“新工科”背景下智能制造專業群創新創業平臺建設與實踐*

高清冉，秦國防

（濟源職業技術學院機電工程系，河南 濟源 459000）

隨著國內外競爭日益激烈，新一輪的技術革命和產業革命已經成為國家綜合實力的核心。新技術新產業需要與之相匹配的工程教育支撐，于是“新工科”應運而生[1]。“新工科”相對于傳統的工科，更注重培養實踐能力強、創新能力強、國際競爭力強的高素質復合型“新工科”人才，強調學科之間的交叉融合、優勢互補；更注重培養新一代信息技術產業人才，特別是信息通信、電子控制、軟件設計等新技術與傳統工業技術的緊密結合，實現機械的數字化、網絡化、智能化[2]，這也正是智能制造的靈魂。

“新工科”建設離不開創新創業。濟源職業技術學院在構建智能制造專業群創新創業平臺過程中，把專業工程訓練中心、大師工作室、專項實訓室、綜合創新室等硬件平臺和教師創新團隊建設、學生科技社團建設、人才培養方案創新、課程體系重構、課程改革等軟件平臺建設相結合，整合優化為集教學、生產、創新、研發于一體的高集成平臺。在平臺上，課題、賽項、項目等任務無界交叉融合，打破專業和學科的框架，能夠高效解決實際工程難題。課題組以該院近幾年智能制造專業群創新創業平臺建設為例，同時結合該院與鄭州輕工業大學聯辦應用型本科專業——機械設計制造及其自動化專業的建設成效，闡述傳統工科專業在“新工科”理念下的成長蛻變。

1 創新創業軟平臺建設

軟平臺主要解決人的問題、方向的問題和內涵的問題。

1.1 制定多學科交叉多出口的機械類人才培養方案

機械大類包羅萬象，門類繁多，為了使學生高質量寬口徑就業，修訂后的人才培養方案既重視通識教育，又根據個體興趣差異，打造個性化的人才培養方向，分為設計、制造、自動化機器人三個方向，如圖1所示，同時注重自主發展與學科的交叉融合。根據智能制造對人才培養的需求，不間斷更新課程設置，提升課程內容的綜合度和挑戰性，培養學生設計創新能力。

圖1 面向智能制造的機械類課程體系

1.2 重構專業基礎，夯實工程地基

“新工科”建設要求專業從學科導向轉向產業需求導向，新理念、新結構要求原有的課程體系和課程內容必須重構。傳統的基礎學科是高等工程教育的一級地基[3]，而數學、物理、工程力學、機械原理、機械設計是機械工程的地基，專業的大廈越高，地基越要挖深夯實。在機電專業理論和高階的實踐應用中，扎實的基本功始終是解決工程問題的必要條件。伴隨著專業精細化，不同專業方向的人才培養方案對應基礎學科和專業基礎學科的側重點不同。只有做到熟悉專業培養目標和專業課程的地位、專業課程目標任務和重點難點，才能對基礎學科和專業基礎學科做到精選和精簡[4]。精選是選擇支撐專業課的基礎學科和專業基礎學科科目，精簡是對所選課程的內容優化組合、推陳出新。總之，要使基礎課程“專而精”，必須做到有的放矢，從課程科目到課程內容都必須經過嚴格篩選，切不可胡子眉毛一把抓。

課程重構除了精選精簡外，還必須轉變以培養工作技能為目標的教學方式。要加強結構概念教學，告訴學生本課程本知識點在專業中的地位和作用，以及在后續課程中和工程實際中的應用，減少單純細節講練，從而減少課時。

1.3 占好課堂主陣地

學生為主體，教師為主導。學生的專業能力是職業成長的基石，提高學生的專業能力，離不開“學生為主體、教師為主導”的教學原則。教學過程中教師的“教”只是手段，學生“學”才是目的。學生為主體的學習模式下，教師的角色不再是傳遞知識的權威，而是學生構建知識、提升能力的幫助者和促進者。實現這一原則的方式也由傳統的“講授+板書”演化為“講授+多媒體”，使原來復雜的工程圖能夠呈現在大屏幕上，便于教師講清楚其形狀結構和裝配連接關系；復雜的原理和工作過程，都可以以動畫和視頻的形式展示。這些手段在專業方面高效拓寬了學生的視野，提升專業學習的高度和深度，但同時也帶來了新的問題。例如，教師過分依賴多媒體手段，把“PPT”變成了“騙騙他”，照本宣科，忽略了學生的接受能力，特別是數學、力學、物理、制圖、機械原理和電工學等基礎課程，教師的講授必須伴隨有板書和必要的推演過程，才能啟發學生思考。這個過程，教師不僅傳授學生知識，還要培養學生的邏輯思維能力。

為了提高工程教育質量，要采取多維度的課堂教學，包括線下、線上、講座、座談、討論、演講、展示、實驗、制作、調試、社會調查、成果報告等形式。線下重點是講授、推演、協作、互動；線上主要是對線下內容的拓展和強化，通過具體的練習和訓練，鍛煉學生提出問題和解決問題的能力，喚醒并強化工程意識，提升工程素養。同時，還可以依托大學生慕課平臺，彌補課時的不足，把一些“碎片化”“顆粒化”的內容放在線上學習。

1.4 打造質量過硬的師資隊伍

成立智能制造教師創新團隊，推進產教融合，這不僅要求教師具備扎實全面的理論知識，還要求教師具有一定工程實踐經驗和創新能力。教師創新團隊以實踐經驗多、創新能力強的工程師為核心，以團隊青年教師為突擊手，以團隊中年教師為骨干，以外聘專家教授技術能手為總顧問總指導，共同攻克企業工程項目或教研科研課題，開展科技競賽，指導創新創業大賽。建設一支結構合理、善于創新的師資隊伍是教學的重中之重，一所學校、一個專業群的教風是歷代教師長期共同努力的結果。老中年教師教學經驗豐富、教風嚴謹，能夠熟練駕馭傳統課程；新青年教師知識新、思維活躍、富于創新，對于新技術接受能力強。因此，打造一支老中青結合、優勢互補、協作創新的人才梯隊也是創新創業教育成功的關鍵。

2 創新創業硬平臺建設

2.1 加強創新創業實踐教學平臺建設[5]

創新創業實踐環節是智能制造人才培養的重要途徑。工程理論知識的學習積累和動手能力、創新能力在實踐平臺上融合會帶來事半功倍的效果。濟源職業技術學院智能制造專業群以機電一體化技術、電氣自動化技術、機器人技術、精密制造技術、無人機技術和應用型本科專業機械設計制造及其自動化組成智能制造專業群，緊跟新產業新技術發展，新建或擴建了多個新型實驗實訓室。如機器人實訓室、自動化生產線安裝與調試實訓室、現代電氣控制系統安裝與調試實訓室、三維建模實訓室、電子產品安裝與調試實訓室、控制工程綜合技術實訓室、逆向設計實訓室、數控理實一體化實訓室、3D打印實訓室、維修電工實訓室、PLC技術實訓室與PLC技術綜合應用實訓室、焊接工業機器人實訓室、智能充電樁實訓室等。為服務區域智能制造升級，探索搭建“前訓后創、協同創新”的實踐平臺。擴大了專業實驗實訓室的功能，將實驗實訓室規劃為兩個功能區，一個區域供專業課理實一體化教學用，一個區域開展專業課相關的綜合創新創業活動。平臺通過服務企業的具體項目、課題來提高師生的動手能力、協作能力、創新能力，以滿足新產業需求、解決企業技術難題為導向，開展師師、師生、生生間的技術競賽，變被動學習為主動學習，既培養了學生的工程素養和工程意識，又為地方企業提供了技術支持。例如，服務濟源遠大實業有限公司的智能充電樁項目，地點就在智能充電樁實訓室，教師團隊和師生團隊全部應用stm32，不僅幫企業解決了實際問題，還使單片機課程由原來的單片機51升級為stm32，課程的難度和實用性增加，為企業的全面升級培養實用型技術人才。

2.2 以創新設計為中心

專業群的每一個方向，平臺都設有不同層級的項目。由良構問題到劣構問題，逐漸加大工程難度，把創新設計嵌入教學的任一環節。以薯條加工機設計為例，如圖2所示，采用常規的設計方法，需要設計三個裝置，依次是清洗、削皮、切片切條裝置，每個裝置都需要設計方案，機構簡圖繪制，然后繪制裝配圖和零件圖，按照零件圖制定加工工藝，加工出相應零件并按照裝配圖裝配，調試，完成薯條加工機設計；采用現代設計方法，需要借助計算機輔助設計，對零件三維造型，裝配，虛擬仿真，優化設計。根據零件CAD模型生成NC代碼，聯接數控機床，加工出零件并裝配調試，完成薯條加工機設計；采用創新設計方法，同樣需要設計制造出清洗裝置，然后設計一臺薯條成型機：完成粉碎、制漿、沉淀、壓條四個步驟。清洗機和成型機都可以采用計算機輔助設計制造（CAD/CAM）。

圖2 薯條加工機的設計

2.3 搭建虛實互通的智能設計制造一體化平臺

在“新工科”背景下，更加注重機、電、液、氣的融合交叉，注重工程軟件的使用和數字模型虛擬仿真，加快制造業數字化、網絡化、智能化的發展速度。該院機電專業早在2014年就建立“機械虛擬仿真實訓室”，并獲得國家教學成果二等獎。在原有虛擬仿真實訓室的基礎之上繼續升級，提高應用工程軟件進行設計分析評估的能力。例如，在機械工程實踐訓練項目中選取沖壓機和干粉壓片機為設計對象，進行功能分析、工藝動作分解、工作原理設計后，完成方案設計；用Solidworks對設計機構進行結構設計；用ADAMS進行運動學和動力學仿真；用ANSYS對模型結構進行強度、剛度、模態分析，得到應力和位移云圖，驗證設計的合理性和可靠性。在液壓與氣動實訓室操作臺上，應用Fluidsim仿真軟件，實現了液壓、氣動的電氣控制、PLC控制的回路設計和仿真，大大提高了設計效率和可靠性[6]。通過系列工程軟件的綜合應用，幫助學生鞏固強化專業知識，提升對機構機器進行分析評價創新等高階思維能力。強化機電一體，高度融合機械、電子、計算機技術，學生通過機電一體化設計訓練項目，能夠更好地對接企業智能制造的升級改造，為高質量就業贏得籌碼。

3 創新創業平臺建設成效

探索了“專創融合，協同創新”的人才培養新模式。“新工科”背景下，專業之間、學科之間的交叉融合是推動工程教育改革創新的主要動力。在這種趨勢下，該院智能制造專業群積極探索人才培養新模式，結合地方經濟特色和自身辦學條件，修訂了人才培養方案，不盲目追風，實事求是分析學科交叉后的利弊，對部分學科進行了合理的兼并融合創新。

全面實現了“崗證賽課，理實一體”的課堂教學新模式。課程定位區域經濟建設需要，為地方經濟發展服務。主動適應地方新產業新技術新平臺，及時更新課程教學內容。通過調研傳統崗位或新增崗位的技術需求，指導學生考取相應的職業資格證書，積極學習并推行“1+X”項目，培養學生應用專業知識解決實際工程問題的能力；通過師生參加知識競賽技能大賽創新大賽，提升師生專業能力和綜合技術能力，促進教學改革。

實踐了混合所有制“校中廠”生產運營與實訓管理的新機制。準源公司是該院引進的一所“校中廠”企業，能夠承擔一定的實踐教學任務，滿足部分認識實習環節需要、滿足數控和特種加工等環節的工學結合訓練以及頂崗實習，師生在教學中根據課程內容需要能隨時到現場參與工藝制定和機床操作；企業同時還承擔著項目管理開發、設備更新維護等任務。這種校企貫通、優勢互補、資源共享的新機制，實現了校企雙贏。

探索了一條地方高職院校服務區域經濟建設發展的新路子。學院與企業進行技術合作，學院根據合作企業的技術需求，積極組織團隊研討、制定方案、進行技術攻關，幫助企業攻克技術難關，同時對車間一線工人進行技術培訓。例如，對濟源市超光傳感器系統工程有限公司進行技術服務、為濟源金利集團組建訂單班、和濟源遠大有限公司一起開發新項目等。不僅促進了地方經濟的發展，同時提升教師的教研科研能力，還給學生就業提供了幫助。

總之，與傳統工科相比，“新工科”更強調學科的實用性、交叉性與綜合性。濟源職業技術學院智能制造專業群以新興產業需求為導向進行“新工科”建設，以高質量就業為目標，面向中原地區智能制造擴張和升級需求，從人才培養方案修訂、課程建設、教師團隊建設、實驗實訓平臺建設、虛實一體化平臺建設等全方位進行了一系列創新。建立了更有利于實踐創新、虛實結合的綜合性創新平臺，積極開展集機電設計、仿真分析評估、控制驅動為一體的綜合性項目訓練，使學生在校期間得到良好的工程實踐鍛煉，為學生在將來的工作崗位上有所作為打下堅實的基礎。