面向新工科的“重型机械”工程专业建设的探索与实践

马立峰 朱艳春 高有山

（太原科技大学机械工程学院 山西·太原 030024）

0 前言

我国经济发展正在进入结构调整、转型升级的攻坚期，新旧增长动能正在转换创新驱动发展，“一带一路”“中国制造2025”等一系列重大战略正在深入实施，以新技术、新产业、新业态、新模式为特征的新经济蓬勃发展，需建立更多样化和个性化的工程教育培养模式，工程科技人员应具备更高的创新创业能力和跨界整合能力。国家对高素质人才的需求使高等教育面临重大挑战，国家就高等教育发展制定了“坚持以本为本，推进四个回归”、中国“金课”、“新工科”建设等一系列政策方针，如何培养出适应社会需求的高素质人才是高等学校面临的重要任务。陈宝生部长认为“教育是事关国家发展和民族未来的千秋基业”，“除了创新，教育无路可走，除了改革，教育无路可走”，而“高等教育是国家综合实力和发展潜力的重要标志”。由高等教育司司长吴岩主编的《高等教育强国梦——中国高等教育区域发展新论》《构建中国特色高等教育质量保障体系》《国际高等教育质量保障体系新视野》等是我国高等教育改革与发展、高等教育质量保障体系等领域的重要文献。吴岩司长提到“新工科是高等工程教育的未来”，“以新工科建设领跑高等教育变革”，中国高等教育的地位正从“基础支撑”向“可持续发展的最大红利和牵引动力”转变，从“大众化阶段”向“每个人职业生涯的基础教育”转变，从“相对单一”的类型结构向“多样化”转变，要在世界舞台、国际坐标和全球格局中谋划发展与改革，参与竞争与治理。这是我们高等教育院校专业建设和改革要面临的挑战，也是我们要探索和实践的方向。太原科技大学机械工程学院作为山西省重型机械领域人才培养的重要基地，如何应积极对这些挑战，并实现实践和推广是我们必须思考的问题。

1 面向新工科的“重型机械”工程专业建设

1.1 现有条件和不足以及改革探索的方向

太原科技大学机械工程学院现有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程、工业设计4个本科专业。其中，机械设计制造及其自动化专业为“国家管理的专业点”、“国家高等学校特色专业建设点”、山西省首批“本科品牌专业”、山西省优势专业，该专业于2011年通过国际工程教育专业认证，是山西普通本科院校中第一个通过认证的机械类专业。学院现有省教学名师5人，2个省优秀本科教学团队，编写了12部国家级和省部级教材，且承担了多项省部级教学科研项目。在取得一定成果的同时，也应充分认识到自身的不足。作为重型机械人才培养的摇篮，发扬传统优势的同时更需要对接前沿知识，更新教学体系、教学法，培养新时期的新型重型机械人才。

以开展新工科项目和工程专业认证推进工作以及山西省“1331”工程重点学科建设为契机，根据现有资源和实际情况，为打造具有鲜明“重型机械专业特色”的新工科，构建服务于实验教学和具有新工科理念的政策、人事制度等完善的保障机制，形成以能力培养为主线，以服务地方产业为核心的多层次、多模块、互相关联的新型教学体系。从明确人才培养目标、改变人才培养模式、提高人才培养质量等多方面入手开展教学改革创新，“以学生为中心”进行学科和专业的一体化建设。期望通过组建教育教学改革团队及教材建设团队，成立虚拟仿真实验室，开展新工科学科群建设，积极组织学生参加学科竞赛等一系列措施的实施，让专业建设的整体发展更上一层楼，能够在人才培养质量上有一个质的提升。

1.2 创新改革的探索与实践

课程是教育最微观问题，但解决是教育最根本问题，课程是体现“以学生发展为中心”理念的“最后一公里”。处于大学纵向结构底部的基层教学组织成为遵循新标准、践行新要求和提高教学质量的重要依托。因此，课程的创新改革势在必行。针对新工科对“重型机械”工程专业人才质量需求，开展以“学生为中心”的传统工科升级的新工科建设项目，“重型机械装备智能化方向”学科群的建设，教学改革以点带面的全面推进，立体教材的全方位改革，创新创业平台和虚拟仿真实训平台的搭建，以及高效的组织管理模式建立等一系列举措，实现人才培养模式的先进化，发挥传统学科优势的同时，全新定位重型机械装备新型人才培养，为社会为国家培养出适合时代技术发展的高水平综合人才。

1.2.1 建立一支致力于提高专业整体教学质量的教育教学改革团队

借助互联网资源，实现优质教学资源共建共享，精准满足学生移动学习需求，探索线上与线下相结合、课堂内外相延展的混合式教学模式；创新课堂教学组织方式，推进项目式、探究式、案例式等教学方法改革，营造生动丰富的教学情境，师生课堂上交互研讨、反思和实践，推动课堂从封闭走向开放，转型为教与学的动态交互场域，推动课堂教学活动更加生动高效。尊重学生个性与差异，引导营造自主学习的环境氛围，转变教学评价理念，从以教为中心转变为以学为中心，真正将学生作为教学过程的主体。促进评价主体多元化，推动评估手段从经验与试卷迈向数字化，全面精确记录学生在学习过程中的行为、态度和实践，达到从注重学科知识成绩转向综合素质的发展性评价。

1.2.2 打造重型机械装备在智能化领域方向的高水平专业特色教材

针对重型装备企业向智能制造转型以及对工艺、装备、控制学科交叉知识综合运用的需求，通过整合组建高水平的教材编写队伍，鼓励教学名师、高水平专家主编或参加教材编写工作；根据产业发展和国家重点发展领域的需要，组织开发编写一批介绍新技术、新学科的教材，如交叉学科、整合课程，特别是重型机械装备在智能化领域方向的高水平的专业化特色教材；通过修订传统经典教材，增加体现先进性、工程性、实践性的新工科思想的内容，使其焕发新的活力，进而打造了一批重型机械装备智能化领域的专业化、新形态教材。

1.2.3 搭建特色新颖的创新创业平台及实践创新平台

（1）创新创业条件建设。基于“国家级实验教学示范中心”平台，统筹基础教学实验室、科研实验室、机器人实验室、虚拟仿真实验室建设，成立大学生创新创业实践中心、机械众创空间工作室。组建New Maker机器人、万里车队、设计与成图、领创设计、智能起重机、工业设计产品创新工作室，近3年培训学生2600余人次，参赛作品300余件，共获国家级奖项120余项，省级奖项140余项。同时，本着“优势互补、资源共享、互惠共赢”的原则，与多个企业单位建立产学研合作。

（2）实践条件建设。增加实验设备的购置力度，改造旧实验设备。近三年，学院新增实验设备60余套。学院积极筹建机器人工程专业的教学及科研实验室，投资303万元采购了“太原科技大学机器人自动化生产线”，已进入试运行阶段；学校投资300余万元对原有工程训练中心进行了改造，在专业老师的带领下自主开发了基于三维形态扫描的打磨机器人平台、焊接机器人平台、基于视觉环境感知的机器人分选、码垛、搬运平台等，并搭建了智能化物流输送生产线，可为机器人专业本科教学提供支撑。针对重型机械装备实践拆解认知困难，加强虚拟仿真金课建设，承担由高等学校国家级实验教学示范中心的示范性虚拟仿真实验教学项目，已在“高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台”发布应用。2019年投入319万元建设了机械学科虚拟仿真实验中心，打造了虚拟现实综合实验平台、虚拟仿真实验网络教学平台以及虚拟仿真研发平台为核心的虚拟仿真实验教学体系。

1.2.4 建设典型创新“重型机械装备智能化专业群”人才培养方案

围绕专业群人才培养目标，重新制定体现跨专业、交叉融合专业集群特点的，有行业专家直接参与指导的，符合行业发展需求的人才培养方案；重新设计构建合理的课程体系，修订完善课程内容。本着“工程教育”的思想和“服务企业”的理念，在日常的教学活动中，要求专业教师提高个人的工程实践能力，讲授相关工程设计方法。并制定相关管理制度，引导并鼓励教师指导学生参加各种创新竞赛，利用竞赛促进学生的工程实践能力。近年来，先后组织学生参与了“徐工杯”节能环保大赛、国际工程机械及专用车辆创意设计大赛、全国起重机创意设计大赛等专业性比赛。学生自主组队和教师组队相结合，按照大学生创新创业计划要求对赛事项目进行日常管理。实施校企双导师制，利用产教融合协同育人基地，使学生毕业设计、毕业论文环节深入企业，在实际研究生产中，增长见识，提高自我，成为能够服务新时代装备制造业的有用之才。

1.3 变革与创新成果及应用推广

以推动高质量发展为主题，以改革创新为根本动力，要精准把握高等教育大势——识变、应变、求变，而“创新”是最关键、最核心、最动人的要义，中国高等教育也唯有创新，才能以变应变，才能实现高质量发展。因此，太原科技大学机械工程学院将变革与创新融入教学改革、教材建设、创新创业平台及虚拟仿真实训平台的建设中，并在教学中进行了推广，取得了一系列成果，得到了学生和专家的认可。

1.3.1 教学改革模式、教学措施得到认可

2017年和2019年获得省级教学成果奖特等奖3项、省级教学成果奖一等奖1项，二等奖3项；2019年学院获全国先进教育集体，机自专业获批国家一流专业，机电获批省一流专业；2020年车辆和工业设计获批省一流专业；2020年车辆工程专业通过专业认证，至此，机自、机电、车辆专业均通过了专业认证。认证专家评价为：该专业重型机械行业特色鲜明，培养目标定位准确，课程体系设置合理，毕业生专业素养强、就业率高。徐工、卫华等行业知名企业，对毕业生的基础能力、团队协作、动手能力都给予了高度评价。

1.3.2 打造专业配套教材及专著，提升学生专业品质

2019年至今，鼓励专业基础及专业教研室细化、打磨学生用教材，根据专业特色及社会需求，打造了一套能匹配专业教学、显著提升学生专业品质的教材及专著。在此基础上，2020年组织申报并获批了山西省高等学校精品共享课程4项。课程团队坚持以学生发展为中心，成果产出为导向，立德树人，注重学生知识、能力和素质培养。为达成人才培养目标，将课内理论教学、实验教学与虚拟仿真实训系统结合，构筑可视化结构教学演示平台，并借助教育信息化技术，采用多种教学方法对学生进行授课。

1.3.3 搭建创新创业平台，让全体学生受益

2019年获批山西省重科博远众创空间，新建的“机器人本科教学实验设备”也已准备投入使用。此外，根据创新创业方向特点，已成立六个具有专业特色的团队及工作室，六个团队在创新创业平台和各类项目的大力支持下，积极推动学生参加创新创业大赛，获多项国家级奖励。

1.3.4 建立虚拟仿真实验教学平台，提高原理认知水平

借助虚拟现实技术提升学生对重型机械装备的原理认知水平，采用现场普遍应用的操控软件为研发平台，严格遵照生产工艺操作规程，利用专项研发工艺模型，辅以虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等手段构建数字化的教学资源，逼真再现工业现场操作环境，实时准确反映工序过程机理。该实验平台，为学生构建了“全工艺流程、多学科交叉”的实验学习条件，能够使学生能够通过终端设备进行学习和实验，达到实践教学目的，突破时间和空间的限制，是对传统教学方式的重大革新。2019年组织申报并获批山西省高等学校虚拟仿真实验教学项目3项。

1.3.5 新工科持续推动专业改造升级，建立完善教育体系

2020年获批教育部第二批新工科研究与实践项目“传统重型机械工科专业的改造升级探索与实践”，通过培养方案修订，优化课程体系，改进教学手段，建设创新平台，完成学科创新团队建设、学科交叉协同创新研究及创新人才培养，面向重型机械行业，建成集“现代设计理论研发—核心基础件加工制造—大型装备机电液一体化”为一体的学科交叉创新基地和人才培养基地。

面对重型机械行业全链条的改革创新，及其带来的终端产品及服务的颠覆性形态改变，引入新的教学模式与手段，推动工程教育实现“质”的飞越。通过搭建创新创业和虚拟仿真实践平台，鼓励学生参加“大学生创新创业训练计划”；建设创业孵化基地和专业化创客空间，推动产学研的紧密结合和科技成果的转化应用，完善新工科人才“创意—创新—创业”教育体系。

2 专业建设探索与实践的成效与启示

经过多年对“重型机械”工程专业建设的探索与实践，结合新工科人才质量需求，组建了一支致力于提高学院整体教学质量的教育教学改革团队，进行培养方案修订和课程体系建设；成立了创新创业管理委员会和大学生创新创业实践中心；完成了虚拟仿真实验平台的建设，指导大学生参加创新创业活动；新的教育理念和教学方法以及手段在教学过程中得到了具体实践，组织教材建设团队开展了一系列优秀教材的撰写及出版。

通过一系列变革和创新措施的实施，使我们深刻认识到：“重型机械”工程专业建设任重而道远，人才培养模式的研究持续而艰巨，要与世界接轨，做到教育理念同频共振，教学标准实质等效，教改模式和而不同。探索学科专业建设的新路子、新模式、新形式，实现机制上更新换代，内容上再造创新。结合“重型机械”工程专业的特点，做好教学改革、教材建设、体系融合、平台建设，打造好与国际接轨的卓越工程师摇篮。