智能制造背景下机械类研究生工程软件应用能力培养*

曾云 李宁 黄天成

长江大学机械工程学院 湖北荆州 434020

0 引言

在新工科及智能制造需求不断提升的背景下，我国高等工程教育改革发展已经站在了新的历史起点上，正面临着改革中的新机遇与新挑战。为适应新发展的需求，对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，企业对高校培养的研究生在人才综合能力上已经提出了更多的要求。随着我国制造业的转型升级速度加快，我国制造业正在由传统制造（TM）向智能制造（IM）转型，在“双碳”目标下，复合型工程人才是制造业转型升级的关键[1-2]。

随着人工智能、互联网+、大数据、智能制造的兴起，全球各行各业的发展进入了一个信息化、数字化的时代，传统对研究生能力的培养方式在工程案例软件分析应用上还存在不足。为进一步适应时代的发展，面向新工科人才培养的需求，加强实践应用能力的提升，笔者所在高校专业型硕士研究生的培养还需在三个方面进行改进。第一，智能制造企业发展转型过程中，各类设备结构复杂，且通过理论学习想要彻底弄清楚较难，在实际学习过程中，研一学生在没有进行现场实践之前对制造业的理解仅仅只是一些抽象性的概念，缺乏更加丰富的课堂演示或计算机仿真模拟以加深学生对机械设备的理解，因此需要进行改进。第二，智能制造企业对人才的专业知识水平需求逐渐提升，多学科交叉融合，机械类研究生需要加强计算机、电气控制和机械自动化等多个课程的学习，以此提升综合知识能力，仅仅通过理论学习还远远不足，需要辅以相关软件加深印象。第三，智能制造企业转型过程中，需要解决产品数字化、智能化设计、人机交互以及数据互通方面的问题，计算机软件应用成了智能制造发展的基础支撑，这些软件包括ANSYS、ABAQUS、Matlab、Tecplot、Solidworks等，如何熟练应用这些软件对工程中的实例进行分析是研究生必须掌握的一项能力。

综上所述，智能制造背景下企业对人才结合工程实际应用的综合能力需求越来越高，而计算机软件应用能力的培养是关键[2]，本文以地方高校在校专业型研究生为对象，以提升研究生工程软件分析应用能力为目标，探讨机械类专业型研究生工程软件应用能力提升的培养体系，为其他工科专业研究生工程软件应用能力培养提供借鉴。

1 机械类专业型研究生软件应用能力培养方面的困惑

新工科智能制造背景下的研究生培养要求已经与传统制造行业对人才的需求大不相同[3-4]，随着时代的发展，对工程领域专业型硕士研究生的培养在理论知识、实践经验和软件应用能力等都有了更高的要求。因此，从培养要求的提升来看，当前笔者所在高校在工程背景专业型硕士的培养上存在以下几个方面的不平衡。

1.1 理论教学与实践应用不平衡

学校专业型硕士研究生的培养方案是第一学期理论教学，第二学期进入企业实习。然而，在近几年与企业的沟通中发现，智能制造发展背景下，企业面临转型升级要求，对新型综合型人才需求较高。研究生进入企业实习，不仅是自身实践能力提升的机会，也是参与校企产学研合作的重要部分，企业对研究生软件应用能力、理论结合实际分析能力的要求也逐渐提高。学校专业型硕士研究生的专业课程中，多数课程的理论教学占据了绝大部分课时，几乎没有实践教学的指导，更多只是对书本知识的讲解，对于研究生综合能力的提升效果不显著。以工程软件分析应用课程为例，在本专业型硕士研究生课程教学过程中，理论教学的讲解以软件概念知识、数值计算基本公式、软件基本操作等为主，而对于工程案例分析、软件二次开发探索、未来制造发展等讲解较少。最后造成专业型研究生在经过了理论学习后，尤其是本科阶段对石油背景了解较少的学生，在研二阶段进入实践学习时难以快速地融入企业，无法完成培养目标。因此，理论教学中如何将专业特色背景、行业发展方向、实际工程案例分析融入课堂中是一个难点。

1.2 软件应用能力培养在专业发展需求与学生实际之间存在不均衡

理论教学是为后续的实践能力培养奠定基础，学校机械专业硕士研究生主要对口石油领域的各大企业进行实践能力锻炼培养。一方面，学校的工程软件分析应用课程主要针对的是一些基本工程案例的讲解，所采用的教材和案例是大众工科院校研究生培养的基本课程教材，关于石油机械领域的工程案例较少，在软件应用能力培养与专业发展及专业背景上没有紧密结合，存在一定的不平衡。另一方面，学校的教师科研项目、学科大赛等因素原本可以很好地提升研究生的软件应用能力，但由于本科基础不同、本科专业背景不同、学科大赛的参与度不同，也造成了学生在工程分析软件应用能力上的不同。而且学院导师队伍中的研究方向各不相同，学生在软件应用上能力的发展也逐渐形成差距，最后导致软件应用能力的培养和专业发展不平衡。

1.3 软件应用能力培养体系不完善

智能制造背景下，学校机械类专业型硕士研究生软件应用能力培养所需要的软件种类繁多，其中包括：仿真类（ANSYS-workbench、ABAQUS、COMSOL等），编程类（MATLAB、C++等），画图类（AUTOCAD、SOLIDWORKS），电子类（PROTEUS、Altium Designer等），前处理软件，后处理软件。由于软件种类过多，未能有针对性开设课程进行授课教学，最终种类繁多的软件导致学生在学习的过程中出现学而不精的现象，往往造成大众化的软件能学会基本操作，但每个软件都只是了解皮毛，难以将研究课题与多个软件结合起来活学活用，进而影响到学生创新能力的培养[5]。最后因为没有一套软件应用能力提升的培养体系，使得机械类专业型研究生在三年的学业中，针对各类软件学习没有明确的目标，大多数人的软件应用能力无法得到系统的培养，形成了固定思维，缺乏创造力。

基于智能制造发展背景，从笔者所在高校的研究生课程体系设置来看，工程分析所要用到的软件没有形成一套完整的体系，而只是作为部分专业课程的附带学时，也未做硬性考核要求，学生只是初步了解，并未进行深入的学习和分析，就更谈不上在智能制造背景下结合工程案例进行分析应用了。因此，需要对学校机械类研究生软件应用能力培养体系进一步改进和完善。

2 机械类研究生软件应用能力改进措施

智能制造背景下，为进一步探索笔者所在高校机械类硕士软件应用能力的培养体系及改进措施，进行了以下几个方面的思考和改进。

2.1 教学团队优化

学校机械类研究生专业课程授课安排主要为一师一课，由于师资力量及师资分配的原因，每门课程的讲授从理论教学到实践教学都几乎由一名教师全程负责。而在智能制造迅速发展的背景下，部分年长教师对新时代科学技术的跟进不充分，导致研究生在学习过程中没有对当下智能制造技术发展有足够的理解，就更谈不上使用软件对工程问题进行深入分析。因此，为了改进这一现象，学校机械类研究生工程分析软件应用课程采用多教师团队授课的方式来进行改进，针对不同类型的工程问题进行分门别类，每类问题安排一名专业性较强的教师进行授课，并邀请企业具有博士学位的高级工程师加入教学团队参与部分学时的授课。

2.2 人才培养体系完善

智能制造背景下，机械学科的发展已与往时不可同日而语，对人才综合能力需求已经有了很大的提升，针对学校研究生软件应用能力不足的问题，以工程软件分析应用课程为主导，以学校油气特色的工程实际案例为背景，由浅入深地对工程案例进行分析讲解，循序渐进地引导学生将软件分析和工程案例结合起来，具体见图1。在研究生的后续课程设置中以软件体系为主要框架，将研究生的软件能力培养融入课程体系之中。

图1 机械类研究生软件应用能力培养体系

2.3 人才培养模式改进

机械类研究生软件应用能力的培养对专业背景知识的了解程度需求较高，学校机械类专业的特色是面向油气领域钻采设备，每年入学的研究生中有接近一半的生源在本科期间并未接触油气领域钻采设备，因此，需要在课程的讲授以及软件应用能力培养中融入专业背景。

以工程软件分析应用课程为例，本课程主要以静力学分析和流体力学分析为重点进行讲授，为了既讲授软件应用的知识，同时也能结合专业背景，学校在授课过程中进行了一定的改进，专任教师和企业高级工程师除第一次授课之外，在下一次授课之前会布置相应的工程案例让学生提前了解，且每一个工程案例都会结合研究生所在导师团队的科研项目，最后形成一个新的培养模式，见图2。通过这样的培养过程改进，学校研究生最近两届的生源在研二进入企业实习得到了企业导师的一致好评。

图2 机械专业研究生软件应用能力培养过程改进思路

2.4 考核评价体系改革

学校机械类专业研究生软件应用能力的考查或考核在往年的课程中，仅仅是完成一份大作业，这对学生的实际软件应用能力评价过于片面，无法从多方面、多角度来评价一名学生对知识的掌握程度和熟练运用程度。在课程考核评价体系改革后，采取过程性评价、实践性评价和综合性评价等考核来对研究生软件应用能力的掌握程度进行打分，具体如图3所示。在采用了改革后的评价体系之后，学校最近的机械类专业研究生在软件应用能力上有明显的提升，以科研成果发表为例，20级和21级研究生在论文的发表上相比之前的年级提升了45%。

图3 机械专业研究生软件应用能力评价体系

3 结束语

智能制造时代的发展引领着世界的快速发展，加强专业型研究生软件应用能力能有效促进研究生综合能力的培养，学校专业型研究生通过工程软件分析应用课程，强化了通过理论与工程案例相结合的思路讲授知识，增加了课堂案例讲授的实践环节，并通过基础案例、工程案例、导师项目循序渐进提升专业型研究生的软件应用能力。这些教学改进措施提升了学生对软件学习的兴趣，完善了产学研结合的培养思路，切实提升了学生的专业知识水平和实践能力，促进了专业型研究生综合素质能力的提高，满足了智能制造背景下研究生提前适应行业需求并能较好地融入企业生产的所需。