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摘 要：不断深入的高等教育改革工作和迅速发展的“工业 4.0”与智能制造技术等客观因素迫使机械工程专业实践性教学环节必须进行大幅调整，进而满足社会和企业对机械工程专业人才的能力需求。本文介绍了一种基于I-Manufacturing 的机械工程专业实践性教学环节的建设思路，在此基础上，提出了一种基于学生能力的漏斗模型，并以南京理工大学为例介绍了该方案的实施目标、实施策略、建设方案和总体结构。实践表明，基于 I-Manufacturing 的机械工程专业实践性教学环节建设方案能有效解决台套数与学生数之间的矛盾，对提高教学效率、培养机械工程专业学生解决实际工程问题的能力有显著效果。
关键词：机械工程；实践性教学环节；智能制造
本文引用格式：王禹 , 孙宇 , 倪俊 , 等 . 基于 I-Manufacturing 的机械工程专业实践性教学环节建设——以南京理工大学为例 [J]. 教育现代化 ,2021,8(39):113-116,125.
research on the Construction of Practical Courses for Mechanical Engineering based on I-Manufacturing
——Taking Nanjing university of Science and Technology as an Example
WANG Yu，SUN Yu，NI Jun，WU Kai
（Nanjing University of Science & Technology，Nanjing Jiangsu）
Abstract: The continuous deepening of higher education reform and the rapid development of "industry 4.0" and intelligent manufacturing technology and other objective factors force the practical teaching link of mechanical engineering specialty to be greatly adjusted, so as to meet the ability requirements of society and enterprises for mechanical engineering talents. This paper introduces a construction idea of practical teaching of Mechanical engineering Specialty Based on I-manufacturing. On this basis, a funnel model based on students' ability is proposed. Taking Nanjing University of technology as an example, the implementation goal, implementation strategy, construction scheme and overall structure of the scheme are introduced. The practice shows that the practical teaching link construction scheme of Mechanical engineering Specialty Based on I-manufacturing can effectively solve the contradiction between the number of sets and the number of students, and has a significant effect on improving the teaching efficiency and cultivating the ability of mechanical engineering students to solve practical engineering problems.
Keywords: mechanical engineering; practical teaching link; intelligent manufacturing
一 引言
如何培养出具有解决机械工程实际问题能力的专业人才一直是国内外相关高校和学者所关注的热点。目前，我国工程教育科学化问题比较严重，机械工程专业人才培养过程中理论教学、工程实践和企业需求严重脱节 [1]。为了解决这一问题，各大高校的机械工程学科建设了丰富的实践性教学环节，对培养学生的创新意识，提高学生解决工程实际问题的能力起到了重要作用 [2]。实践性教学环节是指基于实践教学平台或实践基地的一系列实践课程，主要包括实验、实习、课程设计、毕业设计等 [3]。实践性教学环境（实践教学平台或实践基地）对实践教学效果有直接影响 [4]。
高校原机械工程学科建设主要分在四个二级学科分别进行，随着高等教育改革工作的进一步深入， 现四个专业一般都整合在机械工程大类专业之下， 共享大量的专业课程和教学平台，相应的教学计划、培养方案等修改甚大，客观上就要求各实践性环节也要大幅调整，适应教改需要 [5]。另一方面，“工业 4.0”时代的到来和智能制造技术（I-Manufacturing） 的发展也迫使机械工程专业实践性环节中的教学内容、教学方式、教学平台等不断发展，以适应技术需求和社会需要 [6]。
南京理工大学的机械工程专业是国家一流专业、国家特色、国家级卓越工程师教育培养计划试点专业、江苏省品牌专业。在我校的本科教学体系中，机械工程专业又细分为机械制造及其自动化、机械电子工程和机械设计及理论三个方向。为了使培养的机械工程专业人才既具有扎实的理论功底， 也具有丰富的工程实践经验，而且能满足企业需求，我校十分重视实践性课程、实践性教学平台和实践基地的建设 [7]。机械工程专业实践性环节的建设既要考虑我国高等教育改革的实际情况，又要关注本领域的技术前沿。因此，本文介绍了一种基于I-Manufacturing 的机械工程专业实践性环节的建设思路，并以南京理工大学为例介绍了该方案的实施目标、实施策略、建设方案和总体结构。
二 实施目标与策略
以学科建设和专业建设为基础，以学生能力培养为核心，以高素质创造型人才为目的，以教师队伍建设为重点，充分利用现代教学手段，优化资源配置、集成和开放，建设基于 I-Manufacturing 的机械工程专业实践性环节教学平台。该平台从培养创造型人才所需要的知识、能力和素质入手，满足新的专业人才培养计划，适应面向 21 世纪的机械工程专业创新人才培养目标、智能结构和能力要求，如图 1 所示。其中，知识平台主要以各类课程为支撑， 重点培养学生的基本知识、基础知识、专业知识和交叉学科知识；能力平台主要以各类实践环节为支撑，重点培养学生的自主学习能力、知识运用能力和创新实践能力；素质平台主要以校园文化和相关课程为支撑，重点培养学生的综合素质。三个平台联系紧密、相互支撑，为机械工程专业创造型人才的培养提供基础。
实施策略主要包括：
（1）以学科建设的大框架为基础，科学规划， 将各层次人才的综合培养统筹起来考虑，突出本科教学这个中心。
（2）进行总体规划与设计，全局优化，集成考虑， 学科交叉融合，先规划、设计、论证、评审，再实施。
（3）以责任教授为核心，所在学科梯队为主， 各方面积极参加配合的建设模式。克服以往建设中教师和实践平台（实验室）之间“两张皮”现象， 突出教师在实践平台（实验室）建设的主体地位。
（4）将所有资源集成起来考虑，形成几条线， 每条线中建几个亮点，即既要照顾到面，又要有显著的水平特征。采用大平台建设战略，以智能制造（I-Manufacturing）这个大平台为基础，建设制造平台、设计平台、自动化平台等。在建设时应首先将现在已有的资源按课群进行调整、整合，然后考虑是否增加建设、建设什么、特色和亮点在哪里等。
三 建设方案
以先进制造理念为基础，以“互联网 +”和智能化技术为支撑，机械工程专业各方向维系其上， 形成网络化智能制造平台，其总的发展趋势是：高效、高速、精密、清洁与功能化，总体建设方案如图 2 所示。支撑这一结构的教学模式也将从传统型转向网络化教学模式，如图 3 所示。该教学模式以智能制造为主线，利用智能感知与控制、物联网、数字孪生等技术实现单台设备或多台设备组成的装备系统的运行状态监控。让学生能在一定培训的基础上， 根据需求对自主操作相关设备，而只需要少数教师就可以通过该平台对多台设备的运行状态进行监控。该方案既提高了教学效率，又保障了操作过程的安全性，也激发了学生的自主学习意识和创新意识。
目前，设备台套数和学生人数之间的矛盾是实践性教学环节中普遍存在的问题。为此，本文提出了一种基于学生能力的漏斗模型。其核心是利用学生个体能力差异的造成的“能力瓶颈”，形成“并行” 输入、“串行”输出这一漏斗现象，如图 4 所示。
这和生产管理中“瓶颈工序”决定生产能力的道理一样，扩大非“瓶颈”工序的生产能力对提高生产效率无任何意义。实施时，首先根据一些指标（如：理论课学习效果、有无相关实践经验、自我评价等）对学生的能力进行评估；在此基础上，根据能力评估结果按一定策略对学生进行分组（如：各组的平均能力水平基本一致、各组平均能力水平形成梯度等）；最后布置任务，学生进行相应的实践，能力强的同学可以先完成离开，而能力弱的同学则得到了更充分的训练。这样，所有的学生都可以完成相应的学习任务，提高了教学效率，有效解决了台套数与学生数之间的矛盾。
四 总体结构
在上述建设目标、策略和方案的基础上，我校机械工程专业开展了有关实践性教学环节的建设， 总体结构如图 5 所示。
该系统以智能制造为主线，采用线下教学与线上教学相结合的教学模式，兼顾了机械制造及其自动化、机械电子工程和机械设计及理论的特点。该系统包含了若干个相对独立的子系统，主要有：软件平台、普通机床群、数控机床群、柔性加工教学线、先进制造技术装备平台、执行与过程控制装置平台、分析检测平台等。在此基础上，为了与工厂实际生产情况接轨，又融合了仓储、物流、工厂布置、生产计划等内容。有一些基础性或针对特定课程的环境没有列入，可以在建设时具体考虑。根据这一框图， 每次建设以几条线为中心，逐步展开。每个子系统的建设都立足于已有硬件基础及自身特色并紧扣智能制造这一主题。因此，所有子系统既相对独立又通过智能化技术相互联系；智能化技术的发展也将为该系统不断注入活力。
五 结 语
实践性教学环节对培养机械工程专业人才解决实际工程问题的能力有至关重要的作用。本文介绍了一种基于 I-Manufacturing 的机械工程专业实践性教学环节建设方案。该方案以培养创造型人才为目标， 通过智能制造这一主线将若干个相对独立的子系统进行整合，利用智能化技术促进各个子系统的发展， 进而不断为整个实践性教学环节注入活力。在南京理工大学实践表明，该方案能有效解决台套数与学生数之间的矛盾，对提高教学效率、培养机械工程专业学生解决实际工程问题的能力有显著效果。
参考文献
[1]刘德仿 ,王旭华 , 阳程 . 以能力培养为中心的机械工程应用型人才培养教学体系探索与实践 [J]. 中国高教研究 ,2009(11):85-87．
[2]贺兵 , 胡成武 , 吴吉平 . 机械设计制造及其自动化专业实践性教学环节改革研究 [J]. 湖南工业大学学报 ,2007,21(2):118-120.
[3]邓显玲 ,黎泽伦 . 工程教育认证背景下机械制造及其自动化专业实践课程体系的建设 [J]. 内燃机与配件 ,2019(19):261- 262．
[4]刘秋华 ,郑垂勇 . 加强实践性教学环节建设 [J]. 江苏高教 ,2002(5):128．
[5]朱立达 ,宁晋生 , 巩亚东 , 等 . 基于机械工程学科的新式工程教育模式改革探析 [J]. 中国大学教学 ,2018(8):19-25．
[6]李立国 .工业 4.0 时代的高等教育人才培养模式 [J]. 清华大学教育研究 ,2016,37(1):6-15+38.
[7]陈亚玲 .论跨学科能力培养与我国工程实践教育改革——以南京理工大学为例 [J]. 高教探索 ,2015(10):73-76．
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