机械类人才培养中学科专业一体化建设方法与实践探索

赵国勇 赵庆志 赵玉刚 郭前建

山东理工大学机械工程学院 山东淄博 255000

第一次工业革命以蒸汽机的使用为标志，引领人类进入蒸汽机时代；第二次工业革命以流水线作业和电力应用为标志，引领人类进入电气时代，其中以伦敦大学为代表的新大学运动起了重要推动作用；第三次工业革命以半导体、计算机、互联网的应用为标志，进入信息化时代，代表是人工智能人才和美国新经济；第四次工业革命以大数据、云计算、智能机器人和3D打印为标志，进入智能时代。高等教育有义务为社会培养高质量人才，下好第四次工业革命的“先手棋”[1,2]。

当前，我国高等教育办学规模和年毕业人数已居世界首位，但是对比欧美高校，我国高等教育办学质量和办学效益还需进一步增强。2020—2035年，我国高等教育阶段学龄人口将从1.1亿减少到0.75亿左右，高等教育毛入学率将达到60%以上。走内涵式发展道路是我国高等教育发展的必由之路，因此面向“一带一路”倡议、“中国制造2025”“互联网+”以及“人工智能”等重大战略，研究如何实现高等教育的内涵式发展具有重要意义[3,4]。

在大学发展中，学科建设是龙头，专业建设是基础和保障。高质量的人才培养需要学科建设和专业建设的协调发展[5]。在新工科建设背景下，以山东理工大学机械类专业为例，研究了机械类人才培养中学科专业一体化建设的方法与实践。

1 机械类人才培养的现状

山东理工大学机械类本科专业主要有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程以及测控技术与仪器专业。其中，机械设计制造及自动化专业，包括机械制造自动化和机械设计自动化两个方向，2008年被评为山东省品牌专业和国家级特色专业，2010年入选教育部首批“卓越工程师教育培养计划”试点专业，目前形成了先进制造工艺与装备、智能化数控技术、产品CAX及信息集成、机械设计与高性能零件4个稳定的研究方向。机械电子工程专业成立于2009年，2010年入选教育部“CDIO国际工程教育模式”试点，形成了机器人系统集成关键技术、风电叶片智能制造与检测、多智能体调控技术、制造业信息化技术4个稳定的研究方向。材料成型及控制工程专业成立于1998年，目前形成了蠕墨铸铁新材料开发、泡沫铝合金研制、金属材料界面和织构控制、镁合金的变形工艺及组织控制、汽车覆盖件的反弹工艺控制和耐高温合金研发6个稳定的研究方向。测控技术与仪器专业成立于2000年，是山东省特色专业，2018年入选教育部新工科立项建设专业，目前形成了精密检测与质量控制技术、智能测试技术及仪器、成像探测与机器视觉、激光与光电精密测量技术4个稳定的研究方向。

这4个专业以机械工程山东省一流学科和机械工程国家级实验教学示范中心为依托，以机械设计制造及其自动化为核心，以机械电子工程、材料成型及控制工程、测控技术与仪器专业为支撑，其具有相同的行业背景，学科基础与技术领域相互交叉、融合，在人才培养、学科建设、科学研究、社会服务等方面深度合作，以服务山东省地方经济建设为目标，形成了核心学科专业与支撑学科专业相互交叉、相互融合的专业集群，共同为山东省乃至全国的高端装备制造产业提供了有力的人才保障和技术支撑。

2 机械类学科专业一体化建设目标

2.1 优化课程体系和教学方法

基于科教融合，在继续夯实现有的机械工程国家级实验教学示范中心、省重点学科、省重点实验室、省工程技术研究中心等学科平台基础上，构建一个集基础实验、专业实验、科技创新为一体的综合性实验教学平台，以工程教育认证为抓手，努力建设和优化课程体系和教学方法，并做到持续改进。

服务高端装备产业，强化面向CDIO国际工程教育的课程体系。突出课程体系“中心骨干一级项目”的引领作用，提高课程群的模块化建设及课程群对各一级项目的支撑作用，构建层次分明、融合统一的人才培养课程体系，突出创新意识培养和实践能力培养。

2.2 实现三位一体新模式

山东理工大学机械设计制造及其自动化专业群的教学科研实践主要面向智能制造装备行业、动力机械装备行业、工程机械装备行业、医疗装备行业。依托这些教学实践平台，以科教融合为依托，融入企业主体，实现产业、教学、科研三位一体的新模式，以高端装备行业的关键、共性技术问题为导向，开展应用技术研究，推动关键技术突破，形成原创性应用技术成果，为区域经济发展做好技术服务，发挥智囊作用。

3 机械类学科专业一体化建设方案

3.1 基于科教融合的机械工程实验教学平台建设

实施学科带头人和专业带头人、科研团队和教学团队一体化制度，实现教学成果推动科学研究、科研项目反哺教学实施的科研教学良性互动体系建设；将机械基础类、机械设计制造类的实验教学和科研实验资源整合在一起，构建一个集基础实验、专业实验、科技创新为一体的综合性实验教学平台，服务机械设计制造及其自动化、机械电子工程等机械类、近机类本科专业的机械基础实验教学，建设机械基础、机械制造、机械自动化及虚拟仿真实验四大平台。

强化建设机械基础平台，增加数据采集系统、动态信号分析仪、机械传感器模组、液压传动与控制实验教学培训系统等设备台套数，扩建和整合机械设计实验室、液压与气压传动实验室、测控与精密测量实验室、金相实验室、热处理实验室等。机械制造平台建设方面，新建模拟仿真实验室，在现有的三维造型、加工仿真、微型数控机床、机床电器控制系统、柔性制造系统等设备基础上，开发远程教学系统，使实验室真实再现企业生产现场环境，为开设面向过程的产品开发训练等课程打下基础。机械自动化平台建设方面，新进机电一体化创新拆装实践平台、工控机、六合一微型机床等设备，改造机电一体化等实验室。将建成集机械系统测绘、机械系统设计、控制系统开发为一体的多功能综合性实训中心，为学生提供系统完备的机械结构认知、机构运动过程演示、控制系统设计与开发、软件编程、设备调试等领域的综合性能力训练。虚拟仿真平台建设方面，建成一个具有鲜明机械工程特色的开放式综合仿真实验教学中心，中心建设除了必需的实物装备(模型)外，更多地依靠“互联网+虚拟现实”技术构建虚拟仿真VR实验室、实验项目、实习实训环境等，重点针对机床、刀具、制造工艺、智能制造系统、机器人等领域开发虚拟仿真实验项目。

3.2 基于三位一体新模式的实践基地及项目联合攻关

在巩固原有实践教学基地的基础上，以解决高端装备产业关键技术和重点问题为导向，加强产学研合作，依托高水平研究平台，着力提升校地、校企科研合作水平，在争取实验室建设资助、联合建立技术中心(研究院所)、联合申报纵向课题、联合攻关企业技术难题、共同培育标志性科技成果、共享教学科研仪器设备、提供技术服务、建立毕业生就业基地等方面与省内外相关企事业单位开展广泛深入的合作，推动产业、教学、科研三位一体广泛深入结合，努力获取各种校外办学资源；全力做好省级以上纵向课题申报和横向课题研发工作，承担一批对山东省和地方经济建设有重要影响的科研课题，积极为企业解决技术难题，显著提高高端装备相关科技成果的转化率及其产业化效益。

将产业、教学、科研三位一体新模式应用到机械类人才培养中，并积累了一定经验。例如，学校与山东某机械科技股份有限公司自2012年开始进行产业、教学、科研三位一体合作。在人才培养方面，山东某机械股份有限公司每年接收超过120名机械类专业学生驻厂实习，为学生创新实践能力培养提供有效保障；通过校企合作课程开发、专业技术讲座、聘任产业教授等多种形式参与人才培养的全过程。在科研合作方面，双方共同研发铝制高端子午线轮胎模具低压铸造技术及关键成套装备、轮胎模具内表面类金刚石DLC涂层制备工艺、轮胎模具开合表面硬质氧化关键技术及装备，并将其应用于山东某机械科技股份有限公司高端子午线轮胎模具制造中。在就业方面，机械类专业每年入职山东某机械科技股份有限公司的本科毕业生在30人以上，研究生10人左右，目前累计超过180名本专业毕业生在该公司任职，多人已成长为公司管理人员或技术骨干。

4 结语

高质量的人才培养，需要学科建设和专业建设的协同发展。在新工科建设背景下，以山东理工大学机械类专业为例，研究了机械类人才培养中学科专业一体化建设方法，并在企业进行了产业、教学、科研三位一体新模式应用实践，取得了良好的效果。