综合性大学工程训练模块式选课方案的创建

石端伟, 巫世晶, 彭卫平, 陈　定, 宋凤莲

(武汉大学 动力与机械学院, 湖北 武汉　430072)



综合性大学工程训练模块式选课方案的创建

石端伟, 巫世晶, 彭卫平, 陈定, 宋凤莲

(武汉大学 动力与机械学院, 湖北 武汉430072)

为满足综合性大学学生个性化工程训练需求,创建了阶梯型多模块工程训练选课方案。依托武汉大学电力行业优势,搭建大工程、大系统、全过程的具有先进能源特色的、多学科交叉为特征的大工程认知实训平台,构建新生引导性工程认知课程,改善了工程实践技能训练环境,以 “机电综合” 模块为建设龙头,采用阶梯型项目式个性化训练,实践教学运行成效显著。

综合性大学； 阶梯型工程训练； 模块式选课

目前国际工程教育有两大互认体系,一个是以《华盛顿协议》为代表的工程教育互认体系；另一个是以德国和法国为代表的欧洲大陆工程教育互认体系。两大体系虽有差别,但核心思想基本一致。不仅训练工程基础知识、实践能力,强调多学科知识融会贯通,而且注重工程责任意识、团队意识及创新意识等综合能力培养[1]。在美国,为了培养学生的工程科技创新能力,很多高校从新生入学起教师就引导学生开展科技活动,尽早熟悉科技活动的程序和方法。我国的工程训练作为一种独特的工程教育方式,最早源自金工实习[2]。经过几十年的演变,从单一技能训练发展为内涵丰富的现代工程训练。以培养大学生工程实践能力、创新能力为目标的现代工程训练内容注重系统性与综合性,强调学科的交叉融合；训练模式倡导以学生为主体的个性化训练,注重调动学生的主动性和创造性,注重激发学生创新思维和创新意识[3-4]。

2013年12月项目组对上海交通大学、浙江大学、大连理工大学等国内一流大学进行调研,结果表明,工程训练在培养学生实践创新能力方面具有其他课程不可替代的作用[5-7]。工程训练教学深化改革的目的就是要为学生工程实践创新能力的培养提供丰富的优质实践教学资源,调动学生的自主性及创造性,为创新型国家的建设提供创新人才队伍保障[8]。目前工程训练教学中亟待探讨的问题有:

(1) 工程训练教学模式难以满足不同知识结构学生个性化需求。学科知识结构不同的学生往往接受的是千篇一律训练,学生的自主性及创造性受到抑制。

(2) 多数学生感觉科技创新很遥远。由于对大学生科技创新引导启蒙不够, 很多学生不知如何迈进科研大门,训练平台十分有限,大多仅限于学科创新大赛,而参赛学生毕竟为少数。

(3) 工程训练系统性和综合性体现不够。训练内容难以跳出机械学科领域,学科交叉融合不够。

紧紧围绕学生的个性化发展和国家的战略需求,工程训练突出“个性化、工程体验、研究型、创新性”[9]。通过多年探索和实践,项目组制订了可供不同专业学生自主选择的工程训练选课方案。

1　武汉大学阶梯型工程训练模块式选课方案的创建

武汉大学设有6个学部114个本科专业,如何培养大学生工程素质满足不同学科专业学生个性化工程训练需求,实现“三创”(创新、创造、创业)人才培养目标,项目组成员历经多年探索,构建了一套面向全校学生的工程训练模块式选课方案。

1.1指导思想

工程训练集“动手、动脑、练口(语言表达)、练心(工程责任心)”于一体,加强多学科知识融会贯通,注重工程严谨性与责任意识、团队意识等综合能力培养。

瞄准国家战略新兴产业需求,发挥武汉大学在电力能源行业优势,教学内容设置注重基础性、系统性、前瞻性；教学组织注重融通性、连续性；教学模式注重学生自主性、教师引导性、开放性[6-8]。

1.2教学目标与定位

(1) 结合国家战略新兴产业需求,坚持大工程、大系统、全过程的大工程认知教学理念,面向全校新生创设新能源工程、高端装备制造技术的认知训练,激发学生对科技前沿技术的探究兴趣,同时让学生了解安全、环保、质量等大工程背景知识,建立学生的基本工程素养。

(2) 面向理工医信息类的工程实践技能训练,让学生熟悉机械制造工艺技术及机电运动控制技术,理论与实践结合,培养学生动手实践能力及工程责任心。

(3) 面向机械类的工程实践与综合训练,让学生亲历工程师的职业环境,通过产品的选材-设计-制造-装配-答辩等环节的综合训练,使学生具备完整的工程素质,让学生知识、素质、能力得到协调发展。

(4) 面向全校学有余力的学生开展科技创新,为全国大学生节能减排大赛、智能汽车大赛、机器人大赛、机械创新设计大赛提供创新创造创业平台。

1.3选课方案

不同层次的工程训练见表1,学生可在A、B、C、D、E 5个类型的训练中结合专业发展及未来发展的需要进行选择。

表1　阶梯型现代工程训练模块式选课方案

2　方案的实施

2.1依托水利、电力行业优势,创建新生引导性大工程认知课程

搭建先进能源及高端装备制造技术为特色的多学科交叉为特征的工程认知实训平台,激发来自不同学科学生对国家战略新兴产业的兴趣与探究。武汉大学坚持大工程、大系统、全过程的工程认知教学理念,凭借在水利、电力行业领域优势,创建绿色能源为主体、融机械、材料于一体的能源工程认知平台,运用先进的多媒体技术手段解说发电原理及设备结构,设置重重疑问,努力使学生从单纯的知识接收者变成探究者。

2012年购置可再生能源发电模型如风力发电、水能发电、太阳能发电及核电等先进能源技术发电模型,同时将机械工程、动力工程、材料科学与工程、控制科学与工程和应用化学5个学科分散布置的演示型实验进行全面改造与整合,成功建设了以先进能源技术为特色的“能源动力工程与装备综合实验室”,2013年上半年投入教学运行,将学生带入了一个新奇的能源世界,探究激情被点燃。在近几年的大学生全国节能减排大赛中,武汉大学学生屡创佳绩。先进能源技术发电模型见图1。

图1　先进能源技术发电模型

2.2创建师资融通的教学组织模式,实现师资与教学模块的优化配置

长期以来,实践教学师资队伍建设一直困扰着工程训练中心的建设发展。为确保新生引导性工程认知课程价值和功能最大化,在全学院内打破了训练中心与学院的师资壁垒,采取 了师资“融通”模式,依托武汉大学的国家级“先进发电技术”工程实践教育中心、国家级“电力生产过程虚拟仿真实验教学中心”、湖北省机械工程实验教学示范中心和湖北省综合工程训练实验教学示范中心,在全学院内实现不同教学模块与师资的合理配置。为了加强学生管理的连续性,增强学生的归属感,课程具体开展实行分专业的课程负责人制,全面协调及把握教学计划和大纲的修订。

通过师资优化配置,激发教师投身实践教学的工作激情,编写实践教材“工程认知”、“机电综合实训”、“工程实践”等,面向全校本科生开设通识课。

创新实践能力培养是一项长期的系统工程,必须贯穿本科教育全过程[10]。2013年在武汉大学本科生院的大力推动下,将工程训练作为通识课纳入武汉大学2013版的本科人才培养方案。电气工程学院、水利水电学院、土木建筑工程学院、资源与环境科学学院、动力与机械学院等近20余个专业在2014年2月正式实施。

2.3整合资源,科学布局,改善了工程实践技能训练环境

2013年依靠国家财政部修购计划的资助,全面改善实训环境。原布置在三楼的铸造、热处理实训区整体搬迁至一楼与车削、磨削加工等常规加工实训区连成一片,形成和谐统一的常规加工实训区,同时避免了夏天酷热难耐和搬沙不便。另外钳工、焊接等实训区安装空调,改善实训教学环境,提高实训效率。

2.4加强高端装备制造技术训练,提高工程实践综合能力

利用财政部修购计划的经费投入,购置了3D打印机、高精度的多轴联动加工中心、激光金属切割机等代表先进制造技术发展方向的设备。利用这些先进设备,学生创作出自己心仪的作品,见图2。

图2　学生自主创作的3D打印作品

2.5以 “机电综合” 模块为建设龙头,采用阶梯型项目式训练

以机器人项目为训练载体,编写并出版了项目式机电综合训练教材《光机电一体化技术实训》,学生课前自主学习,课上实践与探究,课下与机电材料市场、网络深度渗透；教师在课堂上以答疑解惑为主,讲授原理概念为辅。

机电综合实训项目设置由浅入深,如机器人导航—避障—循迹—尾随,学生自主选择,实行课内与课外结合,校内与校外结合的教学模式。通过小组为单位的项目训练,培养提高了学生自学能力、阅读捕获信息能力和自主解决陌生工程问题的能力[11-12]。

近年来,学生通过机电综合实训,综合能力脱颖而出,在各类创新大赛中屡获佳绩。两年来创新成果丰硕主要有:全国大学生节能减排大赛,一等奖5项，二等奖8项；全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车大赛中,一等奖6项；全国大学生机械创新设计大赛,慧鱼组一等奖2项，二等奖2项；同时,编写并出版了《大学生创新理论与实践》、《大学生创业理论与实践》和《大学生创新实践作品100例》等科技创新训练系列教材。

由于项目组成员指导大学生科技活动及科技竞赛成绩突出,项目组所在的动机学院获武汉大学本科教学评估2012年度特色奖,2014年度杰出教学贡献校长奖。

3　结语

面向国家战略新兴产业需求,依托能源电力行业优势,构建以新能源和高端装备制造技术为特色、以模块式选课为特征的多学科交叉、内涵丰富的现代工程训练模块,满足综合性大学多学科不同专业学生个性化工程训练需求,基本实现以下教学功能及目标:

(1) 引导新生萌发工程意识、实践意识、创新意识,激发前沿技术的探究兴趣,促进新生向主动学习、自主学习的模式转变。以多学科交叉渗透的能源工程认知平台建设为突破口,营造了大系统全过程的大工程氛围,在潜移默化中为后续课程提供广阔的知识背景及学习动力。

(2) 锤炼了学生的科学素养。以广泛的、非功利性的基本知识、基本方法、基本技能与项目式综合训练,学生做事严谨、乐于探索、勇于质疑的科学精神得到了提升。

在后期教学改革活动中,将在学生个性化工程训练、终身学习能力、探究性训练等方面多维度谋求新突破,为培养“三创”(创新、创造、创业)人才提供肥沃土壤。

References)

[1] 孙康宁,傅水根,梁延德,等.浅谈工程实践教育中的问题、对策及通识教育属性[J].中国大学教学,2011(9):17-20.

[2] 吕淑平,孙蓉.大学生创新实践启蒙课程“一体化”体系建设 [J].实验技术与管理,2014,31(10):24-26.

[3] 段小华,刘彦.高校创新基地发展中的经验、问题及建议[J].中国科技论坛,2010(7):22-25.

[4] 马大中,崔瑾,梁军胜,等.基于创新型人才培养的创新实验项目探索与实践[J].实验技术与管理,2014,31(9):33-36.

[5] 朱高峰.中国工程教育的现状和展望[J].高等工程教育研究,2011(6):1-4.

[6] 胡大超,程亦鸣,黄云明,等.高校工程训练中心建设的模式与思考[J].高等工程教育研究,2006(3):33-36.

[7] 徐志农,周继烈,倪益华,等.大工程背景下工程训练课程项目设置及建设[J].实验室研究与探索,2011,30(9):98-101.

[8] 梁勇,王杰,任佳,等.构建校内创新实践基地,培育学生创新能力[J].实验技术与管理,2014,31(10):216-218.

[9] 沈山,王友建,管华.参与式研究型实践教学实验中心的建设与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(11):149-152.

[10] 王香婷.深化人才培养模式改革,提升大学生创新实践能力[J].实验技术与管理,2014,31(9):19-21.

[11] 吴庆宪,樊泽恒.多维度谋求创新人才培养新突破[J].中国大学教学,2012(2):77-79.

[12] 李辉.大学生创新能力培养中的创新实践教育平台建设[J].中国大学教学,2013(9):83-85.

Creation of engineering training modular elective program in comprehensive universities

Shi Duanwei, Wu Shijing, Peng Weiping, Chen Ding, Song Fenglian

(School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

In order to meet the discipline individual needs of students in comprehensive universities, a step multimodular elective course of engineering training has been constructed .Relying on the advantages of the electric power industry of Wuhan University, constructing the engineering cognitive training platform of large engineering, large system, and the whole process of advanced energy characteristics, taking multi-discipline cross as a feature to build energy engineering cognition training platform as the new guidance for the construction of green energy characteristics of cognitive course, improve engineering practice skills training environment and strengthen engineering practice comprehensive training, this article uses “mechanical and electrical integration” module for the construction of the leading. The step type project is used in the personalized training, and the practical teaching operation effect is remarkable.

comprehensive university; step engineering training; modular elective course

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.003

2015- 10- 20

湖北省教育厅实验教学改革项目(JG2012003)

石端伟(1963—),男,湖北天门,教授,博士生导师,武汉大学动力与机械学院教学副院长，主要研究方向为机械系统动力学及虚拟样机技术

宋凤莲(1966—),女,湖北新洲,教授级高级实验师,武汉大学综合工程训练中心常务副主任，主要研究方向为光机电一体化技术及实践教学研究.

E-mail:FLS755@126.com

G642

A

1002-4956(2016)4- 0008- 04