新工科背景下行业特色专业改造升级探索与实践

朱敏波，陈永琴，李团结，马 娟，张国渊

（西安电子科技大学 机电工程学院，西安 710071）

行业特色专业通过长期建设奠定了办学特色和在行业的影响力，在培养体系、师资队伍、特色课程、实践平台及社会影响等方面形成了明显的优势，但在新一轮信息和制造产业革命日新月异发展的新形势下，传统特色专业的工程教育已不能适应和引领行业发展的新需求，对于机械类专业还存在诸如智能制造学科交叉课程体系不完善、智能制造学科交叉师资队伍和创新实践教学平台有待加强、智能制造学科交叉人才培养管理组织不健全、多学科交叉融合能力达成与评价的质量监控体系尚未构成等突出问题。因此迫切需要进行专业的改造升级，培养适应行业和产业的当前和未来发展需求的复合型领军人才。

西安电子科技大学机械设计制造及其自动化专业（以下简称“机械专业”）为国家级特色专业，始创于1960 年学校的“雷达机械结构与工艺”专业，是我国最早建立的以机为主、机电结合的交叉与边缘学科专业之一，致力于电子信息技术领域的电子机械工程设计与生产过程自动化方向的人才培养。经过60 余年的建设，机械专业已经形成了鲜明的电子机械行业特色和良好的社会服务功能，面向新形势下的国家战略和高端智能电子装备设计制造需求，机械专业经过不断探索和实践，实现了行业特色专业的改造升级，有效地推动了专业建设工作。

一、机械专业升级改造的路径与方法

机械专业的改造升级工作坚持面向发展、特色引领与理念先行的指导思想。

1.面向发展：专业人才培养新模式要坚持面向国家创新驱动、面向行业引领、面向产业需求，要将专业改造升级改革提升到多学科交叉融合与服务国家战略需求的高度。

2.特色引领：要坚持专业特色发展的道路，培养造就具有创新创业能力、跨界整合能力、永攀高峰精神的创新型、复合型卓越人才，能在引领行业产业发展和服务国家重大工程中发挥核心作用。

3.理念先行：要树立“全员全课程育人”理念，坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的工程教育核心观念，要贯彻思政教育与专业教育深度融合、学科前沿技术与实践创新体系深度融合、人文科学精神与工程伦理道德深度融合等核心思想。

面向新形势下国家战略和高端智能电子装备设计制造的需求，专业紧密结合机械电子工程、机电控制及自动化、智能机械设计与制造等和电子信息技术领域密切相关的方向，提出了“126N”（一条主线、双向引领、六位一体、多维聚焦）的特色专业改造升级的途径和方法（图1）。其中：“一条主线”是落实以价值塑造、知识传授和能力培养相结合的立德树人根本任务；“双向引领”是专业思政与课程思政协同引领一流专业建设；“六位一体、多维聚焦”是以重构人才培养模式、课程体系改革重塑、课程教学方式变革、多平台协同育人、专业国际化发展和专业质量文化建设六个主体，结合加强思政文化建设、筑牢科研实践基础、培育工程素养、提升跨界整合能力、深化产教科教融合和强化创新创业实践平台建设等方面，多维度聚焦面向电子信息领域高端装备工程设计与智能制造的高素质创新人才的培养。

图1 机械设计制造及其自动化专业改造升级路径

二、“专业+课程”双向引领思政建设模式

“专业+课程”双向引领思政建设是结合专业特色与课程特点，深度挖掘和提炼专业建设历史过程中所蕴含的各类思政素材，凝练和聚焦课程知识中的思政元素，全方位持续推进教学方式、教学手段、教学模式的改革创新，形成专业引领、课程团队带动、各门专业课程具体实施的协同育人的改革建设模式。在专业思政方面，机械专业重点在以下方面开展了建设工作。

1.明确机械专业思政的总目标。通过分析学校定位、专业定位、专业特色、专业核心价值与专业培养人才的核心素养（知识、能力、素质），确定专业思政的总目标。

2.以核心素养为主线，对机械专业的人才培养目标、毕业要求、课程体系进行贯通设计。基于OBE 理念将专业培养目标的核心价值体系落实到毕业要求相应的思政要素，再按课程体系思政要求进行反向设计，从而把专业思政总目标细化落实到人才培养的课程体系当中，通过“专业培养方案—各类课程群—具体课程”三级目标结构，形成培养方案引领、课程群带动、各门专业课程具体实施的课程思政建设模式。

3.深入挖掘机械专业层面特色思政元素。以专业为载体，从专业历史、专业特色、专业素养及专业发展等多角度切入，挖掘并搭建共享思政资源平台，为教师教学提供专业层面的思政案例。

4.健全师德建设组织体系及长效机制。突出了机械专业教研室和教师党支部的堡垒作用，汇聚思政课教师、专业课教师、学生辅导员等教学、教辅人员，组建跨学科互相支撑、密切互动的课程教学团队，探索跨行业、跨院校、跨专业思政协同育人机制，打造以立德树人为根本任务目标的教学团队。

5.建立了机械专业思政质量监控体系与保障机制。在现有校、院、系（专业）三级组织教学质量监控与保障体系的基础上，补充涵盖思政教学要求的专业建设、课程建设的质量标准；在教学监控环节中注重“价值引领”功能的评价和作用发挥，注重学生评教与评学、督导评教中“价值引领”的教学成效，持续推进专业思政教学改革成效，提升思政建设的质量和水平。

三、“六位一体、多维聚焦”的专业改造升级实践

（一）面向未来，构建高端电子装备设计与智能制造相融合的人才培养模式

机械专业紧密围绕学校以信息与电子学科为主的鲜明学科特色与优势，秉承“厚德、求真、砺学、笃行”的校训，坚持以OBE 的工程教育理念为导向，紧跟电子制造业发展的需求，以工程教育人才培养模式改革和行业特色专业新工科建设为核心，形成了新工科视域下“传统机械、电子机械与智能制造并重”的专业培养定位，重点聚焦于面向电子信息技术行业和新兴领域中高端电子装备的工程设计与智能制造的人才培养。改造升级的人才培养模式构建了机械学、电子学、控制技术、智能制造技术与电子装备结构设计多学科交叉融合的知识体系，突出创新创业、工程与科研实践、跨界整合、国际视野与跨文化交流的能力提升，拓展学生的职业道德、社会责任、人文与工程素质。专业致力于培养能够从事机电结合方面的装备研究与开发，以及机电装备设计、电磁兼容设计、电子设备热控制、智能制造工程、工业机器人等方面的机电一体化复合型高级工程技术人才。

（二）以产业需求为导向，整合、优化和创新专业课程体系

遵循科学设计、系统优化、全面整合的原则。机械专业在2020 年制定培养方案时积极调研，充分论证，准确定位，突显专业行业特色人才培养定位，构建了“2+3”平台模块化新的课程体系结构。平台课程包含公共基础平台和专业基础平台，模块课程包括专业模块、专业方向模块和实验实践模块课程和具有按照基础课程、大类专业基础、专业课程、专业方向课程和综合实践等环节逐步、关联、推进的方式，形成了符合工程教育规律、适应交叉学科发展、满足行业需求和学生个性化发展需要的培养方案。

专业课程体系结合新工科建设的教学改革目标，加强培养学生大工程观和跨学科思维能力，推动机械工程与人工智能、智能装备制造等新兴学科的深度融合。

1.将原培养方案的机械电子工程、机电控制及自动化、现代机械设计制造三个专业方向，整合为机械电子工程和智能制造工程两个方向，其中智能制造工程方向开设智能制造技术基础、智能生产系统与CPS 建模、机器人技术、工业大数据、机器人仿真与编程技术、智能运维与健康管理、智能工厂虚拟车间仿真综合实验及智能制造系统综合实践等课程，培养适应未来发展的创新人才。

2.增设工程概论、交流密集型课程、学科导论和创业基础课程，培养学生的“工程通识”和素养，教授学生技术问题所涉及的社会、伦理、法律、健康、可持续发展、行业规范和经济等内容，进而上升到工程方法论和产品研发全流程全领域，提升学生可持续发展潜力。

3.机械专业积极推进工程教育人才培养实践教学模式改革，构建了特色鲜明的“课程三级项目+课程组二级项目+综合创新项目（Capstone）+毕业设计”的四级实践教学体系（图2），突出“理论与实践结合、机械与电子结合、创新设计与工程实现相结合”“四年不断线、循序渐进”的一体化实践能力培养。

图2 机械设计制造及其自动化专业实践教学体系

（三）以学生为中心，大力推进课程教学方式变革

在机械专业课程教学改革实践活动中，第一，大力推进教育教学与现代信息技术深度融合，构建信息技术与传统机械专业知识有机融合的理论课程优化教学方式，开发建设虚拟仿真实验课程、在线开放课程、慕课、微课等，建立探究式、讨论式、翻转式、混合式和基于项目教学的多重教学方式，应用“互联网＋”平台探索智慧课堂以虚拟现实、移动学习等为教学手段的学习模式。第二，开展机械类基础课程、专业基础课程的升级改造工作，包括典型产品案例驱动教学实践、前沿技术融入课堂教学以及结合大赛进行创新能力培养等课堂教学改革。第三，针对专业特色课程机电装备振动分析、电子设备热控制技术、电磁兼容设计的“产教融合”进行探索改革；在计算方法、结构分析、电子设备可靠性工程等课程中开展本、硕、博一体化课程“学科融合”的教学内容改革；在天线结构设计、工业大数据、机器人结构与控制等专业方向课程中结合科研项目开展课程“科教融合”建设；在机械创新综合实践项目、机电一体化综合实践项目等课程中结合学生创新创业训练计划项目中探索培养专业高素质双创人才的“创新创业融合”的新途径。

（四）产教科教融合，多方位实验实践平台建设

机械专业建设围绕机电装备设计及智能制造的应用与创新，积极打造产教科教融合的机械电子工程与智能制造工程本科生教学实践平台，通过实验项目的组合式和模块化设计，完善实验内容，丰富实验项目，增加创新性、探究性实验的比例和高水平的综合性实验项目数量，探索将高水平的科研成果转化为实验教学资源，开展结合科研成果建设系统级、学科交叉的实验项目的建设工作，已完成国家级典型天线复杂机电装备结构设计、制造及测试一体化虚拟仿真综合实验项目、“智慧工厂”实训教学平台、机器人实验实践平台、电子装备结构设计综合实验平台等建设工作，为培养学生的实践创新能力和科学研究能力打下了基础。

（五）多措并举，有力推进专业国际化发展

机械专业针对专业国际化发展的特点、现状及其存在的问题，从教学环境、教学形式及师资队伍培养模式等方面入手，探索专业的国际化建设发展模式。在国际化助推一流课程建设方面已建成理论力学、材料力学、工程流体力学、机械原理及机械设计5 门双语课程，机械原理和工程力学2 门国际慕课，引进了有限元方法基础、物联网工程2 门海外优质课程。在提升国际化理念与视野方面给本科生设立了短期出国营造国际化环境的“新CDIO 世读”项目，其中包括美国斯蒂文斯理工学院“机器智能与全球视野”训练营、日本芝浦工业大学机器人短期项目、新加坡国立大学智能科技训练营、曼彻斯特大学欧洲工业科技体验营，该实践活动培养了学生跨文化理解与表达能力，拓展了全球视野与胜任力。

（六）持续改进，专业质量文化建设促进专业发展

机械专业形成了“以学生为中心、以产出为导向、以持续改进为动力”的专业新型质量观和文化，通过以人才培养为中心的质量文化创建行动，以正确质量观引领质量文化建设，使全体教师转变教学观念，突出学生中心、产出导向、持续改进，深入推进文化育人、管理育人与服务育人，营造全员、全过程、全方位育人的良好氛围。专业建立了一套学校、学院、系（专业）“三级联动”，“三循环式”持续改进，校内、校外“双反馈”的教学过程与教学质量评价与保障体系，提出了一种融合“成果教育”与“学生满意度”的多维度专业教学质量评价机制，为提高专业人才培养质量发挥了重要作用。

四、机械专业改造升级建设实践效果

围绕新工科视域下专业的改造升级的实践，近年来在专业建设活动中取得一系列成果。

1.机械专业遴选为第一批国家一流建设专业，2017、2021 年两次通过国家工程教育专业认证，2022 年“四维聚焦、六位一体、五措并举，面向国家重大工程需求的电子机械人才培养实践”获陕西省教学成果特等奖，2021 年依托专业的“工程制图与计算机绘图”“典型天线复杂机电装备结构设计、制造及测试一体化虚拟仿真综合实验”认定为国家级一流课程。

2.依托机械创新综合实践项目等课程的教学改革，近年来专业学生在全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛共获得国家一等奖4 项、二等奖3 项；陕西省一等奖18 项、二等奖10 项、三等奖5 项。

3.机械专业质量文化建设促进了本科教学质量近年来的明显提升：（1）近四年学生对专业非常满意的比例提升了13.84%，满意度提升了3.9%；（2）近四年学生对专业主干课程教学非常满意的比例由54.56%提升至68.26%，提升了13.7%；主干课程平均满意度由89.90%提升至92.55%，提升了2.65%；（3）近四年学生对专业教学的教师授课、实验教学、毕业设计等环节非常满意比例由43.83%提升至57.82%，提升了13.99%；平均满意度由85.52%提升至90.05%，提升了4.53%。

五、结束语

机械专业的新工科改造升级旨在探索和实践如何在国家战略需求下培养高端智能电子装备设计制造的行业特色高素质人才，虽然取得了阶段成效，但后续还需要在构建跨学科的模块化课程体系与课程资源的整合与开发、交叉课程集群与多学科师资队伍建设、多方协同育人机制与平台建设等方面继续进行探索和实践，以期为国家、为行业培养出更多高素质跨学科复合型新工科一流专业人才。