摘要：随着近几年人工智能、物联网等高新科技的快速發展，传统制造业的转型升级导致对机械工程专业毕业生提出了新的要求，其中计算机能力就是一个突出体现。文章结合制造业的发展趋势，针对机械工程专业新工科人才需求进行了分析，提出了面向新工科教育的机械工程专业计算机课程体系和计算机相关课程设置方法，最后介绍了面向新工科教育的机械工程专业学生计算机应用实践案例。
关键词：新工科;机械工程;计算机能力;工科教育
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）42-0212-02
新工科是相对于传统工科而言的，以新经济、新产业为背景，是一个动态的概念[1]。新工科的建设，一方面要设置和发展一批新兴工科专业，并加强建设、提升质量;另一方面要推动现有工科专业的改革创新，探索符合工程教育规律和时代特征的新培养模式。钟登华等[2]提出经济全球化的发展催生产业重大变革和新兴产业发展，自主机器人、大数据、云计算、虚拟现实与增强现实等新兴科技趋势使得传统的工科教育体系已经无法满足这种新的发展趋势。
新工科以新经济、新产业为背景，以科技创新为核心，在新兴领域实际应用中形成创新创业机制。周崇松等在新工科背景下计算机在专业中的应用课程教学改革实践中提出新工科建设可通过设置和发展新兴工科专业来完成，也可以通过传统工科专业的改革创新进行拓展[3]。杜彦斌提出针对机械制造技术基础课程建设存在的课程内容与工程实际联系不紧密等问题，围绕教学策略实施、教学内容重构以及评价反馈改革等内容，提出机械制造技术基础课程改革的理念与思路[4]。
在国际新经济大趋势下，在工业4.0和国家2025战略引导下，采用物联网、云计算、人工智能、机器人等智能制造相关技术改造或者升级传统制造业的工作已经展开，因此迫切需要既懂得传统制造理论和知识，又掌握高新技术的专业人才。
一、机械工程专业新工科人才需求分析
围绕机械工程的新工科实践和工业物联网以及智能制造是密不可分的。工业物联网是自动化与信息化深度融合的有效手段，可以实现自动化装备与企业信息化管理系统的连接，从而实现数字化管理，采用云平台提供数据采集、云端分析，进而实现企业间的联动协同。工业物联网将推动智能制造产业生态构建，实现企业内外资源整合。智能制造发展趋势包括数字化到网络化再到智能化推进智能制造范式演进，数字化到网络化再到智能化推进智能制造范式演进和工业物联网大发展推动智能制造系统集成高速兴起。
可见，围绕新工科的要求和企业自身在国际化进程中的发展需要，企业对机械工程专业新工科人才的要求是：在掌握传统机械设计及制造知识的基础上，能够掌握工业物联网、智能制造的基础理论、方法和技术，知晓工业物联网、智能制造的发展趋势，能够适应企业在智能制造领域的不断发展需要。
二、面向新工科教育的机械工程专业学生计算机课程体系
目前机械工程专业本科生培养过程中涉及的计算机课程包括C语言、单片机、可编程逻辑控制器（PLC）、计算机仿真、机械CAD/CAM。新工科背景下需要对这些传统的计算机应用相关课程进行整合，并和人工智能、物联网、并行计算、大数据等方向结合，制定符合新需求的计算机相关课程体系。考虑到目前中国制造业的发展方向，将和计算机相关的课程分成物联网和智能制造两个大的方向，如图1所示。
物联网方向分成硬件和软件两个层次，硬件主要涉及电路设计、底层DSP开发、PCB设计等课程知识，应在传统机电专业课程中体现，软件层次包括两个系分类，一个是嵌入式软件设计开发，主要涉及C语言、单片机、可编程逻辑控制器（PLC）等嵌入式系统开发课程，另外一类就是App及应用服务器开发，企业需要通过手机监控企业内部机床设备、工件的生产状况、质量情况、发生故障时候的报警就需要采用这种系统实现。
将机器学习应用于智能制造系统，一种方式是建设的单个系统本身具备机器学习的功能，另外一种方式是建立企业级的机器学习平台，为企业中的其他系统提供机器学习的能力和服务。
智能制造方向可以细分为智能设计、智能装备和智能测试等，将整合传统的计算机仿真、Matlab/Labview、机械CAD/CAM等课程，另外新增Python设计及开发课程。在智能设计子方向，以机械CAD/CAM课程为基础，加强二次开发能力的训练，按照传统培养模式培养的学生是没有这些技能的，企业只好自己培养这方面的人才，这样无疑增加了企业的开发学习成本和开发周期。
三、面向新工科教育的机械工程专业学生计算机相关课程设置方法
按照新工科下机械工程专业计算机课程体系，在传统计算机课程的基础上，增加了较多计算机课程相关知识。按照现在机械工程专业的课时规划，很难一下再增加这么多课程，如何解决这个矛盾呢？考虑有以下几个方式进行处理：（1）传统课程内容的改革。围绕新工科知识要求，增加人工智能等相关前沿内容，压缩传统内容。例如机械CAD/CAM课程中增加和企业案例结合的具体产品的二次开发内容，如汽轮机叶片CAD/CAM系统设计及开发，压缩如曲面建模理论等内容。（2）以方向选修课的方式开设相关课程。如开设机器学习及Python实现、手机App及服务器开发等课程。（3）通过实践环节增加课程学习。实践环节包括现有课程体系内实践、毕业设计实践和创业创新实践，如在课程体系内的CAD/CAM及数控技术实践的实践课程中增加机器人编程及远程控制内容。
四、面向新工科教育的机械工程专业学生计算机应用能力培养实践
从2010年开始，我们就开始尝试通过一些创业创新项目培养学生的计算机应用能力，指导学生参加了国家大学生创业创新计划、机器人比赛、互联网+比赛、机构创新设计大赛等。在2017年，结合企业的具体需求，带领机械工程专业机械15级和16级的6名学生实现了基于Unity的虚拟数控机床仿真系统。
基于Unity的虚拟数控机床仿真系统的目标是将真实数控车床与虚拟仿真技术相融合，将虚拟数控机床仿真系统发布于网页端，使学生不受地理位置限制，可以随时随地进行数控机床的原理和操作的学习，开发该系统需要学生具备数控机床、机械装备设计的传统知识，还需要学生基于Unity的虚拟仿真开发、C#开发、js网页开发等计算机相关知识。
通过基于Unity的虚拟数控机床仿真系统实践，学生熟悉了和机械专业密切相关的计算机应用系统从需求分析、系统设计、开发、运行和测试的完整流程，并且还学习了基于Unity的虚拟仿真开发、C#开发、js网页开发等计算机相关知识。从实践过程来看，如果学生只具备传统的机械工程领域知识或者计算机知识是无法胜任该项工作的，只有具备机械工程新工科知识的学生才能完成该项目工作。
参考文献：
[1]吴爱华，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017，（01）：1-9.
[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，（03）：1-6.
[3]周崇松，等.新工科背景下《计算机在专业中的应用》课程教学改革实践[J].山东化工，2017，（16）：180+187.
[4]杜彦斌.“新工科”建设背景下机械制造技术基础课程改革探讨[J].中国现代教育装备，2018，（13）：38-40.