机械工程专业应用型人才培养模式改革与实践

2015-12-23王红军李启光

实验室研究与探索 2015年9期

黄民，米洁，王红军，李启光

(北京信息科技大学机电工程学院，北京100192)

0 引言

北京信息科技大学是由原北京机械工业学院和北京信息工程学院合并组成的北京市属高校，机械设计制造及其自动化专业是学校最早设置的专业之一，具有长期的办学历史和经验。多年来立足服务首都经济社会发展，面向先进制造领域、面向企业生产一线，以社会需求为导向，以能力培育为重点，以工程技术为主线，注重知识、能力、素质全面协调发展，注重为学生搭建发展平台，在课程体系、实践教学体系、教学模式和方法、学生课外科技创新及竞赛等方面进行改革和探索，努力培养具备卓越工程师素质和技能，既懂专业理论知识，又有较强的工程实践能力和创新能力、可持续发展的应用型高级工程技术人才。逐步形成“机、电、计算机及信息技术有机融合，突出应用型人才的工程实践和创新能力培养”的专业特色，2009 年评为北京市特色专业［1］。

1 以“大工程理念”为引领，建立多层次、全过程、全方位的实践教学体系

围绕学校“立足北京、服务首都，面向生产一线，培养高素质应用型工程技术人才”的目标定位，以“大工程理念”为引领，改革传统实践教学和工程教育，广开资源、延伸时空、拓展内涵，构建了“一条主线、三个层次、五个平台”的实践教学体系，为培养和提升学生的工程实践与创新能力创建了一个全过程、全方位的培养环境。广开资源是指充分开发和利用学校和社会的各种实践教学资源，包括了校内的北京市机械工程实验教学示范中心、机械工程学科科研基地、校外的人才培养基地、科研合作企业、国内国外合作办学院校等;延伸时空是指科学延伸实践教学的时间和空间，包括开放性实验、第二课堂、科技创新、学科竞赛、科学研究等课外实践活动;拓展内涵是指机、电、计算机、信息、管理等专业知识有机融合，注重学生工程实践和创新能力的培养，树立严谨的科学态度和团队协作精神［2-3］。

①一条主线:以工程实践和创新能力培养为主线。②三个层次:将能力培养分为工程基础能力、专业技能与工程实践能力、科技创新能力三个层次。③五个训练平台:工程基本技能训练、专业基础训练、专业综合训练、企业工程实践训练、科技创新训练五个实践训练平台。如图1 所示。④全过程:是指实践创新教育在人才培养全周期的延伸和覆盖，指学生从入校开始就进入相关的实践训练项目，从大一到大四不间断地进行实践创新能力训练。⑤全方位:硬件方面广开资源、软件方面形成了学生、教师、教学管理人员、学生工作人员、企业工程师多主体共同参与，学校、企业、社会联合培养学生实践创新能力的联动机制。

图1 “一条主线、三个层次、五个平台”实践教学体系

2 以实践创新能力培养为主线、重构面向应用型人才培养的课程体系和培养方案

以培养学生具备“完整的知识结构、全面的工程师素质、较强的工程实践与创新能力、自主学习和终身学习能力”为根本宗旨，以社会需求为导向，以大工程理念为引领，以知识传授为基础，以能力培育为重点、以工程技术为主线，以提高工程实践和动手能力、创新意识、团队合作精神为核心，以激发学生兴趣为切入点，重构面向应用型人才培养的课程体系和培养方案。

2.1 整合系列课程，优化课程体系结构

对课程体系进行模块化划分，分模块进行管理和建设，共分工程制图、工程材料与力学、机械设计技术基础、机械制造技术基础、测控技术与仪器基础、现代设计理论方法及应用、制造装备设计与制造、机械传动与控制8 个课程群模块。进而对各模块中的系列课程进行了优化整合，注意专业知识的整体性和关联性，明确课程之间的分工和衔接，避免交叉重复，凝练课程及课程内容，以有限的课程及学时满足日益增长的专业知识需求［4］。

将原来的“计算机辅助设计”和“有限元分析”整合为“计算机辅助设计及分析”，将“机械系统设计学”与“机电一体化技术”整合为“机电系统设计与分析”，将“优化设计”与“可靠性与产品寿命预测”整合为“现代设计方法”，上述3 门课程辅以“产品建模与仿真分析”、“机械创新设计”，共同构成“现代设计理论方法及应用”课程群模块。将“生产过程信息化技术”并入“制造装备及自动化”，辅以“数控技术”、“数控编程”、“先进制造技术”等课程构成“制造装备设计与制造”课程群模块。将原来的“计算机控制技术”、“可编程控制器及应用”整合成“计算机控制技术及应用”，辅以“机电传动与控制”、“液压传动与控制”、“单片机应用技术”等课程构成“机械传动与控制”课程群模块。将原“测试技术”改成“测试技术与试验方法”，优化充实课程内容，增加课程总学时及实验学时，与“机械控制工程”、“传感器及调理电路”、“虚拟仪器技术”等课程构成“测控技术与仪器基础”课程群模块。同时，为加强学生专业知识的综合应用能力，开设融合多门课程知识与内容的综合课程设计，包括设计综合课程设计、制造综合课程设计、机电综合课程设计，每个为期两周，如图2 所示［5-6］。

图2 新旧培养方案中相关专业课程和实践环节设置对比分析及其与工程实践能力培养匹配示意图

此外，为了培养和提高大学生的综合素质和实践创新能力，在培养方案中増设了两类课程，一类是写作课，包括“调研报告和公文写作”、“学术报告与科研论文写作”，包含主题调研和访问、讨论与辩论、陈述与讲演、阅读和写作等多种授课形式及内容。另一类是自主实践类选修课，可通过参加开放性实验、科技创新和学科竞赛获得相应学分，也可以通过自选课题或参与教师的科研项目开展科学研究，完成课题调研、设计、实验、论证、撰写研究报告后，获得该学分。如图2所示。美国高校机械类专业也很重视学生人文素质和创新能力的培养，常设有上述两类课程［7］。

2.2 加强实践教学，促进理论与实践教学有机融合

加大实践教学的比重，加强理论与实践教学的联系。原培养方案采用传统结构，理论课程与独立实践环节分设为两大模块，其缺点是二者之间的对应性不明确、联系不紧密。为了克服不足，密切理论教学与实践教学的有机联系，在培养方案的体系构架上进行了改革，将课程按照综合(通识)、基础和专业三个层次进行分类，每个层次设置相应的理论课以及与之配套的实践教学环节，使实践教学与理论教学融为一体，进一步密切了理论知识传授与实践能力培养之间的联系。

在课程设置上，一方面增设综合性课程设计等综合性独立实践环节，另一方面设置自主实践类选修课，形成必修与选修互补的实践教学课程体系。自主实践类选修课包括开放性实验、学科竞赛、科技创新、大学生科研训练计划、本科生科学研究等，构成了激发学生学习兴趣、鼓励学生个性发展、培养学生实践能力和创新意识、丰富多彩的课外实践创新训练平台［8］。

在学时分配上，提高课内实验和独立实践环节的学时比例。针对实践性较强的专业课，如计算机辅助设计及分析、产品建模与仿真分析、单片机应用技术、计算机控制技术及应用等10 余门课程，大幅增加实验学时，使理论学时与实验学时之比达到或接近1 ∶1，如图2 所示。

2.3 实践教学不断线，将工程实践与创新能力培养贯穿于人才培养的全周期

实施“专业教学早进入、工程实践早进入、科技创新早进入”。将专业教育和工程实践向低年级延伸，在大一开设专业导论课、工程认知实习和实践，增加学生的专业认知、学习兴趣和动力;将创新训练向低年级延伸，吸引一、二年级同学参加科技创新及学科竞赛;将毕业设计选题提前，结合科研项目的选题提前到第7 学期初，与科技创新及竞赛相结合的选题则提前到大三甚至大二启动，形成工程设计过程的长效机制，可尽早培养和锻炼学生综合运用专业知识的能力、激发其对新课程、新知识学习的兴趣和目的性，提高了毕业设计质量。重构的培养方案实现了工程实践与创新能力培养四年不断线、学做结合的系统化全周期训练［8］。

3 突出工程应用，深化实践教学内涵建设及方法改革

3.1 以工程应用为导向，加强实践环节的工程化建设

不断强化实践教学项目的工程性、实用性和综合性。邀请企业人员共同设计开发和更新实验教学内容，强化综合课程设计的工程应用背景，追求贴近工程实际的模拟实验系统和实践教学环境，使学生能在接近真实的环境下进行实践与创新活动，切实提高学生的工程实践能力［9-10］。

3.2 以实践动手能力培养为核心，开展实物型、竞赛型以及团队形式的毕业设计

在选题上，强调实践性和工程性，鼓励选题与课外科技创新及竞赛活动、与教师的科研项目相结合，大多数选题均来源于工程实际。在设计内容及成果形式上，力求设计内容具体、贴近工程实际，提倡小而精，鼓励自主设计、大胆创新;鼓励实物型毕业设计，每年约20%的学生在专项资金资助下开展实物型毕业设计。在组织形式上，探索跨专业团队形式的综合毕业设计、与课外科技创新及竞赛相结合形式的毕业设计，团队学生既明确分工又密切合作，教师联合指导，发挥各自专业特长，拓展了学生的视野，培养了团队协作和组织沟通能力［11-12］。

3.3 以创新能力培养为宗旨，广泛开展学生科技创新活动，形成长效机制

建立激励大学生参加科技创新的长效机制，如定期组织科技讲座、设立每周一次的教授教师接待日、制定“创新实践学分”激励政策和科技创新活动年度奖励制度、设立专项经费支持大学生开展科技创新及竞赛、支持教师开设开放性实验等，搭建起创新实践平台，营造了创新氛围。通过创新教育制度化、常态化，使创新成为大学生的日常行为和思维习惯，提升了学生的创新意识和创新能力。目前，校内设有机械创新设计、机器人应用技术创新设计、汽车应用技术创新设计、三维数字化创新设计等学科竞赛，并定期参加RoboCup 机器人世界杯、首都高校机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛等［13］。本专业六成以上的学生参加过课外科技创新竞赛活动，实践创新能力显著提升，荣获包括3 届RoboCup 中型组足球机器人世界冠军在内的多项大奖，成绩突出，受到社会和教育界同行的广泛关注，中央电视台、光明日报、北京晚报等多家媒体进行了直播、采访和深度报道。

充分利用实验教学资源和政策条件，创建了机械创新设计、机器人应用技术、汽车应用技术、三维数字化创新设计等大学生实践创新基地，组建跨专业、跨学院常设大学生科技创新团队6 支，如:机器人足球队(Water 队)、节能车团队(捷能车队)、无人机团队均有几十名队员，他们来自多个学院，科技创新增进了不同专业师生之间的交流合作，培养了学生的团队协作精神。

3.4 以激发兴趣为切入点，探索学生自主学习、主动实践的有效培养途径

以“激发学生学习兴趣，调动学生自主学习和主动实践的积极性，鼓励学生全面发展和个性发展”为宗旨，秉持育人与育才并重，培养学生的主体意识、创新意识和团队协作精神，形成了激发学生兴趣，引导学生主动实践、自主学习的实践教学模式。

遵循“学以致用、鼓励实践、由易到难”的原则，开放优质实践教学资源，以项目任务为牵引，激发、调动学生的兴趣和求知欲，引导学生主动实践、自主学习。支持优势特色的科技创新项目和团队可持续发展，激励学生实践创新的主观能动性，探索并形成了主动实践、自主管理、角色管理、朋辈学习的自主式学习实践和团队协作机制。

3.5 以科研促教学，注重科研成果向实践教学内容的有效转化

充分利用我校在机械工程学科及科研方面的优势，将机械工程北京市重点建设学科、机械电子工程北京市重点学科、现代测控技术教育部重点实验室、机电系统测控北京市重点实验室等学科科研基地的建设与本专业及实验室的建设密切结合起来。通过优质资源共享和开发利用，充实本科生实践教学，为本科生的课程实验、课程设计、毕业设计、课外科技创新竞赛提供更加丰富、优越的设备资源和实验条件。注重科研成果向实验教学内容的有效转化，自主研发实验教学设备30 余种，提高了本科实验教学设备水平和实验教学质量。

坚持产学研结合，充实实践教学。同北京京城机电控股有限公司、北京京仪集团等多家企业建立了稳定的科研合作关系，部分毕业设计选题源自与企业的合作项目，学生参与到企业产品的技术改造升级、新产品研制中。真刀真枪的工程锻炼，大幅提高了学生的工程应用能力和创新能力，有效地缩短了就业适应期，提高了就业竞争力。

3.6 广开资源，加强校外人才培养基地建设

广开社会和企业资源，加强校外人才培养基地建设，已建成了京城机电控股、长春一汽、北汽福田等10余个稳定的校外人才培养基地，其中京城控机电控股为北京市级校外人才培养基地。组建成立了机械类专业企业界顾问委员会，聘请了首都机械行业知名企业及科研院所的12 位专家，每年定期召开会议，加强学校与企业界用人单位之间的联系，一方面邀请企业界专家参与指导学校人才培养方案的制定、校内实践基地建设、实践教学环节的设计等;另一方面派送我校的学生和教师去这些企业进行工程实践及培训，提高实践动手能力及工程应用能力。通过这一平台使我校机械类专业应用型人才培养更好地适应和满足首都企业界未来工作岗位的客观需求［14］。

4 加强机械基础课程群的建设与教学改革，夯实专业基础、打造精品课程

机械基础课程群主要包括工程制图、工程材料与力学、机械设计技术基础、机械制造技术基础等课程模块，是机械设计制造及其自动化专业的基石，因此着力开展机械基础课程群的建设和教学改革，对于保证人才培养质量至关重要。通过不断建设，“机械原理”、“工程制图”、“机械制造技术基础”先后被评为北京市精品课程，课程负责人均被评为北京市教学名师，机械设计、工程图学教学团队分别于被评为北京市优秀教学团队。建立了精品课程网站，构建了系统完整的机械基础课实践教学体系，通过认知实践、拆装测绘实践、课程实验、开放性实验、课程设计、综合课程设计、课外科技创新活动等多层次、系统化的培养和训练，夯实专业基础、培养提高学生的基本技能和创新意识。同时，注重基础课教材建设，先后出版基础课教材及参考书40 余部，其中《机械设计基础》、《工程制图》、《机械制造技术基础》、《机械制图与计算机绘图》被评为北京市精品教材，多部教材入选国家规划教材，部分教材被中国农业大学、苏州大学等30 多所高校采用。精品课程的建设与改革对本专业其他课程的建设起到了良好的示范和引领作用［15］。

5 结语

综上所述，我校在机械设计制造及其自动化特色专业建设、应用型人才工程实践和创新能力培养方面取得了一些成效和经验。基于大工程理念，以实践创新能力培养为主线，重构了面向应用型人才培养的课程体系和培养方案，构建了面向应用型人才培养功能集约、资源共享、开放充分的实践教学系统;以工程应用为导向，深化实践教学内涵建设及方法改革，注重理论教学与实践教学的有机融合，革新毕业设计模式，加强校外人才培养基地建设;以激发兴趣为切入点，探索学生自主学习实践的有效培养途径，大力开展学生课外科技创新及竞赛活动;延伸了实践创新教育的时间和空间，使应用型人才培养在办学的外延和内涵建设中得到全面落实，特色专业建设成效显著，学生的工程实践和创新能力大幅提升。

［1］郝静如. 找准学校定位，培养高素质的应用型人才［C］//机械设计教学研究.北京:机械工业出版社，2008:7-9.

［2］米洁，高宏. 递进式实践教学模式的探索与实践［J］. 实验技术与管理，2012，29(2):138-140.

［3］米洁. 机械类专业实践教学体系改革与实践创新能力培养研究［J］.中国电力教育，2011(25):148-149.

［4］黄民，朱春梅.机械电子工程专业方向系列课程建设与教学改革［J］.中国电力教育，2011(3):182-184.

［5］北京信息科技大学.2008 级本科培养计划［Z］. 北京:北京信息科技大学，2008.9-14.

［6］北京信息科技大学.2012 级本科培养方案［Z］. 北京:北京信息科技大学，2012.19-26.

［7］黄民，米洁. 美国高校机械工程专业应用型人才培养及借鉴［J］. 清华大学教育研究，2010(增1):9-13.

［8］米洁，高宏. 二维度实践教学体系的研究与应用［J］. 实验室研究与探索，2012，31(4):111-113.

［9］黄小龙，刘相权，郝静如. 基于CDIO 工程教育理念的“机械原理课程设计”教学研究与探讨［J］. 哈尔滨工业大学学报(社会科学版)，2011，13(增1):131-133.

［10］钟建林，王红军，刘忠和. 机械设计制造及其自动化专业课程设计的改革与实践［J］.中国电力教育，2009(1):146-147.

［11］王红军. 以培养学生创新能力为导向的毕业设计教学改革探索［J］.中国电力教育，2008(12):139-140.

［12］权铁汉. 机械类专业实物型毕业设计的改革与实践［J］.科教文汇，2013(8):69-70.