“新工科”背景下智能制造专业群创新创业平台建设与实践*

高清冉，秦国防

（济源职业技术学院机电工程系，河南 济源 459000）

随着国内外竞争日益激烈，新一轮的技术革命和产业革命已经成为国家综合实力的核心。新技术新产业需要与之相匹配的工程教育支撑，于是“新工科”应运而生[1]。“新工科”相对于传统的工科，更注重培养实践能力强、创新能力强、国际竞争力强的高素质复合型“新工科”人才，强调学科之间的交叉融合、优势互补；更注重培养新一代信息技术产业人才，特别是信息通信、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合，实现机械的数字化、网络化、智能化[2]，这也正是智能制造的灵魂。

“新工科”建设离不开创新创业。济源职业技术学院在构建智能制造专业群创新创业平台过程中，把专业工程训练中心、大师工作室、专项实训室、综合创新室等硬件平台和教师创新团队建设、学生科技社团建设、人才培养方案创新、课程体系重构、课程改革等软件平台建设相结合，整合优化为集教学、生产、创新、研发于一体的高集成平台。在平台上，课题、赛项、项目等任务无界交叉融合，打破专业和学科的框架，能够高效解决实际工程难题。课题组以该院近几年智能制造专业群创新创业平台建设为例，同时结合该院与郑州轻工业大学联办应用型本科专业——机械设计制造及其自动化专业的建设成效，阐述传统工科专业在“新工科”理念下的成长蜕变。

1 创新创业软平台建设

软平台主要解决人的问题、方向的问题和内涵的问题。

1.1 制定多学科交叉多出口的机械类人才培养方案

机械大类包罗万象，门类繁多，为了使学生高质量宽口径就业，修订后的人才培养方案既重视通识教育，又根据个体兴趣差异，打造个性化的人才培养方向，分为设计、制造、自动化机器人三个方向，如图1所示，同时注重自主发展与学科的交叉融合。根据智能制造对人才培养的需求，不间断更新课程设置，提升课程内容的综合度和挑战性，培养学生设计创新能力。

图1 面向智能制造的机械类课程体系

1.2 重构专业基础，夯实工程地基

“新工科”建设要求专业从学科导向转向产业需求导向，新理念、新结构要求原有的课程体系和课程内容必须重构。传统的基础学科是高等工程教育的一级地基[3]，而数学、物理、工程力学、机械原理、机械设计是机械工程的地基，专业的大厦越高，地基越要挖深夯实。在机电专业理论和高阶的实践应用中，扎实的基本功始终是解决工程问题的必要条件。伴随着专业精细化，不同专业方向的人才培养方案对应基础学科和专业基础学科的侧重点不同。只有做到熟悉专业培养目标和专业课程的地位、专业课程目标任务和重点难点，才能对基础学科和专业基础学科做到精选和精简[4]。精选是选择支撑专业课的基础学科和专业基础学科科目，精简是对所选课程的内容优化组合、推陈出新。总之，要使基础课程“专而精”，必须做到有的放矢，从课程科目到课程内容都必须经过严格筛选，切不可胡子眉毛一把抓。

课程重构除了精选精简外，还必须转变以培养工作技能为目标的教学方式。要加强结构概念教学，告诉学生本课程本知识点在专业中的地位和作用，以及在后续课程中和工程实际中的应用，减少单纯细节讲练，从而减少课时。

1.3 占好课堂主阵地

学生为主体，教师为主导。学生的专业能力是职业成长的基石，提高学生的专业能力，离不开“学生为主体、教师为主导”的教学原则。教学过程中教师的“教”只是手段，学生“学”才是目的。学生为主体的学习模式下，教师的角色不再是传递知识的权威，而是学生构建知识、提升能力的帮助者和促进者。实现这一原则的方式也由传统的“讲授+板书”演化为“讲授+多媒体”，使原来复杂的工程图能够呈现在大屏幕上，便于教师讲清楚其形状结构和装配连接关系；复杂的原理和工作过程，都可以以动画和视频的形式展示。这些手段在专业方面高效拓宽了学生的视野，提升专业学习的高度和深度，但同时也带来了新的问题。例如，教师过分依赖多媒体手段，把“PPT”变成了“骗骗他”，照本宣科，忽略了学生的接受能力，特别是数学、力学、物理、制图、机械原理和电工学等基础课程，教师的讲授必须伴随有板书和必要的推演过程，才能启发学生思考。这个过程，教师不仅传授学生知识，还要培养学生的逻辑思维能力。

为了提高工程教育质量，要采取多维度的课堂教学，包括线下、线上、讲座、座谈、讨论、演讲、展示、实验、制作、调试、社会调查、成果报告等形式。线下重点是讲授、推演、协作、互动；线上主要是对线下内容的拓展和强化，通过具体的练习和训练，锻炼学生提出问题和解决问题的能力，唤醒并强化工程意识，提升工程素养。同时，还可以依托大学生慕课平台，弥补课时的不足，把一些“碎片化”“颗粒化”的内容放在线上学习。

1.4 打造质量过硬的师资队伍

成立智能制造教师创新团队，推进产教融合，这不仅要求教师具备扎实全面的理论知识，还要求教师具有一定工程实践经验和创新能力。教师创新团队以实践经验多、创新能力强的工程师为核心，以团队青年教师为突击手，以团队中年教师为骨干，以外聘专家教授技术能手为总顾问总指导，共同攻克企业工程项目或教研科研课题，开展科技竞赛，指导创新创业大赛。建设一支结构合理、善于创新的师资队伍是教学的重中之重，一所学校、一个专业群的教风是历代教师长期共同努力的结果。老中年教师教学经验丰富、教风严谨，能够熟练驾驭传统课程；新青年教师知识新、思维活跃、富于创新，对于新技术接受能力强。因此，打造一支老中青结合、优势互补、协作创新的人才梯队也是创新创业教育成功的关键。

2 创新创业硬平台建设

2.1 加强创新创业实践教学平台建设[5]

创新创业实践环节是智能制造人才培养的重要途径。工程理论知识的学习积累和动手能力、创新能力在实践平台上融合会带来事半功倍的效果。济源职业技术学院智能制造专业群以机电一体化技术、电气自动化技术、机器人技术、精密制造技术、无人机技术和应用型本科专业机械设计制造及其自动化组成智能制造专业群，紧跟新产业新技术发展，新建或扩建了多个新型实验实训室。如机器人实训室、自动化生产线安装与调试实训室、现代电气控制系统安装与调试实训室、三维建模实训室、电子产品安装与调试实训室、控制工程综合技术实训室、逆向设计实训室、数控理实一体化实训室、3D打印实训室、维修电工实训室、PLC技术实训室与PLC技术综合应用实训室、焊接工业机器人实训室、智能充电桩实训室等。为服务区域智能制造升级，探索搭建“前训后创、协同创新”的实践平台。扩大了专业实验实训室的功能，将实验实训室规划为两个功能区，一个区域供专业课理实一体化教学用，一个区域开展专业课相关的综合创新创业活动。平台通过服务企业的具体项目、课题来提高师生的动手能力、协作能力、创新能力，以满足新产业需求、解决企业技术难题为导向，开展师师、师生、生生间的技术竞赛，变被动学习为主动学习，既培养了学生的工程素养和工程意识，又为地方企业提供了技术支持。例如，服务济源远大实业有限公司的智能充电桩项目，地点就在智能充电桩实训室，教师团队和师生团队全部应用stm32，不仅帮企业解决了实际问题，还使单片机课程由原来的单片机51升级为stm32，课程的难度和实用性增加，为企业的全面升级培养实用型技术人才。

2.2 以创新设计为中心

专业群的每一个方向，平台都设有不同层级的项目。由良构问题到劣构问题，逐渐加大工程难度，把创新设计嵌入教学的任一环节。以薯条加工机设计为例，如图2所示，采用常规的设计方法，需要设计三个装置，依次是清洗、削皮、切片切条装置，每个装置都需要设计方案，机构简图绘制，然后绘制装配图和零件图，按照零件图制定加工工艺，加工出相应零件并按照装配图装配，调试，完成薯条加工机设计；采用现代设计方法，需要借助计算机辅助设计，对零件三维造型，装配，虚拟仿真，优化设计。根据零件CAD模型生成NC代码，联接数控机床，加工出零件并装配调试，完成薯条加工机设计；采用创新设计方法，同样需要设计制造出清洗装置，然后设计一台薯条成型机：完成粉碎、制浆、沉淀、压条四个步骤。清洗机和成型机都可以采用计算机辅助设计制造（CAD/CAM）。

图2 薯条加工机的设计

2.3 搭建虚实互通的智能设计制造一体化平台

在“新工科”背景下，更加注重机、电、液、气的融合交叉，注重工程软件的使用和数字模型虚拟仿真，加快制造业数字化、网络化、智能化的发展速度。该院机电专业早在2014年就建立“机械虚拟仿真实训室”，并获得国家教学成果二等奖。在原有虚拟仿真实训室的基础之上继续升级，提高应用工程软件进行设计分析评估的能力。例如，在机械工程实践训练项目中选取冲压机和干粉压片机为设计对象，进行功能分析、工艺动作分解、工作原理设计后，完成方案设计；用Solidworks对设计机构进行结构设计；用ADAMS进行运动学和动力学仿真；用ANSYS对模型结构进行强度、刚度、模态分析，得到应力和位移云图，验证设计的合理性和可靠性。在液压与气动实训室操作台上，应用Fluidsim仿真软件，实现了液压、气动的电气控制、PLC控制的回路设计和仿真，大大提高了设计效率和可靠性[6]。通过系列工程软件的综合应用，帮助学生巩固强化专业知识，提升对机构机器进行分析评价创新等高阶思维能力。强化机电一体，高度融合机械、电子、计算机技术，学生通过机电一体化设计训练项目，能够更好地对接企业智能制造的升级改造，为高质量就业赢得筹码。

3 创新创业平台建设成效

探索了“专创融合，协同创新”的人才培养新模式。“新工科”背景下，专业之间、学科之间的交叉融合是推动工程教育改革创新的主要动力。在这种趋势下，该院智能制造专业群积极探索人才培养新模式，结合地方经济特色和自身办学条件，修订了人才培养方案，不盲目追风，实事求是分析学科交叉后的利弊，对部分学科进行了合理的兼并融合创新。

全面实现了“岗证赛课，理实一体”的课堂教学新模式。课程定位区域经济建设需要，为地方经济发展服务。主动适应地方新产业新技术新平台，及时更新课程教学内容。通过调研传统岗位或新增岗位的技术需求，指导学生考取相应的职业资格证书，积极学习并推行“1+X”项目，培养学生应用专业知识解决实际工程问题的能力；通过师生参加知识竞赛技能大赛创新大赛，提升师生专业能力和综合技术能力，促进教学改革。

实践了混合所有制“校中厂”生产运营与实训管理的新机制。准源公司是该院引进的一所“校中厂”企业，能够承担一定的实践教学任务，满足部分认识实习环节需要、满足数控和特种加工等环节的工学结合训练以及顶岗实习，师生在教学中根据课程内容需要能随时到现场参与工艺制定和机床操作；企业同时还承担着项目管理开发、设备更新维护等任务。这种校企贯通、优势互补、资源共享的新机制，实现了校企双赢。

探索了一条地方高职院校服务区域经济建设发展的新路子。学院与企业进行技术合作，学院根据合作企业的技术需求，积极组织团队研讨、制定方案、进行技术攻关，帮助企业攻克技术难关，同时对车间一线工人进行技术培训。例如，对济源市超光传感器系统工程有限公司进行技术服务、为济源金利集团组建订单班、和济源远大有限公司一起开发新项目等。不仅促进了地方经济的发展，同时提升教师的教研科研能力，还给学生就业提供了帮助。

总之，与传统工科相比，“新工科”更强调学科的实用性、交叉性与综合性。济源职业技术学院智能制造专业群以新兴产业需求为导向进行“新工科”建设，以高质量就业为目标，面向中原地区智能制造扩张和升级需求，从人才培养方案修订、课程建设、教师团队建设、实验实训平台建设、虚实一体化平台建设等全方位进行了一系列创新。建立了更有利于实践创新、虚实结合的综合性创新平台，积极开展集机电设计、仿真分析评估、控制驱动为一体的综合性项目训练，使学生在校期间得到良好的工程实践锻炼，为学生在将来的工作岗位上有所作为打下坚实的基础。