深化實(shí)踐教學(xué) 助推機(jī)械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)

葉卉 姜晨

摘 要 培養(yǎng)創(chuàng)新人才是高等教育的重要使命，通過(guò)在傳統(tǒng)理論教學(xué)基礎(chǔ)上深化實(shí)踐教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新及實(shí)踐能力的重要手段。通過(guò)分析上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合機(jī)械學(xué)科創(chuàng)新型人才的基本要求及需求導(dǎo)向，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，形成以國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心、校內(nèi)外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地為依托的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。不斷拓展實(shí)踐領(lǐng)域，豐富教學(xué)內(nèi)容，持續(xù)為機(jī)械工程領(lǐng)域培養(yǎng)和輸出優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞 機(jī)械工程 創(chuàng)新人才 實(shí)踐教學(xué) 虛實(shí)結(jié)合

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.026

Abstract Cultivating innovative talents is an important mission in higher education. Deepening practical teaching on the basis of traditional theoretical teaching is an important means to cultivate the innovation and practical ability of undergraduate. By analyzing the development status of mechanical engineering discipline in university of Shanghai for science and technology， and combining the basic requirements and demand guidance of innovative talents in the mechanical discipline， the practical teaching system combining virtuality and reality？is constructed. A practical teaching platform was built， which is based on both the national virtual simulation experiment center and the training base in and outside the university. Constantly expand the practical field， enrich the teaching content， and continue to train and export high-quality innovative talents for the field of mechanical engineering.

Keywords mechanical engineering； innovation talents； practical teaching； virtual-real synthesis

創(chuàng)新作為人類特有的一種認(rèn)識(shí)能力和實(shí)踐能力，是人類主觀能動(dòng)性的高級(jí)表現(xiàn)，也是推動(dòng)民族進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力。江澤民主席曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“一個(gè)沒(méi)有創(chuàng)新潛質(zhì)的民族，難以屹立于世界先進(jìn)民族之林”。[1]因此，如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才已逐漸受到教育工作者的廣泛關(guān)注，目前已成為理論與實(shí)踐研究的重點(diǎn)課題。2012年6月14日，教育部印發(fā)的《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃》中明確提出將人才培養(yǎng)定位為高校工作的中心，促進(jìn)科研與教學(xué)互動(dòng)、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合。[2]培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，將成為人才培養(yǎng)的必然趨勢(shì)。創(chuàng)新教育是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心，而課程教學(xué)是構(gòu)建創(chuàng)新教育的基石。對(duì)于機(jī)械工程類應(yīng)用型學(xué)科而言，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)科教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在高校教學(xué)中強(qiáng)化和優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，有助于培養(yǎng)符合知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代所需的創(chuàng)造性思維的創(chuàng)新人才。[3]

2015年，國(guó)務(wù)院批復(fù)實(shí)施《中國(guó)制造2025》，制定了制造業(yè)發(fā)展綱要，為中國(guó)制造業(yè)未來(lái)十年設(shè)計(jì)了頂層規(guī)劃和路線圖，對(duì)于推動(dòng)中國(guó)制造走向“中國(guó)智造”具有重要指導(dǎo)意義。[4]以中國(guó)制造2025為導(dǎo)向，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)智能制造發(fā)展規(guī)劃，先進(jìn)制造業(yè)已經(jīng)成為國(guó)家和上海市支柱產(chǎn)業(yè)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，迫切需要一大批具有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)理論和專業(yè)技能的制造業(yè)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，這些都高校教育教學(xué)提出了新的要求。上海理工大學(xué)作為一所具有百年辦學(xué)歷史，以工為主，工、理、管、經(jīng)、文、法和藝術(shù)等多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的上海市屬重點(diǎn)大學(xué)，近幾年機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展較快，先后獲得了“國(guó)家級(jí)特色專業(yè)”、“機(jī)械工程”一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授予點(diǎn)，機(jī)械學(xué)科一直致力于培養(yǎng)“工程型、創(chuàng)新性、國(guó)際化”的機(jī)械工程領(lǐng)域的專業(yè)工程師。[5，6]

本文基于上述背景，結(jié)合創(chuàng)新人才的基本要求和需求導(dǎo)向，總結(jié)了：①機(jī)械工程領(lǐng)域創(chuàng)新人才應(yīng)具備的主要特征；②虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建及其在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的積極意義；③大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的落實(shí)和推廣。通過(guò)建立合理的實(shí)踐教學(xué)體系，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面不斷取得可喜成績(jī)，逐步探索出以培養(yǎng)機(jī)械工程創(chuàng)新人才為目標(biāo)的高等教育實(shí)踐教學(xué)模式。

1 機(jī)械工程領(lǐng)域創(chuàng)新人才應(yīng)具備的特征

為適應(yīng)國(guó)家、社會(huì)發(fā)展需求，機(jī)械工程學(xué)科應(yīng)培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力、職業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，能適應(yīng)機(jī)械行業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展的專業(yè)技術(shù)人才，機(jī)械工程領(lǐng)域創(chuàng)新人才應(yīng)具備以下特征：

（1）能綜合運(yùn)用工程數(shù)理知識(shí)和機(jī)械工程專業(yè)知識(shí)，提出、分析和解決所在領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題；

（2）能跟蹤機(jī)械工程及其相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，創(chuàng)新性地運(yùn)用現(xiàn)代工具從事相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，具有工程項(xiàng)目的管理能力；

（3）理解并遵守職業(yè)操守，熟知工程規(guī)范，在工程實(shí)踐中，能綜合考慮法律、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等因素的影響；

（4）能開(kāi)展多學(xué)科、跨文化的技術(shù)交流，具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通和表達(dá)能力；

（5）具有國(guó)際視野，在終生學(xué)習(xí)、專業(yè)發(fā)展方面表現(xiàn)出擔(dān)當(dāng)和進(jìn)步。

2 構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

在機(jī)械工程學(xué)科中開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)是全面提高學(xué)生解決機(jī)械復(fù)雜工程問(wèn)題能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要教學(xué)手段，是促進(jìn)學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐能力相結(jié)合的重要橋梁，與理論教學(xué)具有同等重要的地位。[7]我校積極探索實(shí)踐教學(xué)新途徑，通過(guò)搭建校內(nèi)及校外工程實(shí)踐平臺(tái)，不斷豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，逐漸形成了完善的工程實(shí)踐教學(xué)體系。根據(jù)機(jī)械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，將機(jī)械工程類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐四個(gè)層次，其中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)、金工實(shí)習(xí)等，是以完成機(jī)械工程師的基本技能訓(xùn)練為目標(biāo)；專業(yè)實(shí)驗(yàn)包括先進(jìn)制造綜合實(shí)驗(yàn)、機(jī)電一體化綜合實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生可以根據(jù)興趣選擇不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力；綜合實(shí)驗(yàn)通過(guò)組織學(xué)生以團(tuán)隊(duì)或個(gè)體的方式進(jìn)行直接的綜合工程實(shí)踐訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇可根據(jù)專業(yè)要求完成一個(gè)工程實(shí)踐項(xiàng)目，如虛擬制造綜合實(shí)驗(yàn)，機(jī)械工程綜合實(shí)習(xí)等，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意愿，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；第四層次的創(chuàng)新實(shí)踐主要包括工程實(shí)踐項(xiàng)目、科研創(chuàng)新項(xiàng)目和各類大學(xué)生創(chuàng)新競(jìng)賽，指導(dǎo)和支持學(xué)生以各類創(chuàng)新項(xiàng)目為平臺(tái)進(jìn)行自主創(chuàng)新活動(dòng)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提升創(chuàng)新能力。四個(gè)層次循序漸進(jìn)，為機(jī)械工程學(xué)科輸出具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)和良好的實(shí)踐創(chuàng)新能力的優(yōu)質(zhì)人才。

實(shí)踐教學(xué)的順利實(shí)施依托于良好的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的搭建，機(jī)械專業(yè)建立了國(guó)家級(jí)裝備制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，并與多家企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，建立實(shí)踐教學(xué)基地，開(kāi)展企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)踐緊密有機(jī)結(jié)合，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力高素質(zhì)人才為教學(xué)目標(biāo)建立了虛實(shí)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，建成了具有鮮明特色、國(guó)內(nèi)知名的裝備制造實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)基地。

2.1 裝備制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心

傳統(tǒng)的裝備制造實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只能滿足基礎(chǔ)課程知識(shí)的訓(xùn)練，難以跟上技術(shù)和社會(huì)的發(fā)展，特別是對(duì)于重大型、危險(xiǎn)型的高端裝備開(kāi)展實(shí)物實(shí)驗(yàn)難度高、投資大，甚至無(wú)法開(kāi)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，裝備制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)日漸成熟和完善，融合經(jīng)濟(jì)、安全、精確、真實(shí)等眾多優(yōu)點(diǎn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為繼理論研究和實(shí)驗(yàn)研究之后的第三種科學(xué)研究方法，對(duì)社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步和創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到了越來(lái)越重要的作用。

裝備制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心依托各種高科技交互實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開(kāi)展豐富多彩的虛擬技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新課程實(shí)驗(yàn)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展教學(xué)資源，擴(kuò)充實(shí)體實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。使得學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)室或?qū)W校機(jī)房完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)包括裝備制造認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、機(jī)電裝備設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、裝備制造過(guò)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、裝備施工工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、裝備故障診斷與維護(hù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以及裝備產(chǎn)品虛擬展示與服務(wù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等，豐富學(xué)生的專業(yè)知識(shí)并加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)習(xí)預(yù)習(xí)理解，開(kāi)闊視野。全方位、立體化教學(xué)資源能夠成為學(xué)生開(kāi)放式自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的主要天地，為學(xué)生開(kāi)創(chuàng)了豐富的獲取知識(shí)的渠道，拓寬了學(xué)習(xí)的視野，提高了自主解決問(wèn)題的能力。

2.2 校內(nèi)實(shí)驗(yàn)中心及校企合作實(shí)踐教學(xué)基地

結(jié)合機(jī)械工程學(xué)科特色和科研平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，建立了機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心，用于開(kāi)展本科生專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)工作，并提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。建設(shè)有精密磨削技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、機(jī)電測(cè)試與控制實(shí)驗(yàn)室、機(jī)電控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、液壓氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以及上海理工大學(xué)-斯圖加特大學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、上海理工大學(xué)-哈德斯菲爾德聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，配有高精密數(shù)控平面磨床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、機(jī)器人、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心、便攜式工作站、3D立體顯示系統(tǒng)、3D打印設(shè)備、殘余應(yīng)力測(cè)量?jī)x、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光干涉儀、熱流密度儀等高端儀器設(shè)備，支持學(xué)生完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)、電工與電子實(shí)驗(yàn)等，以及本科生金工實(shí)習(xí)以及機(jī)械設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心能夠滿足本科生專業(yè)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)的教學(xué)需要，并為全國(guó)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽等多種實(shí)踐競(jìng)賽提供培訓(xùn)和實(shí)踐基地。依托于機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加深了學(xué)生對(duì)機(jī)械工程學(xué)科的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力和積極性。

機(jī)械工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)所面臨的教學(xué)任務(wù)是：打破與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)的封閉教育體系，針對(duì)專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)的“交叉性”與技術(shù)的“集成性”發(fā)展特點(diǎn)，強(qiáng)化專業(yè)教育的實(shí)踐性和創(chuàng)新性，讓學(xué)生掌握豐富的跨行業(yè)領(lǐng)域、跨學(xué)科專業(yè)、跨不同國(guó)界的知識(shí)、技術(shù)與方法，形成強(qiáng)有力的工作與發(fā)展能力。[8]根據(jù)這一基本教學(xué)原則，機(jī)械專業(yè)在人才培養(yǎng)過(guò)程中應(yīng)該不斷強(qiáng)化與企業(yè)共建、加強(qiáng)科研資源轉(zhuǎn)化，大力發(fā)展校企合作是實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建過(guò)程中保障實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的重要手段。機(jī)械專業(yè)先后與多家相關(guān)企業(yè)建立了良好的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，通過(guò)校內(nèi)專業(yè)教師和企業(yè)導(dǎo)師共同對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生做到理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際的有機(jī)結(jié)合，有效提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

3 實(shí)踐教學(xué)取得的成效

近年來(lái)，以虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系為依托，機(jī)械專業(yè)學(xué)生在科研創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)等方面得到明顯提高，在各類國(guó)家級(jí)、省市級(jí)科技創(chuàng)新比賽中取得了諸多可喜成績(jī)。近三年機(jī)械專業(yè)本科生獲得國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新大賽獎(jiǎng)項(xiàng)25項(xiàng)，省市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新大賽獎(jiǎng)項(xiàng)近百項(xiàng)；獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利21項(xiàng)，實(shí)用新型專利19項(xiàng)。本科生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新課題的研究，培養(yǎng)了機(jī)械工程學(xué)生創(chuàng)新思維的能力，并形成了創(chuàng)新成果反哺實(shí)踐教學(xué)的良性循環(huán)。

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