卓越计划背景下科学构建工程化实践教学模式研究

2014-03-27刘春生陈国晶孙月华侯清泉

实验技术与管理 2014年10期

曹贺, 刘春生, 陈国晶, 孙月华, 侯清泉

(黑龙江科技大学机械工程学院，黑龙江哈尔滨 150022)

实践教学是高等工程教育的重要环节，改革实践教学模式是本科人才培养的基础工作，也是当前高等工程教育改革与发展的关键[1-2]。工程化实践教学模式是改变传统的校内实验、实训和短期校外实习的模式，建立“全程工程化”的实践教学模式，将“工程化”贯穿于大学教学的各个阶段。

1 工程化实践教学模式的重要性

(1) 工程化实践教学模式符合国家发展战略。党的十八大报告明确指出，要全面实施素质教育，深化教育领域综合改革，着力提高教育质量，培养学生社会责任感、创新精神、实践能力，推动高等教育内涵式发展。这也是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》的精神，树立全面发展和多样化的人才观念，树立主动服务国家战略要求、主动服务行业企业需求的观念。更是实施“卓越工程师”教育培养计划[3]，促进工程教育改革和创新的现实需要。

(2) 工程化实践教学模式符合工业界的需求。经济全球化的建立和产业的发展对人才的要求越来越高，不仅要求工程技术人才懂技术，还要懂工程、懂管理；不仅要能独立解决技术问题，还要能与人合作、沟通，还要有国际视野和国际的合作沟通能力；不仅要具备专业道德和素质，还要有终身学习、创新思维的能力。因此实践教学要紧密联系产业的需求，将这种需求落实在实践教学的各个环节上，才能培养出产业真正需要的人才。

(3) 工程化实践教学模式符合学生的意愿。在对我院大一学生关于“大学生活的期望”的调查问卷中，87%的学生选择了希望在大学锻炼动手能力，参与实践活动，因而我们需要给学生提供不局限于课堂、不局限于学校、联系实际、贴近社会的开放式的教学环境。当前大学中存在学生厌学、逃课等现象，说明学生厌倦了多年来的课堂学习，如果学生没有“学”的愿望和动力，无论教师怎样“教”，效果都不会好。这正是有的学者提出的“Education”应译为“学育”，只有当学生主动学习时，教师“育人”的作用和功能才能发挥出来。学生学习要主动，学生是有潜能的，教师只能起到引导的作用，学习是师生合作互动共同创造的过程。

工程化实践教学模式改革是顺应当前国际综合工程教育改革“重实践、重综合、重创造”的方向和趋势，培养造就一支知识结构、专业素质和综合能力俱佳，能在未来重大科学与工程领域发挥作用的应用型人才。该模式的研究具有广阔、长远的应用前景。

2 工程化实践教学模式的总体框架

我校机械设计制造及其自动化专业是集机械、电子、信息技术为一体的综合性专业。该专业以机械工程为主要学科，设有机械设计、机械制造及模具设计3个专业方向。机械设计制造及其自动化专业是我校办学历史最长、专业覆盖面较广的专业。经过不懈努力，2010年建成为国家特色专业。

多年来我校始终重视学生创新能力的培养[4-6]，在学校“大工程”教育理念及国家“卓越工程师培养计划”背景下，机械设计制造及其自动化专业进行了一系列改革尝试和探索[7-8]，总结出一种阶梯式工程化的实践教学模式，如图1所示。

图1 全程阶梯式工程化实践教学模式

大学一年级实践教学实行“企业认识实习+实验室开放学习+大学生科技活动”方式，即：一是让学生到企业认识实习，使其对企业生产运作情况有初步的了解，在大学4年将要学习以及将来从事的行业有个感性的认识，培养学生对专业的热爱和对机械专业的兴趣；二是让学生参观专业实验室，认识和了解实验仪器，了解课题组的研究成果和研究方向；三是引导学生加入校科协、各类科技社团等，组织院级、校级的大学生科技活动，将素质教育、大学生科技立项、创新大赛等课外活动由选做改为必修，并将这些纳入到教学计划中，使每个学生都有机会通过这样的实践来学习。

大学二年级实行“企业、校办工厂、实训基地以工人身份实习、专业基础实验、专业基础课程设计、大学生科技活动”方式，即：一是让学生到企业、校办工厂或实训基地以工人身份实习，担负一定的生产责任；二是随着专业课的陆续开展，动手做专业基础实验；三是专业基础课程设计，在原有机械设计课程设计基础上加入创新元素；四是提高大学生科技活动的广度和深度，指导学生参加国家级、省级创新设计大赛。

大学三年级实行“企业技术员实习、综合性实验、专业课程设计、校内实训、参与教师科研”方式，即：一是让学生到企业以技术员的身份实习，分析和解决企业生产实际问题；二是开设综合性实验，在学生学习了相关的理论课程以后，给学生提供在实践中综合运用各种知识、将知识转化为能力、培养工程素质的机会；三是专业课程设计，培养学生对机械系统进行设计的能力；四是校内实训，有针对性地培养实践动手能力；五是鼓励学生参与教师的科研活动。

大学四年级实行“企业毕业实习、真题真做毕业设计、参与科研”方式，即：一是学生到企业进行毕业实习，开展调研和可行性论证；二是学生的毕业设计题目由企业给定，由学校和企业双方共同指导；三是学生进一步参与教师或企业的科研活动。

学生全面的能力是在学校学习和实践的每一个环节中事事、时时、处处、一点一滴积累形成的，因此实践教学贯穿于大学的各个阶段，形成了全程阶梯式工程化实践教学模式。

3 工程化实践教学模式的具体实践及效果

3.1 企业全程参与实践教学

在全程工程化实践教学模式中，企业始终参与学生的实践教学。我校作为黑龙江省唯一的一所以矿业工程为特色的本科院校，立足“大矿业”特色，根据专业特色加强与煤矿企业的联系，与黑龙江省4个矿业集团都建立了多方位的人才培养基地。通过与鸡西煤矿机械有限公司合作，成功申报了国家级工程实践教育基地。

工程实践教育基地的建设和发展为实践教学改革提供有力的保障。通过充分发挥各个实践基地的作用，从学校和企业双方角度考虑，开展深度的校企合作。根据企业与学校在管理和运作机制上的不同，建立了完整的校企合作准则和规范，并建立了校企合作的双师教学团队，学校教师和企业教师共同制定工程化实践教学模式，在对学生实践能力培养上分工合作，制定完善细致的校企合作规范。

3.2 实验室全程向学生开放

学生入学进行专业介绍后，即可到各个相关专业实验室参观学习，这种开放式的实验教学环境极大地调动了学生学习专业课程的兴趣。因为他们不是集中时间走马观花地看看实验室，而是可以随时到实验室来学习。机械设计10级的一名学生曾经在大一第二学期到机械设计实验室，当时还没有开始学习《机械设计》课程，他指着轴承外圈问老师：“这个铁圈是什么？”，实验教师没有因为他不懂专业术语而笑话他，而是详细地给他介绍了各种轴承的结构及用途，该学生非常感兴趣，回去后就到图书馆借了一本《机械设计》认真学习，在下一学期的“机械设计”课程考试中得了全班第一名的好成绩。

除了传统的专业基础实验外，我们还分专业方向开设了专业综合性实验。综合性实验作为实验教学的一种重要形式，其内涵和特征应该充分体现对创新人才培养的要求，对增强实验教学的人才培养功能具有积极的作用[9]。我校的专业综合性实验集知识的综合应用和创新于一体，既有软件模拟，又有实验台操作，学生分组设计实验，使得学生的实践创新能力、团队合作能力和组织协调能力等得到很大锻炼和提高。

3.3 与实际接轨的课程设计和毕业设计

选择和适当简化企业的真实项目引入到课程设计和毕业设计中，实现实践教学与企业接轨。组建学生项目小组，学生通过调研、分析、设计、制造、调试等完整过程来完成课程设计和毕业设计。

专业课程设计是对所学专业知识的综合应用[10]，机械系统与其他系统一样，它的各个组成部分都是有机结合、相互协调、相互适应的，并以此来实现机械系统的整体功能要求。机械系统也应具备一般系统的特性，如整体性、相关性、目的性和环境适应性。

首先，要求学生确定设计目标和要求，根据市场需求，确定设计参数，选定约束条件，并提出设计任务书和产品开发计划。第二，进行原理方案设计，任务确定后，运用设计者本人的专业知识，实际经验和创新能力构思出达到预期结果的原理方案。第三，进行结构方案设计，对产品进行结构设计，即确定零、部件的形状、尺寸、材料，进行强度、刚度、可靠性等计算，画出结构草图。第四进行总体设计，在原理方案和结构方案设计的基础上全面考虑产品的总体布置、人机工程、工艺美术造型、包装运输等因素，画出总装配图。第五进行施工设计，将总装图拆成部件图和零件图，根据加工和装配要求，标注公差、配合及技术要求，绘制出全部生产用图纸，编写出设计说明书、使用说明书，列出标准件、外购件明细表及有关文件等。

毕业设计是大学阶段最后一个教学环节，担当学生培养质量出口把关的重任[11]。毕业设计与工程实际接轨，改革原有的“毕业实习日记、实习总结、设计图纸和说明书”的传统模式，毕业设计真题真做。首先，学生需要到企业进行调研，撰写调研报告，要求学生查阅相关资料了解课题所涉及技术领域的概况、生产能力、产品性能、是否满足要求等，了解所调研走访企业的概况，了解所设计的课题目前采用的设计方法、研发的手段、技术特点及现有结构的相关情况，存在哪些问题，对市场进行简单分析并做出结论。第二，要求学生提出几个设计方案，并从技术、制造、设计能力、设计方法、设计手段、经济性等方面对设计方案进行论证，撰写可行性论证报告。第三，将“毕业设计说明书”改为“计算书”，学生要写出计算部分内容，提倡尽量以图表等形式体现设计参数内容。做到重实际，讲实效，切实提高学生的创新能力和工程实践能力[12]。

这种真题真做的毕业设计形式，打破了以往学生“等和靠”的思想，他们觉得自己是在解决企业的问题，积极性非常高，取得了可喜的效果。如机械设计专业2009级有4名学生由于毕业设计优良，被招到鸡西煤矿有限公司和上海创立矿山设备有限公司上岗设计，得到了企业的认可。

3.4 贯穿始终的大学生科技活动

大学生科技活动是学生接触科研的最早机会[13]。学生从大一开始就可以通过科协申报大学生科研立项，依托我校的刚性和柔性导师制度，有教师负责指导。从学校的科研立项到省级、国家级创新大赛，学生循序渐进地接触和熟悉科研过程，实践创新能力得到极大提高。学校为大学生科技活动提供了丰富的实践平台，有多个创新实验室、机器人实验室、空中机器人实验室和TRIZ创新协会、CAD协会、机器人协会、工程实践协会等，为学生利用课余时间申报大学生科技立项，参加各级创新竞赛，实践创造了条件。

学生到大三时就可以申请参与教师的科研项目，一改以往只有研究生才能参与教师科研的状况。实践表明，本科生只要正确引导、积极鼓励，他们完全有能力参与科研项目，在项目实验和科研论文撰写方面有很大进步。