融入德国应用技术大学工程教育理念的机械工程实验教学创新探索与实践

许洪斌,宋　鹍,丁　军,龚海峰，邓　明

(重庆理工大学 机械工程学院，重庆　400054)



融入德国应用技术大学工程教育理念的机械工程实验教学创新探索与实践

许洪斌,宋鹍,丁军,龚海峰，邓明

(重庆理工大学 机械工程学院，重庆400054)

摘要：在“大众创业、万众创新”新形势下，国家对创新型应用人才的迫切需求推动地方高校实验教学改革不断深化。借鉴德国应用技术大学在专业建设和人才培养中的成功经验，在重构实验教学体系、改革实验教学内容、丰富实验教学模式以推动创新实践基地建设、师资队伍建设以及机械元素校园文化氛围建设等环节中深度融入“德国元素”，是打造机械工程专业特色，落实实验教学人才培养质量的有效途径。

关键词：高校；实验教学；德国应用技术大学；教育理念；创新人才培养；机械工程

本文引用格式：许洪斌,宋鹍,丁军,等.融入德国应用技术大学工程教育理念的机械工程实验教学创新探索与实践[J].重庆与世界，2016(6):80-84.

Citation format:XU Hong-bin,SONG Kun,DING Jun,et al.Exploring and Practicing of Mechanical Engineering Experiment Teaching Innovation with Engineering Education Concept of GermanUniversity of Applied Sciences[J].The World and Chongqing,2016(6):80-84.

一、引言

实验教学在高校人才培养质量与行业对人才能力和素养需求的有效对接中具有先天优势，是公认的培养学生创新意识和工程实践能力的重要途径。近年来，在市场和行业需求的导向下，以及教育部主导的“国家级实验教学示范中心”和“国家级虚拟仿真实验教学中心”评选活动的推动下，高校实验教学在人才培养中的作用日益凸显，其相对于理论教学体系的独立地位得到了普遍认可，国内各高等院校在实验教学方面进行了大力度的建设与改革，教学实验室的设备、环境和师资条件得到很大提升，部分高校在形式上已经形成了独立的实验教学体系。然而，由于实验教学长期从属于理论教学的惯性，以及其独立出理论教学体系后的积累与沉淀不足，人才培养质量与其担负的“培养学生创新精神和工程实践能力”的目标尚有较大差距，无法满足“大众创新、万众创业”新形势下国家对“创新型应用”人才的迫切需求，因此高校进一步深化实验教学改革，加强实验教学内涵建设意义重大、势在必行。

德国应用技术大学是在科学技术与经济社会飞速发展、精英式高等教育无法满足其对高素质专门人才在数量与质量上的要求、高等教育向大众化阶段迈进的过程中发展起来的，它以培养应用型人才为目标，为推进德国工业化进程，促进其经济飞速发展，奠定世界制造业强国地位做出了巨大的贡献，在世界范围内享有盛誉。由于德国应用技术大学与我国地方高校在发展背景和两国高等教育分类体系中的层次定位具有很大的相似性，其成功经验对于我国地方高校具有特别的借鉴意义。近年来，重庆理工大学机械工程学院在机械工程专业建设中，结合学院实际情况，吸取德国应用技术大学机械工程专业建设的有益成分，大力推动实验教学的创新改革与实践，在重构实验教学体系、改革实验教学内容、丰富实验教学模式推动创新实践基地建设、师资队伍建设以及机械元素校园文化氛围建设等环节中深度融入“德国元素”，有效促进了实验教学从传统的“发展学生认知能力为主”向“培养学生创新精神和工程实践能力为主”的转变，培养出了适应性强、符合制造业需求的高级应用型优秀人才。

二、紧密结合地方经济建设和行业发展需求，重构以典型机械产品生产过程为主线的机械工程专业实验教学体系

“针对企业及市场的实际需求，依托企业实际工程技术和管理经验适时优化培养体系，以达到培养面向企业型应用技术人才的目的”是德国应用技术大学专业建设的重要特征，行业协会和支持企业会全面参与专业培养目标、课程设计和研究方向等培养体系重要环节的设计。重庆理工大学机械工程学院已实现了专业实验教学的独立设课，为专业实验教学改革的进一步深化奠定了制度保障，过往存在的问题是教学体系内项目多是原来理论课程附属实验，缺乏工程背景和项目间的有机联系，客观上其培养效果依然以发展学生认知能力、验证理论知识为主，无法体现独立设课的优势，难以培养出市场和企业满意的人才。近年来，通过学校“国家级实验教学示范中心”建设项目的推动，学院坚持“产学研”有机结合的办学特色，充分吸取德国应用技术大学工程技术专业建设和人才培养的成功经验，结合学院自身实际情况，对机械工程专业实验教学体系进行了深化改革，最大的特点是依托“重庆市高端装备协同创新中心”“机器人及智能制造技术重庆高校市级重点实验室”“重庆机器人产业技术创新研究院”等平台建立了由机械工程学院与校内相关学院教授，以及协同创新平台合作企业专家共同组成的实验教学指导委员会，在委员会指导下重构了紧密结合地方经济建设，适应行业企业对人才能力和素养需求，以典型机械产品生产过程为主线的机械工程专业实验教学体系。该体系按照“生产与技术资料准备—毛坯制造—零件加工—部件装配—产品调试与检测”的线条设置了物流与工业工程实验室、 成型加工技术实验室、金属切削技术实验室、金属切削刀具与夹具实验室、组合机床动力与传动部件实验室、特种加工技术实验室、数控综合实训室、工业机器人实验室、数控技术实验室、机器人与智能制造技术虚拟仿真实验室、装配工艺与检测实验室等实验室，尽可能以点线结合的形式一方面展现当前典型技术条件下机械产品工艺流程的全貌，一方面从技术发展层面上展现从传动加工技术到融合信息、柔性制造等技术的先进制造技术的演变，同时有机嵌入当前行业企业的岗位标准和规范。指导委员会成员的全面性和合理性保证了其既能从专业人才培养和学科发展的层面对机械工程专业实验教学体系的重构进行指导，同时也从学院培养毕业生的能力素质与当前制造业对人才能力和素养需求之间的差距的角度出发检查体系的合理性，有输入、有输出、有反馈，从而从系统构成上保证了实验教学体系的科学性、适应性和生命力，使其能够跟随当前制造业技术发展趋势和产业对人才能力、素质的需求做出调整，保证专业实验教学质量。

三、从企业典型岗位能力与素养要求出发优化实验教学内容，建设既符合客观认知规律又贯彻行业标准与规范的实验课程

自教育部推动“国家级实验教学示范中心”建设以来，促进实际工程项目和教师科研课题向实验教学内容的转化，多开发综合型和创新型实验项目以拓延学生工程视野，切实培养学生创新精神和工程实践能力已形成共识，并将其视为实验中心内涵建设的重要举措。重庆理工大学机械工程学院在此方面进行了积极的探索，花了大力气将部分合作企业项目和教师的纵横向课题转化为实验项目，但在实际教学过程中却没有取得理想的效果。存在实验难度过大，学生难以完成；行业标准和规范难以贯彻；项目间缺少有机联系等问题。究其原因还是实验课程建设过程中目标和指导思想不明确，没有把握好创新与基础之间的关系，没有从行业需求和客观认知规律出发开发实验项目。

德国应用技术大学双元制专业的培养方案一般按照“分析工作岗位→调查资格能力要求→选定行动领域→推导出习领域→确定培训内容→对相应工作岗位进行培训”的流程进行，课程内容既有知识技能的具体内容培养专业实施能力，又有符合企业岗位的职业综合素质的内容培养职业行为能力，确保人才培养与企业要求同步，并做到少而精、实用。借鉴此经验，学院在长安集团、重庆机电控股集团、重庆水轮机厂、重庆机器人有限公司、重庆元创自动化有限公司、上海KUKA机器人有限公司等企业针对典型岗位的能力要求和必须遵守的规范和标准进行了深入调研，同时也走访了清华大学工程训练中心、太原理工、山东理工、中北大学、北京电子科技学院等高校，结合学校实际情况，将企业岗位能力和素养要求与实验教学内容和教学环节的映射关系进行了全面梳理，淘汰了部分实验项目，有针对性地选择实际工程项目和教师科研课题进行转化补充进了实验课程体系，同时对留下的实验项目内容进行了补充调整，尤其重视在实验环节中融入企业岗位的职业素质要求和标准，通过此削支强干的手段，用生产实践来确定实验教学内容，既符合客观认知规律，又自然融入了行业标准和规范，使学生能够用较短的时间获得必要的能力与必需的知识，将学到的专业知识很快运用于专业实践，取得了理想的教学效果。

四、有效推进多样化的实验教学模式改革，推动创新实践基地建设

德国应用技术大学的培养方式大致有“工学结合”“校企结合”“(政)产学研一体化”“国际联合培养”“走向社区、服务社会”等方式。以实践能力培养为本位，以市场需求为导向，密切联系工程实践的灵活的教学模式是德国工程教育取得成功的重要经验。重庆理工大学历来有紧密联系地方经济建设和行业发展需求开展“产学研”特色办学的传统，机械工程学院秉承此传统在实验教学方面借鉴德国经验，发扬校企结合紧密的优势，开展多样化的实验教学模式改革。一方面大力推动校内实验教学平台建设，采用项目式、案例式、引导式等多种“行动导向”教学方法开展实验教学；一方面与长安集团、重庆水轮机公司、二汽发动机公司、重庆元创自动化公司等企业签订资源共享和就业实践基地协议，部分实现了学生实验教学过程与企业实际运作的无缝对接。2015年，学院在重庆市教委和九龙坡区政府支持下，与世界机器人领军企业KUKA合作共建了重庆机器人产业技术人才培训中心，全面引入德国职业技能培训认证体系，为学生提供一个技术先进、高质量的实习和实训工程环境。一方面学生可以在该中心参加初级、高级和专家级3个级别的工业机器人编程、电气系统维修维护、机械系统维修维护、工业机器人协同焊接、工业机器人视觉与分拣、工业机器人打磨等项目的培训，通过规范化的认证考核获得行业广泛认可的各级各类KUKA机器人官方认证；另一方面通过对照国际标准，探索国际化认证体系与教学环节有机融合的有效途径，建立一套能够持续推动实验教学质量提升的有效机制，为构建符合国际工程教育专业认证标准的人才培养体系，促进实验教学工作的改革创新奠定基础。

五、打造结构合理、与企业密切联系、具有国际视野的实验教学师资团队

与企业密切联系的师资资源是德国应用技术大学师资队伍的重要特征，德国应用技术大学要求教授通常必须具有博士学位，且须在专业领域的应用或开发方面具有至少5年的实践工作经验，其中至少有3年是在高校以外工作。因此，应用技术大学的教授通常都有企业的工作经验并与企业保持着紧密联系，他们可以积极地展开校企合作，帮助学生创造良好的实践和就业机会，实现了教学内容与工程实践的同步发展。除了全职教授，应用技术大学还有许多兼职的校外特聘讲师。特聘讲师大多来自企业及研究机构，其丰富的实践经验能够加强对学生的职业能力的培养，有利于保证教学的实践性。重庆理工大学机械工程学院吸取了德国应用技术大学师资队伍建设的理念，在实验教学师资团队培养方面，一方面在学校支持下通过制度创新引入合作企业优秀人才参与实验教学，建立校外师资专家资源库，另一方面通过顶岗实习的方式，派遣青年教师到合作企业实习一年，实际参与企业产品开发流程，打造与企业密切联系的核心教学团队。此外，为了更全面地、更系统地引入德国工程教育元素，及时跟踪国际先进的工程教育方法，学院依托“中德(重庆)汽车职业资格培训与认证基地”与德国手工业协会合作，选派优秀青年教师赴德进行机电领域的高端专业技术培训，培养了一批具有德国先进工程教育理念、标准和国际化教学视野，拥有较强科研能力和较强工程实践能力的青年教师。通过上述措施，学院打造了一支结构合理、与企业密切联系、具有国际视野的实验教学师资团队，为推动在实验教学改革，培养高质量的应用型人才奠定了坚实的人力资源基础。

六、大力加强机械元素校园文化氛围建设

从创新人才成长过程来看，当前大学入口前(高校招生)环境、大学教育环境以及大学出口后(社会引纳人才)环境都不利于创新人才的成长，环境失调在宏观的社会环境和微观的校园环境两方面都存在。

就高校内部环境而言，校园创新环境发展还不成熟甚至还没有形成，从校园文化上来看，明显缺乏一种创新的文化环境。先进的实验教学条件、完善的实验教学体系、工程经验丰富的师资队伍都是培养学生工程实践能力和创新精神的外在条件，是促使学生成才的外因，而对机械的热爱，开放的思想，积极主动、严谨负责的作风，团队协作意识等心理因素是内因，外因要通过内因才能最大程度地发挥作用，因此在大力加强条件建设的同时不应忽视对学生内在素质的培养。校园环境是一种隐形的“激励”，打造良好和谐的校园文化氛围是培养学生内在素养，促使内、外因协同发挥作用的重要基础，德国制造在世界范围内享有盛誉，其严谨、标准和规范的社会环境对国人意识的潜移默化是其成功的关键。为此，机械工程学院以实验室为载体凝聚人气，采取了“拉”“导”结合的措施把学生的时间和精力引导到工程实践和创新活动中，以学生为主体组织机械相关的人文和科研活动，在院内乃至校内形成了浓厚的机械元素文化氛围，取得了较好的效果。

(1)各实验室增加对其所属领域具有巨大推动作用的科学家的相关介绍展板，比如流体力学实验室增加伯努利的介绍展板，材料力学性能实验室增加胡克、铁木辛柯的展板等。

(2)建设机械工程学生创新实践基地。该基地主要建设机械文化展示室、学生创新实践设计室和学生创新实践制作室3个实验室。

机械文化展示室通过面向全校学生介绍机械行业发展历程和对机械学科发展具有重要推动作用的科学家、展示经典与复杂机构、陈列历年学生科技竞赛获奖作品、举办机械文化节等措施，使学生对机械学科有总体性的了解，激发学生对机械行业的兴趣，为培养学生创新精神以及下一步专业课程教学的开展打下坚实的基础。

学生创新实践设计室和制作室为学生开展创新实践活动提供场地、条件与师资，以机械作品设计为驱动，培养以老带新的学生团队，形成以创新实践为核心的学生组织，激发学生的创造力，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的实践创新能力和团队协作能力。

(3)吸收学生进入实验室做助管，全面参与实验室的日常运作和实验教师的教学科研活动，锻炼学生的综合能力，同时又深化其对机械学科技术领域的认识。

七、结语

培养创新型应用人才是新形势下我国经济社会发展的必然需求，也是地方高校的立校之本。实验教学作为培养学生创新精神和工程实践能力的重要环节必须与时俱进，不断加强内涵建设以适应市场和行业对人才培养质量日益提升的需求。应用技术大学作为德国高等教育体系的重要组成部分，其培养目标和高等教育分类体系中的层次定位与我国地方高校非常相似，借鉴其专业建设的成功经验，结合自身实际情况，推动实验教学改革的不断深化是打造专业特色、培养创新型应用人才的有效途径。

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(责任编辑张佑法)

基金项目：重庆市高等教育教学改革研究项目(131002)

作者简介：许洪斌(1967—)，男，教授，博士生导师，研究方向:机械设计理论及自动化、 先进制造技术。

doi：【教育教学研究】10.13769/j.cnki.cn50-1011/d.2016.06.018

中图分类号：G649

文献标识码：A

文章编号：1007-7111(2016)06-0080-05

Exploring and Practicing of Mechanical Engineering Experiment Teaching Innovation with Engineering Education Concept of GermanUniversity of Applied Sciences

XU Hong-bin,SONG Kun,DING Jun,GONG Hai-feng,DENG Ming

(College of Mechanical Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China)

Abstract:The Country’s urgent need for innovative talents is promoting the continuous deepening of the reform of experimental teaching in local colleges and universities under the new situation of “popular entrepreneurship and innovation”. Drawing lessons from the successful experience of the German University of Applied Sciences in the specialty construction and talent training,it is an effective way to build the specialty characteristics of mechanical engineering and to carry out the training quality of experiment teaching,through deeply integrating “German elements” into the links of reconstruction of experimental teaching system,the content of experimental teaching reform,enriching the experimental teaching mode,in order to promote innovation practice base construction,teaching staff construction and the construction of “mechanical elements”campus culture.

Key words:colleges and universities; experiment teaching; German University of Applied Sciences; educational concept; innovative talent training; mechanical engineering