工程教育认证背景下的新工科专业建设路径

刘 军，卢清华，黄 斌，张云志

（佛山科学技术学院机电工程学院，广东佛山528000）

新工科是在新科技革命、新工业革命和新经济的背景下提出来的，“复旦共识—天大行动—北京指南”构成了新工科建设“三部曲”，奏响了人才培养的主旋律。当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，我国经济发展进入新常态，高等教育步入新阶段。

加快培育发展先进装备制造业，是广东省特别是珠江西岸各市提高产业核心竞争力的必然要求，是抢占未来经济和科技发展制高点的必然选择。佛山地处珠江三角洲腹地，经过改革开放30 多年发展，构建了产业特色鲜明、具有一定规模和技术水平的装备制造产业体系，形成了陶瓷、家电、电气设备、金属加工等一批特色主导行业。2016 年佛山装备制造业产值达6 628.79 亿元，约占广东全省装备制造业产值的25%，珠江西岸的二分之一［1］，佛山装备制造业发展规划争取2020 年产值破万亿。目前智能升级改造计划已在佛山家电、机械装备、家具、汽配等领域的大部分规模以上企业启动，智能改造重点项目近100 项，投入近540 亿元，全市已有超120 家规模以上工业企业应用机器人超4 000 台。为实现这一战略目标，由佛山制造向“佛山智能”转变已经刻不容缓。智能制造最核心的是专业技术人才的培养，我校作为佛山本地唯一一所省市共管的本科院校，肩负着为佛山装备制造业转型升级培养高素质人才的重任。

“问产业需求建专业，构建工科专业新结构”是“天大行动”的重要共识，新工科建设要时刻关注产业发展对工程科技人才需求的变化，培养人才目标才有的放矢。我校机械设计制造及其自动化专业于2017 年3 月，委托麦可思公司对珠江西岸具有代表性的43 家制造业企业做了问卷调查，通过问卷反馈的信息总结出以下地方制造类企业在转型升级过程中对人才要求：1）学生要有较强的工程实践能力和沟通能力，能够短时间进入项目策划和独立领导项目开发能力；2）较强的机械设计和数字化运用能力，能熟练运用软件设计、计算、分析，解决复杂工程问题；3）随着企业自动化程度提高，提出了学生应具备学科交叉能力和跨界整合能力；4）希望学生具备较强的自学能力和创新能力。

可以看出企业对人才的需求与卓越工程人才的核心标准素质不谋而合，随着地方制造业转型升级对机器人的运用越来越广，机器人开发应用的人才缺口较大。机器人是多学科交叉应用的综合载体，以招收机器人产业班为改革对象，在现有的专业建设基础上构建新型人才培养方案、课程体系、实践教学体系，对传统工科专业进行改造升级，探索新工科专业建设路径。

1 构建新型的课程体系

我校机械设计制造及其自动化专业是传统老牌专业，师资力量雄厚，教学条件优越，是学校重点发展和支持的专业之一。该专业于2017 年参加了IEET 工程教育认证，以国际通用的工程专业认证标准进行规范、整合，经过工程教育认证专家现场考察、评议、论证，顺利通过了IEET 国际工程教育认证。自此，该专业的建设将以工程教育认证的标准紧紧围绕学生12 项核心能力培养构建课程体系，专业成立了工程认证小组和咨询专家委员会，工程认证小组由专业骨干教师组成，定期召开专业研讨会、问卷调查、课程改革等事宜，向专业咨询委员会汇报；专业咨询委员会成员包括企业代表、高校专家、校友代表等，每年召开一次工作会议，审视专业运行和建设情况，如图1 所示。

图1 课程规划与持续改进流程

该专业结合新工科建设发展路径以及社会对机器人专业人才需求，成立了机器人产业班，于2017年开始面向社会进行一本招生，通过以点带面，全面推进机械类专业新工科建设。机器人产业班人才培养目标是培养面向未来、满足制造业企业转型升级并且引领行业发展的卓越工程师，结合IEET 国际工程教育认证理念，以核心标准素质培养高水平人才，因此人才培养方案要体现扎实的工程基础知识、创新创业意识、具备交叉学科的专业知识。

1.1 通识课程

通识课程是大学本科四年训练学生综合素质的重要基石，新型的人才培养方案与原来相比有以下四个方面的特点：

（1）将理论教学与实践教学相结合，大班讲授和小班辅导相结合，把实践教学与社会调查、志愿服务、“三下乡”活动、公益活动、专业课实习等结合起来，通过形式多样的实践教学活动，提高学生思想政治素质，以培养学生家国情怀；同时在课程中融入工程伦理道德的培养，让学生正确理解工程和社会的关系、工程和环境的关系；开设创新创业课程，培养学生创新创业能力，保持旺盛的创新创业活力。

（2）加大了数学和物理的学分数（共计增加了6 个学分），并且开设了普通化学课程，进一步拓宽学生工程视野，为后续工程设计和计算打下坚实的理论基础，更主要的目的是培养学生终生学习和自学能力，增大后续的进一步深造学习机会。

（3）未来机器人产业人才面临的不仅是广东省和国内的竞争，面向国际化的竞争是大势所趋，因此必须具备良好的外语沟通能力，该班是一本招生，普遍素质较高，预计入学一年之后通过大学英语四级的人数达到80%以上，对这部分人在第二年将开设跨文化交际英语和学术英语课程，增强学生外语沟通能力和英文写作能力，并且将在专业课中开设双语课程，提高学生专业英语的应用能力。

（4）智能制造是装备制造业产业升级的发展目标，而计算机应用水平的高低直接决定了毕业生今后在智能制造领域的发展后劲。课程体系中除了开设程序设计基础（C 语言）、计算机辅助设计、MATLAB 等直接和计算机应用的相关课程之外，在机械原理、机械设计、CAD/CAM、力学课程、课程设计、毕业设计等都将设置与计算机编程、数据库管理等相关的设计内容，保持大学四年计算机应用不间断，持续训练学生的计算机开发应用能力。

1.2 专业基础课和专业课

专业基础课包含机械设计、机械制造、电子电气基础方面的课程，通过专业基础课程的学习，使学生具备CAD 设计、力学分析、机械设计、电子技术、PLC 控制、计算机控制等方面的基本知识，为后续专业课的学习打下基础。专业课主要面向机电控制和机器人控制系统方面学习，机器人控制涉及机械工程、计算机、传感器、人工智能等多学科内容，相比于研究生阶段开设的相关课程，本科阶段开设的工业机器人控制更注重应用实践能力的提高，在一定程度上弱化理论研究；同时，与高职院校开设的以实训为主的机器人课程也不同，应用型本科阶段开设的工程机器人课程应使学生在掌握控制理论知识的基础上，具备较高的提出问题、分析问题、解决问题的能力。因此，在课程内容设置上，兼顾理论学习和实践操作的有效融合和渗透。通过理论和实践教学，以工程项目为导向，考虑各门课程学习的相关性，课程以模块化课程群的方式互相渗透、循序渐进最终达成目标，使学生具备解决复杂工程问题的能力，如图2 所示。

图2 模块化课程体系

图2 表明，以卓越工程人才核心素质标准为培养目标，通过知识体系和专业课程体系之间的相互衔接，循序渐进，以解决工程实际问题为导向，将相关的机械设计、动力学分析、控制方法、人工智能、传感器等知识有效渗透到课程教学的各个环节之中，不仅仅要求学生单一地以某一个课程学习为目标，而是将理论学习与工程实践相互渗透、相互结合，强化学生多学科交叉融合的能力。

2 构建多层次实践教学体系

作为应用型本科院校，实践教学体系是培养学生工程实践能力、创新能力的重要环节。我校机械设计及其自动化专业经过多年的建设和实践，已形成了完善的“四层次、七类别”多层次实践教学体系［2］。

“四层次、七类别”的实践教学体系在专业实践教学中发挥了重要作用，但是随着新工科建设不断深入，缺点也随之显现，首先，各实践教学项目互相之间相对比较孤立，缺乏高水平实践教学平台将多学科知识实现交叉融合，其次，在实现产教融合方面与企业联系不够紧密，互动性不强，在培养学生创新能力、项目开发能力和解决复杂工程问题能力等方面明显不足。高水平教学平台建设目标就是为了能够实现资源共享，将多学科知识融入到实践教学中，开拓学生专业视野，同时强化产教融合，探索共同培养复合型、创新型人才，也是新工科建设的重要课题之一。

（1）机器人产业学院建设。机器人产业学院的建设目标集产、学、研为一体，以机器人为载体融合多学科知识，创新人才培养模式，注重学生工程实践能力的培养，与企业共建，将企业工程实践项目引入到产业学院，通过项目教学形式培养学生解决复杂工程问题的能力，进而引入双导师制，指导学生进入企业进行项目开发完成毕业设计，如图3 所示。机器人产业学院隶属于机电工程学院，由学院直接管理，执行院长和办公室主任具体负责学院日常管理工作，聘任国内知名专家和企业工程师担任导师，重要事情决策如人才培养方案、课程设置、产学研合作项目等交机电工程学院教学指导委员会和学术指导委员会讨论通过。机器人产业学院下设机器人实训室、校企共建实验室、先进机器人实验室、创客室等，按各自功能职责展开相应的工作。

图3 机器人产业学院实施框图

机器人产业学院建设为机器人产业班的人才培养提供了有力保障。机器人产业班采用“3+1”人才培养模式，其中的“3”是完成通识课程、专业和专业基础课程，而其中的1 是“1”=“3”+“3”+“6”：第1 个“3”表示在企业实习3 个月，让学生了解行业经验、业务标准、实习岗位、生产工艺、研发技术、经营管理等企业要素，第2 个“3”表示用3 个月时间在校企共建实验室完成企业合作定制项目，“6”表示用6 个月时间由校内教师和企业工程师共同指导学生完成毕业设计，通过一系列实践教学环节，达到校企深度融合，提高学生工程实践和项目开发能力。

（2）第二课堂平台建设，培养学生创新能力。各学校在提高新生对专业认知和认可度方面做了大量工作，如开设专业导论课程、班主任制、导师制等，但效果上并不尽如人意。特别是新生入学第一年，完全以通识课程学习为主，进一步弱化了专业认知能力，极易造成刚入学之后由满腔热忱到学习断层的现象。现在对大学生双创能力的培养往往口号多办法少，介于此，秉承“水满则溢”的自然规律，让学生从入学开始即以课外兴趣的方式参与到机电一体化设计和制造中来，玩中学、学中玩，使创新从实践中来并在实践中发展创新。

以专业为引导建设3 个创新创客平台，即机器人创新平台，包括乐智、慧鱼、博创等机器人组件；机械设计制造创新平台，包括3d 打印、桌面数控机床、雕刻机、机构传动等设备；汽车拆装创新平台，包括汽车拆装、三维建模等项目，对应3 个学生课外科技创新协会，即机器人协会、汾江学子机械协会、汽车协会。创新创客平台日常培训、项目规划、学生创新完全由3 个协会学生自主运作管理，由高年级组织低年级学生定期开展课外实践活动，创新平台做到专业所有学生全覆盖，在3 个创新创客平台中交叉轮换，通过考察给予合格者课外创新学分。对标专业参加最顶级大学生科技竞赛，如Robomaster 机甲大赛、全国机械设计创新大赛、F1 大学生方程式等，培养学生多学科知识交叉的运用能力以及团队合作的精神，激发和增强学生创新能力以及勇于和国内知名高校同台竞技的信心。

3 结语

我国自2016 年正式成为《华盛顿协议》正式会员以来，在国内高等院校全面铺开了工程教育认证工作，高等工程教育从传统的知识传授主导型转变为能力培养主导型已达成普遍共识。这种工程能力的培养依靠在某一个工程领域里系统深入的专业知识学习和专业能力训练来完成，具体来说就是依靠合理设计课程体系，使得所有课程的教学都能够从不同角度为学生提供在今后工作中所必需的工程师基本素养的训练。在工程教育认证的人才培养理念之下，因新工科具备引领性、通宽性、前瞻性、开放性、实践性等属性［3］，适应了我国产业结构转型和新经济发展对具备跨学科知识、复合型人才需求。随着新工科人才培养体系和模式的研究不断深入，将不断强化工程教育理念，更新教学模式，深化产教融合，为地方新经济发展助力。