摘要：针对机械设计制造及其自动化专业人才培养模式中存在的问题，提出建立多层级驱动教学体系、构建多课程联合教学模式、提升学生深层次专业能力等策略，旨在构建理论引领、课程联合、应用并行、创新提升的人才培养模式，为机械设计制造及其自动化专业教育改革提供理论依据与实践指导。
关键词：机械设计制造及其自动化,人才培养模式,工程创新
一、机械设计制造及其自动化专业人才培养模式现存问题
近年来，我国机械行业在国民经济发展中扮演着重要的角色，对于推动制造业转型升级、提高国际竞争力起到了重要作用。正是基于这一背景，国家逐渐加大了对机械领域的扶持和引导力度，提出了一系列政策措施，以推动机械设计制造及其自动化专业教育的改革与发展。国家明确指出，要深入推进高等教育创新创业教育改革，培养创新创业能力强的优秀人才。另外，国家积极倡导工程教育的改革与发展，提出了加强工程教育的重点方向，明确指出要加强学生的创新实践能力培养，优化工程实践教学和实习实训等环节。这一导向可为机械设计制造及其自动化专业教育提供更多的实践机会和紧密联系产业的平台，使学生能够更好地了解企业需求，掌握前沿技术，以培养学生适应产业发展的专业技能[1-3]。因此，结合国家对机械领域的政策导向，各高校应该充分认识到机械设计制造及其自动化专业教育改革的紧迫性和重要性。目前，燕山大学机械设计制造及其自动化专业人才培养模式主要存在三个问题。
第一，课程理论与工程应用结合不够紧密。学生在课堂上学到的知识往往难以与实际工程应用相结合，学生在实践中易遇到困难。
第二，主干课程间专业技能联系不够紧密。燕山大学机械设计制造及其自动化专业当前的主干课程设置较为独立，导致学生难以将不同课程的知识进行有效结合。
第三，学生创新意识和实践能力培养不足。燕山大学机械设计制造及其自动化专业当前部分课程教学仅仅停留在基本知识的传授和应用层面，难以培养学生的创新意识和实践能力。
二、基于工程创新的机械设计制造及其自动化专业人才培养模式改革措施
燕山大学机械设计制造及其自动化专业开展“建立多层级驱动教学体系”“构建多课程联合教学模式”“提升学生深层次专业能力”三个方面的研究，致力于培养能够解决机械设计制造及其自动化领域复杂工程技术问题的卓越工程师。
通过多层级驱动教学体系和多课程联合教学模式构建，致力于打破传统教学框架，培养更具创新能力和实战经验的机械设计专业人才。首先，多层级驱动教学体系作为培养模式的创新亮点，将为学生提供更为系统和深度的学习路径。其不仅可将专业知识串联起来，还注重跨学科融合，可使学生在学术研究和实践中得到全面锻炼。其次，多课程联合教学模式构建可打破学科之间的壁垒，推动跨学科合作，为学生提供更贴近实际的学科内容。同时，可加强任课教师之间的信息交流与经验共享。通过分享经验、资源整合，教师可更好地应对学科交叉的挑战，形成合力，提高整体教学水平。最后，聚焦于培养创新型人才，强调理论与实际的有机结合。通过参与工程项目，学生可更好地理解并应用所学知识，提高解决实际问题的能力[4]。
（一）建立多层级驱动教学体系
燕山大学可以面向工程实践的多层次教学资源体系为基础，开展多层级驱动教学模式的研究，探索基于翻转课堂的教学新范式，努力提高学生解决工程实践问题的综合能力。
多层级驱动教学法基于建构主义理论，以源于相关课程、工程实践的项目为载体，将工程问题融入学生的学习过程，培养其发现问题和解决问题的工程意识，强调“做中学、学中做”。以机械设计制造及其自动化专业的一门选修课——机械结构有限元分析课程为例，其独有的知识结构扁平化及知识点分散、较强的灵活性和开放性、注重实践等特点，也使其不宜采用传统的教学模式。而机械结构有限元分析课程采用多层级驱动教学法，可体现学以致用的基本原则，使学习者更高效地学习有限元方法的基本原理，并应用有限元技术解决复杂工程实践问题[5]。
对于任一有限元分析问题来说，都具有前处理、计算求解及后处理等三个关键步骤。前处理建立完整的有限元模型，如输入物理特性、描述边界条件和载荷等；后处理包括标绘出位移、应力及应变，在此基础上合理运用失效准则对构件的强度、刚度等进行判定。在此过程中，初学者需要面对一系列令人困惑的问题，如单元类型、网格划分方法和前后处理选项及强度准则等，易导致学生逐步丧失学习的信心。
针对机械结构有限元分析课程教学的特殊性，为降低学习难度，充分调动学生自主学习积极性，教师可从任务式驱动、基于翻转课堂的分组协作等教学模式改革入手，搭建由基础认知、拓展训练和协作探究等模块组成的多层次教学资源库。教师可将课程内容划分为认知模块、拓展训练模块和协作探究模块，将复杂的知识点有机融入认知和拓展训练模块。在此基础上，融合本专业课程设计、学科竞赛等内容，设置若干个专题协作探究任务，着力培养学生实践、创新能力和工程素质，为其毕业设计和将来的工程实践应用奠定坚实的基础。此外，在教学实践过程中，教师可逐渐减少课堂授课时间，提高课外线上自学比重，增加线下研讨时间，逐步实现线上线下混合式教学模式，提升学生创新性分析、解决工程实践问题的能力[6]。
（二）构建多课程联合教学模式
机械结构有限元分析课程是机械设计制造及其自动化专业的一门选修课。在该课程教学中，教师可着重培养学生的理论分析能力、工程案例剖析能力及软件操作能力。在机械设计制造及其自动化专业本科生的培养过程中，机械系统动力学作为专业主干课，从理论角度、案例分析及工程背景等方面均对学生在理论力学、动力学分析及特性研究等方面进行了深度的培养。Matlab基础与应用课程是机械类专业本科生选修课之一。该课程的主要教学目标是使学生掌握程序编译设计及绘图功能，并且使其可以应用Matlab工具箱进行科学研究工作。基于此，本文提出了以机械结构有限元分析课程为核心，结合机械设计制造及其自动化专业主干课机械系统动力学及科研基础课程Matlab基础与应用的多课程联合教学模式。构建多课程联合教学模式主要目的是使学生在学习机械结构有限元分析课程时，能够兼顾机械系统动力学课程专业知识，增强其基础编程能力，培养其程序设计思维，拓宽其工程分析眼界，提升其工程剖析能力[7]。
多课程联合教学模式针对不同层级的教学内容，逐渐开展不同层次的课程联合教学。机械结构有限元分析课程针对弹性力学的知识进行了回顾，并且对其基本假设、基本概念和基本内容进行了介绍。机械系统动力学课程，介绍了单自由度体系运动方程求解等方面的内容。整合上述课程对应的内容，结合Matlab基础与应用课程对学生程序编译能力的培养，可使学生能够针对某一动力学系统，结合所学习的理论知识，对系统的基本力学关系采用程序语言进行表述。同样，教师可针对杆梁结构有限元分析教学内容，结合Matlab程序设计语言，从动力学角度拓展学生思维深度，通过教授有限元法、编程思路及程序设计逻辑等方面内容，提升学生仿真软件操作能力，拓展学生逻辑设计思维。
燕山大学通过“力学理论—结构分析—工程案例”三个层面的课程联合教学培养，逐步形成多课程联合教学模式，可培养学生的问题剖析能力、软件操作能力及数据整合能力。同时，教师可基于多课程联合教学模式，深度开发课程联合应用实际案例。其中，在“典型机械结构动力学的ANSYS求解与分析”案例中，教师可引导学生以有限元分析为中心，结合动力学理论基础及Matlab绘图技巧，运用所学的动力学理论知识对典型机械结构进行案例剖析，从动力学角度分析其物理模型并对其力学模型进行推导，结合ANSYS分析软件，求解其动力学特性。对于有限元后处理结果，教师可引导学生采用Matlab绘图软件对其响应曲线、自由模态等进行绘制。
（三）提升学生深层次专业能力
例如，机械结构有限元分析课程是针对机械设计制造及其自动化专业学生开设的一门选修课，具有课程覆盖面广、专业知识复杂、实践要求高等特点。因此，研究如何深度挖掘本门课程的培养价值，提出以机械结构有限元分析为基础的学生综合能力培养模式，以提升学生深层次专业能力。
一方面，教师可通过课上讲解，结合联合课程机械系统动力学及Matlab基础与应用中关于弹性力学的理论基础，培养学生理论分析能力；另一方面，教师可根据课上练习案例，锻炼学生使用软件分析的实际操作能力，使其能够结合案例分析内容，在学习中深化理解，在实践中灵活运用。学生可通过课上课下的软件操作练习，结合小组三级项目，提升自身实践操作能力。这一阶段不仅可考查学生运用有限元分析工具的综合实践能力，还可锻炼小组成员的协作能力。
为了进一步提升学生运用有限元分析方法的技能，教师可鼓励学生参加学院及学校各类创新创业竞赛活动，使其在创业竞赛中提升创新创业能力、分析技能及协作能力[8]。在毕业设计中，针对选择“结构设计类”课题的学生，教师可要求其在毕业论文中针对设计结构中的关键零部件进行强度校核。这一过程不仅可考查学生采用有限元分析方法对结构件进行强度校核的能力，还可提升其数据分析能力及对整体结构的整改能力。
教师通过课上讲解练习与联合课程培训、三级项目的专业实践及科创项目的技能提升锻炼，结合毕业设计中的有限元技能提升锻炼，期望培养学生有限元总体思想，提升其有限元分析能力，使其能够对所设计的机械结构进行总体分析或对重要结构件的强度进行校核，并且能够通过所得到的数据进行整合分析。这能帮助学生在日后的工作岗位中或在研究生阶段深造过程中，可以针对某一科研项目中的实际工程案例，采用课程所学的知识进行案例剖析[9]。
综上所述，本文旨在形成理论引领、课程联合、应用并行、创新提升的人才培养模式，通过构建基于“理论+创新+提升”的多层级驱动教学体系，提出基于课程联合的联合教学模式，并打造以能力培养为基础的学生深层次专业能力提升体系。在工程创新的引领下，燕山大学机械设计制造及其自动化专业构建了基于多层级驱动的机械结构有限元分析教学模型，搭建了多课程联合教学体系，拓展了针对机械工程专业的学生创新创业综合能力培养模式。这一模式在加深理论深度、提供科学探索的有力支撑方面具有重要价值。同时，该模式通过联合课程知识、拓展专业技能的应用维度，注重实践拓展、深化工程应用的创新设计，展现出良好的推广应用价值。
参考文献：
[1]韦慧玲,杨景卫.新工科背景下提高本科毕业设计质量方法的探讨:以机械工程专业为例[J].教育教学论坛,2024(24):56-59.
[2]关跃奇,魏克湘,关汗青,等.OBE理念指导下机械类人才培养体系的研究与实践:以机械设计制造及其自动化专业为例[J].教育教学论坛,2022(6):85-88.
[3]罗文翠,徐创文,刘立美,等.面向可持续竞争力的机械设计制造及其自动化专业新工科人才培养改革与实践[J].教育现代化,2020(34):33-36.
[4]仲雪伟,王岩,周佳伟,等.科教融合下工业机器人技术专业人才培养:以机械设计基础课程为例[J].教育信息化论坛,2021(5):91-92.
[5]曹凤梅,樊静波,王国斌.“成果导向”的应用型人才培养模式的研究与实践:基于机械设计制造及其自动化专业人才培养模式改革[J].创新创业理论研究与实践,2020(24):124-126.
[6]刘爱华,张洪丽,管志光.新形势下机械设计制造及其自动化专业人才培养方案改革研究[J].教育现代化,2020(17):23-25,36.
[7]徐亚兰,郭空明,陈永琴,等.以工程案例驱动材料力学双语教学的探索与实践[J].高教学刊,2024(30):116-119.
[8]李曼,孙悦超,李明圣,等.学科教学论与学科某专业课程联合教学模式探究[J].中国教育技术装备,2019(8):65-67.
[9]李宗学,陈杰,刘江,等.工程教育认证背景下机械制造技术基础教学改革研究[J].现代商贸工业,2024(18):266-268.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/81998.html
