机械类专业工程实践研究*

许崇海 衣明东 邱书波

（齐鲁工业大学机械与汽车工程学院，山东济南250353）

机械类专业工程实践研究*

许崇海 衣明东 邱书波

（齐鲁工业大学机械与汽车工程学院，山东济南250353）

在概述高等工程实践教育的基础上，分析了机械类专业工程实践研究的发展历程，从工程实践教学体系、课程教学改革、实践基地、师资队伍、运行机制等几个方面分析了机械类专业工程实践研究进展，探讨了今后的发展方向。

机械类专业；工程实践；教学改革

引言

目前，我国的高等教育已经从精英教育逐步发展到大众化教育。但是，由于培养模式和人才结构缺乏层次性，在教学内容上过于重视理论知识的传授，而缺乏工程实践能力的培养，结果造成学校的培养目标与社会需求脱节。因此，培养具有高素质、富于创造性的工程技术人才和管理人才，既离不开宽厚的理论基础，更离不开扎实的工程实践基础。长期的教学实践表明，工程实践是提高工科学生综合素质的最好课堂。

清华大学傅水根教授[1]在系统回顾我国高等工程实践教育历史的基础上，将高等工程实践教育的主要内涵归纳为普通劳动实践、教学实验实践、研究项目实践、工程训练实践、工业训练实践、社会调研实践等六个方面。进而指出高等工程实践教育存在的主要问题，主要包括：过于重视学术与论文，而轻视工程技术本身的创新与发展；部分理工科教师本身缺乏工程实践能力；工程类学生参与工业实践的社会环境比较差；工程类学生校内实践教学时间过短。他认为，高等工程实践教育应在提高青年教师的工程实践能力、延长校内工程实践教学的时间、参与工厂企业的工业实践、将工程训练中心建成校级实践教育综合平台等几个方面加强。

袁剑波等[2]认为，工程实践能力是应用型人才区别于研究型人才的显著特点，工程实践能力是检验素质教育成效的关键性指标。结合长沙交通学院人才培养目标及专业实际，设计了应用型人才工程实践能力培养体系，简介了学院培养学生工程实践能力的措施和效果。袁慧等[3]在分析工科学生实践能力培养现状的基础上，探讨了工科学生工程实践能力的内在要求，并从转变观念、完善工程教育体系和师资队伍建设等方面提出了加强工科学生工程实践能力的若干措施。

李培根院士曾经在《高等工程教育研究》上撰文指出[4]，仅仅从技术角度讨论工程实践教育是不够的。深层次的工程教育改革，必须从人文情怀的角度去审视工程实践教育。工程实践教育要体现教师的人文情怀，要培养学生的人文情怀。左铁镛、林忠钦两位院士也强调，高等学校要加强工业文明意识，培养创新人才要加强实验与工程实践，通识教育要与实验、工程实践相结合[5]。

一、机械类专业工程实践的发展历程分析

图1　“工程实践”的研究发展历程

为了把握工程实践教育的发展历程，从文献研究的角度进行了分析。以中国知网数据库为依据，设置了不同的关键词进行检索。图1为以“工程实践”为关键词的检索结果。可见，最早研究工程实践的论文发表与1980年，直到2005年左右一直保持缓慢增加的趋势，2005年论文发表数量为285篇。此后到2012年，发表论文1008篇，数量增速加快。2013年，急剧增加到3800余篇，处于高速增长的状态。到2015年，接近5000篇。图2是以“工程实践+机械”为关键词的检索结果。对比发现，机械类工程实践的发展历程较晚，1984年才有首篇论文发表。此后的发展趋势与“工程实践”相似，都经历了缓慢发展、适当增加到急剧增加的阶段，而且相应的分界点也基本一致。2013年猛增到400余篇。但在2012年出现了特殊点，从2011年的60余篇突降到5篇。由此可见，2012年以后，国内工程实践教育包括机械类专业的工程实践教育均呈现出迅速增长的现象，这与应用型大学转型与应用型人才培养的要求是一致的，也充分说明了工程实践是应用型人才区别于研究型人才的显著特点。

图2　“工程实践+机械”的研究发展历程

二、机械类专业工程实践研究进展

文献研究发现，机械类专业工程实践研究主要集中在工程实践教学体系、课程教学改革、实践基地、师资队伍、运行机制等几个方面。

（一）工程实践教学体系

2000年，安连锁等[6]提出了以“四模块”为基本构架的高等工程教育实验和工程实践教学新体系，明确了其基本内涵；同时，围绕新体系的构建，以基地建设为支撑，以建立配套的管理运行机制为保障，将仿真教学和产学合作的校外工程实践教学模式引入教学过程，有力地推动了新教学体系的运行和教学内容、手段与方法的改革。随后，傅水根等[7]提出要创建有中国特色的工程实践教学体系。建议高校已经拥有的实验室、校办实习工厂、正在建设和整合中的工程训练中心、学校与企业进行的各种沟通，以及将来立法后企业对教育必须承担的责任和义务，将构成我国工程实践教学的完整体系。利用国家、学校、企业、教师和学生构成的五位一体的完整体系，就可以实现良好的工程实践教学，保证工程实践教学质量。

北京航空航天大学从1998年以来对工程实践教学体系和教学内容进行了有益的探索[8]，提出了机、电、控、管多学科综合、以制造技术为中心建设工程实践教学平台的思想和“认识-训练-创新”的递进式工程实践教学体系，建成了在机电控综合制造技术基本训练和综合创新能力培养等方面具有独具特色的国内领先的工程实践教学基地。西南交通大学依托国家级和省部级重点实验室，建立了面向本科生开放的科研和工程实践体系，为大学生提供了一个培养一专多能的平台，使科研与教学得到有机结合，完善了本科人才实践与创新教育模式[9]。为了从根本上解决工程实践面临的问题，上海交通大学从2000年以来和美国密西根大学通力合作，在国际大平台上吸取经验，加大改革力度，培养现代社会所需的工程技术人才[10]。在合作中学校深刻地认识到：工程实践应该成为一个较为完整的体系，很好地统一在工程教育的整体改革和建设中，将实践教学作为重要环节纳入教学课程体系，注重工程综合能力的培养和训练，加强大学与企业的联系。

张炳生等[11]从大工程观的视角，提出了通过科学设计课程体系，合理安排实验、实习、设计、技能竞赛等工程实践环节构建工程实践教学体系的思路，并从工程理论教学与工程实践教学结合、校内与校外结合、第一课堂与第二课堂结合、加强实验教学与科学安排设计环节结合等方面探讨了构建工程实践教学体系的基本方法。董华青等[12]在“学科基础-工程技术基础-创新实践”的主线引导下，以“生成实践智慧”为目的，联结工程实践教学各环节，将工程设计、实践理念贯穿4年本科教学，形成一个“多层次、多立面”的教学图谱，即融通式工程实践教学体系。

杜鑫等提出，地方高校应结合办学定位，利用区域经济的发展优势，构建学生实践能力的培养体系，以满足企业对人才的需求。以工程实践为中心，提出构建实践能力的三个层次以及构建地方高校机械专业工程实践教学体系内容和建设的关键问题[13]。李秀红等[14]提出在教学实践中引入TRIZ创新理论，进行创新思维训练；通过增设创新性、综合性的实验内容和加强课外科技活动，加强实践能力和综合设计能力的训练；加强校企合作，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力；以“自行设计、自由探索、自己动手、自主创新”为指导方针，构建“基本技能训练→实践能力训练→综合能力训练”的理论与实践紧密结合、循序渐进的综合实践教学体系。

近年来，广西大学对机械工程虚拟仿真实验教学体系进行了研究，建立了必修与选修实验相结合、课内和课外相结合的开放性虚拟仿真实验教学内容，建设了产学研相结合的学生课外实践和科技创新平台，构建了具有地方性综合大学鲜明特色的层次化、模块化、虚实结合的开放式实验教学体系[15]。该体系以实验独立设课为主线，涵盖机械工程本科教育全过程。

（二）课程教学改革

1.教学内容改革

张士强等[16]以“精密机械制造工程”为例，在授课过程中采用整合教学内容、注重实践案例在教学中的应用、利用校企合作和各类竞赛夯实学生专业知识、教学内容与学生未来职业内容相融合等教学方法，把培养学生工程实践能力贯穿于课程教学的各个环节，以此提高学生的工程实践能力，使其适应未来职业的发展。黄燕钧针对目前机械制图课程存在的问题，提出基于理论教学和工程实践相结合的教学思路[17]。通过机械制图视图投影平台装置和机械制图课程实践平台的应用，加强学生对制图基本能力的理解和掌握，注重学生应用能力和实践能力的培养。

常州工学院的教师分析了现阶段课堂教学现状及特点，再与工程案例教学进行比较，剖析了课堂教学所面临的问题，提出了相应的改进措施[18]。结合实际课程内容的模块划分及对应技能的培养，进行了相应的课堂规划，形成了课堂案例教学模式，为课堂案例教学的实践提供了依据。李剑对《机械设计》课程设计的课堂教学改革进行了探讨[19]，以工程职业化贯穿于整个设计流程中，强调学生的创新设计能力和工程实践特性，注重设计的规范性和严谨性，以工程的制造加工、应用为设计目的，让学生在课程设计的实践中不仅能够把专业知识综合应用，而且能体会到企业工作情景，积累一定的行业设计经验，激发学生的设计热情和思考创新的兴趣。

2.教学模式与方法改革

华洁等[20]将“翻转式教学”应用到“过程流体机械”课程的教学模式创新上，综合利用课内外其他教学环节，在课余时间通过网络课程和学生充分交流。离心机、超声浸提系统、离心风机等多个教学案例充分说明该方法的使用能够使课程内涵更深入，外延更广泛，取得了较好的教学效果。李富平等[21]从实践的角度出发，结合“卓越工程师培养计划”、金工的实训课程以及绘制“减速箱”的要求，论述了在工程图学实践教学过程中以任务为驱动，以学生为主体的教学方法，该方法将图学知识与图学实践相结合，有助于培养学生的工程意识和创新能力。

北京工业大学的研究人员借助著名心理学家班杜拉的自我效能理论，对以项目为基础的教学方法的实际效果进行量化研究[22]。研究发现通过课堂中的实践项目环节，学生的工程实践自我效能有了明显提升，说明了以项目为基础的教学方法在提高工科学生的工程实践能力上有积极的影响，并且对女生的影响大于男生。薛素铎等[23]针对单一的卷面考试对工科专业课在培养学生工程实践和创新能力方面的局限性，提出了工科专业课考试应积极应对学生工程实践和创新能力的培养要求，应体现出对培养学生工程实践和创新意识及能力的重视，并阐述了“大跨空间结构”课程考试改革的实践探索与成效。

3.实践教学改革

华南理工大学针对机械类学生工程训练存在的不足，提出“4+2”举措，即4周基础项目训练加上2周综合创新训练[24]。在2周的综合创新训练中，学生在教师指导下独立完成一个命题作品，并对命题作品的选取原则进行了重点论述。以竞赛形式组织训练过程，比赛成绩作为“机械制造工程训练”课程成绩评定内容之一。提高了学生的工程意识，强化了学生对机械产品设计及制造过程的了解。吴家福等[25]对地方应用型高校机械类工程实践训练保障机制进行了研究，提出地方应用型本科院校应针对本校办学传统、办学条件、内外部特点、地方经济社会发展需要分析自身特点，加强工程训练意识，制定有效运行机制，培养具有创新能力的工程师，推动地方经济社会创新发展。

刘爱华研究了“开放训练式”实践教学的组织方法、实践设计、实施方法以及“开放训练式”实践教学考核方式和评分标准，最后以曲柄导杆滑块机构动态测试及设计综合实验为例，给出了“开放训练式”实践教学方法的基本模式[26]。重庆科技学院[27]针对机械类专业人才培养中实施项目实践教学存在的诸多问题，从基于项目实践的毕业设计，学生科技创新竞赛在教学中的应用、教师科研项目在专业课程教学中的应用等方面对项目实践教学方法和途径进行了卓有成效的探索，并提出了实施中需加强的工作。

（三）实践基地

校外实习实践基地是大学生进行实践训练的主要载体，是培养应用型、创新型人才的重要途径。代显华等[28]采用了企业合作化入驻校园的方式，通过梳理区分校内校外实践项目、建立校企共管的管理机制和开放式的生产教学管理模式、共建稳定的专兼职“双师型”教师队伍、实施“产学研用”人才培养机制、校企共研项目等实践，实现了学生实践教育的系统性、学校教育与行业培养有机结合和人才培养与企业的用人机制的深度融通，构建了校企共建“工程实践教育中心”的一种双赢的模式。易新河等[29]针对当前校企合作长效机制的缺乏，对国家级工程实践教育中心建设的重要性和原则进行了分析，并介绍了桂林电子科技大学软件技术工程实践教育中心的建设思路，还对国家级工程实践教育中心建设中存在的问题做了进一步分析。黄民等基于大工程理念，开展北京市机械工程实验教学示范中心的建设与教学改革[30]，通过加强实践教学内容的工程性、实用性和综合性，积极引导并大力开展学生课外科技创新活动，进行毕业设计模式改革与创新，加强校外人才培养基地建设，显著提升了大学生的实践动手能力、工程应用能力和创新能力。

苏中等[31]以培养创新实践卓越人才为目标，建设面向学生开放实验和学科竞赛活动的创新实验室、培养学生真实工程创新实践能力的大学生训练中心，以及校外人才培养基地，形成了真实工程实践环境，有效培养了学生的创新能力、工程实践能力、团队协作精神与竞争能力。西南交通大学在全国率先提出了建设个性化实验室的构想，自2005年开始实施以来现已取得初步成效[32]。该校在“满足多元化教育，适应个性化发展”的理念的指导下，在建立个性化实验室、切实提高学生的工程实践和科研能力、培养学生的团队精神等方面的做法和效果。

（四）师资队伍

杨凯等[33]针对工科院校教师缺乏工程实践背景或经历的问题，总结了学校把握工科教学的工程实践性，依托独特的校企战略联盟，构建教师“工程化”培养体系，探索“工程化”教学模式，培养未来创新型工程师的实践经验。大连理工大学的研究[34]认为，高等院校教师尤其是青年教师的工程实践能力是影响工程应用型人才培养质量的关键因素。他们分析了高等院校工科专业青年教师工程实践能力缺乏的原因，并以大连理工大学机械工程专业的经验为例，提出了包括新教师岗前工程实践培训，产学研相结合优化教师知识结构，老教师传帮带，企业兼职导师以及改革教师考核和职称评审机制等一系列加强青年教师工程实践能力培养的有效途径与措施。

（五）运行机制

顾征等[35]介绍了MIT化工实践学院的理念、运行模式及其影响，详述其所创立的以高水平工程实践教育为特征的产学合作模式，梳理其发展过程中存在的理念和利益冲突及其协调解决方式。期望为工程教育如何借助产学合作更好整合专业实践提供一个范例，既纠正“工程教育去工程化”的偏向，也防止“产学合作去教育化”的趋势。吴婧姗等[36]从回归工程实践的视角探讨了欧林工学院的改革模式，认为其大力推广基于项目的体验式学习模式，以跨学科、重设计为特色，重建课程体系和培养过程，可为我国工程教育改革提供有益的示范。湖南理工学院从培养方案及课程体系、实践教学体系、“双师型”教学团队、产教融合共赢途径等四个方面，对工程应用型本科产教融合机制进行了研究与实践，效果良好[37]。

四、结束语

综上，随着应用型大学转型和应用型人才培养需求的不断增加，高等工程实践教育方面的改革不断深化，机械类专业作为首批参加工程教育专业认证的专业之一，相关的工程实践研究也在不断拓展，并取得了显著成效。今后的研究与改革应该侧重在产教融合机制研究、工程实践教育中心与实验教学示范中心建设等方面，要特别加强虚拟仿真实验教学体系建设，同时还要关注CDIO、OBE等教育模式的融合与拓展，持续加强大学生工程教育与工程实践，显著提升大学生解决工程实际问题和复杂问题的能力。

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Based on the review of high education of engineering practice，the development history of the engineering practice of mechanical majors was investigated.The research status of engineering practice teaching system，curriculum teaching reform，practice base，teachers and operational mechanism，etc.were analyzed.The future developing trends of the engineering practice of mechanical majors were discussed.

mechanical major;engineering practice;teaching reform

G642

A

2096-000X（2016）24-0084-04

山东省高等学校教学改革重点项目（2012047）；山东省教育科学“十二五”规划课题（2011GZ079）；普通本科高校应用型人才培养专业发展支持计划；山东省卓越工程师教育培养计划项目。

许崇海（1971-），男，山东日照人，博士，教授，研究方向：机械工程、高等教育管理。