機械制造工程創新人才培養探索與實踐

摘 要：為培養適應新形勢下的機械制造工程創新人才，加速推動我國由機械制造大國向制造強國的轉變步伐，該文提出“三融合四貫通”的育人新理念，構建機械制造“產、教、研”三元融合綜合培養平臺，創建“以理筑基、以實強技、以賽促創、以政鑄魂”四年貫通培養本科生機械制造綜合能力的新模式。采用上述方式建成高水平的機械制造工程綜合育人平臺，顯著提升大學生的機械制造工程創新能力和綜合素質。該文研究對于培養機械制造工程創新人才具有重要的指導意義。

關鍵詞：機械制造；創新能力；綜合素質；培養模式；三元融合；四年貫通

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）31-0081-05

Abstract： In order to train innovative talents of mechanical manufacturing engineering to adapt to the new situation and accelerate the transformation of China from a large country of mechanical manufacturing to a powerful country of manufacturing， this paper puts forward the new concept of "three integration and four penetration" of education. And the study constructs a three-way integrated training platform of "production， teaching and research" of machinery manufacturing， and creates a new model of "building a foundation by reason， strengthening skills by practice， promoting innovation by competition， and casting souls by politics" for four years of continuous training of undergraduate mechanical manufacturing comprehensive ability. As a result， a high-level mechanical manufacturing engineering comprehensive education platform is built， and the innovation ability and comprehensive quality of college students in mechanical manufacturing engineering are significantly improved. This research has an important guiding for training innovative talents in mechanical manufacturing engineering.

Keywords： mechanical manufacturing; innovation ability; comprehensive quality; training mode; ternary fusion; quadrennial penetration

近年來，我國機械工業發展迅猛，已成為世界第一制造大國，但不是強國，許多高端機械裝備依賴于進口，嚴重制約了我國經濟的發展[1-2]。解決上述問題的關鍵在創新，創新的關鍵在人才。習近平總書記指出，“創新驅動實質是人才驅動”“人才是創新的第一資源”。培養高質量機械制造類創新人才是推動我國由機械制造大國向機械制造強國轉變的重要途徑[3-5]。近年來，我國機械類工程創新人才的培養質量雖有較大的提升，但仍較西方發達國家有較大差距，主要體現在我國機械類大學生普遍存在重機械設計、輕機械制造，重理論、輕實踐，重模仿、輕創新等問題，這使得本科生的機械制造工程實踐創新和解決復雜機械工程問題等能力不足。

為了全面提高人才培養質量，我國從2017年開始啟動了新工科建設，“復旦共識”拉開了我國新工科建設與研究的篇章，“天大行動”明確了我國新工科建設和發展的總目標和各階段的分目標，“北京指南”則進一步確定了我國新工科研究與實踐的方向。此外，教育部從2019年開始啟動了“雙萬計劃”“六卓越一拔尖”計劃等一系列提升專業建設和課程建設的規劃，以培養適應新時代發展的高素質科技創新人才。為了進一步提升機械制造工程創新人才培養質量，近年來很多專家學者在機械類實訓基地、人才培養模式、師資隊伍、校企合作等方面開展了相關研究。吳瑞芳等[6]為了完善機械制造類人才培養模式，剖析了目前機械制造人才的培養模式，從培養高素質教師隊伍、搭建產教協同育人平臺、豐富教育教學方法、規范課程考核體系等方面提出了走產教融合校企合作的發展路徑。安娜[7]分析了傳統機械制造人才培養模式存在教育觀念落后、教學手段保守、校園與企業之間的融合不足、教學內容陳舊等問題，提出了創建“開放型、組合式、模塊化”的課程系統、創設完善系統的人才培養體系、校企深度融合合作共同發展、完善教學資源、建立健全的教學質量評價系統等有效措施，對于提升機械制造人才培養質量有重要參考價值。閆實等[8]提出了通過和企業共建校內生產性實訓基地、創新人才培養模式、共建共享教學資源、打造跨界融合師資隊伍，形成共生發展校企命運共同體。楊濤等[9]從校企合作人才培養模式的內涵分析，探討了目前校企合作模式中存在的教育資源不足、學校和企業的積極性不高等問題，提出了建立健全校企合作的外部保障機制以及加強校企合作的內涵發展等建議。徐支鳳等[10]針對學生在機械制造工程實踐中存在的實踐創新能力培養碎片化、師資結構不合理、學生的學習意愿及動力不足等問題，提出了與機械制造企業共同制訂教學計劃、充分利用社會資源搭建機械制造學習平臺等方法，以提高機械制造人才的培養質量。姚芳芳[11]針對我國機械制造人才培養中存在的對機械制造人才重視程度不夠、企業對高端機械制造技術的認識不夠等問題，在建立教學體系、強化教師隊伍、完善教學考評機制等方面提出了相關建議。上述研究大都是針對機械制造應用型人才培養而進行的改革，對于高素質的機械制造研究型人才培養方面的研究較少。

中國石油大學（華東）（以下簡稱“我校”）是一所以工為主的國家“雙一流”建設大學，機械設計制造及其自動化專業為我校傳統主干專業，前身是1953年建校時創建的石油礦場機械專業，現為國家級一流專業、國家級特色專業、教育部卓越工程師計劃專業和教育部綜合改革試點專業，已通過教育部工程教育專業認證。該專業面向國家發展戰略、社會經濟發展需要和行業發展趨勢，堅持“博學、務實、創新、創業”的人才培養質量觀，培養能獨立從事機械工程的創新設計、研究開發和技術管理的高素質專業技術人才和石油機械行業的未來引領者。該專業歷經70多年的發展培養了以中國工程院院士張來斌為代表的6 000多名畢業生。為了適應新形勢下機械制造創新人才的培養需求，本文從機械制造工程人才培養理念、高水平育人平臺構建、機械制造工程創新能力培養模式等方面開展研究，構建了全方位一體化的機械制造工程創新人才培養模式。

一 “三融合四貫通”培養機械制造工程創新人才的探索

（一） “三融合四貫通”育人理念的內涵

立足于制造強國對機械制造工程創新人才的培養要求，以高素質機械制造工程創新人才為培養目標，提出了“三融合四貫通”育人理念，如圖1所示。以“請進來、走出去”方式，擴展校企合作的廣度和深度，強化機械制造教學、機械制造企業、機械制造領域科學研究的深度融合，建設多層次產教研合作機制，打通企業參與人才培養通道。創建機械制造“四位一體”教學團隊，開發機械制造校企合作優質課程，構建機械制造工程創新實踐平臺。基于OBE理念，將“制造理論傳授、制造實踐培養、制造創新鍛煉、制造思政教育”貫通于學生培養全過程，通過工程訓練、科技競賽、論文撰寫、專利申請等能力的迭加訓練，實現機械設計與制造并重、理論與實踐一體，四年不斷線培養本科生機械制造工程創新能力和綜合素質。

（二） “三元”融合構建本科生機械制造綜合培養平臺的方法

基于“共建·共享·共贏”理念，突破高校和企業間的屏障，互通師資、課程等教育要素，“產、教、研”三元融合構建本科生機械制造綜合培養平臺，如圖2所示。這三類平臺相互協同融合，構建了以機械制造工程創新能力培養為核心、具有鮮明石油特色的機械制造工程實踐教學體系，研發系列化高科技石油機械教學資源，為大學生機械制造工程創新立體化教育提供保障。

1 構建由專業教師、企業專家、實驗人員、研究生共同組成的機械制造“四位一體”教學團隊

專業教師在課堂進行機械制造理論與前沿講解，實驗人員在實驗室進行試驗指導，研究生在課后進行作業輔導，企業專家深度參與人才培養，包括進課堂開展基于實際工程案例的研究性教學、在企業指導基于實際工程環境的實習實訓以及基于實際復雜工程問題的畢業設計等。教學團隊經常就課程內容、技術升級、產品開發、成果轉化等開展教學研討、學術會議交流、課題研究等合作，不斷提高教學團隊的教學科研水平。采用該方法建成了山東省教學團隊、山東省青春擔當好團隊、青島市科技創新團隊、學校三進團隊等10余個優秀教學團隊，教學團隊獲各類榮譽50余項。學生參加各類創新創業項目積極性顯著提高，參與度超過85%，較大提高了學生的實踐能力和制造工程創新能力。

2 “產、教、研”融合共建機械制造優質課程，突出“知識、能力、素質”三位一體培養

根據石油裝備特色和機械制造創新人才培養需要，“四減四增”構建新型機械制造課程體系，即減少課內教學時間，增加課外自主學習時間；減少理論課教學時間，增加實踐教學時間；減少校內教師講課時間，增加企業專家講課時間；減少驗證性實驗內容，增加綜合與設計性實驗內容。該課程體系的創建可以提升學生的自主學習意識和學習能力、機械制造動手實踐能力、機械制造工程認知能力與機械制造綜合分析應用能力等。

將教學團隊取得的科研成果、企業課題和現有產品、行業經典實例融入課程中，再結合企業對員工素質、素養的訓練，進一步豐富課堂教學內容，做到課程內容的與時俱進。在傳授傳統知識的同時，讓學生了解機械制造發展前沿、機械行業發展動態和企業對人才的需求，激發他們學好專業知識的熱情和自覺學習的能動性，增強他們利用所學知識解決工程實際問題的能力。采用上述方式建成了機械設計基礎、機械制造工程基礎等8門國家和省一流課程。

3 建立由教學實驗室、科研實驗室、校外實踐基地組成的機械制造工程“學習工廠”式創新實踐平臺

立足于國家一流專業和智能制造工程新工科專業建設，建成機械加工實驗室、特種加工實驗室等12個機械制造教學實驗室，以實驗員指導為主，結合課程實驗，重點培養學生的機械加工實驗動手能力及對所學理論知識進行實驗驗證的能力。

依托教育部教育信息化應用實踐共同體和國家級工業訓練中心建設，研發出高科技石油機械教學裝備及其仿真加工教學資源，以“虛實結合、相互補充、能實不虛、以虛助實”為基本原則，對典型刀具切削原理、數控加工過程、機床工作時各部件的運動、增材制造過程等進行數字化建模仿真和虛擬仿真實驗，有效解決了機械制造現場實驗時不可視、不可及、不可逆等難題，精準提升學生機械制造工程實踐應用能力。

依托國家工程實驗室、教育部工程技術研究中心等高水平科研平臺進行科研成果反哺教學，以專業教師指導為主，將教師最新科研成果與創新案例轉化為教學資源，展現智能制造、人工智能、大數據分析等機械制造領域當前最新技術。學生通過了解上述科研成果的研發歷程及其在我國航空航天、軍工、高端海洋石油裝備等領域發揮重要作用的事例，培養其大國工匠精神，提高學生的學習積極性。學生在科研實驗中進行科研訓練，通過將科研成果撰寫論文、申請專利等鍛煉，提升學生的機械制造工程綜合創新能力和素質。

與海信、煙臺杰瑞石油裝備技術有限公司、山東科瑞石油裝備有限公司等企業共同成立產教研管委會，共建現代產業學院、石大海信智能制造卓越班、石大杰瑞卓越工程師班，建立了16個校外實習實踐基地，以企業專家指導為主，主要結合企業制造領域技術難題、新產品研發，培養學生的機械制造工程意識以及把科技創新成果轉化為生產實際應用的工程實踐能力，實現產學研用一體化培養。

（三） 機械制造綜合能力四年貫通的培養模式

分析美國密歇根大學、斯坦福大學以及上海交通大學等機械工程領域國內外知名高校的機械專業人才培養模式，結合我國制造業發展現狀和學校特色，基于OBE理念，創建了“以理筑基、以實強技、以賽促創、以政鑄魂”四年貫通培養本科生機械制造綜合能力的模式，如圖3所示。

通過課堂講授、專家講座等形式講授從制造基礎理論到各機械制造工藝方法應用特點和工藝裝備，進而讓學生了解機械制造前沿發展技術理論，使學生宏觀掌握機械制造知識體系架構。為了培養學生的制造工程意識和創新能力，從進入企業現場、校內實驗室等認識各種機械零部件及機器制造流程，到進行各種機床操作訓練和加工方法實踐，再通過“大創”項目、科技比賽、畢業設計以及科研成果創新案例等學習，培養學生解決機械制造復雜工程問題能力和創新實踐能力。根據我國制造業發展特色，將思政元素有機融入學習全過程，對學生進行“機械強國”“制造強國”教育，提升學生的政治站位。構建了由老師、學生、社會等多元評價與持續改進機制，通過調查問卷、交流座談、企業走訪等形式深入了解學生培養情況，不斷對該模式進行改進，使大學生機械制造的理論、實踐、創新和思政等培養形成四年有機貫通。

結合我國制造業發展現狀和學校特色，將機械制造課程與個性化的、循序漸進的機械制造實踐創新能力訓練有機結合，創立了機械制造工程創新能力漸進式培養方法。結合日常生活和生產實踐中常見的機械裝備進行師生研討，引導學生分析該裝備所涉及的制造基礎知識，強化機械制造基礎知識的積累。基于機械制造實踐課程學習，學生進入工業訓練中心進行工程認知與實驗，進入機械制造實驗室進行動手實驗，不斷積累機械制造基礎實踐經驗。結合機械零件加工與設備裝配等實踐訓練，體會其蘊含的工匠精神。在理論學習和實踐過程中引導學生思考機械裝備中的不足，結合學校石油特色，通過畢業設計、科技競賽、“大創”項目、專業實習等對學生進行機械制造工程創新能力綜合訓練，并將石油文化、鐵人精神等無縫融入，促進大學生綜合素質有效提升。

二 “三融合四貫通”培養機械制造工程創新人才的優勢

（一） “三融合四貫通”的理念，能夠引領高素質機械制造工程創新人才培養

立足于制造強國對機械制造工程創新人才的要求，以培養高素質的機械制造工程創新人才為目標，提出了“三融合四貫通”培養機械類本科生制造工程創新能力與綜合素質的新理念。強化產教研深度融合，聯合打造機械制造教學團隊平臺、機械制造校企合作優質課程、機械制造工程創新實踐平臺，基于OBE理念，對大學生進行機械制造“基礎理論-實踐技能-科技創新-家國情懷”四年全貫通培養。該理念可以引領高素質機械制造工程創新人才培養。

（二） “產、教、研”三元融合構建本科生培養平臺的新方法，能夠提高本科生機械制造知識和創新能力培養的保障水平

積極開展課程教學與生產企業和科學研究等的深度融合，打造由專業教師、實驗人員、企業專家、研究生組成的教學團隊平臺，合力指導學生第一、二課堂學習；建設機械制造優質課程平臺，有效激發學生學習主動性、目標導向性和學以致用性；構建機械制造創新實踐平臺，高效培養學生創新意識和工程實踐能力。這三類平臺相互聯系協同融合，為大學生機械制造知識向制造創新能力的有效轉化提供了強力支撐。

（三） “以理筑基、以實強技、以賽促創、以政鑄魂”四年貫通的培養模式，能夠提升機械制造創新人才的培育質量

通過“基礎知識-綜合知識-制造前沿”夯實學生的機械制造理論基礎，提升學生的工程邏輯思維和分析機械制造問題的能力；通過“認識實踐-綜合實踐-創新實踐”強化學生的機械制造工程技術訓練，提升學生解決復雜機械制造問題的實踐能力；通過“創新啟發-創新實訓-創新競賽”培養學生的機械制造創新思維和意識，提升學生的機械制造創新能力；通過“思政課程-課程思政-實踐思政”涵養學生的機械報國情懷，提升學生的機械工程綜合素養。“基礎理論-實踐技能-科技創新-家國情懷”四位一體相互貫通，實現了大學生機械制造“知識、能力、素質”三個維度一體化培養。

三 “三融合四貫通”培養機械工程創新人才的成效

（一） 顯著提升了大學生的機械制造工程創新能力和綜合素質

近年來，我校機械類本科生先后承擔國家和校級大學生創新創業訓練項目200余項，年授權專利100余項；在挑戰杯、“互聯網+”等比賽中獲省部級及以上獎勵262項，其中國家級獎勵117項，培養出一大批綜合素質高工程創新能力強的本科生。代表性的有：“挑戰杯”比賽國家級獎2項，全國“互聯網+”大賽銀獎2項，第十屆全國節能減排大賽特等獎1項（全國共10個），中國青少年科技創新獎1人，全國大學生“一帶一路”實踐標兵1人，全國大學生年度人物入圍獎1人，全國高校“活力團支部”2個，3項目獲“青年中國行”全國30強，7項目獲“調研中國”全國15強等。

（二） 建成了高水平的機械制造工程綜合育人平臺

產教研深度融合建成了高水平機械制造工程多元化綜合育人平臺。機械設計制造及其自動化專業入選國家一流專業，高端裝備制造技術團隊入選山東省青春擔當好團隊（山東省高校中僅2個）和山東省優秀青年創新團隊，8門課程入選國家和省一流課程，1名教師獲評山東省教學名師和中國產學研合作創新獎，團隊成員獲其他各類榮譽50余項。建成石油工業訓練中心等14個國家和省部級校內實踐平臺以及16個校外實踐基地，顯著提升了大學生的機械創新實踐教育載體水平。

四 結束語

培養高質量機械制造類創新人才是推動我國由機械制造大國向機械制造強國轉變的重要途徑。為了培養適應新時代發展的機械制造科技創新人才，本文提出了“三融合四貫通”培養機械類本科生制造工程創新能力與綜合素質的新理念，提出了“產、教、研”三元融合構建本科生機械制造知識和能力綜合培養平臺的新方法，創建了“以理筑基、以實強技、以賽促創、以政鑄魂”四年貫通培養本科生機械制造綜合能力的模式。本文研究對于大學生的機械制造創新實踐教育載體水平的提升以及培養大學生機械制造知識向制造創新能力的有效轉化，具有一定的理論指導意義和實際應用價值。

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基金項目：教育部產學合作協同育人項目“工程教育認證體系與新工科背景下的機械制造工程基礎教學改革研究”（231103177233655）；山東省本科教學研究改革重點項目“新工科背景下‘德能并重’的《機械制造工程基礎》課堂教學創新實踐”（Z2022250）；山東省研究生教育質量提升計劃項目“知識、能力、素質三位一體的《特種加工技術》教學案例庫建設”（SDYAL21031）；中國石油大學（華東）教學改革重點項目“新工科背景下《特種加工理論與技術》課程思政教學改革研究”（YJG2022006）

第一作者簡介：紀仁杰（1982-），男，漢族，山東膠州人，博士，教授，系主任，博士研究生導師。研究方向為機械工程人才培養與先進制造技術。