《现代制造业跨学科人才培养模式研究》成果公报.docx
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《现代制造业跨学科人才培养模式研究》成果公报
《现代制造业跨学科人才培养模式研究》成果公报
(全国教育科学“十五”规划教育部重点课题)
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由湖南大学机械与运载工程学院钟志华院士主持的全国教育科学“十五”规划教育部重点课题“现代制造业跨学科人才培养模式研究”(课题批准号:
DIA010303),日前通过了经全国教育科学规划领导小组办公室组织的结题鉴定,现将成果公告如下。
一、内容与方法
(一)内容
现代制造业的发展特点是以机械为基础、数字化、信息化为主导,多学科交叉综合发展。
而现代制造业融产品开发、技术、管理、市场经营等环节于一体,各环节相互促进、相互制约。
现代制造业的快速发展和社会经济的国际化,新知识与新技术的加速更替,大型工程对综合创新性与复合应用型人才的需求剧增。
制造业人才规格的变革和人才需求的多元化趋势,促使长期以来形成的专业人才培养模式做出转变。
因此,重新定位制造类专业教育和探索新的人才培养模式,才能更好地适应我国经济建设和社会发展。
现代制造业要求人才具有复合型的知识结构、较强的工程实践能力,具备创新意识、创新思维、创新能力和实现创新成果价值的能力。
针对制造业对专业人才的新需求,我们对国际上10余所著名大学和高等教育研究机构进行考察,了解《博洛尼亚进程》和《华盛顿协议》对工程教育的影响,学习欧美工程教育的经验;分析了欧洲国家工程协会联合会(FEANI)制定的欧洲工程师的最低注册标准,以及ABET提出的工程专业培养的毕业生必须具备的11种能力标准。
同时,通过实地考察、调查问卷等形式对国内有代表性的用人单位进行调研和人才培养效果跟踪。
调查表明:
我国现有机械类本科毕业生难以满足国家经济和社会发展的迫切需求,与欧美国家相比差距也较大。
主要表现为:
人才培养模式柔性不足,知识能力结构与企业需求不相适应,毕业学生缺乏自我驱动力,知识迁移能力不够,创新意识与创业精神不强,实践与科研训练偏弱,造成动手能力、工程应用能力不足,毕业后对工作适应能力较差。
这反映了我国机械工程教育与人才需求不相适应。
针对我国的具体情况,培养适应现代制造业发展的高级人才,应着重考虑以下几个特点:
1.构建以现代设计制造技术为基础的跨学科复合型知识结构;
2.培养较强的创新意识和能力;
3.培养用系统工程的观点处理大工程背景下的工程技术和管理问题的能力。
我们提出“强化机械基础、强调机械/电子/信息/控制/管理多学科交叉,以提高工程实践能力和创新能力为核心,以信息化/网络化为教学手段”的人才培养模式构想。
我们的研究思路是:
1.构建有利于复合型人才培养的管理模式和硬件环境;
2.构建复合型创新人才的知识体系;
3.开展个性化的创新能力训练;
4.建立以系统工程为大背景的工程训练模式。
(二)方法
现代制造业跨学科人才培养模式改革的思路,源于对制造业创新人才成长规律的总结。
要培养立足于21世纪现代制造业的人才,我们的人才培养模式应以大工程为背景,做到知识、能力与素质全面发展,着眼于面向经济和社会建设主战场,以机械工程为主线,机械、电子、信息、控制、设计、管理等跨学科知识高度融合,为现代制造业及相关行业培养具有开阔视野和较强工程实践能力、创新能力的高素质、复合型人才。
现代制造业跨学科人才培养模式研究与实践,主要依托湖南大学机械与运载工程学院和现代工程训练中心进行实施,电气、材料、设计艺术、计算机与通信、力学与航天航空等学院共同参与。
这些学院拥有国家高效磨削工程技术研究中心、汽车车身设计制造教育部重点实验室等国家级和省部级工程技术研究中心和重点实验室,具有坚实的办学基础和学科支撑。
该课题继承了湖南大学机械专业“以机为主,以电为辅,机电结合的复合型人才培养模式”的改革经验。
同时,基于二十世纪九十年代以来,信息技术、电子技术、控制理论、造型设计、新材料等学科对制造业的发展发挥着越来越重要的影响的新形势,着力构建跨学科复合型知识结构,着力强化学生能力的人才培养理念,积极探索适应现代制造业发展的人才培养模式,构建宽口径、厚基础、强机械,电子、信息、控制、管理兼备的跨学科复合型人才培养方案,从整体上提升学生的工程实践能力与创新能力。
我们的总体目标是:
建立一个培养适合现代制造业发展的跨学科复合型创新人才的教学体系。
该项目分复合型创新人才培养的教学管理模式研究;建立先进的网络立体交互式虚拟教学系统;构建复合型创新人才的知识体系;建立个性化的实践、创新教学系统;建立以系统工程为背景的工程能力训练模式;开办试点班,总结经验等六个子项目进行。
二、结论与对策
(一)根据制造业的发展和需求特点,不断创新人才培养模式
二十世纪九十年代以来,以信息技术为核心的高新技术在制造业蓬勃兴起。
机械、电子、信息、控制、网络通信、计算机、新材料等技术的有机集成,主导着制造业的发展。
国家确立了以信息化带动工业化的发展战略。
我们研究与之相适应的人才必须具备的多学科知识结构及进行技术创新的能力。
基于研究认识,我们从课程体系、实践教学体系、教学内容、教学方法与手段、工程综合能力考核等方面进行探索实践。
提出了“强化机械基础、强调机械、电子、信息、控制多学科交叉,以提高工程实践能力和创新能力为核心,以数字化、网络化为教学手段”的人才培养模式。
(二)建立多学科交叉的新课程体系是现代制造业跨学科人才培养模式的核心
建立新课程体系时遵循以下原则:
增大技术基础课的比重,扩大基础知识面,全面优化、精简、压缩专业课的比例,将各专业及专业方向中具有共性的内容“技术基础化”。
我们构建了“机械基础”和“机电综合控制技术基础”两大课程群,以形成宽口径,厚基础,强机械,电子、信息与控制兼备的跨学科知识平台。
建设了“数字化、网络化设计制造”、“机械创新设计”和“机电控制综合实践”三个实践教学基地。
初步构建了“机械制造类人才工程综合能力考核系统”。
两大基础课程群形成了复合型人才的知识结构,三个实践教学基地的强化训练使学生将多学科知识有机融合,内化为工程实践能力与创新能力。
两者之间紧密配合、相互补充、相互渗透,构成了科学合理的教学链,使现代制造业多学科交叉的创新人才培养计划落到实处。
配合新课程体系,创新工程人才培养系统,开展个性化教学实践。
1.建立大工程背景的工程训练体系,突破工程训练局限于技能训练的传统观念,建立一个以大工程为背景,机、电、材、工、管、艺结合的工程训练课程体系,引导学生到大工程系统的环境中去,扩大视野,开拓思路,养成用系统工程的观点思考和处理问题的习惯。
2.开办“工业工程”专业,试点机电工管融合途径。
工业工程学科/专业建设,得到机械工程、管理科学与工程等“985工程”重点建设学科的支撑和融合,并在机械制造领域取得了良好的应用前景。
遵循“厚基础、宽口径、重创新、重能力、可持续发展”的培养思路,培养学生掌握现代管理基本理论、方法和手段,又具备坚实的机电工程技术基础。
这类人才能够应用自然科学、社会科学的专门知识和工程技术理论、方法,将人员、物资、设备、技术和信息加以综合,对复杂的生产系统进行分析、规划、设计、改进和运作,以获得系统最佳经济效益。
3.设计大量综合性设计性课题,为学生开辟创造空间。
在创新工程人才培养系统中,我们建立了一个与理论教学密切联系又相对独立的实践教学体系。
创新设计能力培养环节是:
结合相关课程提出适当的综合性、设计性课题和创新设计任务书;学生搜集、查询资料,进行调研;形成机械系统功能构思;进行系统原理、方案创新设计;通过分析、比较、综合、评价、决策,优化最佳设计方案;进行系统结构设计;应用虚拟样机及其仿真技术、快速原型技术、数控加工技术等方法进行设计验证。
从而,以理论和实验教学体系为基础、以创新基地为支撑、以创新机制和激励机制为导向,构建了分层次、多元化的创新设计环境体系。
同时跨学科组织毕业设计,由设计、制造、信息、控制、管理等多个专业的教师合理搭配,组合成导师组,共同提出并指导工程实验课题。
学生可以根据自己的爱好和就业去向,选择设计课题。
至今为止,我们已经组织了“超市水果分选机”、“自动验票门”、“中气计划-轿车整车自主创新”等跨专业的毕业设计,实行了跨学科、跨专业团队式组织毕业设计,效果明显优于传统的方式。
(三)整合学校教学资源,建立跨学科的教学管理机构是现代制造业跨学科人才培养模式的有力保障
以湖南大学机械工程一级学科国家重点学科及相关学科为依托,以高水平教学团队为支撑,遵循高等教育规律,与国际工程教育接轨,我们将研究成果与改革思路落实到机械专业人才培育的全过程。
在学校主管部门的领导下,依托大学科群共建教学管理机构。
跨学科教育管理机构以共同培养跨学科人才为目标,整合相关学科的教学资源,共同制订培养方案,以共同的教学平台为结合点,以教学分工合作为手段,运用教学目标管理实现跨学科的教学合作,直至开展国际合作。
通过加强大学科内的分工与合作,促进多学科的交叉与融合,形成学科平行、人员交叉、知识相互渗透的教学机制,为跨学科人才培养提供保障。
(四)实践教学基地是现代制造业跨学科人才培养模式的有力支撑点
我们在课题研究与实践过程中,努力建设了三个实践教学基地,这三个教学基地成为理论与实践结合、机电信息控制结合、设计制造一体化,实现现代制造业跨学科人才培养模式的有力支撑点。
1.数字化、网络化设计制造教学基地
以多功能网络教室为中心,通过校园网/Internet网将分散的CAD/CAM中心、数字化网络制造中心、快速成型实验室、虚拟现实实验室等联系在一起,集成各终端系统的功能,充分发挥计算机网络资源共享的优点,形成了一个机械设计与制造一体化、网络化的立体交互式多媒体教学系统。
通过典型机械设备(如机械手、刻线机等)的设计与制造的全过程,构成一个综合性的大型实验系统。
2.机电综合控制技术实践基地
由各种液压伺服系统、交直流伺服传动系统、自动化立体仓库、机械手等机电控制设备,构成了一个技术先进、有工程实用价值的工业总线控制局域网,进行CAD/CAM/CAE一体化实践教学。
设计了“计算机控制综合实践”课程设计,内容包括不同控制量的检测、信号分析、控制系统电路设计、机械控制对象的仿真建模、控制参数仿真、不同控制对象的控制器设计、系统稳定性分析、现场总线组态软件编程、计算机通信等。
学生要综合应用机电传动与控制、液压技术、计算机控制技术、计算机仿真、现代测试技术、微机原理等多学科课程的知识完成这个设计。
3.机械创新设计基地
我们在课题研究中树立以培养学生创新精神和实践能力为导向的教育理念。
将创新教育作为一种教育思想渗透到所有课程教学环节中,使学生经过从机械系统的原理方案设计到结构设计直至加工制造、产品寿命周期全过程,创新能力和实践能力得到全方位的锻炼和提高。
我们构建立了分层次、多元化的创新设计环境和体系。
以理论和实验教学体系为基础、以创新基地为支撑、以创新机制和激励机制为导向,构造了图示的由基础层、初级层、中级层再到高级层的分层次、多元化创新设计环境体系。
(五)改革毕业设计模式,强化综合能力的整体训练是现代制造业跨学科人才培养模式的有力措施
突破毕业设计由专业教研室组织,设计内容单一,选题范围过窄,虚拟课题较多或多年不变的传统模式,利用“中气计划”这样的科研课题,跨学科组织毕业设计。
由设计、制造、信息、控制、管理等多个专业的教师合理搭配组合成导师组,共同提出并指导工程实际课题。
教师们可以优势互补,对学生的综合指导能力大大加强。
学生可以根据自己的爱好、就业去向和兴趣在全院范围内选择题目,有利于强化学生的综合能力训练。
(六)有特色的工程综合能力考核及评价系统是现代制造业跨学科人才培养模式的重要标尺
突破传统的单纯知识型考核方法,提出了多层次、多模式、高度综合的能力考核思路。
初步建立了科学的工程综合能力评价指标体系。
在考试方法、考核形式、考核内容上进行新实验,包括对基础知识掌握的评价,专业知识、综合知识运用的评价,创新能力的评价进行了综合串联,使考核过程同时也是学习、提高能力的过程。
三、成果与影响
(一)成果
本课题根据制造业的需求特点,研究构建了新的人才培养模式,发表了相关论文;从课程体系、实践教学体系、教学内容、教学方法与手段、实践教学基地、工程综合能力考核等几个方面进行了系统的改革,出版了专业培养方案;建设三个实践教学基地,与校企联合办学基地配合,为学生创造了大工程系统背景的能力培养环境。
近6年共出版教材13部,发表教研论文26篇。
“机械类跨学科人才培养模式的研究”获湖南省高等教育省级教学成果一等奖,获省级教学成果一等奖3项,全国及省级学科竞赛等成果奖10余项。
(二)影响
通过多年的研究和实践,现代制造业跨学科人才培养模式逐步形成,并推动了一系列教学改革,促进了机械类专业教学质量和效益的提高,培养了一批多学科知识基础较好,实践能力较强,并有一定创新精神的适应现代制造业发展的人才,取得了人才培养的良好效益。
湖南大学车辆工程和机械制造及其自动化专业已成为湖南省重点专业,车辆工程专业被教育部列为特色专业。
培养了一批机械电子信息控制多学科知识集成,实践能力强,并有创新精神的适应现代制造业发展的人才,取得了重大人才培养效益。
在湖南省理工科类高校中率先建成了利用计算机网络进行控制的CAD/CAM/CAE一体化实践教学基地,湖南大学现代工程训练中心被湖南省教育厅授予湖南省优秀实习基地称号,机械基础实验中心被湖南省教育厅评为湖南省基础课程示范实验室。
经过近6年的不断探索、积累、完善和再实践,本课题对转变教育观念、深化教学改革和全面推进素质教育起了积极的促进作用。
新的培养方案已在4届学生中全面实施,学生的知识结构和能力结构明显改善,综合素质明显提高。
毕业生的就业面拓宽。
毕业生就业率5年来稳定在96.5%以上。
东风汽车、长丰汽车、中联重科、“三一”重工等省内外大型企业对我们毕业生的知识结构均极为肯定。
从2002年~2008年,组织了大学生创新能力训练项目共200余项,完成率达98%。
在3届全国大学生机械创新设计大赛中,湖南大学跨学院组织了近百个小组参赛,每届都进入了决赛,并获一等奖2项、二等奖1项、三等奖1项。
湖南大学SAE赛车队首次代表中国大学生走进世界大学生SAE方程式赛车大赛,两次在美国参赛,获最佳新秀奖、“布鲁尔凯佳尔静音杯”最低噪声奖。
上述成绩充分体现了,跨学科人才培养新方案的实施,使学生提升了多学科知识基础和创新能力、工程实践能力,特别是多学科知识综合运用能力。
课题的研究和实践锻炼了一支锐意改革、教学与科研并重、老中青结合的优秀师资队伍。
课题组近6年获省级教学成果一等奖3项,2004年“机械类跨学科人才培养模式的研究”获湖南省高等教育省级教学成果一等奖,该项成果鉴定意见为:
“该项成果具有先进性、系统性和创新性,已取得突出的成效,为我国机械工程创新型人才培养模式改革提供了成功经验,具有较大的示范作用和重大的推广价值,达到国内领先水平”。
四、改进与完善
本课题提出了创新性的思路和研究,具有普遍适用性,课题在若干方面取得的进展已经得到了一定程度的应用,在今后的工作中,课题组将更加积极地推进课题研究成果的推广,并在现代制造业跨学科人才培养模式及相关研究方面进行深入的探索和尝试。
2001-2008年,课题组主要进行的是初步的实验性的研究和实践,还应当加强基础性、理论性的深入研究,形成大工程背景下合理的跨学科专业课程体系、专业内涵和人才培养规格与模式,形成专业特色。
在“统筹规划,分层实施,加大改革,重点突破”的原则指导下,以学科建设为龙头,专业发展为核心,开展跨学科教学设施及教学资源建设研究。
构建跨一级学科专业教学机构的设想。
要进一步开展研究和实践,尤其要研究这种机构的体制机制,使其有利于发挥多学科优势,形成学科平行,人员交叉,知识渗透的教学模式,营造跨学科人才培养的有利环境。
扩充并完善与理论教学平行的相对独立的实践教学计划。
以能力培养为主线,以创新设计为核心,以数字制造为龙头,以信息渗透为手段培养学生掌握现代产品设计与制造的方法和利用多学科知识创造新技术新工艺的能力;突出计划的运用价值和灵活性。
进一步改革教学方式和手段。
研究先进技术和现代教学方法相结合的教学方式,实现课堂教学的变革。
结合学校实际,不断提出创新能力培养及教学方法和手段的改革的新思路和新实践载体。
本课题的成果已在湖南大学机械类人才培养中得到成功应用,极大地推动了学科建设,取得一批较高水平的教学成果,已为企业培养了一批高素质的复合型人才,提高了学生的就业率。
在此基础上提出持续发展的几个建议:
(一)开展研究型教学,完善跨学科创新人才培养模式
研究型教学对于制造业拔尖创新人才的培养具有重要的意义。
20世纪九十年代以来,我国高等教育进入大众化阶段,重点大学开始承担精英教育的义务,负责培养拔尖创新人才,研究型教学理念和模式开始受到研究重视。
由于历史和环境条件等因素的局限,我国高等教育存在的根本问题表现为:
传统教育思想倚重于知识传承,将传承性教学置于中心位置;忽视了对学生自主学习、自主探索能力的培养,从而培养出来的人才大多缺乏批判思维、想象力和创新能力。
这是当前高等教育的关键症结所在,与21世纪日益加剧的国际竞争对高素质创新人才的强烈需求构成了尖锐矛盾。
研究型教学在机械类系列课程的基础课程群组中的应用有待系统、深入研究。
在该课程群组的教学和教研中,目前存在的主要问题有:
1.课程体系条块分割严重,机械类系列课程的基础课程群学科化倾向明显;
2.课程内容比较陈旧,与先进制造技术和现代数学、力学脱节;
3.对复杂机械现象、过程和系统的综合分析和创新能力的培养不够;
4.课程实验、工程实践和科研训练等环节比较薄弱;
5.教学模式、教学方法和评价体系比较落后。
传统的机械类系列课程的基础课程群教材和教学内容,过分强调理论体系的完整性,而对其在机械工程中的应用重视程度不够,忽视了与后续机械工程课程的过渡衔接和深度融合。
从而使机械类系列课程的基础课程群长期处于相对分离的学科平台和专业背景,不利于对机械现象和过程产生深层面的理解,不利于实现其机理化和定量化的认知。
机械类系列课程的基础课程群的教学内容的深度耦合,有利于树立机类专业本科生的大工程观,拓宽其认知视野,为其研究能力、复合应用水平及创新素质的培养打下坚实的学科基础。
课题组根据“以综合设计能力的培养为主线,相关课程整体优化”的思路,结合我校高水平研究型大学建设目标,拟对机类专业通识基础课程群组进行研究型教学探索,并开展相关理论、方法和实践研究。
(二)机械类人才柔性化培养模式研究
我国高等教育进入大众化阶段后,由于培养对象个体特质与志向差异较大,学生自我设计与发展期望呈现出多样性。
只有让学生的个性得到充分发挥,才有可能激发学生的创造欲望和创新激情,才能实现高等教育以人为本的根本目的,开发人的智慧与潜能。
而长期以来形成的“过刚”的本科专业人才培养规格、培养方案、教学计划、评价体系等,严重地限制了学生个性化发展和创造潜能的激发。
现代制造业的快速发展和社会经济的国际化,新知识与新技术的加速更替,工程活动科学性渗透和复杂性增大,大型工程对综合创新性与复合应用型人才的需求加剧,引发了高质量专业人才激烈竞争和人才规格变革。
我国社会经济需求和企业所有制结构及层次的多样性,使得机械等专业人才的需求呈现明显的多元化趋势,因此,有必要重新定位工程专业教育和探索新的人才培养模式,以更好地适应我国经济建设和社会发展。
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