新工科背景下機械類專業(yè)實踐教學(xué)改革與實踐

楊振朝　李言　李淑娟　高新勤　王權(quán)岱

摘? 要：文章在“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“新工科”等國家重大戰(zhàn)略的背景下，分析了我國工科專業(yè)面臨的形勢。以西安理工大學(xué)機械類專業(yè)為例，提出了在新工科背景下機械類專業(yè)實踐教學(xué)改革方案，將機械類專業(yè)實踐教學(xué)改革與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合，分別從課程實驗、教學(xué)實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動等方面，闡述了采取的具體改革措施以及成效，為推動新工科建設(shè)步伐提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科;機械類專業(yè);實踐教學(xué)改革;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）19-0121-04

Abstract： Under the background of major national strategies such as "One Belt and One Road"， "Made in China 2025"， "Internet +" and "New Engineering"， the article analyzes the forms faced by China's engineering majors. Taking the mechanical major of Xi'an University of Technology as an example， this paper puts forward a reform program of mechanical professional practice in the background of new engineering， integrating the practical teaching reform of mechanical specialty with the innovation and entrepreneurship education， from curriculum experiment， teaching practice， curriculum design， Graduation design and innovation and entrepreneurial activities， etc.， expounded the specific reform measures and results， and provided reference for promoting the pace of new engineering construction.

Keywords： new engineering disciplines; machinery majors; practical teaching reform; innovation and entrepreneurship education

高等工程教育在我國高等教育中占有重要的地位。深化工程教育改革、建設(shè)工程教育強國，對服務(wù)和支撐我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級意義重大[1]。2016年6月，我國工程教育專業(yè)認證體系實現(xiàn)國際實質(zhì)等效，為深化工程教育改革提供了良好契機。當(dāng)前，國家推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新[2-4]。

為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略。2017年2月教育部高等教育司發(fā)布了關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知，之后先后形成“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育改革新路徑[5-9]。

全國各高校紛紛通過開設(shè)大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實、智能科學(xué)與技術(shù)等新專業(yè)，以智能制造、云計算、人工智能、機器人等來改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才，以滿足未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的需要[10]。

西安理工大學(xué)探索符合學(xué)校實際的多學(xué)科多方協(xié)同交叉融合培養(yǎng)的新理念，圍繞立德樹人根本任務(wù)，依托學(xué)校多年來在裝備制造、水利水電等方面業(yè)已形成的特色優(yōu)勢，基于卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、工程教育專業(yè)認證等改革的豐富經(jīng)驗，與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革緊密結(jié)合，瞄準(zhǔn)“智能制造”和“智慧水利”等新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展需求，一方面主動設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，另一方面推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新。樹立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，構(gòu)建新興工科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學(xué)科專業(yè)“新結(jié)構(gòu)”，探索實施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質(zhì)量”，建立完善中國特色工程教育的“新體系”，積極探索新工科專業(yè)建設(shè)改革試點工作。西安理工大學(xué)機儀學(xué)院為推動本院新工科建設(shè)步伐，探索新工科背景下機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)改造升級路徑，將機械類專業(yè)實踐教學(xué)改革與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合，并取得了明顯成效。

一、機械類專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學(xué)體系

目前，大部分高校機械類專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學(xué)體系如圖1所示。從層次方面說，機械類專業(yè)實踐教學(xué)可以分為基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐、綜合實踐和創(chuàng)新實踐四類。

機械類專業(yè)實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)都要與課堂理論教學(xué)相輔相成，并貫穿于整個大學(xué)階段，使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程等理論知識在實踐教學(xué)中得到驗證。西安理工大學(xué)針對機械類專業(yè)各個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，特別注重學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，已經(jīng)形成了比較完善的、系統(tǒng)的、合理的、標(biāo)準(zhǔn)化的實踐教學(xué)體系。

二、新工科背景下機械類專業(yè)實踐教學(xué)體系改革方案

筆者在西安理工大學(xué)機械專業(yè)從教以來，參與過課程實驗、教學(xué)實習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生參加機械創(chuàng)新、挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目等各級各類競賽項目40余項，指導(dǎo)學(xué)生申請專利10余項，有著豐富的實踐教學(xué)和雙創(chuàng)教育經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上，提出一種融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的機械類專業(yè)實踐教學(xué)體系改革方案，如圖2所示。

機械類專業(yè)實踐教學(xué)改革整個過程以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念。將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到理論教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之中，貫穿于大學(xué)四年教育全過程。學(xué)生通過在理論教學(xué)和實踐教學(xué)中受到的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，可以萌生出創(chuàng)新創(chuàng)意，進而形成相應(yīng)的創(chuàng)新作品。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以將去參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，沖刺各種獎項。之后，學(xué)生可以這些創(chuàng)新成果進行轉(zhuǎn)化，根據(jù)成果類型可以申請相對應(yīng)類別專利，可以發(fā)表學(xué)術(shù)論文，甚至可以尋求企業(yè)的創(chuàng)業(yè)投資。在整個改革過程中需要學(xué)校各類平臺的支持。

三、改革具體措施及成效

（一）課程實驗方面

在原有課程實驗體系基礎(chǔ)上增設(shè)了一定數(shù)目的設(shè)計性實驗，同時保留了經(jīng)典的驗證性和演示性實驗。比如針對《機械制造裝備設(shè)計》課程實驗，除了開設(shè)經(jīng)典的普通車床幾何精度檢驗試驗、車床主傳動系統(tǒng)空載功率的測定等驗證性實驗外，增開了與機床裝備應(yīng)用相關(guān)的設(shè)計性實驗——機床動態(tài)性能實驗。

該實驗首先由實驗教師介紹與本實驗有關(guān)的背景知識以及已知的實驗條件，提出具體實驗要求。本實驗的實驗要求如下：要求學(xué)生查閱有關(guān)機床動態(tài)性能對加工質(zhì)量的影響、識別機床薄弱環(huán)節(jié)的方法以及提高機床動態(tài)性能的方法的資料，提交不少于5000字的調(diào)研分析報告，要求參考文獻不少于15篇;查閱常用實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)處理方法，根據(jù)現(xiàn)有實驗條件采用正交試驗方法設(shè)計實驗方案。

學(xué)生根據(jù)實驗要求查閱有關(guān)振動對機床加工質(zhì)量影響及減振方面的資料，了解應(yīng)用鋼球進行機床減振的工作原理，學(xué)習(xí)正交實驗設(shè)計方法及數(shù)據(jù)處理分析方法，按時完成撰寫調(diào)研分析報告，根據(jù)已知實驗條件完成實驗方案設(shè)計。實驗設(shè)計方案通過實驗教師同意后，各實驗小組預(yù)約各自實驗時間，由實驗小組成員按照實驗設(shè)計方案獨立完成實驗。實驗結(jié)束后，要求學(xué)生對實驗結(jié)果進行計算和分析，得出實驗結(jié)論，最后進行實驗總結(jié)和撰寫個人心得體會。實驗結(jié)果主要包括不同實驗參數(shù)條件下測試獲得的機床動態(tài)性能曲線及提取出的相關(guān)數(shù)據(jù)，針對正交實驗結(jié)果要進行極差分析，獲得各因素對減振效果的影響曲線和影響大小順序，最終獲得最佳減振方案。要求實驗報告按照科技論文格式進行書寫。

通過該設(shè)計性實驗的實施，使學(xué)生掌握了提高機床動態(tài)性能的方法和正交試驗設(shè)計與分析方法，深入學(xué)習(xí)了機床整機動態(tài)性能檢測儀器的使用方法、動態(tài)性能的測試項目及識別機床薄弱環(huán)節(jié)的方法，深刻體會到了提高機床動態(tài)性能對加工精度及加工效率的重要意義，提高了學(xué)生文獻檢索能力，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。在2016年我校機械專業(yè)工程認證過程中，該設(shè)計性實驗得到了認證專家的高度評價。

另外，我校機械專業(yè)還開設(shè)了開放性實驗環(huán)節(jié)，我校機械工程實驗中心和機械設(shè)計實驗中心對學(xué)生實行開放制度。根據(jù)實驗室內(nèi)已有的實驗條件，學(xué)生可以自主制定實驗內(nèi)容和實驗方案，并獨立完成整個實驗過程，進行創(chuàng)新性研究和探索。通過開放性實驗環(huán)節(jié)，使實驗室真正成為知識運用、知識融合、知識創(chuàng)新的基地，更有利于提高學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

（二）教學(xué)實習(xí)方面

為了增強學(xué)生的動手實踐能力，我校機械專業(yè)不僅開設(shè)了金工實習(xí)（金工基礎(chǔ)訓(xùn)練的“金工Ⅰ”）、認知實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)，還增開了以工藝設(shè)計和自主加工為目的“金工Ⅱ”實踐環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)在我校工程訓(xùn)練中心進行。在“金工Ⅱ”實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生可以結(jié)合機械創(chuàng)新、挑戰(zhàn)杯等各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽主題自主選擇課題，自行完成設(shè)計、加工、調(diào)試環(huán)節(jié)。該實踐環(huán)節(jié)加工出的作品可以直接參加相對應(yīng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。

為了避免學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)時走馬觀花，增強實習(xí)效果，我校機械專業(yè)對生產(chǎn)實習(xí)模式進行了改革，除了大部分學(xué)生去十堰東風(fēng)汽車、中國一拖、天水星火機床等國有大型企業(yè)進行參觀實習(xí)外，還嘗試了讓少部分學(xué)生利用大三暑假在富士康、海爾等企業(yè)以頂崗的模式實習(xí)2個月。通過頂崗實習(xí)，不但對學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識進行了驗證，還幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)和解決實際問題。比如今年實習(xí)的幾位同學(xué)對企業(yè)生產(chǎn)線存在的問題進行了分析和優(yōu)化，通過優(yōu)化布局更加合理，生產(chǎn)效率得到了很大的提高，得到了實習(xí)企業(yè)的一致好評。通過實習(xí)，學(xué)生可以為后續(xù)課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計找到合適的題目。通過發(fā)現(xiàn)和解決實際企業(yè)中存在的技術(shù)問題，還可以參加各類創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽，獲得企業(yè)的創(chuàng)業(yè)投資?？傊?，該實習(xí)模式取得了良好的成效，在今后幾年將大面積在本專業(yè)推廣。

（三）課程設(shè)計方面

目前大部分高校機械類專業(yè)的課程設(shè)計都編制有自己的指導(dǎo)書，題目相對固定而且數(shù)量較少，容易造成學(xué)生相互抄襲的現(xiàn)象。比如機械制造技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書中給出幾個典型零件，常見的有撥叉、連桿等，零件數(shù)量少，由于學(xué)生較多，往往多個學(xué)生設(shè)計同一個題目，造成相互抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。

針對課程設(shè)計中存在的這些問題，我校機械專業(yè)對課程設(shè)計模式進行了調(diào)整，鼓勵學(xué)生在課程設(shè)計大綱要求下自行命題。一方面，學(xué)生可以通過查閱相關(guān)文獻資料、市場調(diào)查等多種途徑提出與生產(chǎn)實際相關(guān)的設(shè)計題目，特別是學(xué)生可以在生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)找到相關(guān)設(shè)計題目，由指導(dǎo)教師進行題目審查，篩選出符合要求的課程設(shè)計題目。另一方面，學(xué)生可以結(jié)合各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽主題，自主選擇合適的課程設(shè)計題目。這種課程設(shè)計模式得到了學(xué)生的一致認可，既能幫助相關(guān)企業(yè)解決一些實際問題，也能為學(xué)生后續(xù)參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，奠定良好的基礎(chǔ)。

（四）畢業(yè)設(shè)計方面

目前大部分高校機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計題目都是由校內(nèi)指導(dǎo)老師指定，這類題目往往是針對已有的機械裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計、夾具設(shè)計或控制系統(tǒng)設(shè)計等，設(shè)計內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性和新穎性。學(xué)生對此類題目興趣不大，主動設(shè)計的積極性不高，往往通過上網(wǎng)搜索與自己題目相似的資料之后，參考原文中的內(nèi)容，甚至全文抄襲，結(jié)果是論文缺乏分析和獨特見解，在畢業(yè)答辯時出現(xiàn)學(xué)生對自己設(shè)計的東西講不清楚的現(xiàn)象。加上，近幾年大多數(shù)高校本科畢業(yè)設(shè)計實行查重制度，很多學(xué)生查重過程中重復(fù)率極高。

針對機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中存在的諸多問題，采取了下面幾項措施：

1. 以教師科研課題內(nèi)容作為畢設(shè)題目

讓學(xué)生參與到教師的科研課題中去，通過教師的指導(dǎo)，學(xué)生不但如期完成了畢業(yè)設(shè)計論文，也能為教師課題的順利完成做出一份貢獻。在此過程中，學(xué)生的科研能力得到了提高，所以這類題目特別適合于保送研究生和已經(jīng)考取研究生的同學(xué)，可以為后續(xù)研究工作鋪平道路。

2. 聘請企業(yè)導(dǎo)師，實行校企聯(lián)合指導(dǎo)

我校機械專業(yè)，近年來聘請了大量如秦川機床、寶雞機床、中航工業(yè)等大型企業(yè)的高級工程技術(shù)人員作為企業(yè)導(dǎo)師，由企業(yè)給定題目，企業(yè)導(dǎo)師和校內(nèi)導(dǎo)師共同指導(dǎo)。

3. 以各類競賽題目作為畢業(yè)設(shè)計題目

部分競賽主題一般提前已經(jīng)給出，可以讓部分學(xué)生以這類競賽的主題作為畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容。通過畢業(yè)設(shè)計過程，學(xué)生產(chǎn)生一些好的創(chuàng)意和想法，不但為后面參加競賽做準(zhǔn)備，也可以申請專利等。

4. 鼓勵已就業(yè)學(xué)生到企業(yè)中做畢設(shè)

針對很多學(xué)生已經(jīng)找到工作，而且將要從事的工作與所學(xué)專業(yè)非常對口這種情況，鼓勵這些學(xué)生到所就業(yè)企業(yè)做畢業(yè)設(shè)計。在此過程中，不但可以有效激發(fā)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的積極性，而且可以提前熟悉自己將要從事的工作。

5. 畢設(shè)選題實行雙向選擇、因材施教

每年春節(jié)前，在畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)中公布題目及任務(wù)書，學(xué)生可以自由選擇老師和畢設(shè)題目，老師也可以選擇自己滿意的學(xué)生，充分調(diào)動了教師和學(xué)生的積極性。

通過以上措施的實施，使我校機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)質(zhì)量大大提高，參與畢業(yè)設(shè)計答辯的企業(yè)導(dǎo)師對學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計成果給予了極高的評價。在2018年舉行的第二屆中國機械行業(yè)卓越工程師教育聯(lián)盟“恒星杯”畢業(yè)設(shè)計大賽中我校獲得優(yōu)秀獎和佳作獎各3項。

（五）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動方面

為了提高機械類學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，筆者所在學(xué)院制定了創(chuàng)新學(xué)分認定辦法，要求機械類專業(yè)本科生在校學(xué)習(xí)期間每學(xué)年必須取得1個創(chuàng)新學(xué)分，畢業(yè)時未取得4個創(chuàng)新學(xué)分者按結(jié)業(yè)處理，若超過4個時，超出的學(xué)分可替代校級任選課學(xué)分。參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動取得各種獎項的學(xué)生，還可以獲得相應(yīng)的創(chuàng)新成果獎，在保研以及評獎學(xué)金過程中可以加分。

這些政策的出臺，極大促進了學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的積極性，近年來參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的人數(shù)逐年增多，而且取得了顯著的成績。比如我校在2018年第八屆機械創(chuàng)新設(shè)計大賽陜西賽區(qū)大賽上，獲得一等獎7項、二等獎10項、三等獎3項的好成績，在同年的全國大賽中我校獲得一等獎1項、二等獎2項的優(yōu)異成績，其中參與的學(xué)生大部分都是機械專業(yè)學(xué)生。

四、結(jié)束語

2018年西安理工大學(xué)獲批3項教育部首批新工科研究與實踐項目，其中機械專業(yè)獲批1項。

通過融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的機械類專業(yè)實踐教學(xué)改革方案的實施，我校機械類學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到了極大的提高，有效促進其自主創(chuàng)業(yè)、自主就業(yè)，緩解就業(yè)壓力，對實現(xiàn)“以實踐促創(chuàng)新，以創(chuàng)新促創(chuàng)業(yè)，以創(chuàng)業(yè)帶就業(yè)”的目標(biāo)具有重要意義，對推動我校新工科建設(shè)起到了促進作用。

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