校企產教融合協(xié)同育人范式探索及教學案例開發(fā)

胡良斌 高麗娟 李必文 唐德文 鄧健

摘? 要 為應對科技革命與產業(yè)變革，加快工程教育改革創(chuàng)新，教育部實施新工科戰(zhàn)略。通過地方搭臺、產業(yè)出題、政產學研用聯(lián)動，在長三角、珠三角、長株潭地區(qū)等經濟發(fā)達地區(qū)成立創(chuàng)新研究院，探索新工科背景下產教融合協(xié)同育人范式；基于產教融合協(xié)同教學方式，開發(fā)齒輪及其工藝裝備精度設計虛擬教學實驗，實現(xiàn)教學的產教協(xié)同，實踐探索人才培養(yǎng)的供給側結構性改革。該校企產教融合虛擬實驗獲全國多媒體課件大賽一等獎。

關鍵詞 新工科；產教融合協(xié)同育人；虛擬實驗

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0062-03

Abstract In order to respond to the scientific and technological revo-lution and industrial reform， and accelerate the reform and innova-tion of engineering education， the Ministry of Education has imple-mented the new engineering strategy. Through setting up local plat-forms， setting up industrial topics， and combining government， indus-try， university， research and application， our school has set up inno-vation research institutes in economically developed areas such as?the Yangtze River Delta， the Pearl River Delta， and Changsha-Zhu-zhou-Xiangtan region to explore the paradigm of collaborative edu-cation through the integration of industry and education under the background of new engineering. The virtual teaching experiment of?precision design of gear and its process equipment is developed to?realize the? industry and education coordination of teaching and prac-tice to explore the supply side structural reform of talent training. The?school and enterprise integration of production and teaching virtual experiment won the first prize in the national multimedia course-ware competition.

Key words new engineering; collaborative education through the integration of industry and education; virtual experiment

0? 引言

在新科技革命和產業(yè)變革的當代，高等教育對國家經濟社會發(fā)展的作用已經從基礎支撐轉變?yōu)橹我I并重，成為可持續(xù)發(fā)展的最大紅利和牽引動力[1]。在2019年國際機械工程教育大會上，教育部高教司吳巖司長指出：應精準把握高等教育“識變、應變、求變”的發(fā)展大勢，全方位、全過程、全要素地以新工科引領高等教育。技術革新與產業(yè)變革使得現(xiàn)代工程實際問題的復雜性往往超越現(xiàn)有的工程解決方法和標準、單一的學科知識領域甚至技術范疇，這就需要我國高等工程教育補足在解決實際問題能力培養(yǎng)方面存在的結構性短板[2-3]，進一步強化多學科融合的科學探索與卓越人才培養(yǎng)。

1? 實施新工科戰(zhàn)略的重大意義

為了應對產業(yè)變革和新一輪科技革命，促進我國由工程教育大國向工程教育強國推進，提出新工科建設計劃，先后形成新工科建設的復旦共識、天大行動和北京指南，探索領跑工程教育的中國范式和中國方案，推進高等教育強國建設[1]。相對于傳統(tǒng)的工科人才，人工智能、云計算、機器人和智能制造等新工科專業(yè)人才，更符合未來新經濟和新興產業(yè)創(chuàng)新能力強、實踐能力強、具備國際競爭力的高素質復合新工科人才需求[4-5]。教育部提出：高校要以新工科理念為先導，凝聚更多共識；以需求為牽引，開展多樣化探索；以項目群為平臺，加強交流合作；以統(tǒng)籌內外資源為途徑，加大項目支持[6]。深化產教融合，推動校企協(xié)同，促進教育鏈—人才鏈—產業(yè)鏈—創(chuàng)新鏈有機融合，對新形勢下提高高等教育人才培養(yǎng)質量、培育經濟發(fā)展新動能和推進經濟轉型升級具有重要意義。各高校針對教育部提出的要求，根據(jù)自身實際情況，提出符合自身發(fā)展的范式與實施方案。

2? 推動校企產教協(xié)同，促進教育鏈—人才鏈—產業(yè)鏈—創(chuàng)新鏈有機融合

校企產教協(xié)同是高校、企業(yè)、學生“三贏”的培養(yǎng)范式[7]。校企產教協(xié)同育人范式思維導圖如圖1所示。作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才有效途徑的校企產教協(xié)同，既能夠為人才培養(yǎng)提供實踐機會和就業(yè)需求信息，又能提供財政資源和政策支持。南華大學以創(chuàng)新研究院為基礎的校企產教協(xié)同育人范式是以社會需求為導向，以實踐能力培養(yǎng)為重點，以校企產教融合為途徑，與經濟社會發(fā)展相適應，具有南華特色的人才培養(yǎng)范式。建立創(chuàng)新研究院，通過產教融合構建協(xié)同育人平臺，完善實踐育人體系，推進產學研協(xié)同創(chuàng)新，創(chuàng)新人才培養(yǎng)范式。以創(chuàng)新研究院為載體，積極探索教育教學綜合改革有效途徑，增強辦學活力；探索產學研合作運行機制，積極拓展校政、校企橫向合作空間，為企業(yè)轉型升級和地方經濟持續(xù)發(fā)展注入動力；探索新工科背景下大學生實踐能力校企產教協(xié)同培養(yǎng)范式，提高高等教育教學質量。南華大學作為湖南省普通高校新工科建設協(xié)作組副主任高校，在深化新工科專業(yè)人才培養(yǎng)，推進工科專業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化改造升級，強化虛擬仿真項目方面推進新工科建設系列新舉措，推動校企產教協(xié)同，促進教育鏈—人才鏈—產業(yè)鏈—創(chuàng)新鏈有機融合。

3? 實踐探索校企產教融合范式及協(xié)同育人教學案例

3.1? “四基地一窗口”校企產教融合范式探索

為了推進新工科建設，面向國家創(chuàng)新驅動發(fā)展需求和“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網+”等重大倡議與戰(zhàn)略時代背景，南華大學立足區(qū)域經濟社會發(fā)展和企業(yè)提質升級需要，以人才培養(yǎng)、科學研究為依托，積極探索校企產教協(xié)同育人范式，在長株潭地區(qū)、長三角、珠三角等創(chuàng)新驅動前沿地區(qū)分別成立長沙創(chuàng)新研究院、長三角研究院諸暨和上虞創(chuàng)新研究院、東莞協(xié)同創(chuàng)新研究院。協(xié)同創(chuàng)新研究院根據(jù)學校學科特色及地方經濟發(fā)展需要，建立先進制造協(xié)同創(chuàng)新中心、高性能材料協(xié)同創(chuàng)新中心、節(jié)能與環(huán)保新材料創(chuàng)新中心等六個創(chuàng)新研究中心，構建產學研結合的創(chuàng)新體系。通過行業(yè)企業(yè)出題、地方政府搭臺，依托高校人才和平臺優(yōu)勢，實現(xiàn)政產學研用聯(lián)動，優(yōu)化和集聚創(chuàng)新要素，吸引和凝聚高層次人才，將創(chuàng)新研究院打造成“四基地一窗口”——科技創(chuàng)新、成果轉化、人才培養(yǎng)、實踐與就業(yè)的重要基地和服務經濟社會發(fā)展的重要窗口。

3.2? 基于校企協(xié)同育人實踐教學資源開發(fā)探索

針對當前大學生工程能力弱化的問題，為學生開展興趣式、自主式工程實踐，提供高質量專業(yè)實踐訓練課程，拉近課程學習與學科發(fā)展前沿、生產實際的距離，讓學生將知識技能學以致用，回歸工程教育本質。同時，高等機械工程教育進入快速和根本性變革時期，亟待破解學生解決實際工程能力弱化的難題，培養(yǎng)出掌握先進制造技術的知識和能力、具備更高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的人才，紓解裝備制造企業(yè)總體設計人才和后備技術骨干匱乏的壓力。打開學科邊界、知識邊界和課堂邊界，以“接近真實世界”為機械工程實踐教學理念，構建產教研融合驅動的進階式項目化教學體系，實現(xiàn)既定的培養(yǎng)目標，進行產教研融合驅動的課程體系創(chuàng)新，建立面向卓越機械工程人才的產教協(xié)同教學案例是這一行動的具體體現(xiàn)[8-10]。

為深入推進新工科建設，打造南華新工科，南華大學提出“六新六進”新工科研究與實踐思路，即新理念、新專業(yè)、新課程、新教材等“六新”和進課堂、進基地、進培養(yǎng)方案、進培養(yǎng)目標等“六進”思路。為了落實新理念進課堂，新課程資源源于校企合作基地的“六新六進”研究實踐路線，基于產教研融合協(xié)同教學方式，在“機械精度設計與檢測”虛實協(xié)同實驗及工程能力拓展系統(tǒng)中，開發(fā)齒輪及其工藝裝備精度設計虛擬教學實驗。該虛擬教學實驗以企業(yè)工程應用項目、科研項目實驗為基礎，以“齒輪及其工藝裝備精度設計”為研究對象，利用MATLAB等工程軟件，進行專業(yè)標準設計計算、工程設計訓練，通過工程項目和科研項目教學資源化，協(xié)同理論教育與工程實踐教育，開發(fā)適應課程教學需要、實現(xiàn)實踐教學內容的產教協(xié)同模式，著力提高學生的綜合工程實踐能力，培養(yǎng)滿足現(xiàn)代智能裝備制造業(yè)需要的綜合應用型人才。本虛擬實驗包括新國標齒輪精度設計、齒輪刀具精度設計（包括常規(guī)、特殊工況和動態(tài)設計）、齒輪夾具精度設計和齒輪精度檢測方法與裝備四大遞進任務。

1）新國標齒輪精度設計——齒輪新國標精度設計系統(tǒng)。為了更好地貫徹齒輪新的國家標準，開發(fā)齒輪新國標精度設計CAD系統(tǒng)，讓教學內容能根據(jù)國家標準動態(tài)進行調整與更新。

2）齒輪刀具精度設計包括常規(guī)設計、動態(tài)設計、面向特殊工況的動態(tài)設計和高精度刀具加工與制造四個任務。針對教學案例數(shù)量欠缺且單一，并且大部分教學案例存在科學性及工程性痕跡太重，教學性不足，教學效果無法得到保證等問題，以工程應用項目和科研項目為基礎，本著項目案例教學化的目標，研制包括齒輪滾刀精度設計CAD系統(tǒng)（常規(guī)）、修形滾刀精度設計CAD系統(tǒng)（動態(tài)設計）、齒輪梳齒刀修形設計CAD系統(tǒng)（面向特殊工況的動態(tài)設計）。特別是將基于使用工況條件的動態(tài)設計理論修形齒輪刀具設計（齒輪齒向修形和齒廓修形）等現(xiàn)代設計理念與方法納入實踐教學。

3）齒輪夾具精度設計包括斜齒齒輪梳齒刀誤差預測系統(tǒng)（高精度刀具加工與制造）。創(chuàng)新設計齒輪梳齒刀的高精度加工夾具系統(tǒng)及其誤差預測方法，通過理論仿真計算指導實踐生產，培養(yǎng)學生運用計算仿真等手段解決工程實際問題的能力，虛擬實驗如圖2所示。

4）齒輪精度檢測方法與測量儀器較多，而課堂學習中感性認識較少，實驗課程檢測誤差處理與分析繁雜，為解決這些問題，開發(fā)齒輪形位精度檢測仿真CAD系統(tǒng)，包括齒輪精度檢測方法與裝備的倒錐齒量球法檢測虛擬仿真系統(tǒng)（如圖3所示）、齒輪公法線精度測量、齒輪齒圈徑向跳動測量、齒距精度測量等任務。特別是針對倒錐齒難測量的問題，剖析量球法的原理及方法。將齒輪及其工藝裝備精度設計的創(chuàng)新性虛擬實驗納入實踐實驗教學中，讓實踐教學案例更好地接近真實現(xiàn)場，更好服務于企業(yè)工程實際需求。

本團隊開發(fā)的“齒輪及其工藝裝備精度設計虛擬仿真平臺”以MATLAB軟件程序開發(fā)為工具手段，融合大學計算機、機械精度設計與檢測、CAD/CAM、機械優(yōu)化設計、數(shù)值分析等課程知識，以校企產教協(xié)同育人為導向，以企業(yè)工程實踐與學校科研項目為素材，自主開發(fā)產教研教學實踐平臺，旨在將企業(yè)工程項目和科研項目案例教學化，拓展實踐教學資源，增強教學內容的工程性與實用性，拉近學生與工程現(xiàn)場、工作情境及現(xiàn)代技術發(fā)展的距離，激發(fā)學生興趣，提升學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力培養(yǎng)。該校企產教融合虛擬實驗資源獲全國多媒體課件大賽一等獎。

4? 結束語

在新工科實施背景下，以創(chuàng)新研究院為依托，以培養(yǎng)高級應用型人才為出發(fā)點，構建一個以實踐能力培養(yǎng)為重點、以校企產教融合為途徑、與經濟社會發(fā)展相適應、具有南華特色的校企產教協(xié)同培養(yǎng)范式。基于產教融合協(xié)同教學方式，開發(fā)齒輪及其工藝裝備精度設計虛擬教學實驗，實現(xiàn)實踐教學內容的產教協(xié)同，提升大學生綜合工程實踐能力，滿足現(xiàn)代先進裝備制造業(yè)的人才培養(yǎng)需要，促進高校的人才培養(yǎng)供給側和行業(yè)企業(yè)的產業(yè)需求側結構要素深度融合，推動高校人才培養(yǎng)的供給側結構性改革。

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