引言

人类社会从农业社会发展到工业社会，直到今天的信息社会，变化周期由原来的千年、百年，到今天的十几年一个周期，信息时代变化速度越来越快。人工智能技术深刻影响着社会各个领域，我们的生活、生产中人工智能无处不在。在快速变化的时代，不适应社会发展需求的职业就会被“淘汰”。麦肯锡全球研究院在对11个行业大类分析的基础上提出，至2030年全球将有近3亿人需要学习新的技能并重新就业，其中中国将会有几千万至近亿人^[1]。如无人驾驶技术等创新，会促使无人驾驶汽车、自助快递机器人等大量应用，将大幅降低对司机、快递员等的需求。在快速变化的时代，教育同样面临挑战，教育领域培养的人不仅要具备适应新时代的创新性思维、系统性思维、批判性思维等，还要学会应对不断变化的世界^[2-5] 。新的发展阶段，高等教育高质量发展要优化同新发展格局相适应的教育结构、学科专业结构与人才培养结构。面对科学技术和经济社会发展加速渗透融合，要调动好高校和企业两个积极性，实现产学研深度融合，推动人才培养的社会化衔接^[6-8] 。要处理好高等教育中掌握知识与非技术能力培养^[9]、统一标准与个性创新发展之间关系，实现培养学生综合素质适应社会发展的需要^[10]。高等教育的人才培养应强调学生的全面发展，使其具有终身学习的能力^[11-12]。在专业建设方面，以大类培养夯实基础，通过拓宽教育广度和加强课程宽度，促进学生知识、能力、素质协调发展。在培养模式上，强调多样性和差异性，建立开放多元的培养体系，助力学生成长成才^[13-16]。新时代下北京信息科技大学出台了《关于进一步深化教育教学改革 全面提升本科人才培养能力的指导意见（（2020—2025 年）》，以制度设计推进十项任务36条举措，不断加强顶层设计，推动新一轮教育教学综合改革从理念更新到顶层设计并走向落地实施和质量提升，标志着学校教育教学综合改革进入了新阶段。同时以信息特色助力传统机械类专业改造升级，探索大类培养与个性成长相结合的课程体系范式，进一步完善和优化新时代下全面发展的创新人才培养体系，切实提高本科人才培养质量。

面对信息时代社会快速增长的需求，传统的机械类专业面临通识课程体系亟待更新，以更好适应社会快速发展和人的全面发展需求。然而智能化等交叉学科内容在传统机械类专业基础与专业课程体系的比重并不能满足时代发展的要求，智能制造、人工智能、机器人等国家重大需求和社会急需在实践环节培养中亟待优化创新，以更好地适应社会对既精通机械设计制造又擅长智能化系统设计应用的学科交叉高素质应用型创新人才的需求。经过多年的教学改革与探索实践，我们设计并持续优化形成了机械类专业课程体系范式。以人工智能、物联网技术等改造机械类传统优势专业，依托机械类、自动化类、电子信息类、仪器类、计算机类等跨学科专业资源，开展机器人工程新工科特色专业建设。将智能制造、智能系统、非技术因素等理念与技术融入课程体系，形成设计、智能制造与控制一体化的知识体系。通过优化通识教育模块，设计专业大课程群，增加专业大实践平台训练等构建了大类培养与个性成长相结合的课程体系范式。

一.   以信息特色强化大机械类专业内涵建设

(一)   改造升级传统的“机械设计制造及其自动化”专业

面向产业需求和技术发展趋势，学校以信息特色全面深化专业供给侧改革，聚焦新一代信息技术、智能装备、人工智能、软件和信息服务业等高精尖产业需求，以信息特色带动专业结构调整优化和内涵提升。将培养行业和企业急需的专业人才作为供给侧结构性改革的着力点，提升人才培养与社会需求的吻合度、满意度，提升服务区域经济社会发展能力。

1. 以学科竞赛为载体打造项目式教学模式。引导学生结合自身兴趣爱好自选题目开展研究，将学科竞赛和机械原理综合大作业、机械原理课程设计、机械设计大作业、机械设计课程设计、计算机辅助工程系列课有机结合，实现方案设计和结构设计不断线。计算机辅助分析综合贯穿产品设计全过程，推进课程教学与学科竞赛深度融合互动。

2. 以新技术优化改造机械类课程体系。机电学院以人工智能、物联网技术等改造机械类传统优势专业，将智能制造的理念与技术融入课程体系，形成设计、智能制造与控制一体化的知识体系。并新增智能制造导论、物联网与人工智能、图像处理技术与应用、生产过程信息化技术等智能过程控制类课程，优化计算机辅助工程类、机电结合类课程。构建从低年级到高年级的专业认知、专业实践、系统集成、典型产品设计等递进式引导式实践培养模式，与专业研讨、创新探索、企业实战等自主式实践相结合的实践教学模式，实现人才培养与社会需求的对接。

(二)   积极构建跨学科专业的“机器人工程”新工科专业

以现代产业发展需求为导向，以产学研紧密结合为依托，将科研实力、行业特色与专业建设相结合。2017年起围绕机器人结构、智能控制、系统集成等机器人领域关键技术，建设 “机器人工程”新工科专业。依托机械类、自动化类、电子信息类、仪器类、计算机类等跨学科专业资源，开展机器人工程创新人才培养，构建了以推动创新与产业发展为导向的多方协同、交叉融合的创新创业工程教育新模式，形成了“全面发展，夯实基础，多路径成长”的创新人才培养特色。

1. 创新科教产教深度融合多元化人才培养模式。建设“机器人实验班”，打破传统专业学科、学院的壁垒。校企协同育人，促进资源共享，实现优势互补。通过“3+1”校企协同育人、企业家课堂、双导师制等，促进专业课程建设、科研共融、产学合作，推动人才培养的社会化衔接。系统推进教学组织模式、学科专业结构、人才培养机制等方面的综合改革，提升人才培养与产业行业需求的契合度。

2. 建立机电感控一体化学科交叉课程体系。建立机电传感、建模控制、感知规划一体化的课程体系，实现机器人设计的“有实体”“能运动”“有智能”。在实践教学体系方面，面向低年级学生，注重机器人的拼装、操作；面向中高年级学生，注重机器人的系统集成和应用开发。将学生兴趣、行业特色与专业建设相结合，广泛开展研究性学习，扩大学生学习自主权、选择权，鼓励学生跨学科、跨专业学习。通过创新学分认定、个性化培养方案定制等，促进学生特色发展。

二.   构建“全面发展−夯实基础−多路径选择”的课程体系范式

学校自2020年起全面推进大类培养，在此基础上根据学生特点同时兼顾其个性成长。学院统筹机械类专业建设，进一步整合专业核心课程内容，优化实践教学体系。注重将信息特色与优势学科专业建设成果转化为优质教育资源，构建了“全面发展−夯实基础−多路径选择”的大类培养与个性成长的课程体系范式，详见图1。不仅满足了新时代对人才的知识结构和素质能力等方面的需求，更着眼于培养体系的基础性、系统性与先进性，以产出为导向构建层次分明、内涵明确的课程体系。

图  1  “全面发展−夯实基础−多路径选择”的课程体系

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(一)   将信息特色和实践创新融入通识必修课程体系

通识教育以一年级学生为主，开展公共基础课教学综合改革，注重打牢数学、英语基础。通识教育的必修课程体系除了包含思政、英语、数学、体育系列课程以外，还融入学校办学的信息特色，设置了4学分的信息类必修课程，即C语言程序设计3学分、C程序设计实践1学分。同时注重将实践创新环节引入必修课程，比如思政类课程中就设有2学分的思想政治理论课综合实践。通过多种形式的社会实践，使学生能够将在课堂教学中学到的理论与社会实际更紧密地结合起来，从而提高理论学习的针对性和实效性。数学类课程在理论课程体系中设计实践学时，用以开展用数学方法分析解决实际问题。英语类课程除《大学英语》课外，还设置了《高级英语听说》《跨文化交际》《学术英语》，并以交流、演讲等形式广泛让学生亲身参与和体验，以全面提高学生的口语、听力、阅读、写作等技能。

(二)   构建“学习−体验−养成−创新”四位一体的通识选修课程体系

通识教育选修课程体系中注入了对中华优秀传统文化的学习，培养学生优良的道德品质与正确的价值取向，形成内省自我、关怀他人、服务社会的健全人格。通过系列课程教学，让学生把目光投向比自己专业更为宽广的领域，培养其主动学习、批判性思维的能力，使其具有文理融合的知识体系，了解人类文化的进步和成就以及现代社会哲理与现象。

新版培养方案吸纳新时代对学生全面发展的要求重新构建课程体系，从“道德法律与身心健康、科技创新与生态文明、文体美育与人文素养、经济管理与社会责任、创新创业与职业发展、沟通表达与国际视野”6个方面构成通识教育课程体系。注重结合大学生素质教育的内在规律，多课堂联动更加丰富以“学习、体验、养成、创新”为途径的“四位一体”的通识教育新理念。

在道德法律与身心健康方面，注重思政课建设内涵式发展，统筹推进思政课程内容、平台和在线课程建设。强化和创新实践教学环节，实施“数字马院”建设工程，让学生在自主性的研学中，发现、分析、思考并解决问题。

在科技创新与生态文明方面，通过写作、项目实践等课程，全面培养学生深度思考、有效表达与批判性思维能力，使学生能够建立不同学科之间的联系。指导学生理性地意识到不同学科看待世界的不同方式，使学生具有理解包容的情怀和勇于追求真理的信念。

在文体美育与人文素养方面，以美育教育为引领，建立美育进课程、美育进专业的综合课程，形成课堂教学、课外活动、校园文化的育人合力，全面提升学生体能素质和身心健康。将新一代信息技术和中华优秀传统文化艺术学习相结合，传承和弘扬传统文化。

在经济管理与社会责任方面，从经济学和管理学角度，让学生认识企业管理道德、社会责任与经济及利益的关系，了解经济发展和企业管理的知识，并进行相应的实践。培养学生从项目决策者角度，学会从应用项目管理知识、工具和技术等方面去推进项目的实施。。

在创新创业与职业发展方面，构建全过程的教育生态圈，在做好课内教学的基础上，推进多课堂的融汇衔接。依托学科竞赛、大创项目丰富校内综合实践课堂，拓展境内社会实践课堂，做好海外实践拓展交流课堂。在实践中不仅获得本专业技能提升，而且有助于增强职业责任感，增进对专业与社会、环境关系的理解。

在沟通表达与国际视野方面，着力提升学校国际化办学水平，持续创新国际联合培养模式，搭建更多的国际交流平台。新版培养方案中各专业设立2~3门双语或全英文课程，积极利用自身资源开发本科教学交流项目，大幅提高师生海外学习交流的规模与质量。

(三)   构建“机械+信息”学科交叉专业基础课程体系

学科基础教育以二年级学生为主，由于学科基础课有一定的前后关系，不能同时安排在一个学年完成，故延伸至一年级和三年级进行学习。同时整合相近专业基础课程，合理配置与统筹教学资源。紧扣社会经济发展需求，以提高学生的专业适应能力为目标。学科基础课程模块体现了专业课程的基础性、系统性及可拓展性，涵盖本专业类的学生应该掌握的学科基本知识、理论，以及必要的实践创新能力训练，同时注重与专业课程的衔接。机械类专业设置6类学科平台课程，包含工程制图、工程材料及力学类、机械设计原理类、制造原理类、人工智能及大数据、检测及控制。以一个典型机电产品——减速器，贯穿专业基础课内容的讲解与实践，让学生掌握装配图表达、齿轮轴承等关键零件工作时受力、典型机构结构分析与计算、制造及加工基本原理，并了解融入人工智能及大数据技术的智能制造在典型机电产品中的应用。

(四)   构建层次分明、循序渐进的全程项目式专业课程体系

专业教育以三四年级学生为主，以学生发展为中心，设置专业教育、专业拓展、创新创业三类课程。专业课程模块以夯实专业基础、强化专业技能，提升核心竞争力为目标，引导学生自主学习、个性发展，设置专业教育类课程包括各类特色专业课、综合实践、毕业实习、毕业设计（论文）。为配合专业课学习及实践，拓展培养途径，构建分层分类实践创新项目体系。在学校统一规划下，学院每年开展开放实验、大学生创新创业训练计划、实培计划、实物毕设等实践创新项目100余项，组织科技竞赛8项，开展创业项目10余项，建立了层次分明、循序渐进的实践创新项目体系。引导学生主动思考，勇于实践和创新。项目体系在横向上覆盖机械结构、机电控制、智能算法等机械类专业，不同兴趣爱好的同学都可以找到自己的兴趣点，不同专业的学生还可以组建跨学科团队攻关；在纵向上分国家级、市级、校级、院级四级，激励学生发挥潜力、兴趣导向选择项目进行学习，让学有余力的学生能够深入技术创新的高层空间。

三.   课程体系范式的组织实施与成效

(一)   创新“大课程”项目引领式融合非技术能力培养模式

机械类专业是校内较早通过工程教育认证的专业，非常注重学生非技术能力的培养。认证标准规定的12条毕业要求中有7条涉及非技术能力教育。新版培养方案设计中，在知识体系上构建“专业+道德、经济、法律、文化、环境、管理”的框架结构，支持培养学生了解系统思维、经济、社会、文化、法律等领域的意识和规范在专业学习中的重要意义，提升学生应对未来、塑造未来的能力需要。将非技术能力教育根植到课程教学，分析专业基础课、专业课、实践环节的非技术能力教育主线，进行提炼和总结归纳，将科学精神、民族情怀、职业责任等非技术元素渗透到课程中。

设计分阶段、分层次、多模块的大课程，理论教学与实践创新相辅相成，将专业基础课、专业课程、综合实践环节打通，探索非技术能力与专业知识学习的创新融合点。构建多模块组成的大课程教学模式，进行大课程的阶段设计、内涵建设，在知识递进过程中，实现非技术能力培养和素质提升。例如计算机辅助设计大课程体系（详见图2），该大课程由虚拟样机与ADMAS、产品建模与仿真（ProE）、有限元分析基础（ANSYS）组成，以饺子成型机等典型机电产品的设计为牵引。让学生在递进的机构建模、结构建模、强度分析及优化知识学习过程中，锻炼综合运用知识解决复杂工程问题能力，培养工程社会、职业规范、沟通表达、团队协作等非技术能力。

图  2  计算机辅助设计大课程体系

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(二)   创新“大实践平台”真实场景式多路径培养模式

以学生发展为中心，在专业大类培养基础上构建多元化、多层次人才培养模式。以科教协同、校企协同、校际协同、校地协同和国际协同为依托，搭建五位一体全方位全过程深度融合的协同育人新机制，引导学生追求卓越、自主发展。拓展人才培养体系的大实践教育平台，在时间和空间上扩展了原有实验室，形成广开资源、功能集约、拓展内涵的全方位立体化培养环境，详见图3。在专业课及各模块的实践环节构建分层培养体系，给学习优秀者以空间，最大限度地满足学生自主选择专业、特长班的愿望；给学习常规者以激励，给予学生自由选择课程、实践项目学习的权利；给学习跟跑者以帮扶，设置项目挖掘学生的潜能和激发学生的兴趣。

图  3  大实践平台构建全方位立体化培养环境

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1. 整合校内实践平台。将原有的机电实习中心与北京市卓越联盟实验室的部分功能合并，打造全新工程训练中心，立足制造本质，紧扣智能特征，构建虚实融合、知识驱动、动态优化的智能制造应用场景和智能机器人实训平台。在完成本校学生实习任务、承担部分兄弟院校金属工艺学实习以外，构建10门全校实践类选修课，同时面向学院路共同体、北京卓越联盟校、沙河联盟校开设4门跨校选修课。

2. 搭建社团竞赛平台。无人车与自动驾驶是北京市重点支持的前沿科技行业，是北京智慧城市和智能交通发展的需求。依托学校现代测控技术教育部重点实验室建设无人赛车平台，涉及机械、电气、自动化、计算机、通讯等多专业交叉融合，有效打破学院各自为政的壁垒，形成面向新工科的交叉融合工程实践体系。将教育部重点实验室最新的科研成果、竞赛成效引入实践教学体系，围绕赛车的设计、仿真、制造、调试、控制等内容组织开展学生暑期训练营等实践活动，有效提升学生解决复杂工程问题的能力。

3. 拓展校外实践平台。发挥学校五大科研领域优势和校外高水平平台协同育人作用，建设10余个校外人才培养基地。学校为企业在智能装备设计、技术改造、技术引进中解决急需的技术难题和攻关项目；企业方积极组织、努力推广校方的技术成果，使其成为校方的中试基地之一，双方共同指导大学生创新活动或毕业设计等实践教学。校企联合构建基于“5R”真实场景的实践环境，信息特色智能驱动将真实的项目案例融入课程，真实的项目选题融入实践，真实的工作环境锻炼能力，真实的工作压力培养职业素养，真实的实习机会架起校企桥梁。

以大实践平台为依托，规划学校重点科研实验室结合学术成果，有针对性地开设综合课程，引导学生面向学术前沿和社会需求开展探究式学习和原创性研究。对接国家及行业需求，产教融合发展，规划机械类专业特色优势的产品实践项目，丰富学生社会、工程实际体验及实践。承办机器人大赛，以及依托物流机器人、武术机器人等竞赛成果，继续面向学院路共同体21所成员校、卓越联盟16所成员校打造校际实践开放平台。与中关村软件园共同创建互惠共赢的“产学研”生态圈，促进校地资源共享；持续推动多层次的学生国际联合培养，开拓国际视野。在中国特色、国际比较、时代责任的认识领悟中，形成追求卓越、服务社会、造福人类的正确价值观。

(三)   创新“金课”示范引领的课堂教学方式方法改革模式

在课程内容方面，理顺课程逻辑，精炼课程内容，明确课程与培养目标的对应关系。有计划分层次设置具有挑战度、高阶性、创新性知识的课程。在授课方法方面，推进教师课程教学和学生学习方式的转变，广泛开展探究式、研讨式教学，推广翻转课堂、混合式教学等新型教学模式。在课程评价方面，注重学生全过程学业考核，提高课程质量。以北京市重点优质课——机械设计课程的建设为例，注重教学内容的工程性，延伸教学空间，拓展课程实际应用，将知识学习、系统观、宏观思维、工程应用结合起来，建设具有两性一度的“金课”课程体系，详见图4。

图  4  成果导向，注重应用——市级重点优质课“机械设计”课程体系

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机械设计课程体系在学院形成典范，示范引领课堂教学改革。该课程树立新工科教学理念，坚持成果导向。在教学内容上增强系统性，体现实用性；在教学方法上融入现代技术手段，突出以学生为中心的教育理念。选择国内国外、历史与现代的多个案例，激发学生的学习兴趣与实践动力，增强全球化后国家自豪感与文化自信。在机械设计课程教学中，首先建立系统观，避免知识碎片化；其次建立宏观思维，为创新提供思想动力；再次建立大工程观，强调学科交叉融合；从而改变了原有教学内容中只突出零件而忽略总体的缺陷。在具体教学内容上，以高阶性、挑战度、创新性为要求，从系统的整体设计到关键零部件的设计，都体现现代机械设计的新方法。建立新的知识结构，以适应新工科背景下机械产品设计的需要，注重学生机械系统设计的创新与实践能力培养。通过课内作业培养学生设计具体机械零件能力。通过课程设计培养学生设计机械部件、小型机械的能力，通过开展机械创新设计大赛等课外科技竞赛、大学生创新创业训练计划、任课教师科研项目等培养学生设计开发机械系统的能力。通过不断努力，学生双创能力得到显著提升，在各类比赛中都取得了优异成绩。近三年获机器人世界杯冠军等国际级奖7项、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖等国家级奖10余项及北京市大学生机械创新设计大赛、华北五省（市、自治区）大学生机器人大赛、“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛等省部级奖近30项。

四.   总结

大机械类专业大类培养与个性成长相结合的课程体系，紧扣产业需求实现传统专业升级改造，有效促进了学校应用型创新人才培养环境建设与了信息特色产教融合工程教育人才培养体系建设。对提高大学生的综合素质和能力，提升学生在创新、创业方面的应用能力，起到了关键作用。在校生连续7年在省部级学科竞赛中收获奖项，且持续上升。无人机、无人方程式车、足球机器人等团队多次获得国家级奖项，同时在“全国普通高校大学生机器人竞赛指数”中位居TOP2，且获奖数量排名第一，这也是该指数自2019年设立以来连续四年排名第一。毕业生也在服务社会中实现了自我价值。学生创业项目开发的LED防爆灯应用于石油化工基地，照明灯、示警灯等产品应用于高铁照明系统；无人机团队开发的测绘无人机用于工程实际，并衍生出无人机消防机器人、无人机教育类产品等成果。毕业生的创新创业成果为经济社会发展、民生保障提供了有力支撑与积极贡献。

大机械类专业在人才培养体系框架结构中注重大类培养基础上关注学生个性成长，深入进行两者相结合的课程体系范式探索和研究，构建“全面发展−夯实基础−多路径选择”课程体系范式，并以“大课程”“大实践平台”“金课”等为手段持续深化教学组织模式改革，为大类培养中学生的个性化成长提供有力支撑，取得较好效果，培养了一批适应信息时代需求、能力卓越的应用型创新人才。