传统工科专业人才培养改革的探索与实践——以重庆文理学院机械工程专业为例

赵华君，胡 旭，罗天洪，漆新贵

（重庆文理学院, 重庆 永川402160）

当前新一轮科技革命和产业变革加速进行， 人才竞争更趋激烈。 为适应新时代对工程技术人才的新要求，推动工程教育改革创新，2017 年教育部先后在复旦大学、天津大学和北京召开研讨会，形成“新工科”复旦共识、天大行动和北京指南等重要成果，开启了我国新工科建设的新征程。 教育部高教司吴爱华等提出要加快发展和建设新工科，主动适应和引领新经济，他指出新工科的建设，一方面要设置和发展一批新兴工科专业，并加强建设、提升质量；另一方面要推动现有工科专业的改革创新，探索符合工程教育规律和时代特征的新培养模式［1］。 清华大学林健教授从新工科的多学科交叉融合等方面提出相关意见和建议，还指出新工科具有引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性等新特征［2-3］。李培根、钟登华等对新工科建设的理念、思路、内涵、实施路径等方面进行了研究，并给出了相关意见建议，进一步指明了新工科建设发展方向［4-5］。为实现中华民族伟大复兴，党的十九大做出了要优先发展教育事业、加快教育现代化、建设教育强国的重大部署［6］。2018 年6 月和9 月，教育部先后召开了新时代全国高等学校本科教育工作会议和全国教育大会，会议明确要求高等教育要坚持“以本为本”，推进“四个回归”［7］，要提升教育服务经济社会发展能力，调整优化高校区域布局、学科结构、专业设置，建立健全学科专业动态调整机制，加快一流大学和一流学科建设，推进产学研协同创新，积极投身实施创新驱动发展战略，着重培养创新型、复合型、应用型人才［8］。

当前重庆市已成为国家西部大开发的重要战略支点、“一带一路” 和长江经济带的联结点，在区域发展和对外开放格局中具有极为重要的地位和作用。 为加快传统产业转型升级与战略新兴产业发展，重庆市将智能制造列为主要发展方向，制定出台了“重庆市智能制造2017行动计划”。 面对新时期社会快速发展，科技革命、产业革命的严峻挑战以及日益激烈的人才竞争， 重庆文理学院机械工程专业主动对接本区域智能制造相关的工业机器人战略新兴产业，从2011 级开始设置工业机器人方向，积极探索工业机器人工程技术人才培养模式改革。几年来按照产业需求导向，转型发展机械工程传统工科专业，将工业机器人新技术、新标准、新工艺等融入人才培养过程中，按照新工科理念构建了以机械工程学科为基础、交叉融合自动化学科的人才培养新体系，培养了一批社会急需的新工科工程技术人才。 本文以重庆文理学院机械工程专业为例，探讨地方高校传统工科专业转型新工科发展的模式与路径，供相关专业参考与借鉴。

一、传统工科专业转型发展的背景和理论依据

根据教育部发展规划司2017 年“中国教育事业发展统计简况”统计，至2016 年底，我国普通高等学校数为2 596 所， 其中本科院校1 237 所。 全国普通本科院校中地方高校占95.3%，其中开设有工科专业的院校达到90%，我国已经发展成为世界高等工程教育大国，高等工程教育规模位居世界首位［9］。 然而，我国工程教育与产业发展脱节，不能很好地满足新时代新经济、新产业、新业态发展需求。 根据国家统计局数据，2017 年我国GDP 超过82 万亿元人民币，其中制造业达到24 万亿元人民币，约占中国经济总量的29%，是中国经济的第一大产业，制造业规模居世界首位［10］。 然而，我国制造业人才队伍还存在人才结构性过剩与短缺等问题，根据世界经济论坛（WEF）发表的《全球竞争力报告（2017—2018 年）》,我国在“availability of scientists and engineers”一项中排名第29 位，与美国、日本、德国等主要工业强国的差距明显［11］。 要实现我国由高等工程教育大国向高等工程教育强国的转变，培养更多能参与全球竞争的高质量的工程技术人才，为新时代我国经济发展提供人才保障，是我国高等教育改革的当务之急和必由之路。

据国际机器人联合会（IFR）发布的《2018 年世界机器人报告》，2017 年中国工业机器人销量约13.6 万台，超过全球总销量（38 万台）的三分之一，同比增长58%，预计2018 年中国工业机器人销量将达15 万台，市场规模将达到62.3 亿美元［12］。 《中国制造2025》提出，我国将大力推动重点领域突破发展，聚焦新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人等十大重点领域，实现中国制造由大到强的转变［13］。而未来要在十大重点领域实现突破，人才是关键。2017 年由教育部、人社部、工信部联合印发的《制造业人才发展规划指南》指出［14］，我国十大重点领域人才缺口巨大，到2020 年十大重点领域人才缺口将达1 913 万人，其中，到2020 年高档数控机床和机器人领域人才缺口将达到300 万人，到2025 年该领域人才缺口将达到450 万人，如表1 所示。我国新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人等重点战略新兴产业的快速发展急需大批具有新思想、新知识、新技能、新视野的新工科工程技术人才，而传统的工程教育在专业结构、人才培养理念、培养目标、培养标准、课程设置等方面不能很好地适应新时代新产业、新科技革命发展的需求，工程技术人才供需结构失衡，急需根据国家战略及产业需求转型发展，为我国传统产业转型与新兴产业发展提供人才支撑。

表1 制造业十大重点领域人才需求预测（单位：万人）

目前，我国地方高校对于工科类专业学生成长为新工科工程技术人才的模式、路径和方法尚不清晰，人才培养缺乏质量和标准意识以及有效的监控措施，未建立起行之有效的人才培养质量保障体系；专业建设理念较为传统，与战略新兴产业（制造业十大重点领域）之间的联系较弱；教学过程过于偏重本专业课程的学习，忽视了新技术、新工艺、新标准以及交叉学科知识的学习，忽视了家国情怀、人文艺术素养、责任担当精神和工程能力的培养；富有工程实践经验的师资队伍缺乏，教学重理论轻实践的问题依然存在。 这些问题制约了我国工科专业的发展，制约了工程技术人才的培养。 要提高我国制造业的创新能力，如期实现《中国制造2025》，迫切要求着力培养有理想、有本领、有担当，具有创新思维和创新能力的拔尖人才、领军人才；迫切要求加快培养掌握共性技术和关键工艺，具备跨界融合能力的专业人才；迫切要求培养更多具有国际视野的复合型人才进入新业态与新产业。

二、学科交叉与跨界融合，机械工程专业新工科建设本质要求

新工科是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程技术人才。 其核心任务是要培养适应未来变化的新型工程师， 这一方面需要将工程教育与人文教育及科学教育融合，使培养的工程师具备道德情操、家国情怀、人文素养与科学精神，具备良好的工程伦理、学术道德及职业操守；另一方面新工科建设还需要在继承原工程教育的基础上，按产业需求导向进行多学科交叉， 使所培养的学生能够具备解决跨学科的复杂工程问题能力及跨界整合能力。学科交叉是新工科的学科特性，跨界融合是新工科的产业属性［15］，二者是机械工程转型新工科发展的内在属性与本质要求。 学科交叉也是现代科学技术发展的趋势，是科技创新的源泉，也是学科增长点最重要的来源之一。

图1 工业机器人技术涉及学科交叉示意图

工业机器人研发、生产及应用主要涉及自动化、控制、机械和人工智能等多方面的知识和技术，工程性强，且具有典型的多学科交叉特性，可简单概括为“机、电、控”，如图1 所示。 其中机械、电机、传动和液压为“机”，电子、电气、传感和驱动为“电”，自动化和控制技术为“控”，相应三者也构成了工业机器人工程师知识、能力、素养结构的基本框架；自动化、机械和机电控制是工业机器人工程师人才培养应具备的三个基本知识模块。 改革之前重庆文理学院机械工程专业的学科专业结构相对比较单一，其培养模式、教学理念、课程体系、教学内容与教学方式等较为传统，人才培养也偏重在传统产业领域，所培养的学生不能很好地适应当前及未来产业发展特别是战略新兴产业发展需求。 经过广泛的调研，结合本区域经济社会发展及人才需求，该专业确立了面向工业机器人新产业及传统产业转型升级需求，重点培养工业机器人高级应用型工程技术人才的培养目标， 并构建了机械工程学科与自动化学科交叉的课程体系，重点加强“机、电、控”相关课程，强化专业基础、工程能力、创新能力与新素养的培养，取得了较好的效果，到目前为止在工业机器人方向已成功培养了四届毕业学生，很好地支撑了地方经济的发展。

三、传统工科专业转型发展的模式与路径探索

（一）转型发展机械工程专业，探索专业发展新理念

本专业坚持问题导向，积极构建新工科人才培养新体系，探索专业建设及人才培养的新模式与实施路径。 面向智能制造，对接地方战略性新兴产业及传统产业转型升级，根据产业新需求确立人才培养新目标，探索并确立专业发展新理念，即围绕本区域工业机器人及智能装备战略新兴产业，构建以工业机器人新兴产业及传统产业转型升级需求为导向，通过机械工程与自动化学科交叉融合， 构建地方高校工业机器人应用性高级工程技术人才培养新模式，重点培养本区域新产业急需的工业机器人系统集成及应用工程技术人才。

在专业人才培养过程中注重培养学生的道德情操、家国情怀、人文素养与科学精神；注重提升学生的工程伦理、学术道德及职业操守；注重融入工业机器人所需的新知识、新技术及新工艺；注重强化专业基础、突出工程实践能力与创新能力培养；注重理论教学、实践教学、学科竞赛、创新创业一体化教育。 着重培养专业基础扎实、工程应用能力强、综合素质高的新工科工程技术人才，解决本区域传统产业升级及机器人与智能装备新兴产业发展对新工科人才迫切需求的问题。

（二）改革人才培养体系，确立专业人才培养新目标与新标准

为更好地服务国家发展战略，满足区域经济社会发展对新工科人才的迫切需求，特别是以智能化为引领的机器人与智能装备等战略新兴产业发展需求。 重庆文理学院从2011 级开始对机械工程专业逐步开展了以培养具有学科交叉、文理交融和能够适应未来需要的工业机器人工程技术人才为目标的人才培养改革试点， 探索构建工程技术人才培养新模式与新路径。 改革的理念是“应对变化、塑造未来”，着力加强人才培养能力建设与专业内涵建设，目标是重塑专业人才培养理念，调整专业培养目标，重构课程体系，转型发展机械工程传统工科专业，以适应当前及未来本区域新产业与新业态发展需求，培养更多优秀工程技术人才。

本专业通过广泛调研确立了工业机器人方向的“岗位—能力—知识”结构，如表2 所示。基于专业核心能力和知识的要求，确立工业机器人工程技术人才培养目标：培养适应社会经济发展需要，德智体美劳全面发展，具备机械工程与自动控制方面的基本理论与基本知识，具有人文素养、创新精神、工程实践及跨界整合的能力，能在机械制造、工业机器人、智能装备及相关领域从事机器人设计制造、技术开发、集成应用、生产及经营管理等工作的工程技术人才。

表2 工业机器人工程技术人才培养“岗位—能力—知识”结构简表

根据专业人才培养目标，对应确立了11 条专业人才培养标准（毕业要求）：

（1）具有良好的工程职业道德、追求卓越的态度、爱国敬业和艰苦奋斗的精神、较强的社会责任感和较好的人文素养；

（2）具有良好的质量、安全、效益、环境、职业健康和服务意识；

（3）具有从事工程工作所需的相关数学、物理、计算机领域基础知识以及一定的经济管理等人文社会科学知识；

（4）掌握扎实的工程制图与CAD、机械原理、机械设计、控制工程、机械制造工艺的基本理论知识，熟悉生产工艺、设备与制造系统，有能力制定机械加工工艺规程和装配工艺规程，具有较强的创新意识和进行产品开发与设计、技术改造的初步能力；

（5）掌握工业机器人与智能装备应用的相关理论、原理，熟悉工业机器人与智能装备结构、工作原理、系统集成、安装及调试；

（6）具有分析、提出方案并解决工程实际问题的能力，能够参与生产及运作系统的设计，并具有集成应用和维修维护的能力；

（7）具备现场工程师的基本能力和素质，能够解决生产现场工业机器人相关工艺技术及安全问题，具有应对生产现场危机与突发事件的初步能力；

（8）具有多学科交叉与跨界整合的能力，能够解决与本学科相关的跨学科的复杂工程问题；

（9）具有较好的组织管理能力、较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力；

（10）了解本专业领域技术标准，相关行业的政策、法律和法规；

（11）具有一定的国际视野和跨文化环境下的交流、竞争与合作的初步能力。

（三）优化课程体系设置，探索专业人才培养新路径

1.按产业需求优化设置理论课程体系

根据专业人才培养理念、培养目标与培养标准，重构专业课程体系。 本专业的课程体系涵盖当前工业机器人全产业链及全系统所需的知识体系及相关技术等，如图2 所示。 重点在机器人系统集成及应用。

图2 工业机器人产业体系示意图

在理论教学课程体系构建方面，本专业改革了传统课程体系过于偏重机械类课程，而当前新产业所需的新知识、新素养相关课程开设不足的问题，在调整整合原机械类课程的基础上，一方面加强了文理通识选修课程的开设，开设了《音乐欣赏》《艺术鉴赏》及《中国经典文学赏析》等课程，以拓展学生的综合人文素质；另一方面注重专业课程与自动化学科专业的交叉融合，对应在课程体系中设置了电气控制、机电传动、传感检测及机器人综合应用等四个模块课程，如图3 所示。 新的课程体系充分考虑了新产业需求，注重学科交叉，注重融入新知识、新技术、新工艺及新标准。 人才培养与专业建设中注重产学协同，确保毕业学生达到专业人才培养目标及培养标准。

图3 工业机器人工程技术人才培养理论课程体系结构

2.按工程教育规律优化设置实践课程体系

实践教学环节的科学设计与有效实施是工程技术人才培养的关键之一。 根据工程技术人才特点及专业核心能力要求，机械工程相关专业需要着力加强实践教学环节，强化工程实践能力与创新创业意识的培养［15］，构建专业发展新模式，解决专业建设与产业脱节、学生学科专业知识单一、工程实践与创新创业能力不足等问题。 在调研分析工业机器人企业对相关工程技术人才知识、技术与技能要求的基础上，本专业设计了全系统、全流程、全周期、工程化的实践课程体系。 该课程体系主要由课程实验、专业实践（认知实习、生产实习、专业综合实训、机器人工程专项技能训练、毕业实习、毕业设计）、工程训练和课外实践各环节等构成，如图4 所示。 人才培养实施过程中紧密配合理论课程教学，开展以培养“卓越工业机器人工程师”为目标的“概念—图纸—原型—产品—集成”全流程、全周期不间断的工程化训练。

图4 工业机器人工程技术人才培养实践教学体系结构

（四）搭建学科科研新平台，持续提升人才培养质量

为更好地支撑专业人才培养，学校在原机电综合实验实训中心的基础上进一步搭建了体系化的机器人与智能装备工程中心平台，如图5 所示。 该平台主要由专业基础平台、综合实践平台及科研创新平台三部分构成，教学仪器设备总值约2 200 万元，可同时容纳1 000 名学生开展实验实训教学，满足工业机器人全系统、全流程、全周期，贴近工厂实际的工程化实践教学及科研需要。

图5 重庆文理学院机器人与智能装备工程中心结构

本专业依托学校已建成的重庆市工业机器人集成应用工程技术研究中心及智能产线重庆市2011 协同创新中心，组建了机械工程重点学科。 重点学科注重学科专业一体化设计，重点面向工业机器人等智能制造新兴领域，确立了机电控制技术与智能系统、智能制造系统集成技术、智能装备制造及信息化技术、工业机器人集成技术与装备等四个学科研究方向，通过学科建设引领专业持续健康发展。 学科团队在机器人设计、多机协作、智能结构、系统动力学及控制、产品装配精度理论、产品设计流程、数字化控制系统、制造工艺、矿山机械、先进成型加工技术等方面开展研究。 本专业在注重加强师资队伍建设和提升教师工程能力的同时，还聘请行业和企业专家20 余人为专业兼职教师，共同参与专业建设与人才培养。 行业和企业专家将行业和企业最新动态、最新技术、最新工艺等带入课堂，缩短了学校人才培养与企业实际需求之间的距离，有利于学生掌握生产实际及学科前沿，有利于毕业后适应工作岗位。

依托学校已建成的重庆市工业机器人集成应用工程研究中心及智能产线重庆市2011 协同创新中心，机械工程专业在工业机器人技术相关人才培养方面取得了较好的效果。 目前，本专业已连续培养了四届工业机器人相关工程技术人才，就业率保持在95%以上，毕业学生已经成长为本区域机器人与智能装备相关企业的技术骨干，有力地支撑了本区域战略新兴产业发展及传统产业转型升级。 《中国青年报》2015 年10 月26 日11 版专门报道了学校机械工程专业机器人相关人才培养改革成效，2016 年机械工程专业获批为重庆市市级特色专业，2017年获批为重庆市人才培养改革试点专业，并建成了以该专业为核心的重庆市级“机器人与智能装备”特色学科专业群，带动了学校智能制造相关学科专业的发展。

人才培养过程中注重工程实践能力与创新创业能力相结合，充分利用市级“机电创客空间”，结合创新创业大赛、工程设计大赛及机器人大赛等各类学科竞赛平台开展多层次多模块全流程的实践教学，并对学生创办公司、取得授权专利、发表专业学术论文、获得省级及以上学科竞赛奖等给予奖励并认定学分，充分调动学生投身创新实践的积极性。 近几年，学生荣获省级及以上学科竞赛奖300 余项， 连续三年在世界机器人大赛中获得一等奖，2018 年荣获重庆高校十大“双创”明星及首届重庆市创新方法大赛特等奖，人才培养质量持续提升，获得社会广泛认可。

新工科建设一方面要设置和发展一批新兴工科专业，并加强建设、提升质量；另一方面要推动现有工科专业的改革创新，探索符合工程教育规律和时代特征的新培养模式，这是对老工科的新要求［16］。 机械工程等传统工科专业已不能很好地适应当前科技革命及产业发展需求，特别是国家战略新兴产业发展及传统产业转型升级需求，急需调整转型。 地方高校机械工程专业需重点围绕本区域新兴产业，按照新工科的特征、内涵和要求，构建以产业需求导向，以学科交叉为特征的地方院校机械工程新工科工程技术人才培养新模式，培养地方产业急需的能够适应未来变化的工程技术人才。 重庆文理学院机械工程专业在经过多年的探索与实践的基础上形成了以培养具有学科交叉、文理交融和卓越工程能力的，能够适应当前及未来需要的工业机器人工程技术人才为目标的人才培养改革试点，并取得了一定成效，培养了一批适应当前工业机器人等战略新兴产业发展及传统产业转型升级需要的工业机器人新工科工程技术人才，有力支撑了本区域新兴产业发展。