成果名称：新时代大学生智造创新中心实践教学体系建设
获奖等级：特等奖
主要完成人：郝雪弟、张晞、张运九、夏连海、邹甲、赵建伟、张文忠、朱红秀、翟国栋、周述军、刘旭涛、黄西娜、赵锋
一、成果介绍
工程实践教育是高等工程教育的重要组成，决定了教育目标的实现和人才培养的质量。长期以来，我国高等工程实践教育主体历经校办工厂、金工实习、工程训练和创新工作坊，教学规模和内容不断扩大，对我国工程人才培养发挥了巨大作用。但依然以“基础机械加工方法和基本机床操作技能”为主，教学体系及内容已呈现出陈旧的不足。为适应新时代“科技、人才、创新”发展要求，以及构建新质生产力的要求，主动响应我国《中国制造2025》制造强国发展战略，坚持创新是第一动力、人才是第一资源的理念，培育新时代卓越工程师，服务新质生产力，创建新质教育力，针对工程专业实践教学存在的短板、瓶颈，创建了服务学校大学生的新时代智造创新中心实践教育平台，创新工程实践教育教学体系，建立理论与实践紧密融合的教学模式，探索“新工科→新工程训练→双创教育→学科竞赛”四位一体的工程实践教育新路径。按照“创建硬件平台→创新教学项目→改革理论课程→创新评价路径”的思路，总结主要成果如下：
成果1：面向新质生产力人才培养需求，创建大学生智造创新中心实践教育平台
与国外高校不同，国内高校工程实践教育主要通过校内工程训练中心完成，在“大工程”理念影响下，工程训练中心建设规模和内容不断增加，内涵不断丰富，具有建设规模大、教学内容丰富、综合性特征显著和建设特色鲜明的特点。虽然我国高校工程训练中心建设不断完善，但实际上主要精力仍然放在传统基础制造工艺认知和基本操作能力训练上，显得太过陈旧。面对第四次工业革命，工程实践教育平台质量的提升已经迫在眉睫。
为此，在深入调研清华大学、北京理工大学、北京化工大学、西安交通大学、西北工业大学等近十所高校经验基础上，对标《中国制造2025》制造强国发展战略和新质生产力人才培养新要求，使用北京市昌平区1200余万元专项经费和教育部改善办学条件建设经费450万元，于2021年暑假末建成了沙河校区高水平大学生智造创新中心实践教育平台，开启了学校工程实践教育的新篇章。新增实践教学场地近900m2，具备3D打印机30台、激光切割机2台、数控车/铣10台、机器人套件10套、电子工艺套件10套、智造产线1套、逆向制造1套以及完整的CAD/CAM软件，实现工程训练设备先进，配套开放性管理系统，具备了服务全校1300名本科生工程训练、创新能力培养和学科竞赛训练的能力，基于智造创新中心学校科技社团常态化开展活动，承办学校学院科技竞赛，受益学生500余人。
图1 沙河校区大学生智造创新中心实况
成果2：面向智能制造数字化、网络化、智能化特征，创建新型工程实践教学体系
针对传统工程训练教学体系中偏重车、铣、刨、磨、钻、钳、焊、铸、锻等加工方法的基础训练和基本技能，不能适应新时代卓越工程人才新要求，不能契合服务发展新质生产力新要求。为此，聚焦数字化、网络化和智能化三个智能制造核心特征，梳理核心支撑技术，针对数字化特征，聚焦CAD/CAM/CAPP、增材制造和逆向工程三项技术；针对网络化特征，聚焦物联网、工业互联网及电子通信三项技术；针对智能化特征，聚焦智能工厂、电子制造和人工智能三项技术。基于上述核心支撑技术，在国内高等工程教育领域率先提出工程实践教学新体系，具体设计了12个核心训练项目，包括面向数字制造技术的数控车/铣、加工中心、3D打印、激光加工和逆向工程五个训练项目；面向网络化技术的电子传感、数字通信和网联技术三个训练项目；面向智能化技术的智能产线、智能SMT线、机器人和智能车四个训练项目，涵盖了制造、数字、信息和智能四方面智造工程核心技术能力的培养，培育未来胜任实现商业、生产、运营和决策四类模式创新的卓越工程师人才。
图2 智造创新中心实践教学体系架构
针对非机类专业工程训练要求，设计了工程实践与创新训练新教学方案，共安排8天，包括实习概论（0.5天）、基础软件培训（1天）、数控车实习（2天）、数控铣实习（2天）、激光加工实习（1天）、3D 打印实习（1.5天）六部分内容，聚焦智能制造数字化特征，重点培养学生制造技术和数字技术两方面能力。已在智采2021、力学2021和智采2022班级完成3个周期的工程教学实践。本学期正在力学2022、碳储2022班级开展2个周期的工程教学实践，受益实习人数240余人。此外，根据智造创新中心二期建设内容，突出智能产线、逆向工程、机器人和智能车训练项目，正在研究制定机械类专业工程训练要求，制定工程实践与创新训练的全新教学方案。
成果3：紧密围绕重理论强实践标准，建立理论与实践紧密融合的教学模式
针对传统教学重理论、轻实践，学生理论与实践脱节，工程实践能力薄弱，不能适应新时代对卓越工程师厚基础、强实践、善创新的培养要求，秉承夯实理论基础、强化实践能力、注重创新能力的教学理念，依托大学生智造创新中心，将理论与实践紧密熔融理念拓展到专业课程教学，重点建设“机械设计”、“机械制造”和“矿山机械”等主干课程。
积极回应教育数字化号召，出版了《机械制造技术基础》学校第一部数字化教材。创立了机械设计教学新体系，出版了国内第一部围绕机械整机设计的教材《机械设计》，配套理论教学研制了实验装置，并与制造课程紧密结合，实现项目式教学一体化。主编《矿山机械》十四五规划教材，针对实际主流机型，突出装备智能化理论技术，创建矿山机械虚拟仿真实验系统，为学生创造出矿山虚拟实践环境和矿机虚拟智能控制过程。基于上述改革与建设，形成了理论教学+实践教学一体化、设计+制造教学一体化、基础课程+专业课程教学一体化的新教学模式，学生工程实践能力和创新能力大幅提升。
图3 新教材与配套实验
图4 《矿山机械》教材入围与虚拟仿真实验系统
成果4：创建“新工科→新工程训练→双创教育→学科竞赛”四位一体卓越工程师教育路径
以学生为中心，面向学习成果产出，依托智造创新中心构建学校大学生先进制造技术工程素养和实践能力的培养平台，新工科、新管科、新文科交叉学科人才的培育平台，高水平双创教育和学科竞赛的训练平台。面向学校工科专业，组建科创社团，支撑学生创意-创造-创新-创业的全过程，以学科竞赛促进学习、以学科竞赛评价学习、以学科竞赛催化学习。创建了“新工科→新工程训练→双创教育→学科竞赛”四位一体新时代工程师教育路径。
面向智能制造人才培养，开设了3D打印增材制造、数控车/铣、激光加工、CAD/CAM/CAPP、逆向工程、电子工艺等训练课程。面向双创教育和学科竞赛，开展了机器人、智能车、工程制造等训练课程。举办了学校第十九届“创新杯”大学生科技文化节活动首届3D打印创意设计大赛和智能车巡线大赛。学校“3D打印协会”和“智电科创协会”社团学生人数约270人在中心开展活动。为全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程实践与创新能力大赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模大赛、中国机器人大赛暨RoboCup机器人世界杯中国赛，全国大学生节能减排大赛、全国大学生智能汽车竞赛及学校大学生创意设计及3D打印大赛等提供场地、设备及技术支持。自2021年以来，指导学生参加学科竞赛获得国家级奖励10项、省部级奖励38项。
图5 部分学科竞赛获奖证书
二、成果推广
（1）沙河大学生“智造创新中心”实践教育平台2021年暑假末一期建设完成，2023年末二期全套设备到校安装。已在智采2021、力学2021和智采2022班级完成工程训练教学任务。本学期正在力学2022、碳储2022班级开展工程训练教学，受益实习人数240余人，开启了我校工程实践教育的新篇章。
图6 智造创新中心运行
（2）完成了面向数字制造技术的数控车/铣、加工中心、3D打印、激光加工和逆向工程五个训练项目；面向网络化技术的电子传感、数字通信和网联技术三个训练项目；面向智能化技术设计了智能产线、智能SMT线、机器人和智能车四个训练项目，总共12个训练项目的新型工程实践教学体系构建，实施了激光加工，3D 打印，数控车加工，数控铣加工以及工程软件5个新工程训练项目。
图7 学生工程训练作品
（3）以完整的机器和机构设计为核心教学目标，打破传统教材局限于机械零件设计体系，出版了《机械设计》新专业教材，并在多届学生教学中采用。主动回应教育数字化发展要求，出版了新形态数字化电子教材《机械制造技术基础》，在机械2022级中采用。矿山机械虚拟与智能开采虚拟仿真实验系统累计服务大学生和企业骨干超过150人/年。
金财方向2019-1,2班同学在课堂上
时任副校长刘波带队校督导、教学院长对实验室验收
图8 《矿山机械》虚拟仿真实验室运行
（4）按照“工程训练+课程教学+创新训练+学科竞赛”四位一体强实践能力培养路径，以沙河大学生“智造创新中心”实践教育平台为支撑，全面开展机械创新设计大赛、大学生工程实践与创新能力大赛、大学生先进成图技术与产品信息建模大赛、大学生创意设计及3D打印大赛、全国大学生智能车竞赛、全国大学生机器人大赛等学科竞赛的教学和训练，为各项比赛提供了场地、设备及技术支持。依托智造创新中心电子创新工作坊辐射大学生的创新训练活动，常驻中心学校正式注册社团的“3D打印协会”和“智电科创协会”社团学生人数约270人。社团创新训练活动包括面向大一同学的单片机教学和智能车实战，以及组装3D打印机等活动。同时作为决赛比赛场地，依托智造创新中心承办了学校巡线智能车、3D打印创意设计大赛，全校近30支队伍参加比赛，检验学习成效，从而转化为学生的工程实践能力和创新能力。
图9 领导视察智造创新中心及运行
图10 在第七届全国煤炭类院校机械工程学院院长/系主任联席会上作报告分享成果经验
图11 研究成果篇发表在中国工程院教育委员会会刊、中国高教学会工程教育专业委员会会刊《高等工程教育研究》上（CSSCI来源期刊、中文核心期刊）
