机械类本科生创新人才培养与教学模式改革研究

吕　明　杨胜强　白　薇

摘要：根据装备制造业对现代机械专业人才全面需求，我校对传统优势专业机械设计制造及其自动化专业的培养目标、培养方案、教学模式、实践教学进行了一系列改革。基本思路是围绕人才培养计划的修订与实施，以提高学生综合素质、工程实践能力、创新能力为目的，构建知识、素质、能力三位一体的培养模式。

关键词：机械专业；培养方案；创新人才：实践能力；教学改革

机械专业是我校最早实施大类培养，柔性分流的专业，近年来，我们通过广泛调研分析，根据市场对人才的全面需求，根据机械类专业培养目标与定位，对该专业的人才培养方案、教学模式、实践教学方法进行了一系列改革。

一、指导思想与基本思路

改革的指导思想是：坚持面向现代化、面向世界、面向未来的战略发展观，体现“思考人类、适应时代、服务社会”的办学理念，突出“体现地方经济建设最明显，结合地方经济建设最密切，服务地方经济建设最直接，适应地方经济建设最主动”的办学特色。

改革的基本思路是：围绕人才培养方案的修订与实施，以提高学生综合素质、工程实践能力、创新能力为目的，构建知识、素质、能力三位一体的培养模式。研究新的课程体系、教学内容和教学方法；优化课程链接，形成综合基础课程群、学科基础课程群、专业基础课程群和体现专业特色的专业模块多方向课程群；最大限度地开发与课程密切相关的实验和课程设计，合理安排实践教学环节和工程综合训练，形成重在能力培养的实践教学体系；结合分阶段专题讲座及工程训练、课外科技活动及社会实践活动，全面提高学生尽快适应社会需求的优良品质。综合构建“系统高效的知识积累、科学实用的能力训练、健全人格的素质培养”三螺旋式同步提高的应用型人才培养机制和模式。

二、主要内容与实施

1修订人才培养方案，注重实践能力培养

(1)构筑机械大类人才的培养体系。以培养学生机械工程设计制造实践能力为主线，建立从机械工程专业大类出发的人才培养体系。以教学内容和课程体系的改革为先导，突出学生的创新能力、综合能力、工程能力、实验能力等方面的培养，构建由综合基础、学科基础、专业课程组成的必修和选修结合的课程体系。在培养计划的理论教学总学时压缩为2 400学时的条件下，为学生提供了更多的自主学习时间。分析探讨并确定了各类课程的平衡点，其中主要有：基础性课程和专业性课程之间的平衡点；人文科学教学和自然科学教学之间的平衡点；理论性教学和实践性教学之间的平衡点；机械类、电子类和计算機类课程之间的平衡点；经典课程和反映最新科学技术发展课程之间的平衡点；直接面向就业的教学和准备进入研究生教育的教学之间的平衡点；必修课和自由选修课之间的平衡点。在新的培养计划中选修课与必修课的学时比例为1：1.97，选修课学时大大增加，体现了以人为本，强化实践，因材施教的育人理念。基础课与专业课的学时比例为3：1，基础课学时增加，体现厚基础、宽口径的培养目标。

(2)强化设计制造技术的培养特色。专业培养方案中重点抓住培养学生实践能力这一主线，本着“以机为主，机电结合”的专业特点，在学科基础课程中设置了力学、电工电子技术、计算机技术，机械设计基础，机械制造技术基础，现代测试技术基础，机电控制技术基础等系列课程。根据本专业的学科优势和与地方经济结合密切的特点，在专业方向类选修课程中设置了：机械制造及自动化方向课程、机电一体化方向课程、机械设计方向课程、机械测控方向课程、液压传动与控制方向课程、车辆工程方向课程、高分子材料加工机械方向课程。这些课程的设置在体现为地方经济建设服务的同时，注重学生实际能力和技能的培养，学生可以根据自己的学习兴趣和就业情况在相应的模块中选修一定学分的课程，充分发挥学生自主学习的能力。

(3)体现培养创新能力的教学安排。在新的培养计划中，实践性教学体系包括军事教育实践、自主实践、现代工程实训、认识实习、技术科学课程设计、生产实习、专业综合课程设计、毕业实习、毕业设计等多个环节，强调与课堂教学的密切结合，突出对学生综合运用知识能力和创新能力的培养，总周数为45.5周。

在新形势下，本培养方案的实验实践教学环节中重点体现了教育教学与社会和工程实践相结合新的内容与形式；加强了对实践教学环节的统筹规划、实践教学的改革和考试方法与内容的改革：提高了课程设计、毕业设计(论文)、实习、社会实践活动的质量和效率。注重现代设计思想、方法和科研能力的训练以及科学思维方法的教育，培养学生的创新能力。重视第二课堂的作用，积极引导学生通过科技活动、文体活动、各类竞赛，提高综合能力和全面素质。

2改革完善教学体系，推进实践基地建设

机械类本科生实践能力的培养，必须从工程意识和工程能力抓起，而学生的工程意识和工程能力只能来源于工程实践。在实验教学和实践教学的改革和建设中，围绕培养学生工程实践能力为目标构建起由课程实验、工程综合训练、课程设计和毕业设计、实习和学生课外科技活动组成的实践教学体系。根据学生对知识掌握与应用的规律，该体系分为综合基础实验实践教学环节、学科基础实验实践教学环节、专业基础及方向实验实践教学环节三个层次，其中综合基础实验实践包括大学物理实验、大学计算机课程实验及计算机训练、英语听力训练等；学科基础实验实践包括力学、电工电子技术、机械原理、机械设计等课程实验和机械制图测绘、机械原理、零件课程设计，金工实习和认识实习等；专业基础及方向实验实践包括机械制造技术基础、液压与气压传动、特种加工等课程实验，机械制造技术基础课程设计、专业方向课程设计、生产实习和毕业设计等。

根据上述实践教学环节体系，着重在设计综合性实验条件、工程实训中心、先进制造实验中心等几方面进行实验室建设。利用国家“211工程”一期、二期建设经费以及省部共建经费500万元对机械工程实验技术中心所属的工程图学实验室、先进制造技术实验中心和机械原理零件实验室进行了重点建设。建立了工程图学和机械原理零件教学示教实验室、机构创新设计实验室、数控加工中心实验室，这些实验室的实验设备在数量和质量上在山西地区工科院校中领先，使本专业的教学实验条件得到改善，开出了新的实验教学或实践性教学项目，开放了实验室，以综合实验、设计实验和学生自主实验为主，努力培养学生的创新意识和工程实践能力。机械基础实验室和先进制造技术实验中心被评为校级示范实验室。2006年，我校工程训练中心被评为国家级实验教学示范中心。

3加强主体课程建设，强调实践能力培养

在课程建设方面，以工程图学、机械设计和机械制造技术基础三门学科基础课和专业基础课改革为先导，加强课程建设。工程图学课程在2003年获得省级精品课

程的基础上，以继续深化改革教学内容为突破，突出课程基础地位为目标，实现了继承与革新、经典与现代的统一：以革新教学手段为保证，提高教学效率为动力，巩固和发展了课程重视实践动手能力的特色。

在机械设计课程的改革与建设中，注重培养学生的工程实践能力和创新能力，在课程内容上针对教材中工程实例的特点，提出创新设计的思想和方法，增设了创新设计的内容。在教学方法和教学手段上采用规范化和现代化教学模式，通过规范化的设计步骤、规范化的设计标准、规范化的设计资料，提高了教学效率和质量。在教学中制作了电子课件进行多媒体教学，建立了课程网站，为学生的自主学习创造了良好的条件。2006年，该课程被评为山西省精品课程。

机械制造技术基础是机械类本科生的专业基础课，该课程在教学内容和手段上作了重大改革，出版教育部高等教育面向21世纪教材和双语教材各一部，与此同时与课程内容相适应的电子课件、课程实验、课程设计等教学内容也日臻完善。本课程已经配套了较为丰富的网上资源。有关分层实践教学安排及虚拟实验的开设是其重要的特色之一。2007年，该课程被评为国家精品课程。

在教材建设中，注重将培养学生工程实践能力融入教材体系及教学内容，例如机械制造技术的系列课程，经过了重大的课程内容改革，确立以“重基础、低重心、广知识、少学时、精内容、宽适应”作为课程改革宗旨。将原来机械制造专业的五门专业课(金属切削原理，刀具设计，机床概论，机制工艺学，夹具设计原理)整合优化为一门机械制造技术基础，作为机械类专业基础课，以为山西乃至全国制造业培养具备机械制造基础知识，具有向机械制造技术更深更广领域拓展能力，集制造装备设计、工艺设计分析能力于一身的高素质工程技术人才作为本课程的培养目标。《机械制造技术基础》教材被教育部列为“教育部高等教育面向21世纪课程教材”。得到包括我校在内的国内30多所高校的采用，出版发行39 000册，产生了较好的辐射效果。

4重视实践环节指导，切实保证培养效果

(1)重视课程实验教学。在课程实验教学中，配合课堂教学，除完成一般验证性实验，重点进行了综合性、设计性和创新性实验的开发和研究，做到所有实验课程均有一项综合性或设计性实验，同时还积极面向学生开展创新性实验，达到了培养学生的动手能力和创新意识的目的。例如，机械制造技术基础课程的实践教学环节进行了设计和改革，去掉了实验内容简单陈旧，缺乏创意的实验，按照课程中各知识模块的相关性、连贯性和系统性改革了实验教学内容，设置了必做实验、选做实验和观摩实验三个层次。必做实验是为了验证教学内容上的重要理论、重要发现及增加学生实践知识和提高学生动手能力而设置。实验过程中，有课堂理论教学教师进行现场理论释疑，有实验指导教师进行实验设计理论、实验原理及实验方法的现场指导，还有实验师的现场操作指导，学生通过这类实验，可以加深理论理解，增加感性认识，锻炼动手能力，培养科学方法，扩大实践知识。选做实验主要是针对实验时间较长，实验对学生的理论知识、实验动手能力、计算机应用水平等方面要求较高，且实施计划无法安排实验教学时间，但对学生综合能力培养效果好的实验设置的。这些实验全部具有综合性和设计性实验的性质。每一学期安排2～3个实验，每个实验安排2～3次，学生可以采用自己组合8人左右的小组，联系指导老师和实验指导教师进行实验，也可以通过申请参与有关实验的开发研究，锻炼学生的理论知识应用能力，达到培养学生的工程素质的要求。观摩实验主要是依托现有的科研项目和先进设备，针对学生难以操作而对拓展学生的知识面，扩大学生的视野有很好作用的实验而设置的。实验主要通过演示或讲解进行，学生可在课余时间(除公休日)随时到实验室进行参观或请有关实验人员进行讲解操作，学生人数一般在5人左右。

(2)创设良好实习条件。在金工实习、认识、生产、毕业几个实习实践环节中，主要通过制定详细的实习计划和实习大纲，增加实习经费，建立稳定的实习基地等措施，为学生实践能力的提高创造良好的条件。近年来本专业积极与国内著名企业和具有国家级实习基地的企业加强联系，稳定了实习基地。现在本专业的学生可到太原重型机械集团有限公司、中国一拖集团公司、上海液压件厂实习、海尔集团等国内著名的装备制造业大型企业实习，很好地满足了学生毕业实习的要求，取得了良好的效果，保证了学生毕业设计顺利进行，达到了实践能力培养的目的。

(3)重视毕业设计(论文)环节。通过组织教师开展讨论，充分认识机械工程类专业毕业实习的重要性，深刻领会机械工程类本科生毕业设计(论文)的基本内涵。指导教师进一步开展了校企合作技术开发、信息交流，保证了毕业设计(论文)的课题来源。成立了由专业教师组成的毕业设计(论文)督导组，实现了毕业设计(论文)全过程、多方位的质量监控。毕业设计环节采用严格的管理模式，从教师选题、督导组审题、编制指导教师信息册、师生双向选择、中期检查，到期末各小组答辩、学院组织答辩、推荐优秀设计(论文)、后期调查分析的一系列过程，保证了毕业设计(论文)环节的管理与监控，取得了显著的效果。以科学选题为基础，建立了学生双向选择与开放模式相结合的选题机制；实行双导师制，增加了学生工程实践的途径；提出了按照产品设计制造过程的规律指导毕业设计(论文)的指导方法，使学生得到了全面系统的训练。

(4)第二课堂形成“大实践”模式。将社会调查、志愿服务、扶贫、社团活动、科技竞赛等第二课堂形式中渗入了工程训练内容，提高了学生综合素质和服务社会的健全人格，同时依靠团学组织，有针对性地安排每年的寒暑期社会实践活动，组织了专业教师参与科技竞赛的指导，极大地丰富和充实学生课外科技活动，例如，结合教师的科研课题组织部分学有余力学生在大三或大四期间参与课题研究，完成了教师科研项目的部分內容，并引入了导师制教育；积极组织学生进行创新性实验建设，完成创新性实验计划项目；在此“大实践”模式下，增强了学生的工程训练，突出了学生的培养实效，在提高学生全面素质方面起了重要的作用。

三、取得的成果

通过几年的研究实践，机械类专业在本科精品课程、特色专业、教学团队、实践教学基地、教学名师建设方面取得了丰硕的成果：机械专业的专业基础课“机械制造技术”被评为国家级精品课程，机械工程技术基础系列课程教学团队被评为国家级优秀教学团队，机械设计制造及其自动化专业吕明教授获第四届高等学校教学名师奖，机械制造及其自动化专业被评为国家级高等学校特色专业。依托本专业教师申报的我校工程训练中心被评为国家级实验教学示范中心。更重要的是，机械专业培养的学生质量得到提高，动手实践能力明显增强，就业率呈逐年上升趋势，该专业成为我校学生就业率最好的专业之一。学生就业后的适应能力强，能够独立地开展工作，成为用人单位用得上、靠得住，有作为的骨干人才，提高了学校的社会声誉。

[本文为教育部高等理工教育教学改革与实践资助项目部分研究成果]