施 杰，張毅杰，楊琳琳，孫 波，張鴻富

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,云南 昆明 650201）

“中國制造2025”是要將傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)型，其核心是智能制造[1-4]。智能制造所帶來的新產(chǎn)業(yè)、新裝備、新技術(shù)工藝、新標(biāo)準(zhǔn)等，也必然需要相應(yīng)的專業(yè)人才進(jìn)行支撐。這就要求高校機(jī)械類專業(yè)必須盡快適應(yīng)智能制造技術(shù)的發(fā)展需求，對(duì)傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方式進(jìn)行變革，培養(yǎng)滿足智能制造要求的工程技術(shù)人才。作為地方農(nóng)業(yè)院校的云南農(nóng)業(yè)大學(xué)開辦有農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程等機(jī)械類相關(guān)專業(yè)。農(nóng)業(yè)院校的機(jī)械類專業(yè)與工科院校相比，通常存在人才培養(yǎng)目標(biāo)定位不清晰、建設(shè)投入不足、人才培養(yǎng)與企業(yè)脫節(jié)等問題[5-6]。特別是在當(dāng)前“新工科”與“新農(nóng)科”這一發(fā)展背景下，對(duì)農(nóng)科機(jī)械類人才的培養(yǎng)提出了許多新要求。這也加速這一問題的改革成為當(dāng)前高校特別是農(nóng)科院校共同關(guān)心的問題。因此，本文以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)為例，針對(duì)農(nóng)科院校機(jī)械類專業(yè)在智能制造人才培養(yǎng)過程中存在的問題，通過對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行改革，并探索“新工科”與“新農(nóng)科”相結(jié)合的農(nóng)科院校辦學(xué)特色，提出了面向智能制造的人才培養(yǎng)新模式，還對(duì)此作了實(shí)踐探索。

一、方法與過程

近年來，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)為了適應(yīng)新工科、新農(nóng)科背景下智能制造對(duì)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)的新要求，在教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、學(xué)校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目和學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)行動(dòng)基金項(xiàng)目的支持下，圍繞著智能制造人才培養(yǎng)模式改革，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探索：（1）探索通過優(yōu)化重構(gòu)以“學(xué)科前沿講座→專業(yè)基礎(chǔ)課→專業(yè)模塊課→專業(yè)實(shí)踐→畢業(yè)設(shè)計(jì)”為主線的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，來打造集機(jī)械、信息技術(shù)、人工智能等多學(xué)科于一體的智能制造課程群；（2）探索構(gòu)建基于數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)（Digital Design Software Platform，DTPC）的教學(xué)模式和信息技術(shù)與專業(yè)課程深度融合的教學(xué)模式；（3）探索將教改和科研成果融入教學(xué)內(nèi)容，編寫智能制造課程教材；（4）探索構(gòu)建“專業(yè)課程+專題培訓(xùn)+全程指導(dǎo)+學(xué)生項(xiàng)目+學(xué)科競(jìng)賽”的培養(yǎng)體系，來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力；（5）探索研制相關(guān)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)條件的不足。同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還充分結(jié)合地方農(nóng)業(yè)院校的辦學(xué)特色。特別是在課程體系、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和指導(dǎo)各類學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目等方面都力求體現(xiàn)出“新工科”與“新農(nóng)科”的交叉與融合。

二、結(jié)果與分析

通過幾年來改革的實(shí)踐探索，教學(xué)團(tuán)隊(duì)總結(jié)出了農(nóng)科機(jī)械類專業(yè)智能制造人才培養(yǎng)模式，如圖1 所示。

圖1 智能制造人才培養(yǎng)模式

（一）改革傳統(tǒng)人才培養(yǎng)目標(biāo)，重構(gòu)智能制造課程體系

“智能制造”人才不僅要有扎實(shí)的機(jī)械工程專業(yè)知識(shí)，而且還要能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際中的復(fù)雜工程問題，同時(shí)具備學(xué)習(xí)新知識(shí)和新技術(shù)的能力，具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)等特點(diǎn)[7-8]。因此，整個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合“新工科”建設(shè)，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系進(jìn)行了改革。樹立要培養(yǎng)面向行業(yè)、企業(yè)，讓機(jī)械專業(yè)教育回到“工程”中去，以專業(yè)知識(shí)為支撐、能力培養(yǎng)為核心、素質(zhì)提升為目的，將學(xué)生培養(yǎng)成為能夠解決機(jī)械工程領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的高級(jí)工程技術(shù)人才。目前，機(jī)械類專業(yè)課程體系普遍存在構(gòu)建不合理的問題，仍然沿用傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱。雖然比較重視學(xué)科體系中知識(shí)寬度和深度，但教學(xué)內(nèi)容卻達(dá)不到要求，還沒有構(gòu)建起滿足“智能制造”要求的課程體系。針對(duì)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械類專業(yè)課程體系存在的問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)按照“工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”和“普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)”的要求，本著培養(yǎng)智能制造高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的理念，圍繞強(qiáng)化機(jī)械工程基礎(chǔ)、多學(xué)科交叉融合和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，來開展機(jī)械類專業(yè)課程體系改革。通過優(yōu)化重構(gòu)以“學(xué)科前沿講座→專業(yè)基礎(chǔ)課→專業(yè)模塊課→專業(yè)實(shí)踐→畢業(yè)設(shè)計(jì)”為主線的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，打造集機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、人工智能等多學(xué)科知識(shí)于一體的智能制造課程體系。

如圖2 所示，教學(xué)團(tuán)隊(duì)首先通過開展“機(jī)器人技術(shù)”“工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用”“人工智能概論”“智能制造技術(shù)”“云制造技術(shù)”等一系列學(xué)科前沿講座讓學(xué)生了解本專業(yè)最前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。再將原有的專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課和選修課，通過課程改革和教學(xué)設(shè)計(jì)整合成一個(gè)科學(xué)、高效、邏輯性強(qiáng)、理論和實(shí)踐互補(bǔ)的課程群。例如：把機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)的課程設(shè)計(jì)整合為機(jī)械設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練。該綜合訓(xùn)練能將專業(yè)課程進(jìn)行統(tǒng)籌融合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的有效貫通。通過綜合訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和綜合設(shè)計(jì)能力，并引導(dǎo)學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的及課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式開展工程設(shè)計(jì)工作。又比如：MATLAB 數(shù)值分析與應(yīng)用、PLC 可編程控制器和微機(jī)原理與應(yīng)用等課程能夠培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)編程能力，而在液壓與氣壓傳動(dòng)和機(jī)電傳動(dòng)控制課程中通過加入對(duì)傳動(dòng)控制問題的編程訓(xùn)練，則可以加深學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和編程技術(shù)的理解與掌握，實(shí)現(xiàn)課程間的交叉融合與應(yīng)用。然后，再進(jìn)一步調(diào)整人才培養(yǎng)方案，開設(shè)更多符合智能制造要求的課程。新增如：虛擬儀器技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、人工智能、深度學(xué)習(xí)、Python 程序設(shè)計(jì)等10 多門新課程。并將這些課程劃分為：先進(jìn)制造模塊、智能制造模塊、控制能力模塊，讓學(xué)生根據(jù)興趣進(jìn)行選擇學(xué)習(xí)。在專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極探索產(chǎn)教融合的智能制造人才培養(yǎng)模式。通過教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，與先進(jìn)制造企業(yè)一起探討智能制造課程群的建設(shè)方案，特別強(qiáng)調(diào)將理論教學(xué)與實(shí)踐項(xiàng)目相結(jié)，為學(xué)生實(shí)踐操作夯實(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)其解決實(shí)際工程問題的能力。在課程的實(shí)驗(yàn)部分，設(shè)計(jì)以工程項(xiàng)目為實(shí)驗(yàn)任務(wù)，將學(xué)生進(jìn)行合理的分組，每一組學(xué)生合作完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作能力以及解決工程實(shí)際問題的能力。最后，通過不同模塊所對(duì)應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，完成一次綜合的實(shí)踐訓(xùn)練。

圖2 構(gòu)建智能制造課程群

（二）構(gòu)建適應(yīng)智能制造的教學(xué)模式

1.構(gòu)建基于DTPC 的教學(xué)模式

教學(xué)團(tuán)隊(duì)以數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件為平臺(tái)，將學(xué)科特色案例貫穿于整個(gè)理論和實(shí)踐教學(xué)過程，構(gòu)建基于DTPC 的教學(xué)模式。DTPC 是數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)（Digital design software platform）、理論教學(xué)（Theory teaching）、實(shí)踐教學(xué)（Practice teaching）和特色案例（Characteristic case）的簡(jiǎn)稱[9-10]。DTPC 教學(xué)模式主要特色是：（1）緊密圍繞具有農(nóng)科特色的真實(shí)科研案例，設(shè)計(jì)內(nèi)容具有挑戰(zhàn)性，有利于拓展學(xué)生的視野，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力；（2）在完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，充分引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與數(shù)字化設(shè)計(jì)手段相融合，提升學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力；（3）強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)和自主攻關(guān)模式，鍛煉學(xué)生獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力；（4）改變學(xué)生評(píng)價(jià)體系，注重從知識(shí)、技能和創(chuàng)新能力三個(gè)層面立體評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的DTPC 教學(xué)模式為例，它借助數(shù)字化平臺(tái)打通機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程各個(gè)教學(xué)模塊內(nèi)部的知識(shí)脈絡(luò)，并構(gòu)建各個(gè)教學(xué)模塊充分融合的系統(tǒng)性知識(shí)體系。DTPC 教學(xué)模式設(shè)計(jì)是從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行：（1）DTPC 中的理論教學(xué)內(nèi)容，將機(jī)械原理知識(shí)體系模塊和機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)體系模塊內(nèi)部的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過基于數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的工程案例貫穿起來。機(jī)械原理知識(shí)體系模塊設(shè)計(jì)5 個(gè)基于數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件的典型案例，教學(xué)案例來源于對(duì)科研項(xiàng)目的提煉。例如，從科研項(xiàng)目“辣椒移栽機(jī)構(gòu)植苗過程模擬分析與動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化研究”提煉出三個(gè)案例，涵蓋三個(gè)分析、三大機(jī)構(gòu)的主要教學(xué)內(nèi)容。機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)體系是學(xué)生成為合格工程設(shè)計(jì)師的基本知識(shí)儲(chǔ)備，使學(xué)生扎實(shí)地掌握通用零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及深刻領(lǐng)會(huì)各典型零部件的設(shè)計(jì)方法是教學(xué)模塊的核心目標(biāo)。由于減速器具有十分典型的機(jī)械特征，可以完美地融合于整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)全過程中，較以往僅在課程設(shè)計(jì)之前單獨(dú)講授減速器相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)方式更為有效。該模塊全面融合數(shù)字化設(shè)計(jì)分析手段，設(shè)計(jì)4 個(gè)典型案例；（2）DTPC 中的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)具有學(xué)科特色的工程設(shè)計(jì)案例的應(yīng)用，通過浸入式情景學(xué)習(xí)使學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)到本專業(yè)學(xué)習(xí)的樂趣與成就感。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是整個(gè)DTPC 教學(xué)模式中最具專業(yè)特色和最能提升創(chuàng)新思維能力的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，也是從專業(yè)知識(shí)積累（量變）到機(jī)械設(shè)計(jì)能力提升（質(zhì)變）的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)是從近些年教師的科研項(xiàng)目中精心提煉出10 多個(gè)具有農(nóng)科工程特色、難度適中、兼具實(shí)用性和創(chuàng)造性的訓(xùn)練項(xiàng)目，例如火腿揉制機(jī)、三七播種機(jī)等；（3）DTPC 教學(xué)模式的主旨是將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)通過數(shù)字化工程設(shè)計(jì)案例庫有效地銜接起來，因此，綜合性的工程設(shè)計(jì)案例庫的建設(shè)是DTPC 教學(xué)模式成功實(shí)施的關(guān)鍵支撐。

DTPC 是構(gòu)建新工科課程體系與實(shí)踐教學(xué)體系緊密結(jié)合的新模式，這一模式蘊(yùn)含的思想和理念也同樣適用于智能制造課程群中的其他專業(yè)課程體系的教學(xué)改革。近年來，在機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)等課程中都開展了DTPC 教學(xué)模式的實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。

2.構(gòu)建信息技術(shù)與專業(yè)課程深度融合的教學(xué)模式

為增強(qiáng)機(jī)械專業(yè)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力，在教學(xué)過程中無論是案例演示，還是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，都要突出信息技術(shù)與專業(yè)的相關(guān)性和融合性。從而使信息技術(shù)與專業(yè)課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、課程資源以及課程實(shí)施融為一體。教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用信息技術(shù)來組織以學(xué)生為中心的課堂，改革教學(xué)結(jié)構(gòu)、使教與學(xué)達(dá)到最優(yōu)化的效果，從而構(gòu)建信息技術(shù)與專業(yè)課程深度融合的教學(xué)模式。例如：在講授管理信息系統(tǒng)課程時(shí)，首先從中國制造業(yè)現(xiàn)狀、華為缺芯等討論出發(fā)，激起學(xué)生對(duì)制造業(yè)的關(guān)注，再提出怎樣將中國建設(shè)成為制造業(yè)強(qiáng)國的思考。通過引導(dǎo)學(xué)生激烈討論，讓學(xué)生們了解到通過智能制造能夠全面提升我國制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，而管理信息系統(tǒng)正是智能制造建設(shè)的重要組成部分。同時(shí)，在后續(xù)課程的案例選擇、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上還要注意突出與專業(yè)的密切聯(lián)系。如將制造企業(yè)中常用的ERP 信息系統(tǒng)等內(nèi)容納入教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中。實(shí)驗(yàn)方面，安排信息系統(tǒng)的開發(fā)，也安排信息系統(tǒng)使用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。結(jié)合機(jī)械專業(yè)自身的特點(diǎn)，在系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采用比較容易上手的編程語言和數(shù)據(jù)庫來開發(fā)一些設(shè)備管理系統(tǒng)。在信息系統(tǒng)使用實(shí)驗(yàn)方面，也沒有簡(jiǎn)單照搬經(jīng)管類專業(yè)使用財(cái)務(wù)軟件的實(shí)驗(yàn)，而是安排學(xué)生使用與專業(yè)相關(guān)的制造業(yè)信息化軟件。通過這些環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與融合，學(xué)生不但掌握了怎樣在現(xiàn)代信息技術(shù)條件下完成各項(xiàng)實(shí)際工作，也提高了適應(yīng)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。通過將信息技術(shù)與專業(yè)課程進(jìn)行深度融合的研究和實(shí)踐，學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和信息技術(shù)應(yīng)用能力得到很大的提升，機(jī)械專業(yè)學(xué)生在各類信息化競(jìng)賽中都能獲得優(yōu)良的成績(jī)。

（三）改革適應(yīng)智能制造課程體系的教學(xué)內(nèi)容

1.將教學(xué)改革成果和科研成果融入教學(xué)內(nèi)容

團(tuán)隊(duì)教師將教學(xué)改革成果和科研成果以不同方式融入專業(yè)課程的課堂教學(xué)和實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，為智能制造課程體系的教學(xué)內(nèi)容改革提供了良好素材。通過“踐行四個(gè)回歸探索互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)課堂教學(xué)方法[11]”的教改項(xiàng)目研究，團(tuán)隊(duì)教師對(duì)互換性與測(cè)量技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，突出以學(xué)生為主的課堂教學(xué)和工程問題訓(xùn)練來提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并將思政教育與專業(yè)教育有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生能學(xué)以致用，成為社會(huì)的建設(shè)者和接班人，為國家的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，從而提升課程教學(xué)效果。在機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)課程中將團(tuán)隊(duì)教師的科研論文“采用HHT 算法與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷軸承復(fù)合故障”“變分模態(tài)分解結(jié)合深度遷移學(xué)習(xí)診斷機(jī)械故障”作為教學(xué)案例，讓學(xué)生了解人工智能技術(shù)如何真正應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域，從而增強(qiáng)課程的實(shí)用性。在機(jī)械故障診斷課程中還將團(tuán)隊(duì)教師研制的“齒輪故障診斷虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”“軸承故障診斷虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”“信號(hào)處理虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)”“通用傳感器標(biāo)定系統(tǒng)”等科研成果用于實(shí)踐教學(xué)，用于模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際設(shè)備，使學(xué)生感受到真實(shí)故障診斷的情況。

2.編寫智能制造課程教材

智能制造課程群的特點(diǎn)是集機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、人工智能等多學(xué)科知識(shí)于一體，針對(duì)教學(xué)過程中普遍缺乏相關(guān)的教材和工具書的情況，教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫了《機(jī)械工程軟件開發(fā)技術(shù)研究》一書。該書在“中國制造2025”的戰(zhàn)略背景下，通過8 個(gè)與機(jī)械工程相關(guān)的軟件開發(fā)項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了軟件工程思想、統(tǒng)一建模語言、軟件開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和軟件測(cè)試技術(shù)，在ASP.NET 網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、LabVIEW 虛擬儀器開發(fā)、Visual Basic 單機(jī)程序開發(fā)等實(shí)踐項(xiàng)目中的綜合應(yīng)用過程。同時(shí)，該書中的軟件開發(fā)項(xiàng)目案例在制造企業(yè)信息化應(yīng)用中也具有極強(qiáng)代表性，是一部綜合了機(jī)械工程、軟件工程和信息技術(shù)的實(shí)用教材和工具書。該教材在管理信息系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行推廣使用，學(xué)生普遍反映既方便查閱相關(guān)軟件開發(fā)的知識(shí)，又能具體了解制造業(yè)信息化企業(yè)案例，在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，教材受到學(xué)生的廣泛歡迎。

（四）構(gòu)建基于大創(chuàng)項(xiàng)目與學(xué)科競(jìng)賽的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和各類學(xué)科競(jìng)賽是開展專業(yè)性高級(jí)思維能力訓(xùn)練、實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的重要手段和平臺(tái)，可以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)自主思考，有助于鍛煉邏輯思維能力和獨(dú)立解決問題的能力，還能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才意義。同時(shí)，學(xué)生也普遍對(duì)具有競(jìng)技性、趣味性和綜合性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和學(xué)科競(jìng)賽表現(xiàn)出了濃厚的興趣。因此，團(tuán)隊(duì)教師每年指導(dǎo)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生申報(bào)國家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽、全國應(yīng)用型人才綜合技能等各類學(xué)科比賽，構(gòu)建了“專業(yè)課程+專題培訓(xùn)+全程指導(dǎo)+學(xué)生項(xiàng)目+學(xué)科競(jìng)賽”的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系（圖3）。該培養(yǎng)體系首先是通過專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課、模塊課和實(shí)踐課來培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)；然后開設(shè)軟件開發(fā)、機(jī)器人技術(shù)等專題培訓(xùn)來拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣；再引導(dǎo)學(xué)生申報(bào)各類科技創(chuàng)新項(xiàng)目，來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和科研能力；最后通過參加學(xué)科競(jìng)賽讓學(xué)生的專業(yè)知識(shí)能夠得到檢驗(yàn)和應(yīng)用。為了讓更多的學(xué)生有參加學(xué)科競(jìng)賽的機(jī)會(huì)，團(tuán)隊(duì)教師還積極籌辦多屆云南農(nóng)業(yè)大學(xué)“尺規(guī)制圖競(jìng)賽”及“機(jī)械圖識(shí)圖橡皮泥造型競(jìng)賽”，參賽學(xué)生達(dá)到500 余人。近年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)4 項(xiàng)國家級(jí)、1 項(xiàng)省級(jí)、3 項(xiàng)校級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和10 項(xiàng)學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)行動(dòng)基金項(xiàng)目；參加各類學(xué)科競(jìng)賽獲得國家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)20 余項(xiàng)。參與學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力得到極大提高。

圖3 實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系

（五）研制適合專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

農(nóng)科院校機(jī)械類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，存在設(shè)備一次性投入大、占用空間大和使用效率低等問題，同時(shí)還受到學(xué)校發(fā)展、體制等諸多方面因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平不高，難以滿足實(shí)踐教學(xué)的要求。針對(duì)這些問題，研究應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)來改善機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)條件，設(shè)計(jì)和研制出適合專業(yè)課實(shí)踐教學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[12]。教學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)“機(jī)械臂控制系統(tǒng)”“機(jī)械測(cè)試系統(tǒng) ”“微型激光雕刻機(jī)”等，這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)中得到很好運(yùn)用。

三、結(jié)論與建議

面向智能制造人才培養(yǎng)模式的改革，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效手段。本文針對(duì)農(nóng)科院校機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)方面存在的問題，明確以改革傳統(tǒng)人才培養(yǎng)目標(biāo)和重構(gòu)智能制造課程體系為主線；在此基礎(chǔ)上提出DTPC 的教學(xué)模式和信息技術(shù)與專業(yè)課程深度融合的教學(xué)模式；并且構(gòu)建適應(yīng)智能制造的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在開展的智能制造人才培養(yǎng)模式的實(shí)踐探索過程中取得一定的成績(jī)。團(tuán)隊(duì)完成國家級(jí)和校級(jí)教改項(xiàng)目8 項(xiàng)，發(fā)表相關(guān)教改論文6 篇，出版教材1 部，獲得軟件著作權(quán)3 項(xiàng)；指導(dǎo)18 項(xiàng)國家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和10 項(xiàng)學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)行動(dòng)基金項(xiàng)目；指導(dǎo)學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽獲得20 余項(xiàng)國家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到顯著提高。近年來，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)入選云南省一流本科專業(yè)，其在第一志愿錄取率、就業(yè)率等方面的成績(jī)都名列前茅，專業(yè)的社會(huì)認(rèn)可度也在不斷提高。同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還在課程體系、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和指導(dǎo)各類學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目等方面充分突出“新工科”與“新農(nóng)科”的交叉與融合辦學(xué)特色。這一研究成果對(duì)于農(nóng)科機(jī)械類專業(yè)、工科機(jī)械類專業(yè)以及其他學(xué)科專業(yè)的人才培養(yǎng)教學(xué)改革有著一定的參考和借鑒價(jià)值。在今后工作中還需進(jìn)一步確定清晰、準(zhǔn)確的人才培養(yǎng)目標(biāo)，將各類軟硬件資源進(jìn)行整合，通過優(yōu)化課程體系，強(qiáng)化綜合實(shí)踐訓(xùn)練等措施，培養(yǎng)出知識(shí)、能力、素養(yǎng)等方面協(xié)同發(fā)展，具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，符合“中國制造2025”要求的工程技術(shù)人才。