高校工科专业综合实践教学一体化建设研究与实践

高铁红 张争艳 孙立新 张建辉 乔国朝 曲云霞

摘 要：结合工科各专业应用领域的特定问题，以作品为引导，以作品构思到实施运行的整个工程周期为载体，将不同综合实践教学环节有机结合形成一个大实践平台，进行专业综合实践教学内容一体化建设。文章以机械类专业综合实践教学一体化建设具体实施实践为案例进行介绍，经过实践验证，该教学新模式在培养学生工程系统能力、创新能力、实践动手能力、团队协作能力、综合应用所学专业知识分析问题和解决工程实际问题的能力等方面是行之有效的。

关键词：专业综合实践教学一体化；研究；实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）04-0013-03

Abstract： Based on some special problems in engineering fields， this new practical teaching pattern focuses on training students in the whole engineering cycle from concept design， detailed design to manufacture on one big practical platform， which combines the existing different integrated practical teaching patterns. Furthermore， this new practical teaching pattern has been implemented in School of Mechanical Engineering of Hebei University of Technology， and the implementation result demonstrates that this new teaching pattern is valid and plays an important role in developing and improving students' abilities such as innovation ability， practical ability， group cooperation ability， and the ability of analyzing and solving practical engineering problems based on studied major courses， and so on.

Keywords： professional comprehensive practice-teaching integration； research； practice

引言

教育的根本问题不是教师教了多少知识， 而是学生真正能够学到和掌握多少知识，更重要的是锻炼解决工程问题的思维和方法。学生在校获得知识的有效途径之一是通过教师课堂讲授使学生汲取知识的营养， 另外一个更重要的途径是通过实践教学环节使学生真正掌握知识的真谛及应用价值。在高等工科教育中，实践教学环节尤为重要， 它是培养具有工程系统能力、创新意识和动手实践能力的高级专门技术人才的关键。如何培养学生的工程系统能力、创新意识和动手实践能力，各个高校针对自身的特点采取了很多办法和措施，取得了一定的成果[1-4]。

工科院校专业综合实践课程大多是在专业课结束后独立开设的实践环节，学生在此之前已经学习了各门专业基础课和专业课程。学生学习课程过程按照知识结构进行分课程学习，由不同的老师授课，单门课程的实验也是为了验证课堂理论知识，并且学生学习的知识多是从专业领域中抽取出来的知识，缺乏工程应用情境，难以直接运用到具体的工作中。另外，高校本科现有的课程大多是学生通过听课和自主学习来掌握知识和技能，缺乏与其他同学合作共同完成项目的机会。

专业理论教学后的专业综合实践环节（包括专业方向课程设计、专业实践课、毕业设计等），是专业理论知识的综合应用训练环节。专业综合实践教学的设置有助于融合现有单项课程的知识与技能，沟通现有各学科的内容和活动，引发学生更深刻地理解专业知识并激发学生向较高层次的思考。在专业综合实践环节中主要完成的教学内容应该是针对专业应用领域的特定问题，在教师引导下，学生综合运用专业知识和技能，形成解决问题的方案并在实践中进行实现。以往在专业综合实践教学环节内容安排和组织管理上，大多采取各自为战，即各个教学环节完成各自的综合训练内容，每一个环节之间内容上没有有机的关联在一起，学生仅是被动参与单一教学环节的训练，不是按照如何实现一个工程项目来进行工程系统能力、设计能力、动手实践能力等方面能力的综合培养。

对于高校工科专业学生来说，能否针对一定的功能需求提出一个实际工程项目，能否针对项目提出解决问题方案、能否通过自行设计制作将方案付诸实施，形成一个具有一定功能产品（或作品），这些必备的工程系统能力非常重要。

本文针对工科院校专业综合实践教学一体化建设模式进行研究，并以机械设计制造及自动化专业综合实践教学一体化建设的具体实施为例展开讨论。

一、专业综合实践教学一体化建設思路

专业综合实践教学内容一般可以分为两个层次： 基本层次和较高层次。基本层次在课程训练内容上注重多样性和综合性，使学生能够有效利用自己的专业知识技能去完成一些常规任务，达到对某专业领域知识的综合训练； 较高层次在课程内容上追求工程系统性和创新性的实践，使学生能够主动提出创意或针对工程实际问题，设计并完成具有一定应用价值的作品，该层次可以为学生提供丰富的专业知识运用情境，引导学生尝试解决实现一个实际项目中可能遇到的各种问题。

现有的综合教学实践环节一般都能够实现基本层次教学内容要求，例如，机械设计制造及其自动化专业的综合实践课程内容可以分别进行机械产品设计训练、机械零件数控编程与加工制造训练、机电传动与控制训练等。但是要实现较高层次的专业综合实践教学，比如，构思并设计制作一个具有一定功能的产品（或作品），则必须将各个实践环节综合起来进行一体化建设。

为此，本文提出专业综合实践教学一体化建设思路，具体是：首先，结合工科各专业应用领域的特定问题，在教师引导下，学生以团队协作的方式提出具有一定功能的作品选题，综合运用专业知识和技能，提出问题解决方案；其次，以作品为引导，以作品构思到实施运行的整个周期为载体，将不同综合实践教学环节有机结合形成专业综合实践平台。

在专业综合实践教学一体化建设具体教学实施环节中，不同学校和不同专业的综合实践教学环节可能设置有所不同，例如，有的大学在第七学期末设置专业方向课程设计教学环节、第八学期初设置专业综合实践课教学环节等，可以将专业方向课程设计教学环节和专业实践课教学环节有机结合在一起进行作品引导的综合实践教学一体化建设，其组织实施分为三个阶段（如图1所示）：作品选题与方案确定阶段、作品设计与反复修改阶段、作品制作与运行阶段。这三个阶段内容是以作品为引导的相辅相成的有机整体，学生参与过程是在已经具备专业知识的前提下，以作品构思与实现为主线的完整工程系统训练过程。在整个训练过程中，学生是主体，负责构思、设计与实施；教师是客体，负责进行组织和指导。

（一）作品选题与方案确定阶段

该阶段是难度比较大的阶段，主要是培养学生的创新与工程实现能力，学生需要查阅和收集大量资料，利用所学习的各种专业知识，构思一个能够在工程上实现的作品方案，该阶段耗时比较长，适于安排在课余时间。

（二）作品设计与反复修改阶段

该阶段是方案的设计实现阶段，主要培养学生的工程设计能力，学生需要运用所学习的专业知识和绘图表达技能实现作品方案的详细设计，例如，绘制机械产品的结构装配图和专用零件的零件图等，该阶段可以在专业方向课程设计环节中完成。

（三）作品制作与运行阶段

该阶段是作品实现阶段，主要培养学生的工程实践与动手能力，学生需要自己亲自动手，选用或自行制作各种零部件，并进行作品总体装配或集成，然后调试并运行作品，该阶段可以在专业实践课环节中完成。

二、专业综合实践教学一体化建设组织实施中的保障体系

专业综合实践教学一体化建设组织实施是一个系统工程， 需要从经费投入、实践基地建设、教师队伍建设、学生参与和组织等方面统一协调组织实施安排。

（一）经费投入

经费投入是保障工科院校实践环节深入开展的首要因素，学校各级领导需要重视并配备一定的经费支持开展这项工作。

（二）实践基地建设

利用好有限的实验经费，采用模块化和系统化进行专业综合实践教学一体化实践基地建设，对此做如下要求：

1.作品宜小不宜大，桌面化大小为宜，便于更多作品在实验场地制作与摆放；

2.作品的通用部件标准化、模块化，例如控制电机、滚珠丝杠副、铝型材、PLC、各种气缸、传感器及关键连接件等提前准备几种型号可供學生设计时选择，便于今后不同届学生使用时能够重复再利用；

3.保留学生制作的成功作品作为相关专业课程的实验课程设备，增加其利用率；

4.由于作品的通用部件采用标准化、模块化，成功作品可以多次拆装，这样可以利用实践基地的成功作品作为大学生设计组装调试比赛的平台。

以上采用模块化和系统化进行专业综合实践教学一体化实践基地建设，可以达到资源的有效利用。

（三）教师队伍建设

专业综合实践教学一体化建设需要一支专业技术过硬、实践动手能力强、责任心强并有奉献精神的指导教师队伍。在整个教学环节中指导教师的专业技术及实际工作经验很重要，但更多的需要指导教师有责任心并有奉献精神。学校应该对参与指导的教师给出相应的教学工作量，但其中指导教师付出的心血是很难用教学工作量来衡量，所以指导教师配备上最好是有经验有责任心的教师。

指导教师可以分为全程参加指导与分阶段参与指导。学生在进行实际作品构思、设计与研制的全过程中，遇到的实际问题相对较多，需要有老师全程参加指导；另外，需要有老师分阶段对学生提出的各种创意给与指导，对学生将创意变成可实现方案并绘制工程图给与指导，对学生作品制作与运行阶段给与指导等。

（四）学生参与和组织

学生是专业综合实践教学参与的主体，学生参与主动性和积极性非常重要。学生应为大学四年级，他们具备了一定的专业知识，能够利用专业知识提出问题、分析和解决问题。大部分学生对将自己想法最终能变成实实在在的设计作品这样的教育理念很感兴趣，由此愿意付出努力并积极参与专业综合实践教学活动。学生为完成一个作品，必须组成团队，靠群体协作的方式完成作品任务。在具体组织实施过程中，将学生分成小组或自愿结合成小组，每组里面推选热心参加且能力较强的学生作为组长，由组长协调小组成员分工与合作，引导学生积极为团队做贡献。

在作品选题与方案确定阶段，学生是利用课余时间进行查资料，小组讨论方案并与老师沟通交流，可以采用集中时间与老师面对面交流，也可以利用邮件和微信方式与老师随时交流。在作品设计阶段和作品制作阶段，学生主要是利用专业综合实践教学环节的课内时间完成，学生要绘制自己设计作品的图纸并亲手制作自己的作品，在这些环节中小组内同学有分工也有合作，学生的团队合作意识、工程系统能力和动手实践能力得到很好的训练。

三、专业综合实践教学一体化建设实施及案例

作者所在学校机械设计制造及其自动化专业学生在大学四年级第一学期末需要进行为期三周的专业方向课程设计教学环节，在大四第二学期开始进行为期三周的专业实践课教学环节。以往本专业的专业方向课程设计教学环节主要进行简单机械装备或部件设计，专业方向实践课教学环节包括数控编程与加工模块、电气自动化与传动控制两个模块教学内容。过去存在的问题是，学生仅是被动参与单一环节的综合训练，环节之间并不直接相连，不是按照一个完整的专业工程项目实施来进行系统训练，学生的工程系统能力欠缺。

本校专业综合实践教学一体化建设的思路是以作品构思到运行的整个周期为载体，以专业方向课程设计教学环节为设计平台，以专业实践课教学环节为实践平台，将专业方向课程设计环节与专业实践课教学环节有机结合，实现机电一体化作品为引导的创新构思-设计-加工-装配-作品调试与运行的专业综合实践教学一体化建设的实践教学新模式，如图2所示。

专业综合实践教学模式具体实施步骤主要包括三步：

第一步，概念设计：在专业方向课程设计环节之前八周左右进行总动员并布置任务，学生组成课题小组利用业余时间进行机电作品方案构思，与指导教师不断沟通交流，采取集中时间讨论及微信和邮件等多种交流形式，最终确定作品方案草图。

第二步，详细设计：学生利用专业方向课程设计环节的三周教学时间进行机电作品机械结构设计，绘制机电作品的三维结构装配图及二维装配图和零件图。

第三步，作品制作：学生利用专业实践课环节的三周教学时间进行作品制作与调试运行，其中包括，学生自己编写数控程序在计算机仿真加工软件中进行部分机械零件的仿真加工，然后利用实验室的数控车床及数控铣床等设备进行部分机械零件实际加工，还有部分零件采用外协加工；学生将实验室准备好的通用部件及标准件，如电机、气缸、滚珠丝杠副、传感器、铝型材、螺钉、螺母、轴承等与自己设计的加工零件一起装配，得到机械作品；控制系统采用可编程控制器PLC进行控制，学生利用实验室备好的各种电气元件按照控制原理图与布线图进行控制柜接线与制作，学生根据自己作品动作要求编制PLC程序并在计算上仿真运行；最后使作品机电联机运行，得到具有一定功能的机电作品样机。

四、专业综合实践教学一体化建设优点

开展专业综合实践一体化建设教学活动， 作品构思到实施运行的整个工程周期为载体有助于学生对所学过的专业基础知识和专业知识进行融会贯通并学以致用，解决复杂工程问题。在专业综合实践一体化教学活动中，学生为解决一个复杂工程问题，需要将各门课程讲授的知识与技能进行融合并升华，沟通现有各学科的内容和活动， 使学生掌握和深化理论知识， 把书本知识综合运用于实践， 明白所学知识如何与具体工作领域的任务对接， 从而分析和解决复杂工程问题。

专业综合实践一体化教学活动有助于學生提高学习主动性。以作品为引导，自主创新构思和设计作品、自己动手制作、装配和调试所设计的作品，不仅使学生对机械装备的设计和装配、机电系统结合的总体工程意识和设计能力得到提高，而且使学生被动参与教学活动变为主动参与。

专业综合实践一体化教学活动有助于学生培养团队协作的能力。学生为完成一个项目，必须组成团队，明确每个人任务，靠群体协作的方式完成项目任务，每个同学在团队中要有我为团队做贡献的意识和行动，还要会处理和协调一个团队中各种类型同学合作问题。

五、结束语

新颖性：本文提出了一种专业综合实践教学一体化建设新模式，即以作品构思到实施运行的整个工程周期为载体，通过不同综合实践教学环节有机结合形成一个工程实践大平台，进行专业综合实践教学内容一体化建设，使学生以主动的、实践的、专业知识有机融合的方式系统学习和掌握专业理论、技术与经验，并形成本专业工程系统实现能力。

有效性：经过实践验证，本文提出的专业综合实践教学一体化建设教学新模式在系统培养学生工程系统能力、创新能力、动手实践能力、团队协作能力、综合应用所学专业知识分析问题和解决工程实际问题的能力等方面是行之有效的。

强调学生主体性：专业综合实践教学一体化建设教学过程中强调学生主动参与和团队协作，激发学生的创新精神和参与意识，使学生成为教学活动的主体，提高学生学习主动性。

可移植性：本文提出的专业综合实践教学新模式以及案例，对高等工科院校本科生专业实践教学建设具有示范作用和借鉴意义，为新形势下高等工科院校本科生实践能力培养探索出一条新路。

参考文献

[1]刘铁山，叶仲琪.高校工科专业实践教学体系的构建尝试[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2010（4）.

[2]汤云晖，王波，李耳.培养本科生创新能力的创新实践课教学[J].中国现代装备教育，2012（5）.

[3]陈鹏勇.创新实践教学模式培养高素质创新人才[J].中国大学教学，2010，5.

[4]韩少男，张智钧.工科专业系统实践教学体系的构建[J].黑龙江高教研究，2009（10）.

[5]惠恭健，陈明选，马志强.对高校本科综合实践课程建设的思考[J].江苏高教，2012（06）：85-86.