和工匠精神，为此后德国学习与生活奠定重要基础。

（四） 人才培养成效

每年约有24%的莱茵书院毕业生前往德国慕尼黑工业大学、德累斯顿工业大学、苏黎世联邦理工学院等一流高校继续深造，近一半的毕业生在本学院（机械与能源工程学院）攻读中德硕士双学位，而约有10%的学生前往清华大学、北京大学、上海交通大学等一流高校攻读硕士学位，另有9%的学生通过不同的方式做读研准备，如国内考研进入中德双硕士项目或企业实习积累实践时长，准备申请德国硕士生项目。16%的学生选择就业（包括考研）（图4）。莱茵书院以其在国际一流学府中的卓越表现，培养出了一批富有潜力和实力的毕业生。

三 改进方向与建议

（一） 产学研用相结合

2023年3月10日，《中国科学报》头版头条刊登了由25位科学家和企业家联合署名的文章《屈从论文难下工厂，“工科理科化”亟待扭转》，呼吁让更多工科教师、学生到一线工程现场，及时、有效地解决产业领域的关键技术难题，让企业不再对要害环节的“卡脖子”问题无计可施，推动制造业健康发展[8]。在后续的教育实践中应加强产学研用结合，加强学科专业与企业和科研机构的合作，学以致用、学有所用，让学生参与科研项目和创新实践，培养他们的科研能力和创新精神。

（二） 培养通用型人才

随着现代科学出现，工程和科学的互动增多，工程也往往在许多领域先行于科学并引导新科学发现[9]。在高等教育培养方案方面，德国的大学和科研机构拥有世界领先的工程学院和研究机构，致力于培养高级工程师和科学家。在未来的人才培养中不仅要求知识扎实、动手能力强，还应具备多种通用能力，如终身学习研究的能力、卓越的领导力、抗压能力等。

（三） 塑造工程师文化

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》和《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》等文件，在拓展实施“卓越工程师教育培养计划”（2.0版）方面做出了重要指导，在课程实践中应重视工程意识、工匠精神的培养，塑造工程师文化。有专家建议根据大一阶段的学生特点，在导论课的引导方式方面进行创新，为学生提供包括成长引导、知识引导、实验引导和创新引导在内的综合化的引导[10]。

四 结束语

通过对中德机械基础课程体系建设的调研，发现德国在机械工程专业人才培养方面具有许多值得借鉴的经验，如科学合理的课程时间规划，注重知识多元化和跨学科融合，以及强调理论与实践相结合的实践能力培养。基于这些发现，同济大学机械与能源工程学院莱茵书院基于中德机械工程中心平台，以为硕士项目输送优秀本科毕业生为目标，其课程体系以德式机械基础为特色，强调工业4.0和智能制造，注重学科交叉、技术前沿、德英双语和国际视野。莱茵书院借助中德机械工程中心的平台，形成本硕贯通培养体系，致力于培养具有深厚基础、宽广视野、引领智能科技和绿色能源发展的卓越人才。

未来，莱茵书院将继续秉承新工科培养理念，在中德合作的背景下，探索更加创新的教学模式，进一步完善机械与能源创新实践课程，加强学生的实际动手能力和创新思维，培养具有实际能力和国际视野的机械工程专业学生，同时将继续加强与德国高校的合作，吸收其先进的教学理念和方法，不断提高自身教学水平和人才培养质量。我们相信，在不断的实践和探索中，莱茵书院将成为具有国际影响力的机械工程专业人才培养基地，培养适应全球化需求的工程人才。

参考文献：

[1] 李庆党.中德合作办学高质量发展思考[EB/OL].https：//mp.weixin. qq.com/s？__biz=MjM5MTg0NDMyMw==&mid=2649431574&idx=1&sn=57ee3c5179bddb621ca8f4bbec44d9c0&chksm=beb0ec9a8 9c7658c59695260ab5f6914a5a39ba5deeebe5a60d59d40cf30fdaba de22d2181ae&scene=27.

[2] 李潇艺，高歌，唐珂燚，等.中德携手书写国际教育交流合作新篇章[EB/OL].http：//www.chisa.edu.cn/news/lunbo/202406/t202406 07_2111206810.html.

[3] 曹院平，宋颖.面向工业4.0背景下的高等教育人才培养模式变革[J].教育观察，2018（8）：53-56.

[4] 王爱芳，冯旻，高郁，等.工业4.0背景下机械类专业教学模式的改革与探索[J].内燃机与配件，2020（2）：274-275.

[5] 钱慧智，林建平，李峥嵘，等.本科生导师制实施的关键问题与方法探索——以同济大学莱茵书院为例[J].现代职业教育，2019（13）：177-181.

[6] 钱慧智，林松，萧遥，等.新形势下中德联合人才培养模式的改革与实践——以莱茵书院为例[Z].同济教育研究，2023-05-10.

[7] 程天敏.高校“本硕博”贯通式人才培养模式探索[J].新课程教学（电子版），2021（24）：188-190.

[8] 纪阳，张平.建立新工程本体观重构工科课程体系以“范式转换”突破“工科理科化”困境[N].中国科学报，2023.

[9] 崔延，强李雄.新型研究型大学的兴起与可持续发展策略[J].华东师范大学学报（教育科学版），2024（8）：23-39.

[10] 纪阳，吴振宇，尹长川.新生工程教育问题与引导方式创新[J].高等工程教育研究，2018（4）：55-60.