胡良斌 高麗娟 李必文 唐德文 鄧健

摘? 要 為應(yīng)對科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，加快工程教育改革創(chuàng)新，教育部實(shí)施新工科戰(zhàn)略。通過地方搭臺、產(chǎn)業(yè)出題、政產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)動(dòng)，在長三角、珠三角、長株潭地區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)成立創(chuàng)新研究院，探索新工科背景下產(chǎn)教融合協(xié)同育人范式；基于產(chǎn)教融合協(xié)同教學(xué)方式，開發(fā)齒輪及其工藝裝備精度設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的產(chǎn)教協(xié)同，實(shí)踐探索人才培養(yǎng)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。該校企產(chǎn)教融合虛擬實(shí)驗(yàn)獲全國多媒體課件大賽一等獎(jiǎng)。

關(guān)鍵詞 新工科；產(chǎn)教融合協(xié)同育人；虛擬實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0062-03

Abstract In order to respond to the scientific and technological revo-lution and industrial reform， and accelerate the reform and innova-tion of engineering education， the Ministry of Education has imple-mented the new engineering strategy. Through setting up local plat-forms， setting up industrial topics， and combining government， indus-try， university， research and application， our school has set up inno-vation research institutes in economically developed areas such as?the Yangtze River Delta， the Pearl River Delta， and Changsha-Zhu-zhou-Xiangtan region to explore the paradigm of collaborative edu-cation through the integration of industry and education under the background of new engineering. The virtual teaching experiment of?precision design of gear and its process equipment is developed to?realize the? industry and education coordination of teaching and prac-tice to explore the supply side structural reform of talent training. The?school and enterprise integration of production and teaching virtual experiment won the first prize in the national multimedia course-ware competition.

Key words new engineering; collaborative education through the integration of industry and education; virtual experiment

0? 引言

在新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的當(dāng)代，高等教育對國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的作用已經(jīng)從基礎(chǔ)支撐轉(zhuǎn)變?yōu)橹我I(lǐng)并重，成為可持續(xù)發(fā)展的最大紅利和牽引動(dòng)力[1]。在2019年國際機(jī)械工程教育大會上，教育部高教司吳巖司長指出：應(yīng)精準(zhǔn)把握高等教育“識變、應(yīng)變、求變”的發(fā)展大勢，全方位、全過程、全要素地以新工科引領(lǐng)高等教育。技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)變革使得現(xiàn)代工程實(shí)際問題的復(fù)雜性往往超越現(xiàn)有的工程解決方法和標(biāo)準(zhǔn)、單一的學(xué)科知識領(lǐng)域甚至技術(shù)范疇，這就需要我國高等工程教育補(bǔ)足在解決實(shí)際問題能力培養(yǎng)方面存在的結(jié)構(gòu)性短板[2-3]，進(jìn)一步強(qiáng)化多學(xué)科融合的科學(xué)探索與卓越人才培養(yǎng)。

1? 實(shí)施新工科戰(zhàn)略的重大意義

為了應(yīng)對產(chǎn)業(yè)變革和新一輪科技革命，促進(jìn)我國由工程教育大國向工程教育強(qiáng)國推進(jìn)，提出新工科建設(shè)計(jì)劃，先后形成新工科建設(shè)的復(fù)旦共識、天大行動(dòng)和北京指南，探索領(lǐng)跑工程教育的中國范式和中國方案，推進(jìn)高等教育強(qiáng)國建設(shè)[1]。相對于傳統(tǒng)的工科人才，人工智能、云計(jì)算、機(jī)器人和智能制造等新工科專業(yè)人才，更符合未來新經(jīng)濟(jì)和新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合新工科人才需求[4-5]。教育部提出：高校要以新工科理念為先導(dǎo)，凝聚更多共識；以需求為牽引，開展多樣化探索；以項(xiàng)目群為平臺，加強(qiáng)交流合作；以統(tǒng)籌內(nèi)外資源為途徑，加大項(xiàng)目支持[6]。深化產(chǎn)教融合，推動(dòng)校企協(xié)同，促進(jìn)教育鏈—人才鏈—產(chǎn)業(yè)鏈—?jiǎng)?chuàng)新鏈有機(jī)融合，對新形勢下提高高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量、培育經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能和推進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。各高校針對教育部提出的要求，根據(jù)自身實(shí)際情況，提出符合自身發(fā)展的范式與實(shí)施方案。

2? 推動(dòng)校企產(chǎn)教協(xié)同，促進(jìn)教育鏈—人才鏈—產(chǎn)業(yè)鏈—?jiǎng)?chuàng)新鏈有機(jī)融合

校企產(chǎn)教協(xié)同是高校、企業(yè)、學(xué)生“三贏”的培養(yǎng)范式[7]。校企產(chǎn)教協(xié)同育人范式思維導(dǎo)圖如圖1所示。作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才有效途徑的校企產(chǎn)教協(xié)同，既能夠?yàn)槿瞬排囵B(yǎng)提供實(shí)踐機(jī)會和就業(yè)需求信息，又能提供財(cái)政資源和政策支持。南華大學(xué)以創(chuàng)新研究院為基礎(chǔ)的校企產(chǎn)教協(xié)同育人范式是以社會需求為導(dǎo)向，以實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，以校企產(chǎn)教融合為途徑，與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相適應(yīng)，具有南華特色的人才培養(yǎng)范式。建立創(chuàng)新研究院，通過產(chǎn)教融合構(gòu)建協(xié)同育人平臺，完善實(shí)踐育人體系，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，創(chuàng)新人才培養(yǎng)范式。以創(chuàng)新研究院為載體，積極探索教育教學(xué)綜合改革有效途徑，增強(qiáng)辦學(xué)活力；探索產(chǎn)學(xué)研合作運(yùn)行機(jī)制，積極拓展校政、校企橫向合作空間，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和地方經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展注入動(dòng)力；探索新工科背景下大學(xué)生實(shí)踐能力校企產(chǎn)教協(xié)同培養(yǎng)范式，提高高等教育教學(xué)質(zhì)量。南華大學(xué)作為湖南省普通高校新工科建設(shè)協(xié)作組副主任高校，在深化新工科專業(yè)人才培養(yǎng)，推進(jìn)工科專業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化改造升級，強(qiáng)化虛擬仿真項(xiàng)目方面推進(jìn)新工科建設(shè)系列新舉措，推動(dòng)校企產(chǎn)教協(xié)同，促進(jìn)教育鏈—人才鏈—產(chǎn)業(yè)鏈—?jiǎng)?chuàng)新鏈有機(jī)融合。

3? 實(shí)踐探索校企產(chǎn)教融合范式及協(xié)同育人教學(xué)案例

3.1? “四基地一窗口”校企產(chǎn)教融合范式探索

為了推進(jìn)新工科建設(shè)，面向國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展需求和“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大倡議與戰(zhàn)略時(shí)代背景，南華大學(xué)立足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和企業(yè)提質(zhì)升級需要，以人才培養(yǎng)、科學(xué)研究為依托，積極探索校企產(chǎn)教協(xié)同育人范式，在長株潭地區(qū)、長三角、珠三角等創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)前沿地區(qū)分別成立長沙創(chuàng)新研究院、長三角研究院諸暨和上虞創(chuàng)新研究院、東莞協(xié)同創(chuàng)新研究院。協(xié)同創(chuàng)新研究院根據(jù)學(xué)校學(xué)科特色及地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，建立先進(jìn)制造協(xié)同創(chuàng)新中心、高性能材料協(xié)同創(chuàng)新中心、節(jié)能與環(huán)保新材料創(chuàng)新中心等六個(gè)創(chuàng)新研究中心，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新體系。通過行業(yè)企業(yè)出題、地方政府搭臺，依托高校人才和平臺優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)政產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)動(dòng)，優(yōu)化和集聚創(chuàng)新要素，吸引和凝聚高層次人才，將創(chuàng)新研究院打造成“四基地一窗口”——科技創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)、實(shí)踐與就業(yè)的重要基地和服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要窗口。

3.2? 基于校企協(xié)同育人實(shí)踐教學(xué)資源開發(fā)探索

針對當(dāng)前大學(xué)生工程能力弱化的問題，為學(xué)生開展興趣式、自主式工程實(shí)踐，提供高質(zhì)量專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練課程，拉近課程學(xué)習(xí)與學(xué)科發(fā)展前沿、生產(chǎn)實(shí)際的距離，讓學(xué)生將知識技能學(xué)以致用，回歸工程教育本質(zhì)。同時(shí)，高等機(jī)械工程教育進(jìn)入快速和根本性變革時(shí)期，亟待破解學(xué)生解決實(shí)際工程能力弱化的難題，培養(yǎng)出掌握先進(jìn)制造技術(shù)的知識和能力、具備更高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的人才，紓解裝備制造企業(yè)總體設(shè)計(jì)人才和后備技術(shù)骨干匱乏的壓力。打開學(xué)科邊界、知識邊界和課堂邊界，以“接近真實(shí)世界”為機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)理念，構(gòu)建產(chǎn)教研融合驅(qū)動(dòng)的進(jìn)階式項(xiàng)目化教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)既定的培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行產(chǎn)教研融合驅(qū)動(dòng)的課程體系創(chuàng)新，建立面向卓越機(jī)械工程人才的產(chǎn)教協(xié)同教學(xué)案例是這一行動(dòng)的具體體現(xiàn)[8-10]。

為深入推進(jìn)新工科建設(shè)，打造南華新工科，南華大學(xué)提出“六新六進(jìn)”新工科研究與實(shí)踐思路，即新理念、新專業(yè)、新課程、新教材等“六新”和進(jìn)課堂、進(jìn)基地、進(jìn)培養(yǎng)方案、進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)等“六進(jìn)”思路。為了落實(shí)新理念進(jìn)課堂，新課程資源源于校企合作基地的“六新六進(jìn)”研究實(shí)踐路線，基于產(chǎn)教研融合協(xié)同教學(xué)方式，在“機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測”虛實(shí)協(xié)同實(shí)驗(yàn)及工程能力拓展系統(tǒng)中，開發(fā)齒輪及其工藝裝備精度設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)。該虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)以企業(yè)工程應(yīng)用項(xiàng)目、科研項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以“齒輪及其工藝裝備精度設(shè)計(jì)”為研究對象，利用MATLAB等工程軟件，進(jìn)行專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，通過工程項(xiàng)目和科研項(xiàng)目教學(xué)資源化，協(xié)同理論教育與工程實(shí)踐教育，開發(fā)適應(yīng)課程教學(xué)需要、實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的產(chǎn)教協(xié)同模式，著力提高學(xué)生的綜合工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)滿足現(xiàn)代智能裝備制造業(yè)需要的綜合應(yīng)用型人才。本虛擬實(shí)驗(yàn)包括新國標(biāo)齒輪精度設(shè)計(jì)、齒輪刀具精度設(shè)計(jì)（包括常規(guī)、特殊工況和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)）、齒輪夾具精度設(shè)計(jì)和齒輪精度檢測方法與裝備四大遞進(jìn)任務(wù)。

1）新國標(biāo)齒輪精度設(shè)計(jì)——齒輪新國標(biāo)精度設(shè)計(jì)系統(tǒng)。為了更好地貫徹齒輪新的國家標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)齒輪新國標(biāo)精度設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)，讓教學(xué)內(nèi)容能根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)整與更新。

2）齒輪刀具精度設(shè)計(jì)包括常規(guī)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、面向特殊工況的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和高精度刀具加工與制造四個(gè)任務(wù)。針對教學(xué)案例數(shù)量欠缺且單一，并且大部分教學(xué)案例存在科學(xué)性及工程性痕跡太重，教學(xué)性不足，教學(xué)效果無法得到保證等問題，以工程應(yīng)用項(xiàng)目和科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，本著項(xiàng)目案例教學(xué)化的目標(biāo)，研制包括齒輪滾刀精度設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)（常規(guī)）、修形滾刀精度設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)）、齒輪梳齒刀修形設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)（面向特殊工況的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)）。特別是將基于使用工況條件的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論修形齒輪刀具設(shè)計(jì)（齒輪齒向修形和齒廓修形）等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與方法納入實(shí)踐教學(xué)。

3）齒輪夾具精度設(shè)計(jì)包括斜齒齒輪梳齒刀誤差預(yù)測系統(tǒng)（高精度刀具加工與制造）。創(chuàng)新設(shè)計(jì)齒輪梳齒刀的高精度加工夾具系統(tǒng)及其誤差預(yù)測方法，通過理論仿真計(jì)算指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算仿真等手段解決工程實(shí)際問題的能力，虛擬實(shí)驗(yàn)如圖2所示。

4）齒輪精度檢測方法與測量儀器較多，而課堂學(xué)習(xí)中感性認(rèn)識較少，實(shí)驗(yàn)課程檢測誤差處理與分析繁雜，為解決這些問題，開發(fā)齒輪形位精度檢測仿真CAD系統(tǒng)，包括齒輪精度檢測方法與裝備的倒錐齒量球法檢測虛擬仿真系統(tǒng)（如圖3所示）、齒輪公法線精度測量、齒輪齒圈徑向跳動(dòng)測量、齒距精度測量等任務(wù)。特別是針對倒錐齒難測量的問題，剖析量球法的原理及方法。將齒輪及其工藝裝備精度設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性虛擬實(shí)驗(yàn)納入實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓實(shí)踐教學(xué)案例更好地接近真實(shí)現(xiàn)場，更好服務(wù)于企業(yè)工程實(shí)際需求。

本團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“齒輪及其工藝裝備精度設(shè)計(jì)虛擬仿真平臺”以MATLAB軟件程序開發(fā)為工具手段，融合大學(xué)計(jì)算機(jī)、機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測、CAD/CAM、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)值分析等課程知識，以校企產(chǎn)教協(xié)同育人為導(dǎo)向，以企業(yè)工程實(shí)踐與學(xué)?？蒲许?xiàng)目為素材，自主開發(fā)產(chǎn)教研教學(xué)實(shí)踐平臺，旨在將企業(yè)工程項(xiàng)目和科研項(xiàng)目案例教學(xué)化，拓展實(shí)踐教學(xué)資源，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的工程性與實(shí)用性，拉近學(xué)生與工程現(xiàn)場、工作情境及現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的距離，激發(fā)學(xué)生興趣，提升學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。該校企產(chǎn)教融合虛擬實(shí)驗(yàn)資源獲全國多媒體課件大賽一等獎(jiǎng)。

4? 結(jié)束語

在新工科實(shí)施背景下，以創(chuàng)新研究院為依托，以培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)以實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn)、以校企產(chǎn)教融合為途徑、與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相適應(yīng)、具有南華特色的校企產(chǎn)教協(xié)同培養(yǎng)范式?；诋a(chǎn)教融合協(xié)同教學(xué)方式，開發(fā)齒輪及其工藝裝備精度設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的產(chǎn)教協(xié)同，提升大學(xué)生綜合工程實(shí)踐能力，滿足現(xiàn)代先進(jìn)裝備制造業(yè)的人才培養(yǎng)需要，促進(jìn)高校的人才培養(yǎng)供給側(cè)和行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)需求側(cè)結(jié)構(gòu)要素深度融合，推動(dòng)高校人才培養(yǎng)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

參考文獻(xiàn)

[1]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（4）：1-4，15.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017（2）：26-35.

[3]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]陸國棟.“新工科”建設(shè)的五個(gè)突破與初步探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2017（5）：38-41.

[5]王孫禺，趙自強(qiáng)，雷環(huán).國家創(chuàng)新之路與高等工程教育改革新進(jìn)程[J].高等工程教育研究，2013（1）：14-22.

[6]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[7]王巨宏，劉婷婷，馬東嫄，等.構(gòu)建新經(jīng)濟(jì)下政產(chǎn)學(xué)研融合工程教育新生態(tài)[J].高等工程教育研究，2017（3）：27-30.

[8]毛璽，徐巧玉，蔡海潮.改革互換性與技術(shù)測量實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（5）：68-69.

[9]宋玲，亢銀霞.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊，2013（8）：108-109.

[10]陳福松.案例教學(xué)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2009（5）：81-83.