深化實踐教學 助推機械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)

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)理論教學基礎上深化實踐教學，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新及實踐能力的重要手段。通過分析上海理工大學機械工程學科發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合機械學科創(chuàng)新型人才的基本要求及需求導向，構(gòu)建虛實結(jié)合的實踐教學體系，形成以國家級虛擬仿真實驗中心、校內(nèi)外實習實訓基地為依托的實踐教學平臺。不斷拓展實踐領域，豐富教學內(nèi)容，持續(xù)為機械工程領域培養(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 虛實結(jié)合

中圖分類號：G642 文獻標識碼：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，促進科研與教學互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合。[2]培養(yǎng)學生創(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，而課程教學是構(gòu)建創(chuàng)新教育的基石。對于機械工程類應用型學科而言，實踐教學環(huán)節(jié)是學科教學中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在高校教學中強化和優(yōu)化實踐教學體系，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，國務院批復實施《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”具有重要指導意義。[4]以中國制造2025為導向，結(jié)合當前我國智能制造發(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)和主導產(chǎn)業(yè)，迫切需要一大批具有堅實基礎理論和專業(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提出了新的要求。上海理工大學作為一所具有百年辦學歷史，以工為主，工、理、管、經(jīng)、文、法和藝術(shù)等多學科協(xié)調(diào)發(fā)展的上海市屬重點大學，近幾年機械工程學科發(fā)展較快，先后獲得了“國家級特色專業(yè)”、“機械工程”一級學科博士學位授予點，機械學科一直致力于培養(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向，總結(jié)了：①機械工程領域創(chuàng)新人才應具備的主要特征；②虛實結(jié)合實踐教學平臺的構(gòu)建及其在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的積極意義；③大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃的落實和推廣。通過建立合理的實踐教學體系，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)新人才為目標的高等教育實踐教學模式。

1 機械工程領域創(chuàng)新人才應具備的特征

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

（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、分析和解決所在領域的復雜工程問題；

（2）能跟蹤機械工程及其相關(guān)領域的前沿技術(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）能開展多學科、跨文化的技術(shù)交流，具備團隊協(xié)作、溝通和表達能力；

（5）具有國際視野，在終生學習、專業(yè)發(fā)展方面表現(xiàn)出擔當和進步。

2 構(gòu)建虛實結(jié)合的實踐教學平臺

在機械工程學科中開展實踐教學是全面提高學生解決機械復雜工程問題能力和創(chuàng)新實踐能力的重要教學手段，是促進學生理論知識與實踐能力相結(jié)合的重要橋梁，與理論教學具有同等重要的地位。[7]我校積極探索實踐教學新途徑，通過搭建校內(nèi)及校外工程實踐平臺，不斷豐富實踐教學內(nèi)容，強化實踐教學環(huán)節(jié)，逐漸形成了完善的工程實踐教學體系。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)實踐教學體系分為基礎實驗、專業(yè)實驗、綜合實驗和創(chuàng)新實踐四個層次，其中，基礎實驗包括大學物理實驗、材料力學實驗、金工實習等，是以完成機械工程師的基本技能訓練為目標；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，學生可以根據(jù)興趣選擇不同的實驗模塊，逐漸培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力；綜合實驗通過組織學生以團隊或個體的方式進行直接的綜合工程實踐訓練，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，機械工程綜合實習等，激發(fā)學生創(chuàng)新意愿，提高學生的創(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)新項目和各類大學生創(chuàng)新競賽，指導和支持學生以各類創(chuàng)新項目為平臺進行自主創(chuàng)新活動，強化學生創(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。

實踐教學的順利實施依托于良好的實踐教學平臺的搭建，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)學研合作，建立實踐教學基地，開展企業(yè)實習實訓。將理論教學、實驗教學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)人才為教學目標建立了虛實結(jié)合的網(wǎng)絡化實踐教學平臺，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課程知識的訓練，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資源，擴充實體實驗無法完成的實驗內(nèi)容。使得學生能夠在實驗室或?qū)W校機房完成虛擬仿真實驗，開設的實驗包括裝備制造認知實驗、機電裝備設計虛擬仿真實驗、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)品虛擬展示與服務虛擬仿真實驗等，豐富學生的專業(yè)知識并加強學生的實習預習理解，開闊視野。全方位、立體化教學資源能夠成為學生開放式自主學習和實踐的主要天地，為學生開創(chuàng)了豐富的獲取知識的渠道，拓寬了學習的視野，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基地

結(jié)合機械工程學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)實驗課程的教學工作，并提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。建設有精密磨削技術(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-斯圖加特大學聯(lián)合實驗室、上海理工大學-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打印設備、殘余應力測量儀、三坐標測量儀、激光干涉儀、熱流密度儀等高端儀器設備，支持學生完成大學物理實驗、化學實驗、機械原理實驗、電工與電子實驗等，以及本科生金工實習以及機械設計、課程設計等實踐教學任務。機械工程實驗中心能夠滿足本科生專業(yè)實驗及課程設計的教學需要，并為全國大學生機械設計競賽等多種實踐競賽提供培訓和實踐基地。依托于機械工程實驗中心，在實驗教學中加深了學生對機械工程學科的認識，激發(fā)了學生的創(chuàng)造力和積極性。

機械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)所面臨的教學任務是：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，讓學生掌握豐富的跨行業(yè)領域、跨學科專業(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)這一基本教學原則，機械專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中應該不斷強化與企業(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平臺構(gòu)建過程中保障實踐教學內(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)學研合作關(guān)系，通過校內(nèi)專業(yè)教師和企業(yè)導師共同對學生進行教學指導，促進學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 實踐教學取得的成效

近年來，以虛實結(jié)合的實踐教學體系為依托，機械專業(yè)學生在科研創(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生創(chuàng)新大賽獎項25項，省市級大學生創(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。本科生在導師的指導下完成創(chuàng)新實驗及創(chuàng)新課題的研究，培養(yǎng)了機械工程學生創(chuàng)新思維的能力，并形成了創(chuàng)新成果反哺實踐教學的良性循環(huán)。

參考文獻

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