葉卉 姜晨

摘 要 培養(yǎng)創(chuàng)新人才是高等教育的重要使命，通過在傳統(tǒng)理論教學(xué)基礎(chǔ)上深化實踐教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新及實踐能力的重要手段。通過分析上海理工大學(xué)機械工程學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合機械學(xué)科創(chuàng)新型人才的基本要求及需求導(dǎo)向，構(gòu)建虛實結(jié)合的實踐教學(xué)體系，形成以國家級虛擬仿真實驗中心、校內(nèi)外實習(xí)實訓(xùn)基地為依托的實踐教學(xué)平臺。不斷拓展實踐領(lǐng)域，豐富教學(xué)內(nèi)容，持續(xù)為機械工程領(lǐng)域培養(yǎng)和輸出優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞 機械工程 創(chuàng)新人才 實踐教學(xué) 虛實結(jié)合

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.026

Abstract Cultivating innovative talents is an important mission in higher education. Deepening practical teaching on the basis of traditional theoretical teaching is an important means to cultivate the innovation and practical ability of undergraduate. By analyzing the development status of mechanical engineering discipline in university of Shanghai for science and technology， and combining the basic requirements and demand guidance of innovative talents in the mechanical discipline， the practical teaching system combining virtuality and reality？is constructed. A practical teaching platform was built， which is based on both the national virtual simulation experiment center and the training base in and outside the university. Constantly expand the practical field， enrich the teaching content， and continue to train and export high-quality innovative talents for the field of mechanical engineering.

Keywords mechanical engineering； innovation talents； practical teaching； virtual-real synthesis

創(chuàng)新作為人類特有的一種認(rèn)識能力和實踐能力，是人類主觀能動性的高級表現(xiàn)，也是推動民族進步和社會發(fā)展的不竭動力。江澤民主席曾經(jīng)說過：“一個沒有創(chuàng)新潛質(zhì)的民族，難以屹立于世界先進民族之林”。[1]因此，如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才已逐漸受到教育工作者的廣泛關(guān)注，目前已成為理論與實踐研究的重點課題。2012年6月14日，教育部印發(fā)的《國家教育事業(yè)發(fā)展第十二個五年規(guī)劃》中明確提出將人才培養(yǎng)定位為高校工作的中心，促進科研與教學(xué)互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合。[2]培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，將成為人才培養(yǎng)的必然趨勢。創(chuàng)新教育是實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心，而課程教學(xué)是構(gòu)建創(chuàng)新教育的基石。對于機械工程類應(yīng)用型學(xué)科而言，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)科教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在高校教學(xué)中強化和優(yōu)化實踐教學(xué)體系，有助于培養(yǎng)符合知識經(jīng)濟時代所需的創(chuàng)造性思維的創(chuàng)新人才。[3]

2015年，國務(wù)院批復(fù)實施《中國制造2025》，制定了制造業(yè)發(fā)展綱要，為中國制造業(yè)未來十年設(shè)計了頂層規(guī)劃和路線圖，對于推動中國制造走向“中國智造”具有重要指導(dǎo)意義。[4]以中國制造2025為導(dǎo)向，結(jié)合當(dāng)前我國智能制造發(fā)展規(guī)劃，先進制造業(yè)已經(jīng)成為國家和上海市支柱產(chǎn)業(yè)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，迫切需要一大批具有堅實基礎(chǔ)理論和專業(yè)技能的制造業(yè)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，這些都高校教育教學(xué)提出了新的要求。上海理工大學(xué)作為一所具有百年辦學(xué)歷史，以工為主，工、理、管、經(jīng)、文、法和藝術(shù)等多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的上海市屬重點大學(xué)，近幾年機械工程學(xué)科發(fā)展較快，先后獲得了“國家級特色專業(yè)”、“機械工程”一級學(xué)科博士學(xué)位授予點，機械學(xué)科一直致力于培養(yǎng)“工程型、創(chuàng)新性、國際化”的機械工程領(lǐng)域的專業(yè)工程師。[5，6]

本文基于上述背景，結(jié)合創(chuàng)新人才的基本要求和需求導(dǎo)向，總結(jié)了：①機械工程領(lǐng)域創(chuàng)新人才應(yīng)具備的主要特征；②虛實結(jié)合實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建及其在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的積極意義；③大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃的落實和推廣。通過建立合理的實踐教學(xué)體系，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面不斷取得可喜成績，逐步探索出以培養(yǎng)機械工程創(chuàng)新人才為目標(biāo)的高等教育實踐教學(xué)模式。

1 機械工程領(lǐng)域創(chuàng)新人才應(yīng)具備的特征

為適應(yīng)國家、社會發(fā)展需求，機械工程學(xué)科應(yīng)培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力、職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感，具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，能適應(yīng)機械行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展的專業(yè)技術(shù)人才，機械工程領(lǐng)域創(chuàng)新人才應(yīng)具備以下特征：

（1）能綜合運用工程數(shù)理知識和機械工程專業(yè)知識，提出、分析和解決所在領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題；

（2）能跟蹤機械工程及其相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，創(chuàng)新性地運用現(xiàn)代工具從事相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)，具有工程項目的管理能力；

（3）理解并遵守職業(yè)操守，熟知工程規(guī)范，在工程實踐中，能綜合考慮法律、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等因素的影響；

（4）能開展多學(xué)科、跨文化的技術(shù)交流，具備團隊協(xié)作、溝通和表達(dá)能力；

（5）具有國際視野，在終生學(xué)習(xí)、專業(yè)發(fā)展方面表現(xiàn)出擔(dān)當(dāng)和進步。

2 構(gòu)建虛實結(jié)合的實踐教學(xué)平臺

在機械工程學(xué)科中開展實踐教學(xué)是全面提高學(xué)生解決機械復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新實踐能力的重要教學(xué)手段，是促進學(xué)生理論知識與實踐能力相結(jié)合的重要橋梁，與理論教學(xué)具有同等重要的地位。[7]我校積極探索實踐教學(xué)新途徑，通過搭建校內(nèi)及校外工程實踐平臺，不斷豐富實踐教學(xué)內(nèi)容，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，逐漸形成了完善的工程實踐教學(xué)體系。根據(jù)機械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，將機械工程類專業(yè)實踐教學(xué)體系分為基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、綜合實驗和創(chuàng)新實踐四個層次，其中，基礎(chǔ)實驗包括大學(xué)物理實驗、材料力學(xué)實驗、金工實習(xí)等，是以完成機械工程師的基本技能訓(xùn)練為目標(biāo)；專業(yè)實驗包括先進制造綜合實驗、機電一體化綜合實驗等，學(xué)生可以根據(jù)興趣選擇不同的實驗?zāi)K，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力；綜合實驗通過組織學(xué)生以團隊或個體的方式進行直接的綜合工程實踐訓(xùn)練，實驗內(nèi)容的選擇可根據(jù)專業(yè)要求完成一個工程實踐項目，如虛擬制造綜合實驗，機械工程綜合實習(xí)等，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意愿，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；第四層次的創(chuàng)新實踐主要包括工程實踐項目、科研創(chuàng)新項目和各類大學(xué)生創(chuàng)新競賽，指導(dǎo)和支持學(xué)生以各類創(chuàng)新項目為平臺進行自主創(chuàng)新活動，強化學(xué)生創(chuàng)新意識，提升創(chuàng)新能力。四個層次循序漸進，為機械工程學(xué)科輸出具備扎實的專業(yè)理論知識和良好的實踐創(chuàng)新能力的優(yōu)質(zhì)人才。

實踐教學(xué)的順利實施依托于良好的實踐教學(xué)平臺的搭建，機械專業(yè)建立了國家級裝備制造虛擬仿真實驗中心，并與多家企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，建立實踐教學(xué)基地，開展企業(yè)實習(xí)實訓(xùn)。將理論教學(xué)、實驗教學(xué)與工程實踐緊密有機結(jié)合，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力高素質(zhì)人才為教學(xué)目標(biāo)建立了虛實結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化實踐教學(xué)平臺，建成了具有鮮明特色、國內(nèi)知名的裝備制造實驗實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)基地。

2.1 裝備制造虛擬仿真實驗中心

傳統(tǒng)的裝備制造實驗項目只能滿足基礎(chǔ)課程知識的訓(xùn)練，難以跟上技術(shù)和社會的發(fā)展，特別是對于重大型、危險型的高端裝備開展實物實驗難度高、投資大，甚至無法開展。隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，裝備制造虛擬仿真實驗技術(shù)日漸成熟和完善，融合經(jīng)濟、安全、精確、真實等眾多優(yōu)點的虛擬仿真實驗技術(shù)作為繼理論研究和實驗研究之后的第三種科學(xué)研究方法，對社會發(fā)展、科技進步和創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到了越來越重要的作用。

裝備制造虛擬仿真實驗中心依托各種高科技交互實驗設(shè)備，開展豐富多彩的虛擬技術(shù)課程實驗和創(chuàng)新課程實驗，利用虛擬仿真實驗擴展教學(xué)資源，擴充實體實驗無法完成的實驗內(nèi)容。使得學(xué)生能夠在實驗室或?qū)W校機房完成虛擬仿真實驗，開設(shè)的實驗包括裝備制造認(rèn)知實驗、機電裝備設(shè)計虛擬仿真實驗、裝備制造過程虛擬仿真實驗、裝備施工工藝虛擬仿真實驗、裝備故障診斷與維護虛擬仿真實驗以及裝備產(chǎn)品虛擬展示與服務(wù)虛擬仿真實驗等，豐富學(xué)生的專業(yè)知識并加強學(xué)生的實習(xí)預(yù)習(xí)理解，開闊視野。全方位、立體化教學(xué)資源能夠成為學(xué)生開放式自主學(xué)習(xí)和實踐的主要天地，為學(xué)生開創(chuàng)了豐富的獲取知識的渠道，拓寬了學(xué)習(xí)的視野，提高了自主解決問題的能力。

2.2 校內(nèi)實驗中心及校企合作實踐教學(xué)基地

結(jié)合機械工程學(xué)科特色和科研平臺優(yōu)勢，建立了機械工程實驗中心，用于開展本科生專業(yè)實驗課程的教學(xué)工作，并提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。建設(shè)有精密磨削技術(shù)重點實驗室、數(shù)控技術(shù)實驗室、機電測試與控制實驗室、機電控制創(chuàng)新實驗室、液壓氣動實驗室、制造技術(shù)實驗室以及上海理工大學(xué)-斯圖加特大學(xué)聯(lián)合實驗室、上海理工大學(xué)-哈德斯菲爾德聯(lián)合實驗室等多個實驗室，配有高精密數(shù)控平面磨床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、機器人、五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心、便攜式工作站、3D立體顯示系統(tǒng)、3D打印設(shè)備、殘余應(yīng)力測量儀、三坐標(biāo)測量儀、激光干涉儀、熱流密度儀等高端儀器設(shè)備，支持學(xué)生完成大學(xué)物理實驗、化學(xué)實驗、機械原理實驗、電工與電子實驗等，以及本科生金工實習(xí)以及機械設(shè)計、課程設(shè)計等實踐教學(xué)任務(wù)。機械工程實驗中心能夠滿足本科生專業(yè)實驗及課程設(shè)計的教學(xué)需要，并為全國大學(xué)生機械設(shè)計競賽等多種實踐競賽提供培訓(xùn)和實踐基地。依托于機械工程實驗中心，在實驗教學(xué)中加深了學(xué)生對機械工程學(xué)科的認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力和積極性。

機械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)所面臨的教學(xué)任務(wù)是：打破與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)的封閉教育體系，針對專業(yè)知識基礎(chǔ)的“交叉性”與技術(shù)的“集成性”發(fā)展特點，強化專業(yè)教育的實踐性和創(chuàng)新性，讓學(xué)生掌握豐富的跨行業(yè)領(lǐng)域、跨學(xué)科專業(yè)、跨不同國界的知識、技術(shù)與方法，形成強有力的工作與發(fā)展能力。[8]根據(jù)這一基本教學(xué)原則，機械專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中應(yīng)該不斷強化與企業(yè)共建、加強科研資源轉(zhuǎn)化，大力發(fā)展校企合作是實踐教學(xué)平臺構(gòu)建過程中保障實踐教學(xué)內(nèi)容的重要手段。機械專業(yè)先后與多家相關(guān)企業(yè)建立了良好的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，通過校內(nèi)專業(yè)教師和企業(yè)導(dǎo)師共同對學(xué)生進行教學(xué)指導(dǎo)，促進學(xué)生做到理論知識與生產(chǎn)實際的有機結(jié)合，有效提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

3 實踐教學(xué)取得的成效

近年來，以虛實結(jié)合的實踐教學(xué)體系為依托，機械專業(yè)學(xué)生在科研創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)等方面得到明顯提高，在各類國家級、省市級科技創(chuàng)新比賽中取得了諸多可喜成績。近三年機械專業(yè)本科生獲得國家級大學(xué)生創(chuàng)新大賽獎項25項，省市級大學(xué)生創(chuàng)新大賽獎項近百項；獲得國家授權(quán)發(fā)明專利21項，實用新型專利19項。本科生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成創(chuàng)新實驗及創(chuàng)新課題的研究，培養(yǎng)了機械工程學(xué)生創(chuàng)新思維的能力，并形成了創(chuàng)新成果反哺實踐教學(xué)的良性循環(huán)。

參考文獻(xiàn)

[1] 江澤民.全國科學(xué)技術(shù)大會講話[Z].1995.5.26.

[2] 國家教育事業(yè)發(fā)展第十二個五年規(guī)劃[R].中華人民共和國教育部，2012.6.14.

[3] 宋廣元，李永平，劉云利.實踐創(chuàng)新能力是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵[J].中國高等教育，2015 （Z2）：65-67.

[4] 中國制造2025 [R].國務(wù)院，2015.5.8.

[5] 葉卉，姜晨.“雙一流”戰(zhàn)略背景下的課程建設(shè)及改革[J].中國高等教育評估，2017.1：48-51.

[6] 葉卉，姜晨.面向工程教育認(rèn)證的精密加工技術(shù)課程教學(xué)淺談[J].科教文匯，2018.

[7] 陳慶，高路，甘樹坤.實踐教學(xué)中培養(yǎng)機械類專業(yè)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的研究與探索[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2013.30（4）：38-42.

[8] 王張琦，孫躍東，姚儉.現(xiàn)代高端工程人才培養(yǎng)模式的探索與構(gòu)建[J].研究生教育研究，2015.2：69-73