新工科背景下机械类专业实践教学“金课”建设探索——以广东理工学院为例

伍先明

（广东理工学院智能制造学院，广东 肇庆 526100）

新工科和“金课”都是教育部针对世界科技发展和进步对我国高等教育提出的重要教育理念。新工科专业为高校工科人才培养提供了更多的专业选择，“金课”模式为我国高等教育课程建设提出了更高级的发展目标。这两项教育理念对我国高等教育发展以及人才培养都具有十分重要的意义。机械类专业作为传统的工科专业，在新工科背景下，已经完成了多种新工科专业的建设和融入。同时，在当前工业机械智能化发展背景之下，我国对机械专业人才的培养提出了更高的要求。高校要重视新工科专业人才的教育和培养，改革课程体系，加快建设机械类专业实践教学“金课”。

新工科背景下机械类专业实践教学“金课”建设非常重要，是现代高等工程教育改革的必经之路。新工科的含义包括两个方面，即新型工科和新生工科。新型工科是对现有工科进行转型、改造和升级，包括内涵的拓展、培养目标和标准的转变或提高、培养模式的改革和创新［1］等。新生工科则是现有工程学科的交叉复合，工程学科与其他学科的交叉融合，从其他学科门类孕育、延伸和拓展出来的，或面向未来新技术和新产业发展［2］出现的一批新兴起的工程学科（如智能科学与技术等）。显然，应用型院校的新工科是要满足区域经济和产业结构对人才知识、能力和素质培养所需要的新型工科，而不是新生工科。

1.1 培养适应地方区域经济发展人才的需要

当前，各国之间综合国力竞争激烈，在新一轮科技革命和产业变革中，国家急需一批具备更高创新水平与跨界整合能力的新型工科人才作为支撑力量。为满足国家对新工科人才的需求，各高校根据自身的定位进行分类发展。工科优势强的高校要对工程科技创新和产业创新发挥主体作用，综合性高校对催生新技术和孕育新产业发挥引领作用，地方高校则对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用［3］。需要强调的是，新工科建设是占全国高校90%以上的地方应用型高校积累办学经验、彰显办学特色的重要历史机遇。地方应用型高校更易于打破学科壁垒，探索个性化的办学模式，重点开展对传统工科专业的转型、改造和升级，实践教学“金课”的建设，体现地方应用型高校在新工科建设中的特色和创新［4］，对培养适应地方区域经济发展的应用型人才非常有必要。

1.2 提升人才培养质量的需要

高校是我国培养专业人才的摇篮，我国未来社会的发展要依靠高等教育培养的人才来完成。高校要培养符合社会发展需要的新型人才，就要注重教育升级，从教育环节入手，进行课程改革，淘汰“水课”，打造有深度、有难度、有挑战度的“金课”，创新人才培养模式，切实提高人才培养质量。机械类专业虽然不是新工业技术，却是现代所有新技术、新工艺应用最集成的专业，是所有工业领域发展的基础专业。如智能化机械设备、智能机器人制造不仅是智能化技术的研发，而且是智能化技术与机械理论的融合研究和应用。因此，新工科背景下，机械类专业依然是主流专业。高校建设机械类专业实践教学“金课”是新工科建设发展的新抓手，同时也是社会发展对高校工程教育发展的新要求。

21世纪，掌握人才就能够掌握社会发展的前进方向，同时，现代社会需要的人才已经不再是“满腹经纶”的理论型人才，而是实践能力强的高素质人才。以机械类专业为例，我国制造业正处于由大到强的发展阶段，很多核心技术还未实现自主化，某些零件长期依赖进口，导致我国在机械工业发展方面始终处于被动，因此，迫切需要创新能力、实践能力强的机械类专业人才，为我国机械类核心技术的发展提供人才支撑，继而改变我国技术落后的状态。综上而言，机械类专业实践教学“金课”建设是为了培养新时期我国机械类应用型、技术技能型人才。从人才培养和社会技术发展而言，该“金课”建设具有必要性。

1.3 改革机械类专业人才传统培养模式的需要

机械类专业是广东理工学院的一个老牌专业，沿用2014级人才培养方案及相应的课程体系。其培养模式仍旧是普通高校的固有模式，即学制4年，包括3.5年的理论学习和0.5年的毕业实习和毕业设计。通过几年的教学实践发现，课程体系和专业教学与工厂生产现场所需要的应用型人才（现场工程师）还有一定的差距［5］，具体表现在以下几个方面。首先，课程内容设计不合理。广东是家用电器产品的制造大省，产品成型在机械制造业中占据的比重很大，而原课程体系的专业课程全是机械加工工艺、数控编程等方面的内容，缺少产品成型方面的课程。且加工原理工艺方面的内容比较浅显，学生在老师的指导下仅了解一点常识。其次，实践教学安排不合理，不利于学生就业。在实践教学方面，尤其是在金工实训方面，还是“3+2”的实训方式。“3”是指3周的基础实训，包括普通的车、铣、钳的基本操作，每个工种做一个很简单的小零件，“2”是指两周的数控机床操作，都是一些简单的编程操作。而且实践训练环节、核心课程的课程设计都在校内进行，各自独立，缺乏综合性。生产实习和毕业实习虽然在企业进行，但彼此分开，时间分散，基本上都是走马观花。学生通过参观产品的制造过程或生产线的运行增长了一点见识，却缺乏实践操作环节，这显然与新工科应用型人才培养要求有较大的差距。再次，学生缺乏主动性。老师要学生干什么，学生就干什么。学生基本上是知其然不知其所以然，没有把产品或工装的设计与制造联系起来，收获不太大。在此背景下，机械类专业实践教学“金课”建设就显得十分必要和迫切。

2.1 教学改革的初步尝试

根据“金课”建设的必要性，经专业负责人与教研室专任老师调研后，广东理工学院于2017年对人才培养中的某些课程做了一点微调，把培养方案中原专业必修课程先进制造技术改成选修课，增补“塑料成型工艺及模具设计”为必修课，增补“冲压工艺及模具”“材料成形技术基础”等为选修课。这样在学分没有增加的情况下，优化了学生的知识结构，拓宽了学生的知识面［5］。在实践教学方面，把2014级第6学期的CAD/CAM实训和专业模块实训两个项目整合成一个小综合，即用两周进行理论设计，再用两周到实训加工中心对设计的作品进行加工制作，增加了实操环节。把理论设计与实践操作结合起来，这是对理论和实践教学进行改革的初步尝试，为后续实践教学模式的改革奠定一定的基础。

2.2 按新工科要求制定新的人才培养方案

应用型院校机械类专业的新工科建设主要是立足现状，对现有专业进行改造和升级。人才培养方案的制定至关重要。人才培养目标应与行业需求相对接，人才培养规格与工作岗位相对接，人才培养方案应注重应用性、突出实践性，人才培养过程应体现校企合作、工学交替等几个方面［6］。在人才培养方案中，课程体系的设置必须考虑专业设置和毕业生就业，为学生的专业教育和终身学习奠定一个良好的理论基础。应用型院校机械类专业的课程体系一般包括数学、物理、力学、机械学和机械设计制造及数控方面的主干课程，还包括电工电子、液压气动、C语言编程控制等辅助性课程。在原有的课程体系基础上，根据新工科建设的要求，2019年，机械类专业核心课程增加了机械CAD/CAM和工业机器人2门课程，专业选修课增加了电气控制与PLC和单片机原理及其应用等电控和编程方面的课程，在课程体系和知识结构上实现机械设计制造与机电控制编程相融合。把机械类专业核心课的课程设计及实训全部安排在第6学期，这样有利于项目的整合和统筹安排。

实践是检验真理的唯一标准，创新之根在于实践。大学生通过前几年的理论学习，有了较好的理论基础和专业知识体系。高校要培养出生产现场需要的工程实践（应用）型人才，就必须培养学生运用知识解决工程问题的能力，而这种能力只有通过实践教学的训练和培养才能获得。校内实训具有师资力量雄厚、设备齐全和时间充足的优点，对学生强化专业理论知识的综合应用和实践能力的提升具有极其有利的条件。

实践教学模式改革后，第6学期中的一个课程设计及两个实训项目合并成一个大的综合性实训项目。这对指导老师和学生都提出了更高的标准和要求，学校应从管理、考核、评价等各个方面采取一系列切实可行的措施来保障学生获得综合实训的最佳效果。

3.1 制定综合实训教学大纲

原培养方案中3个实践教学项目是单独的，各有其目标和任务。如机械制造工艺学课程设计是按设计任务要求画出零件图、选择加工方案、制定工艺路线、确定切削用量、编写工艺过程卡及编写一份说明书，CAD/CAM实训是用3D软件绘制一幅简单的模具图样，完成分模、模具产品加工的刀具路径的生成及模拟加工，专业模块实训是设计一副机床夹具，编写一份说明书。每个项目时间较短，目标单一，任务难度较小，对学生综合运用知识的深度和广度要求不高，对学生能力的培养缺乏实践性，尤其是缺乏工艺知识、工程意识的培养和动手能力的训练。学生即使完成了3个设计，对自身成长成才也意义不大。因此，新的综合实训大纲把这3个实践（实训）项目（共6周）合并成一个项目，从理论和实践上提出了更高的要求。前3周，学生在机房进行理论设计和3D、2D绘图，编写设计说明书及相关工艺文件；
后3周，学生在实训中心用数控机床按设计图纸加工实物，从而使学生从理论设计到动手操作经历一次全方位的训练，为其毕业后走向生产现场奠定较好的实践基础。

3.2 拟定实训课题

实训课题既要紧靠专业教学内容，又要与工程实践紧密结合。课题内容以工艺装备为主，工装设计和制造是现场生产技术管理、质量管理工程师的一项重要工作，而机械制造企业的工装主要是模具和夹具这两大类。模具主要是用于产品的成型，夹具是用于产品的加工或检测。为了确保实训卓有成效，课题类型应尽量多样化，既要有塑料成型模具、钣金冲压模具，还要有各类机床夹具或检测夹具，包括车床夹具、铣床夹具、钻孔夹具和镗床夹具等。另外，实训课题应与学科竞赛和老师的科研课题结合起来。课题应有一定的难度，太简单了，学生学不到东西，太复杂了，学生完不成，要有中等或以上的难度，才能使学生受到理论和实践的充分训练。

3.3 实训前对学生进行宣传发动

实训正式开始前，学校要召开动员大会，重点讲解校内综合实训的目的、意义和内容，给学生上好一堂思政课，使学生明白参加综合实训是提高自身实践能力的需要，是实现学校办学特色和专业建设特色的需要，是广东制造业对现场工程师业务能力的需要，是实现人才培养目标的需要。通过实训前的动员大会，学生对综合实训的认识提高了，明确了实训的目的、任务和要求，在实训中会更加主动学习、钻研，并重视动手操作。

3.4 加强综合实训的过程管理

实训虽然只有6周，但需要完成的任务多且重。为了确保各项任务按时完成，指导老师必须加强对学生的指导和管理。指导老师在开学第一周就要把设计课题布置给每个学生，要求学生利用课余时间先行设计，确保学生有足够的设计时间。另外，每个行政班配备2至3个理论指导老师，每个老师所带学生又分成若干个小组，3至4人为一组。在这个小组中，每个学生做相似的题目，但各人尺寸不同，设计的方案也不相同，遇到疑难问题时同学之间可以相互讨论，但每个学生必须独立进行设计，这有利于培养学生分析问题和解决问题的能力以及团队合作精神。最后，每个组选出1套设计图纸进行加工制作。每个实践指导老师（车间师傅）指导两个组的学生，每个学生都需要动手操作（包括数控车床、数控铣床、加工中心、电火花、线切割和钳工钻孔攻丝及装配等工序），彼此分工合作，按图纸把工装制造出来。在加工中，若发现作品有设计或工艺问题时，学生需要修改设计和工艺（产品的结构工艺和制造工艺），这才是真正地发现问题、分析问题和解决问题。通过实训，学生理论知识的应用能力、实操能力得到了较大程度的提高，为第4年去企业进行综合实习奠定了良好的实践基础。

3.5 强化实训成果的考核评价

任何一项工作只有任务布置，没有检查督促和考核评价，就不会给指导老师和学生带来工作和学习上的压力，也不可能做出好的作品。考评小组根据《综合实训教学大纲》制定详细的考评标准，按设计说明书文档质量、3D和2D设计图纸的质量、作品功能原理的科学性和正确性、作品制作质量、学生出勤情况和学习情况进行分项评分，并累计得到的总分，从而评定学生成绩的等级，这个成绩也是指导老师实践教学评优的重要依据。

综合实训激发了学生的创新意识、创新思维和创新潜能，培养了学生解决工程问题的综合能力，促进学生全面提升工程能力、实践能力、创新能力和自主学习能力等。通过实训，学生综合地运用了专业知识，进行了一次全面的综合性的训练，指导老师也在指导中学习，在学习中指导，其实践教学能力也得到了极大的锻炼和提升。

新工科背景下机械类专业实践教学“金课”的建设，能够有效地培养新时期所需人才，对我国人才的整体建设有非常重要的意义。但是，机械类专业实践教学“金课”的建设能否取得良好的效果，需要进行定量或定性的评估。

4.1 机械类专业实践教学“金课”教学效果分析和对比

对比历次综合实训教学效果，2014级学生是实行综合实训的第一届，时间比较短，仅有4周，指导老师也没有经验，装配成功的作品只有几个（有些作品因时间有限没有全部完成），且质量不高，综合评分才70分左右。2015级学生的作品就有较大的进步，2021年上半年是第5次综合实训，学生共做出50多个作品，且有些采用了高效的气动夹紧结构。指导老师的经验也在不断积累，实训作品的数量和质量逐年提升，学生每年的实训成绩也在稳步增长。2021年综合考核的平均成绩达到80分以上，与2014年相比，平均成绩提高了10分左右。学生理论知识的应用能力、计算机软件和数控机床设备的操作能力都获得了大幅度的提升，综合实训真正达到了实践教学“金课”的水平。

4.2 用人单位对机械类专业学生的工作评价

广东是制造业大省，也是高等教育的大省，企业多，用人需求大，如TCL王牌及海外电子、东莞翎乔五金塑胶有限公司、美的集团等大中型企业都需要大量的机械类专业学生。用人单位对广东理工学院机械类专业学生的工作能力印象良好，普遍反映其理论知识扎实、实践动手能力强、工作上手快，并且具有虚心好学和吃苦耐劳的精神。

4.3 新工科背景下机械类专业实践教学“金课”模式在其他工科专业中推广应用

这种教学模式受到教务处和学校领导的高度评价，充分体现了机械类专业人才培养的特色，具有向其他工科专业移植的条件。广东理工学院还有一个机械电子工程专业，因专业偏向于电控，集中性实训有两个项目，共5周，学院也在计划按实践教学“金课”模式进行整合，做成一个综合性的实训项目。其要求是做出一个控制类的电气电子作品，能够对机床设备或其他设备进行程序控制，其目的还是把理论与实践结合起来，把实践教学真正做实。之后，这种“金课”模式还会向其他工科专业逐步推广。