孫晶 崔巖 王德倫 曹旭陽 吳振宇 劉新

摘 要：為培養(yǎng)機械類拔尖創(chuàng)新人才，基于“新業(yè)態(tài)”下的產(chǎn)業(yè)需求，提出將系統(tǒng)性的創(chuàng)新訓(xùn)練和工程實踐貫穿于四年教學(xué)全過程的課程體系建設(shè)思路。以創(chuàng)新能力的提升為主線，以工程能力的實現(xiàn)為內(nèi)線，定位課程目標(biāo)，改革授課模式，更新課程內(nèi)容。重點建設(shè)了四類面向新工科的工程融合式典型課程與教學(xué)環(huán)節(jié)，包括行業(yè)前沿激發(fā)學(xué)生志趣類課程、工程實例貫穿知識體系類課程、科創(chuàng)競賽牽引能力培養(yǎng)類課程、創(chuàng)新任務(wù)驅(qū)動能力達(dá)成類課程。

關(guān)鍵詞：新工科；拔尖創(chuàng)新人才；課程體系；工程融合

中圖分類號：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）19-0033-04

Abstract： The paper presents curricula construction method that puts innovation training and engineering practical into four-year teaching process in order to cultivate mechanical leading talents based on industrial demand of new formats. The paper focuses on curricula objects， reforms teaching method， renews courses contents under promotion of innovation ability， and realization of engineering ability. Four kinds of engineering syncretic courses oriented to emerging engineering education are main constructed， including industrial topical issues motivating students interests course， engineering cases crossing knowledge system course， technological competitions pulling abilities cultivation course， innovation missions driving abilities realization course.

Keywords： Emerging engineering education； leading talents； curricula； engineering syncretic

一、概述

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等前沿科技逐步取得技術(shù)性的突破，以智能產(chǎn)業(yè)牽引的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢待發(fā)，工程的新業(yè)態(tài)已初露端倪[1-2]。

世界工程教育發(fā)展趨勢顯示：工科人才培養(yǎng)與業(yè)態(tài)轉(zhuǎn)型方向以及工業(yè)未來的發(fā)展趨勢保持高度一致，日趨復(fù)雜的工程實景將更緊密地嵌入工程教育過程。與世界工程教育發(fā)展趨勢相吻合，我國也適時提出新工科方向和計劃[3]。

現(xiàn)階段，在嘗試構(gòu)建新工科學(xué)科體系時，基于“新業(yè)態(tài)”下的產(chǎn)業(yè)需求，以產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新成果推動工程教育改革，基于此設(shè)計專業(yè)新結(jié)構(gòu)與課程體系，完成從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向的新工科背景下的課程體系設(shè)置[4]。

為培養(yǎng)符合新工科要求的機械類拔尖創(chuàng)新人才[5-7]，如圖1所示，對課程體系進(jìn)行了更新與重構(gòu)，將系統(tǒng)性的創(chuàng)新訓(xùn)練和工程實踐貫穿于四年教學(xué)全過程，重點突出機械專業(yè)的實踐教育環(huán)節(jié)，體現(xiàn)工程教育的工程主體性。該課程體系以創(chuàng)新能力的提升為主線，以工程能力的實現(xiàn)為內(nèi)線，定位課程目標(biāo)，改革授課模式，更新課程內(nèi)容，引導(dǎo)和鼓勵企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)過程。

二、工程融合式典型課程建設(shè)

為將機械類專業(yè)課和實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容與工程技術(shù)發(fā)展更緊密結(jié)合，為了提升學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力，以典型產(chǎn)品貫穿、校-企協(xié)同實踐、工程實例引導(dǎo)、創(chuàng)新任務(wù)驅(qū)動為建設(shè)思路，重點建設(shè)了四類工程融合式典型課程與教學(xué)環(huán)節(jié)，即工程實例貫穿知識體系類課程、創(chuàng)新任務(wù)驅(qū)動能力達(dá)成類課程、科創(chuàng)競賽牽引能力培養(yǎng)類課程、校企融合協(xié)同共建工業(yè)級實驗。

（一）行業(yè)前沿激發(fā)學(xué)生志趣類課程

依托遼寧重大制造協(xié)同創(chuàng)新中心，以機械工程基本概念、知識體系講授為基礎(chǔ)，以實際工程問題為切入點，建設(shè)著眼行業(yè)前沿領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)志趣的專業(yè)課程，主要建設(shè)內(nèi)容如下：

1. 制定應(yīng)用型教學(xué)方法

重大裝備企業(yè)高級工程技術(shù)人員以工程融合模式參與教學(xué)，實施分組交流與討論的創(chuàng)新授課模式。

2. 搭建創(chuàng)新實踐教學(xué)平臺

緊跟重大裝備領(lǐng)域前沿發(fā)展趨勢，建設(shè)了以智能化制造實踐教學(xué)平臺為主的創(chuàng)新實踐教學(xué)平臺，拓展了學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑。

3. 行業(yè)前沿問題牽引教學(xué)全過程

研究了工程前沿問題切入模式的具體實施方法，重點研究了如何將機械工程基礎(chǔ)設(shè)計理論方法與重大裝備創(chuàng)新工程應(yīng)用相結(jié)合，并引導(dǎo)學(xué)生自主凝練創(chuàng)新設(shè)計項目，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，實現(xiàn)理論與實踐緊密結(jié)合。

以《機械創(chuàng)新導(dǎo)論》為例，為提升學(xué)生的知識層次，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識，課程采用校內(nèi)教師和企業(yè)專家共同授課。校內(nèi)教師橫跨設(shè)計、制造、機電等多學(xué)科，以豐富學(xué)生的知識層次。來自大連華銳重工集團股份有限公司的高級工程師具有10年的工程機械設(shè)計實踐經(jīng)驗，以工程實例-翻車機的設(shè)計、工程建設(shè)、調(diào)試等為例，將整個工程機械的設(shè)計、工程應(yīng)用全過程呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，引導(dǎo)學(xué)生用創(chuàng)新理念思考問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

該課程構(gòu)建的“校內(nèi)校外協(xié)同”、“理論實踐協(xié)同”的新型教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生對于機械工程知識的學(xué)習(xí)熱情和興趣方面具有突出作用，對于實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容學(xué)以致用，提升學(xué)生工程實踐能力具有重要意義。

同時，《機械創(chuàng)新導(dǎo)論》課程作為大一學(xué)生的機械工程啟蒙課，強調(diào)課程思政和家國情懷教育，邀請企業(yè)專家、青年千人參與授課，從個人求學(xué)經(jīng)歷、企業(yè)的發(fā)展歷程和產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用，向?qū)W生展示了當(dāng)今中國的發(fā)展，對人才培養(yǎng)的重視以及對社會和世界的貢獻(xiàn)，以及青年學(xué)生的社會責(zé)任。

（二）工程實例貫穿知識體系類課程

新工業(yè)環(huán)境下要求機械類本科專業(yè)基礎(chǔ)課程能系統(tǒng)的、創(chuàng)新的、實踐的引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行完整的機械產(chǎn)品設(shè)計。為了讓學(xué)生從產(chǎn)品演變與發(fā)展歷程、市場需求與定位、功能原理與性能層次等全視角審視產(chǎn)品設(shè)計，以典型機械產(chǎn)品為例，綜合應(yīng)用人文、數(shù)學(xué)、物理及機械類基礎(chǔ)知識，從介紹產(chǎn)品整機設(shè)計與零部件及各個環(huán)節(jié)的關(guān)系開始，遍歷整機運動、控制、結(jié)構(gòu)、試驗等典型零件的正向設(shè)計過程，最終達(dá)到讓學(xué)生掌握并實踐機械產(chǎn)品整機設(shè)計方法的教學(xué)目的，為學(xué)生畢業(yè)后承擔(dān)機械產(chǎn)品整機設(shè)計打下扎實基礎(chǔ)，主要建設(shè)內(nèi)容如下：

1. 工程實例引導(dǎo)

通過對課程內(nèi)容體系和案例的深入研究與改進(jìn)，確定具有典型代表意義的產(chǎn)品設(shè)計案例，并做好與前序課程內(nèi)容的分工與銜接。

2. 目標(biāo)要素驅(qū)動

基于工程案例貫穿知識體系這一核心思想，確定了實現(xiàn)系列課程教學(xué)目標(biāo)的三要素：循序漸進(jìn)的內(nèi)容體系，恰到好處的具體案例，按部就班的實踐過程。

3. 教學(xué)案例分解

將工程案例教學(xué)內(nèi)容分解為市場調(diào)研、發(fā)展史、功能原理方案、運動方案、電氣控制、整機結(jié)構(gòu)方案、典型零件、整機性能分析與試驗測試等內(nèi)容，逐項落實到系列課程的相關(guān)課程中。

4. 動態(tài)素材擴充

建設(shè)了教學(xué)素材庫，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)、圖片、視頻/音頻和圖表/圖片/動畫素材等，難易適當(dāng)，且涵蓋了系列課程的全部內(nèi)容。

以機械設(shè)計系列課程為例，為使學(xué)生讓學(xué)生從產(chǎn)品演變與發(fā)展歷程、市場需求與定位、功能原理與性能層次等全視角審視產(chǎn)品設(shè)計，甄選集機構(gòu)、結(jié)構(gòu)、性能于一身的“散熱翅片沖壓機”作為案例，將其貫穿于機械產(chǎn)品設(shè)計系列課程，包括《機械設(shè)計I》、《機械設(shè)計II》、《機械設(shè)計I課程設(shè)計/機械設(shè)計II課程設(shè)計》、《機械設(shè)計I實驗/機械設(shè)計II實驗》、《機械產(chǎn)品設(shè)計》、《機械產(chǎn)品設(shè)計實踐》等相關(guān)課程，最終達(dá)到讓學(xué)生掌握并踐行機械產(chǎn)品整機設(shè)計方法的教學(xué)目的，如圖2所示。

同時，在課程內(nèi)容建設(shè)方面，涵蓋了企業(yè)現(xiàn)場實踐、工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計概論、規(guī)劃與市場分析、功能原理設(shè)計、運動方案設(shè)計、典型零件設(shè)計、總體結(jié)構(gòu)與方案設(shè)計、性能與試驗設(shè)計等方面，實現(xiàn)了完整的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計過程。

（三）科創(chuàng)競賽牽引能力訓(xùn)練類課程

以實物為載體設(shè)計課程目標(biāo)，以競賽為牽引達(dá)成課程目標(biāo)，為進(jìn)一步提升本科生的創(chuàng)新實踐能力，進(jìn)行了一系列的探索與實踐，主要建設(shè)內(nèi)容如下：

1. 實物目標(biāo)引導(dǎo)理論課程

在理論課教學(xué)中，將實物帶入課堂，邊演示邊講解課程目標(biāo)任務(wù)的各部分內(nèi)容，并引申出本節(jié)課程的知識點，再對知識點進(jìn)行詳細(xì)分析和推導(dǎo)講解，使理論內(nèi)容和工程實踐問題緊密銜接。這種實物走入理論課堂的方式，有效提升了學(xué)生的理論課學(xué)習(xí)效果，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力。

2. 實踐環(huán)節(jié)促進(jìn)知識應(yīng)用

理論教學(xué)內(nèi)容抽象難以理解，除將實物引入理論教學(xué)，設(shè)計了與理論課程配套的實踐課作為其后續(xù)環(huán)節(jié)。實踐課內(nèi)容涵蓋了機械設(shè)計、機械制造、機械電子等關(guān)鍵技術(shù)。通過多學(xué)科的知識融合，旨在前序理論課學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上，鍛煉學(xué)生的動手實踐能力與系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力。

3. 科創(chuàng)競賽牽引目標(biāo)達(dá)成

基于上述理論課和實踐課環(huán)節(jié)，夯實了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，強化了學(xué)生的實踐能力，更激發(fā)了學(xué)生參與創(chuàng)新項目的興趣，提升了他們的工程實踐能力。為檢驗課程目標(biāo)的達(dá)成，以省、國家級科技競賽為牽引，積極組織學(xué)生參加大賽。在參賽過程中，實現(xiàn)了課程目標(biāo)的達(dá)成。

在新經(jīng)濟環(huán)境下，產(chǎn)業(yè)正在快速融合，需要構(gòu)建課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外實踐相結(jié)合的體系。以《機電實踐基礎(chǔ)》課程為例，為進(jìn)一步提升本科生的創(chuàng)新實踐能力，對相關(guān)的創(chuàng)新課程進(jìn)行了一系列的探索與實踐。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，強化實踐過程，以實物作品設(shè)計-智能車為課程任務(wù)，模塊化分解設(shè)計為目標(biāo)，在課程中增加了對學(xué)生動手參與的機械設(shè)計部分，將機電一體化貫穿到對學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)中。依托這門課程，學(xué)生們獲得了一系列的國家級科技競賽大獎。

以起重模塊課程為例，重點建設(shè)了該起重機械方向的專業(yè)實驗，提出了面向典型重大裝備結(jié)構(gòu)載荷及受力特點的實驗教學(xué)模式。該模式以典型的重大裝備-龍門起重機的結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試為載體，用實驗方法研究起重機械結(jié)構(gòu)的載荷及受力特點，培養(yǎng)學(xué)生解決起重機械工程實際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)、傳動和控制多方面系統(tǒng)地掌握起重機械性能、操縱方法、作業(yè)安全等因素相互作用原理。

學(xué)生在該專業(yè)方向課程及其實驗?zāi)K的學(xué)習(xí)過程中，以課程學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，以專業(yè)方向?qū)嶒灋閷嵺`平臺，從大二開始參加起重機創(chuàng)意設(shè)計領(lǐng)域的校賽、國賽，從參賽準(zhǔn)備到正式參賽，持續(xù)三個學(xué)期，貫穿專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課及專業(yè)方向?qū)嶒灥膶W(xué)習(xí)過程。

（四）創(chuàng)新任務(wù)驅(qū)動目標(biāo)達(dá)成類課程

針對傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實踐相脫節(jié)、兩層皮問題，以教師為主導(dǎo)的被動式知識灌輸教學(xué)模式改變?yōu)橐园l(fā)揮學(xué)生主觀能動性為主導(dǎo)的引導(dǎo)式教學(xué)模式，實現(xiàn)了實踐應(yīng)用驅(qū)動的教學(xué)效果。同時，緊密結(jié)合遼寧區(qū)域裝備制造業(yè)的特點，緊跟裝備制造業(yè)前沿技術(shù)，在借鑒了國內(nèi)外創(chuàng)新設(shè)計人才的成功培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，建設(shè)了創(chuàng)新任務(wù)驅(qū)動目標(biāo)達(dá)成類專業(yè)課程，主要建設(shè)內(nèi)容如下：

1. 主動引導(dǎo)式教學(xué)模式

以重大裝備實際工程問題為切入點，將被動式知識灌輸模式改變?yōu)橹卮笱b備創(chuàng)新任務(wù)主動引導(dǎo)模式，將以教師授課為主的方式改變?yōu)橐詫W(xué)生任務(wù)小組探索交流協(xié)同學(xué)習(xí)為主的授課模式。

2. 建設(shè)多元化教學(xué)團隊

針對多學(xué)科創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)，建立以多名跨學(xué)科高校教師和企業(yè)實踐導(dǎo)師協(xié)同教學(xué)的多元化教學(xué)團隊。

3. 拓展多元化教學(xué)場地

將以理論知識學(xué)習(xí)為主的課堂教學(xué)改變?yōu)橐詫嵺`應(yīng)用為目的課堂-實驗室-企業(yè)相結(jié)合的多場地教學(xué)方式。

4. 構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)庫

緊跟重大裝備領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢，由跨學(xué)科教師和企業(yè)導(dǎo)師共同建立可擴展的重大裝備創(chuàng)新設(shè)計子任務(wù)庫，實現(xiàn)與重大裝備前沿技術(shù)的實時緊密結(jié)合。

以《重大裝備關(guān)鍵系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計理論與實踐》為例，如圖3所示，該課程以重大裝備實際工程問題為切入點，將被動式知識灌輸模式改變?yōu)橹卮笱b備創(chuàng)新任務(wù)主動引導(dǎo)模式，以教師授課為主的方式改變?yōu)橐詫W(xué)生任務(wù)小組探索交流協(xié)同學(xué)習(xí)為主的授課模式。同時，緊跟重大裝備領(lǐng)域發(fā)展趨勢，建立可擴展的重大裝備創(chuàng)新設(shè)計子任務(wù)庫，實現(xiàn)以最前沿創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)為引導(dǎo)的教學(xué)模式。

該課程針對學(xué)生參與創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)的所有階段進(jìn)行全過程考核和評價，教學(xué)團隊由5名校內(nèi)教師和2名企業(yè)工程師組成，由創(chuàng)新任務(wù)驅(qū)動整個教學(xué)過程，采用了以實踐應(yīng)用為目的“課堂理論講授+任務(wù)分組討論+多學(xué)科交叉實驗平臺+企業(yè)現(xiàn)場實踐創(chuàng)新”的多元教學(xué)方式，主要教學(xué)環(huán)節(jié)包括任務(wù)分組討論、物理與仿真實驗、研究報告撰寫、企業(yè)創(chuàng)新實踐、校企聯(lián)合答辯等環(huán)節(jié)。

（1）任務(wù)分組討論環(huán)節(jié)

根據(jù)各子任務(wù)目標(biāo)和內(nèi)容，以創(chuàng)新小組為單位，通過頭腦風(fēng)暴、教師引導(dǎo)學(xué)生主導(dǎo)的方式進(jìn)行分組交流討論，同時聘請企業(yè)專家參與創(chuàng)新方案的制定和交流，掌握利用創(chuàng)新思維、創(chuàng)新理論進(jìn)行創(chuàng)新方案設(shè)計的過程。

（2）物理與仿真實驗環(huán)節(jié)

依托遼寧重裝備制造協(xié)同創(chuàng)新中心、國家級實驗教學(xué)示范中心“工程訓(xùn)練中心”和“機械工程實驗中心”，搭建了以重大裝備創(chuàng)新設(shè)計為目標(biāo)的多學(xué)科交叉實驗平臺，包括以航空發(fā)動機低壓渦輪試驗件為研究對象的螺栓緊固實驗、白車身桿件結(jié)構(gòu)縮尺模型3D打印實驗、四旋翼無人機葉片提升力實驗等。

（3）企業(yè)創(chuàng)新實踐

為了讓學(xué)生更好的將理論層面的創(chuàng)新任務(wù)與重大裝備工程實際緊密結(jié)合，改變傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，該授課小組依托遼寧重大裝備制造協(xié)同創(chuàng)新中心，在北重集團進(jìn)行了課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)，將課堂轉(zhuǎn)移到企業(yè)現(xiàn)場。

（4）校企聯(lián)合答辯環(huán)節(jié)

答辯過程中邀請重大裝備協(xié)同企業(yè)專家與高校教師組成多學(xué)科、多領(lǐng)域答辯專家組，對學(xué)生組成的各支創(chuàng)新任務(wù)小組進(jìn)行全面考核。

三、結(jié)束語

不論是世界工程教育發(fā)展還是中國“新工科”建設(shè)，從理念到行動，都在醞釀著新一輪的變革，由于工程教育環(huán)境的巨大變化，培養(yǎng)模式及模式下的課程體系轉(zhuǎn)型迫在眉睫[3]。

為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力，充分利用和發(fā)揮企業(yè)資源與優(yōu)勢，將校企合作實質(zhì)化，以創(chuàng)新能力和工程實踐能力為人才培養(yǎng)需求，探索并實踐了以貫穿四年的工程能力和創(chuàng)新能力提升為目標(biāo)的、創(chuàng)新型工程拔尖人才培養(yǎng)模式下的課程體系構(gòu)建，并有針對性的建設(shè)了系列典型課程，取得了一定的人才培養(yǎng)成效。

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