智能制造背景下機械類研究生工程軟件應用能力培養*

曾云 李寧 黃天成

長江大學機械工程學院 湖北荊州 434020

0 引言

在新工科及智能制造需求不斷提升的背景下，我國高等工程教育改革發展已經站在了新的歷史起點上，正面臨著改革中的新機遇與新挑戰。為適應新發展的需求，對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用，企業對高校培養的研究生在人才綜合能力上已經提出了更多的要求。隨著我國制造業的轉型升級速度加快，我國制造業正在由傳統制造（TM）向智能制造（IM）轉型，在“雙碳”目標下，復合型工程人才是制造業轉型升級的關鍵[1-2]。

隨著人工智能、互聯網+、大數據、智能制造的興起，全球各行各業的發展進入了一個信息化、數字化的時代，傳統對研究生能力的培養方式在工程案例軟件分析應用上還存在不足。為進一步適應時代的發展，面向新工科人才培養的需求，加強實踐應用能力的提升，筆者所在高校專業型碩士研究生的培養還需在三個方面進行改進。第一，智能制造企業發展轉型過程中，各類設備結構復雜，且通過理論學習想要徹底弄清楚較難，在實際學習過程中，研一學生在沒有進行現場實踐之前對制造業的理解僅僅只是一些抽象性的概念，缺乏更加豐富的課堂演示或計算機仿真模擬以加深學生對機械設備的理解，因此需要進行改進。第二，智能制造企業對人才的專業知識水平需求逐漸提升，多學科交叉融合，機械類研究生需要加強計算機、電氣控制和機械自動化等多個課程的學習，以此提升綜合知識能力，僅僅通過理論學習還遠遠不足，需要輔以相關軟件加深印象。第三，智能制造企業轉型過程中，需要解決產品數字化、智能化設計、人機交互以及數據互通方面的問題，計算機軟件應用成了智能制造發展的基礎支撐，這些軟件包括ANSYS、ABAQUS、Matlab、Tecplot、Solidworks等，如何熟練應用這些軟件對工程中的實例進行分析是研究生必須掌握的一項能力。

綜上所述，智能制造背景下企業對人才結合工程實際應用的綜合能力需求越來越高，而計算機軟件應用能力的培養是關鍵[2]，本文以地方高校在校專業型研究生為對象，以提升研究生工程軟件分析應用能力為目標，探討機械類專業型研究生工程軟件應用能力提升的培養體系，為其他工科專業研究生工程軟件應用能力培養提供借鑒。

1 機械類專業型研究生軟件應用能力培養方面的困惑

新工科智能制造背景下的研究生培養要求已經與傳統制造行業對人才的需求大不相同[3-4]，隨著時代的發展，對工程領域專業型碩士研究生的培養在理論知識、實踐經驗和軟件應用能力等都有了更高的要求。因此，從培養要求的提升來看，當前筆者所在高校在工程背景專業型碩士的培養上存在以下幾個方面的不平衡。

1.1 理論教學與實踐應用不平衡

學校專業型碩士研究生的培養方案是第一學期理論教學，第二學期進入企業實習。然而，在近幾年與企業的溝通中發現，智能制造發展背景下，企業面臨轉型升級要求，對新型綜合型人才需求較高。研究生進入企業實習，不僅是自身實踐能力提升的機會，也是參與校企產學研合作的重要部分，企業對研究生軟件應用能力、理論結合實際分析能力的要求也逐漸提高。學校專業型碩士研究生的專業課程中，多數課程的理論教學占據了絕大部分課時，幾乎沒有實踐教學的指導，更多只是對書本知識的講解，對于研究生綜合能力的提升效果不顯著。以工程軟件分析應用課程為例，在本專業型碩士研究生課程教學過程中，理論教學的講解以軟件概念知識、數值計算基本公式、軟件基本操作等為主，而對于工程案例分析、軟件二次開發探索、未來制造發展等講解較少。最后造成專業型研究生在經過了理論學習后，尤其是本科階段對石油背景了解較少的學生，在研二階段進入實踐學習時難以快速地融入企業，無法完成培養目標。因此，理論教學中如何將專業特色背景、行業發展方向、實際工程案例分析融入課堂中是一個難點。

1.2 軟件應用能力培養在專業發展需求與學生實際之間存在不均衡

理論教學是為后續的實踐能力培養奠定基礎，學校機械專業碩士研究生主要對口石油領域的各大企業進行實踐能力鍛煉培養。一方面，學校的工程軟件分析應用課程主要針對的是一些基本工程案例的講解，所采用的教材和案例是大眾工科院校研究生培養的基本課程教材，關于石油機械領域的工程案例較少，在軟件應用能力培養與專業發展及專業背景上沒有緊密結合，存在一定的不平衡。另一方面，學校的教師科研項目、學科大賽等因素原本可以很好地提升研究生的軟件應用能力，但由于本科基礎不同、本科專業背景不同、學科大賽的參與度不同，也造成了學生在工程分析軟件應用能力上的不同。而且學院導師隊伍中的研究方向各不相同，學生在軟件應用上能力的發展也逐漸形成差距，最后導致軟件應用能力的培養和專業發展不平衡。

1.3 軟件應用能力培養體系不完善

智能制造背景下，學校機械類專業型碩士研究生軟件應用能力培養所需要的軟件種類繁多，其中包括：仿真類（ANSYS-workbench、ABAQUS、COMSOL等），編程類（MATLAB、C++等），畫圖類（AUTOCAD、SOLIDWORKS），電子類（PROTEUS、Altium Designer等），前處理軟件，后處理軟件。由于軟件種類過多，未能有針對性開設課程進行授課教學，最終種類繁多的軟件導致學生在學習的過程中出現學而不精的現象，往往造成大眾化的軟件能學會基本操作，但每個軟件都只是了解皮毛，難以將研究課題與多個軟件結合起來活學活用，進而影響到學生創新能力的培養[5]。最后因為沒有一套軟件應用能力提升的培養體系，使得機械類專業型研究生在三年的學業中，針對各類軟件學習沒有明確的目標，大多數人的軟件應用能力無法得到系統的培養，形成了固定思維，缺乏創造力。

基于智能制造發展背景，從筆者所在高校的研究生課程體系設置來看，工程分析所要用到的軟件沒有形成一套完整的體系，而只是作為部分專業課程的附帶學時，也未做硬性考核要求，學生只是初步了解，并未進行深入的學習和分析，就更談不上在智能制造背景下結合工程案例進行分析應用了。因此，需要對學校機械類研究生軟件應用能力培養體系進一步改進和完善。

2 機械類研究生軟件應用能力改進措施

智能制造背景下，為進一步探索筆者所在高校機械類碩士軟件應用能力的培養體系及改進措施，進行了以下幾個方面的思考和改進。

2.1 教學團隊優化

學校機械類研究生專業課程授課安排主要為一師一課，由于師資力量及師資分配的原因，每門課程的講授從理論教學到實踐教學都幾乎由一名教師全程負責。而在智能制造迅速發展的背景下，部分年長教師對新時代科學技術的跟進不充分，導致研究生在學習過程中沒有對當下智能制造技術發展有足夠的理解，就更談不上使用軟件對工程問題進行深入分析。因此，為了改進這一現象，學校機械類研究生工程分析軟件應用課程采用多教師團隊授課的方式來進行改進，針對不同類型的工程問題進行分門別類，每類問題安排一名專業性較強的教師進行授課，并邀請企業具有博士學位的高級工程師加入教學團隊參與部分學時的授課。

2.2 人才培養體系完善

智能制造背景下，機械學科的發展已與往時不可同日而語，對人才綜合能力需求已經有了很大的提升，針對學校研究生軟件應用能力不足的問題，以工程軟件分析應用課程為主導，以學校油氣特色的工程實際案例為背景，由淺入深地對工程案例進行分析講解，循序漸進地引導學生將軟件分析和工程案例結合起來，具體見圖1。在研究生的后續課程設置中以軟件體系為主要框架，將研究生的軟件能力培養融入課程體系之中。

圖1 機械類研究生軟件應用能力培養體系

2.3 人才培養模式改進

機械類研究生軟件應用能力的培養對專業背景知識的了解程度需求較高，學校機械類專業的特色是面向油氣領域鉆采設備，每年入學的研究生中有接近一半的生源在本科期間并未接觸油氣領域鉆采設備，因此，需要在課程的講授以及軟件應用能力培養中融入專業背景。

以工程軟件分析應用課程為例，本課程主要以靜力學分析和流體力學分析為重點進行講授，為了既講授軟件應用的知識，同時也能結合專業背景，學校在授課過程中進行了一定的改進，專任教師和企業高級工程師除第一次授課之外，在下一次授課之前會布置相應的工程案例讓學生提前了解，且每一個工程案例都會結合研究生所在導師團隊的科研項目，最后形成一個新的培養模式，見圖2。通過這樣的培養過程改進，學校研究生最近兩屆的生源在研二進入企業實習得到了企業導師的一致好評。

圖2 機械專業研究生軟件應用能力培養過程改進思路

2.4 考核評價體系改革

學校機械類專業研究生軟件應用能力的考查或考核在往年的課程中，僅僅是完成一份大作業，這對學生的實際軟件應用能力評價過于片面，無法從多方面、多角度來評價一名學生對知識的掌握程度和熟練運用程度。在課程考核評價體系改革后，采取過程性評價、實踐性評價和綜合性評價等考核來對研究生軟件應用能力的掌握程度進行打分，具體如圖3所示。在采用了改革后的評價體系之后，學校最近的機械類專業研究生在軟件應用能力上有明顯的提升，以科研成果發表為例，20級和21級研究生在論文的發表上相比之前的年級提升了45%。

圖3 機械專業研究生軟件應用能力評價體系

3 結束語

智能制造時代的發展引領著世界的快速發展，加強專業型研究生軟件應用能力能有效促進研究生綜合能力的培養，學校專業型研究生通過工程軟件分析應用課程，強化了通過理論與工程案例相結合的思路講授知識，增加了課堂案例講授的實踐環節，并通過基礎案例、工程案例、導師項目循序漸進提升專業型研究生的軟件應用能力。這些教學改進措施提升了學生對軟件學習的興趣，完善了產學研結合的培養思路，切實提升了學生的專業知識水平和實踐能力，促進了專業型研究生綜合素質能力的提高，滿足了智能制造背景下研究生提前適應行業需求并能較好地融入企業生產的所需。