基于应用型本科人才培养的先进制造技术实践教学改革与探索①

［摘要］高端装备制造业是强国之基，世界经济和科学技术的飞速发展，为加速新质生产力的培育、实施制造强国战略以及构建现代化产业体系提供了重要支撑，在深化制造业与互联网融合发展的背景下，应用型本科院校如何调整工程训练以适应当前制造业的发展趋势，成为当代高等教育面临的一个新课题。工程技能实训学院聚焦新疆“十大产业集群”中的煤炭煤电煤化工和绿色矿业产业集群建设，基于先进制造技术实践教学课程，开发典型矿山机械设备实习项目及课程思政元素课程，通过利用线上线下混合式教学平台，构建多元化的课程模块，以推进教学内容、教学体系、教学设施建设、课程思政建设等方面的全面改革。实践证明，以“N+1”教学体系为主线的教学改革实施环节衔接紧密，内容丰富完整，可推广性强，为应用型本科院校先进制造技术实践课程教学改革提供了新模式。

［关键词］先进制造技术；教学改革；线上线下；混合式教学；创新实践能力

［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2025）06-0101-04

世界经济和科学技术的飞速发展，为加快发展新质生产力的培育、推进制造强国战略的落实以及构建现代化产业体系提供了重要支撑。近年来，我国高端装备制造业不断输出先进生产力，以“新”赋能千行百业，推动我国工业制造向“新”发力。高端装备制造业加工模式的自动化、精准化、智能化已成为当前制造业领域的主要发展趋势，因此，企业迫切需求具备先进制造技术相关专业理论知识和专业技能的高级应用型人才。2019年11月，国家发展改革委等15部门联合印发的《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》，明确提出先进制造业和现代服务业“两业融合”的概念，这一举措标志着我国制造业转型升级的重要方向，是新时期工业化与信息化深度融合（即“两化融合”）的准确表述，并为深化“两化融合”指明了正确方向和实施路径，将对我国产业融合进程产生深远影响。在深化制造业与互联网融合的背景下，教育部提出新工科的建设指导意见，新工科工程训练如何适应当前的制造业发展是当代大学面临的一个新课题。教育部提出的新工科建设理念，旨在面向工业界、中国经济未来发展趋势以及全球工程教育领域，针对21世纪人类共同的工程教育挑战，传统工科教育模式已难以满足新工科应用型大学的教育要求。

新疆工程学院作为新疆维吾尔自治区首批应用型高等学校，于2019年就针对传统工程训练实践课程体系进行了改革，通过五年的应用和不断修订完善，采用的“5+1”课程体系改革已初见成效，形成了完善的教学大纲和教学体系，取得了良好的教学成果和企业反馈[1]。然而，当前课程体系仍难以满足制造业领域对先进制造技术高技能应用型人才的培养需求，本文通过对我校近五年工程训练实践课程改革实施取得的成效进行充分的分析和总结，聚焦新疆“十大产业集群”中的煤炭煤电煤化工产业集群和绿色矿业产业集群建设，依托学校建造的120万吨1∶1比例的仿真教学矿井，在大二已开设工程训练实践课程的基础上，大三增设先进制造技术实践教学课程，并将课程内容与典型矿山机械设备融合，在各实践项目中，选取了典型矿山机械零件完成制造工艺及课程思政元素的开发建设，最终完成典型矿山机械设备的设计、加工、装配、调试等一系列的课程内容，运用我们从教学内容、教学体系、教学建设及教学成果等方面提炼的宝贵经验，为应用型本科院校的先进制造技术实践教学改革实施提供了一定的依据。

一、先进制造技术教学内容的革新

先进制造技术实践教学课程是培养新工科应用型工程人才的重要实践环节，有助于学生朝着“增强工程实践能力，培养创新精神和创新能力”的先进制造技术方向发展。学生通过大二工程训练课程进行了“车—铣—刨—磨—钳—焊”等常规实习项目的实践，已经具备了一定的工程素养和实践动手能力[2]，在此基础上，我院通过优化整合近年新引进的先进制造设备五轴加工中心、四轴加工中心、全功能数控车、3D打印机、激光切割机、激光焊接机、工业机器人、线切割电火花机床、电气控制技术等现代化制造设备成立了“先进制造技术教研室”，经过新进教师培养和教学改革，在学生大三阶段开设先进制造技术实践教学课程，通过这些先进的制造设备实践项目，同时结合典型的矿山机械设备制造过程，让学生了解和掌握现代智能制造设备的新工艺、新技术在高端装备制造业中的应用，并通过学生亲自操作相关设备体验传统机械设备和先进制造设备的优劣性，激发学生掌握先进制造技术的学习意愿[3]；同时充分保障学生的实践时间，提升实践操作技能，强化教学资源建设，以赛促学，以赛促教，探索新的教育创新模式，努力提升人才培养质量。

二、先进制造技术教学体系的改革

目前，我国的装备制造业发展迅猛，尤其是高端装备制造业的先进加工技术日益成熟，先进设备不断更新换代，加工方式的系统化、多元化、自动化、精准化已成为当下的发展趋势，因而常规的工程训练实践课程开设的传统“车—铣—刨—磨—钳—焊”等实习工种已与企业迫切需求的现代化先进制造技术人才需求严重脱节，无法满足企业紧缺人才的多元化和多样化发展需求[4]。

因而我们通过强化应用型先进制造技术意识，更新人才培养体系，提升思想认识，要求各学院工科专业学生均需在常规“工程训练”实践课程完成的基础上，增设数控车工、数控铣工、加工中心、线切割电火花、3D打印、激光切割、特种焊接、工业机器人、电气控制技术等现代工业先进制造技术实习工种，并逐步加大先进制造项目的实习力度，让学生最大化地掌握现代化高新制造产业专业知识和技能。

教学体系方面，我们通过充分调研，详细了解各学院工科专业设置对实践课程的不同要求，开设了先进制造技术二周（适用于工科非机械类专业）、三周（适用于工科机械类专业）及四周（适用于工科矿山机械类专业）的不同教学大纲和实习内容安排，针对二到四周不同的实习时间开发难易程度不同的矿山机械设备铲车、叉车、矿用卡车、液压挖掘机、液压支架等实习项目，然后让学生按照男女搭配的方式5人一组自行组队，并根据实习时长及团队能力、兴趣选择适合的项目，从而大大增强了学生对实习项目的参与主动性。下面以实践二到四周为例，第一周按单个工种各实习1天轮流安排，让学生先了解各工种的加工范围及基础实践内容，第二周开始由每组学生按照自选实习项目进行分工，小组成员各自选定其中一个自己感兴趣的工种进行余下一到三周的实践，并完成相应的矿山机械典型零部件加工，最后通过团队成员各自完成的零部件装配出矿山机械成品，同时做汇报展示，即我们简称为“N+1”的课程体系教改方案。针对二到四周的实习时间开发难易程度不同的实践项目，学生可以针对所选实习项目选择需要的实习工种，从而增加了学生对其中一个工种的深入学习和技能掌握，由最初的认知性实习转变为专业技能型实习，大大提高了学生的实践动手能力。下面以实践二到四周为例，具体教学体系改革如表1所示。

通过表1可知，从具体实践内容上看，每位学生第一周轮换实习每个工种，在对每个工种有了初步了解后，可以更好地根据选择的实训项目中需要加工零件的工种选择其中一个自己擅长或喜欢的工种，集中开展剩余二到四周的单个工种深度实践，并通过小组成员团队协作完成整个实习项目，从而可以使单个工种的实践时间分别达到了6天（2周）、11天（3周）、16天（4周），从而在不修订人才培养方案的前提下使学生更好地熟练掌握其中一个工种专业技能，避免了大学生实习内容多而不精的情况，为推进教育部“1+X”证书制度试点工作和改革创新人才培养评价模式打下更坚实的基础，同时提高应用型本科院校育人质量，培育企业迫切需求的先进制造技术高级应用型人才。

三、先进制造技术线上线下混合式实践教学的建设

为促进信息技术与课程教学深度融合，聚焦“互联网+”和智慧教学环境下的课堂教学改革，激励广大教师不断深入探索线上线下混合式教学模式[5]，形成更多优质课程，提升我校本科人才培养质量，学校积极推进混合式教学课程建设，2022年响应学校混合式课程教学模式的应用，我院首选先进制造技术实训课程开始尝试采用线上线下混合式教学建设，经过一年的筹备，2023年我院申报的先进制造技术实训获批校级首批线上线下混合式一流课程建设项目，并在智慧树正式上线，目前已完成5个班次共计342人的线上线下混合式实训教学，学生参与度高于预期，教学效果良好。通过首轮检验，我们针对出现的问题进行了进一步的教学过程优化设计，主要分为课前线上学习—课中线下学习—课后线上+线下巩固学习三部分，具体实施过程如下。

（一）课前线上学习

课前线上学习阶段，先进制造技术实训线上线下混合式实训课程在教学设计环节，教师首先录制了包括相关线上课程教学资源、安全教育、课程思政以及设备操作等相关教学视频，并将其上传至智慧树平台。学生在实践课程开课前两周通过登录智慧树在线完成各工种安全教育、课程思政、基础知识学习、实习项目选择、实习作品设计、实习设备操作等基础内容，并通过数林在线课堂进行仿真操作练习，从而提前进入实践课程学习阶段，扩展了学习空间，在课前线上学习环节学生除了完成线上教学内容外，还要自行完成实习项目的选择及组队等工作，并初步完成实习作品设计；同时通过“大国重器”“大国工匠”、我们身边的工匠人才等典型事迹向学生展示与先进制造技术相关的工匠精神、社会责任等德育元素[6]，激发学生的爱国主义情怀，专注、精益求精的“匠人精神”，在培养学生民族自豪感的同时，也要培养学生有攻坚克难、振兴中华的社会责任感[7]。

（二）课中线下学习

在课程中的线下学习阶段，学生需前往实训场地完成线下实践内容。在线下实践过程中，教师首先会根据学生所选实训项目所涉及的工种，分别开展为期一天的基础实习活动，旨在让学生通过实操亲身体验每个工种的加工内容及操作方式；然后按照学生分组情况进行角色分工，在以学生为中心的原则下，让每组成员按照各自的特长合理选择实践工种，在余下的一到三周内完成所选实习项目各工种零部件的加工制作；在具体加工制作环节，教师会首先进行现场演示详细展示加工流程，并指导学生进一步明确安全操作规程、加工工艺制定、加工精度控制及检测方式等关键技术要领，对于尚未掌握相关技能的学生，他们可以随时利用智慧树线上教学资源实现一对一的学习指导，通过反复观看线上教学资源并不断练习，以确保每位学生都能独立操作设备，完成合格零部件的加工制作，并顺利推进实训项目的装配、验收、视频制作、成果汇报及评比等环节，最后通过过程性评价+成果性评价（学生自评—学生互评—教师评价）的有机结合，形成学生的总评成绩。这种教学模式不仅提高了学生的参与主动性和实践能力，还培养了其产品质量素养，强化劳动意识，开拓创新思维的能力。

（三）课后线上+线下巩固学习

实习结束后，学生通过智慧树将设计图纸、作品照片、视频、成果汇报及实训报告等过程性材料上传线上教学平台，在线完成课后习题、自评、互评及课程评价等环节。针对学习热情高、实践能力强的学生，课后可以继续通过智慧树线上教学平台、数林在线课堂等教学资源进行深入学习，同时为学生提供参加中华人民共和国职业技能大赛、全国大学生工程实践与创新能力大赛、全国大学生机械创新设计大赛、创新工作室、教育部1+X证书培训鉴定取证等培训指导工作，促使学生将课程所学知识技能应用于学科竞赛、职业资格证书鉴定等活动中，实现以赛促教、以赛促学的目的，从而激发学生的学习兴趣和积极性，提升学习效果，同时，这一举措也激发了教师的教学热情和创新意识，进而提高了教学质量和效果，提升了教师和学生的专业知识和技能水平，为他们的未来发展奠定了坚实基础。

四、先进制造技术实践课程改革成果

先进制造技术实践课程改革取得了显著成果，主要体现在教学内容创新、教学模式创新、教学体系完善以及教学效果提升等方面。

（一）教学内容创新

通过紧密结合先进制造技术的最新发展趋势，并结合我校近年新引进的3D打印、激光切割、激光焊接、工业机器人、数控车、数控铣、四轴加工中心、五轴加工中心、线切割电火花、电气控制技术等先进制造设备，我们开设了新的教学内容，从而丰富了前沿技术教学资源。这些技术不仅提高了生产效率，还为大学生创新设计和个性化定制培养提供了可能。

（二）教学模式创新

教师采用项目分析、分组讨论、理实一体化等教学模式，结合线上线下混合式实践教学相结合的工程教育模式，以学生为中心，以矿山机械设备项目为驱动，提高了学生的实践能力和创新能力[8-9]。

（三）教学体系完善

构建了逐层递进的实践教学体系，将工程认知、工程训练、工程实践全过程贯穿于学生的培养，有效提升了学生的工程实践能力、创新能力和科技素养。

（四）教学效果提升