工程教育认证背景下机械类专业实践教学体系改革

林礼区, 周 晨, 姜 锐, 王晓倩, 郑蓓蓉, 申允德

(温州大学 机电工程学院, 浙江 温州 325035)

工程教育认证背景下机械类专业实践教学体系改革

林礼区, 周 晨, 姜 锐, 王晓倩, 郑蓓蓉, 申允德

(温州大学 机电工程学院, 浙江 温州 325035)

工程教育认证的实施,对学生的综合能力和创新能力提出了新的要求,而传统的机械类专业的实践教学已不能满足现今培养人才的需要。分析了国内高等工程教育实践教学现状,提出机械专业类实践教学体系的改革思路,从实践教学方法创新、实践内容改革、实践教学团队建设和实验室管理模式4个方面展开了探索,推动工程教育改革和专业建设,提高工程质量教育。

工程教育认证； 实践教学体系； 机械类专业

2006年教育部正式启动我国工程教育专业认证试点工作,核心是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求,是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。它是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础,要求学生具有扎实的专业知识,较强的实践能力和创新能力[1-3],从而达到解决复杂工程问题能力的目标。实践是工程专业的根本,实践教学是高校工程教育的重要环节,它是提高学生实践能力和人才培养质量的重要途径[4-6]。

1 国内高等工程教育实践教学现状

近年来,国内很多高校在工程实践教育方面做了有益的改革和探索,并取得了一系列的成果,但从培养的工程人才来看,实践教学质量不高,学生普遍实践动手能力和创新能力不足。我国高等工程教育实践教学主要存在以下问题:

(1) 工程教育实践教学缺位。在具体的课程设置和教学安排上,实验课程的比重下降,生产实习时间大幅压缩,学生动手操作机会少,多是参观，并未参与其中[7]。另外,由于学生规模较大,实践教学条件在很大程度上不能满足实践教学的要求。

(2) 教学设计落后,实践活动缺乏层次性。随着时代步伐的阔步前进,传统的教学体系已不适应现代工程师的培养。以校内工程实训为例,其主要内容是热加工、冷加工、电工、装配与制作工艺以及现代加工技术的介绍与培训,缺乏对工程背景、工业流程和人因工程等内容的设计,不利于学生系统思维的培养[8]。同时,实践活动缺乏层次性,一方面,实验项目相对独立,涉及到的知识点较为单一,关联性不强；另一方面,校外实践教学中的认识实习、生产实习、毕业实习之间没有明显的梯度和层次。

(3) 实践课程建设相对滞后。一方面,在课程安排上,基础性、验证性实验偏多,内容大多是验证教学内容和理论知识,没有系统地把解决复杂工程问题融入到实践教学中,创新性、综合性不够；另一方面,实践教学方法深入的研究和创新,探究式、研究式教学方法未得到较好的应用,学生难以发挥学习的主动性[9]。

(4) 实践教学师资呈现边缘化趋势。从实践教师队伍的质量来看,教师的工程素质和实践经验不足,缺少具有丰厚工程背景又有学术水平的“双师”型教师。师资队伍力量的薄弱,导致实践教学水平层次低,不利于学生能力的培养。

2 构建实践教学新体系

在专业认证通用标准和专业补充标准基础上,以工程素质培养为核心,工程能力逐步达成为主线(遵循知识认知循序渐进的原则,从简单到复杂,从一般到先进,从单一到综合,使学生逐步掌握适应岗位要求的工程能力),以校内实践场所、企业环境相结合为途径,以实验实训、企业实习、项目教学、学科竞赛相融合为手段,实践内容由浅入深,实践覆盖面由窄到宽,构建包括基础实践、专业实践、职业实践、综合实践和创新实践5个模块层次的实践教学体系,如图1所示。

图1 基于能力进阶的实践教学新体系

(1) 基础实践模块主要由基础课程实验、社会实践、企业认知实习等基础实践教育环节构成,旨在培养学生的基本技能和工程意识,为学生后续工程实践能力的培养打下良好基础。

(2) 专业实践模块主要由专业课程实验、课程设计、CDIO二级项目、机械工程训练等实践教育环节构成,旨在培养学生初步的工程设计能力和专业技能。

(3) 职业实践模块主要由计算机辅助设计与制造、企业培训等职业技能培训构成,旨在促进学生熟练掌握某项专业职业技能,以满足企业工作岗位(群)对工程人才的要求。

(4) 综合实践模块主要由CDIO一级项目、企业岗位实习和毕业设计等综合性实践环节构成,旨在系统、全面地培养学生的综合分析和系统设计能力,最终具备解决复杂工程问题的能力。

(5) 创新实践模块主要由学科竞赛、学生科研项目等创新性实践环节构成,旨在培养学生的创新精神、工程实践能力和团队协作能力。

3 新体系下的实践教学改革与探索

借鉴国内其他高校机械类专业实践教学建设经验[10-11],从以下4个方面进行积极的改革与探索。

3.1 改革实践教学方法,强化学生工程实践能力

转变传统的“满堂灌”教学模式,贯彻“学生为主体、教师为主导”的教育理念,增强学生的参与意识,启迪学生积极思考,从而提高实践教学的针对性、吸引力和感染力。一方面可采用研究式教学、讨论式教学、引导式教学、启发式教学、案例式教学等多种实践教学方法,激发学生的学习兴趣和热情,实现教师与学生的双向良性互动；另一方面借助校内外实训实践基地,通过虚拟教学法、项目驱动教学法、逆向式教学法,不断增强学生的工程创新意识和实践能力。

(1) 虚拟教学法。虚拟教学法围绕企业对职业技能的实际需求,以提升学生工程实践能力为核心,以培养“零适应期”的工程师为目标,通过校企合作,建设与企业生产运行相同的校内专业虚拟实训平台和校企联合专业实验室,模拟企业真实工程环境,实现学校育人与企业用人的接轨。例如:我校依托浙江省现代制造虚拟仿真实验中心和国家级大学校外实践教育基地“合兴集团”,基于虚拟现实技术构建了“企业实习数字化工厂”虚拟实践教学平台。通过该平台,学生以企业员工角色进入虚拟环境,学习企业的管理规章制度、生产安全规范,了解设备操作、结构组成和工作原理,熟悉企业生产流程、加工工艺和车间布局,并完成相应实验项目。在通过相关考核后员工角色等级将逐级提高,学习内容也逐步深入,以此激发学生的学习兴趣和热情。

(2) 项目驱动式教学法。根据企业的需求,以教师的工程研究项目或学生创新创业的科技立项为载体,依托校内完全开放的实验实训平台环境和创客空间,激发学生对工程问题的兴趣和学习的主动性,提升学生的工程创新意识和实践能力。同时,通过参加各类大学生科技活动、竞赛集训以及国家、省和学校各级各类的创新创业计划项目,进一步锻炼和提升学生的工程实践能力。

近3年来,我校机械类专业学生课外学生科技活动参与率达到72%,获得国际竞赛特等奖1项、金奖1项、银奖2项；获得国家级学科竞赛一等奖8项、二等奖5项；获省级竞赛奖项25项；9个学生项目被列为国家级创新创业训练计划项目,12个项目被列为省级大学生科技创新活动计划(新苗)项目,获授权专利78项。

3.2 基于CDIO模式的实践内容改革

改变传统实验教学内容以演示性、验证性项目为主的模式,引入国际CDIO[12]工程教育理念,从市场需求出发,打破各门课程的界限,拓宽实验内容范围,构建包含构思、设计、实施和操作等环节的综合实践项目,通过“做中学”培养学生既掌握工程基础理论和专业知识,又具有较好的工程素质、创新能力、实践能力和团队合作能力。

例如,“机器换人”是装备制造业发展的趋势,是推动传统制造业实现产业转型升级的一项重要举措,可利用机器手、自动化控制设备或流水线自动化对企业进行智能技术改造,达到“减员、增效、提质、保安全”的目的。在实践教学中,加强学生在自动化生产线知识方面的运用,培养学生解决企业实际问题具有重要的意义。因此,基于CDIO模式的自动化生产线设计综合创新实验和实践项目,能够实现学生从被动接受教育到自主创新、设计和实施的转变,体现个人能力、职业技能、团队合作精神和沟通能力。实施流程如图2所示。

图2 综合创新实践项目实施流程

3.3 工程化实践教学团队建设

高校教师的工程实践经历是其能否胜任工程人才培养重任的基本要求,目前具有丰富工程实践经验的实验教师极其缺乏,多数教师是从大学毕业又直接走进大学的,没有企业工作经历。因此,校企联合建设一支具有丰富工程实践经历、满足工程技术人才培养要求的高水平专、兼职实践教师队伍是保障工程人才培养质量关键所在。

(1) 围绕专业核心课程群,校企合作构建实践教学团队。以专业核心课程群为基础构建专业实践教学团队,团队由校内专任教师和企业兼职教师组成。企业兼职教师的加入使团队能及时了解企业生产现状与发展需求,实时进行实践教学内容的更新和补充,提升团队的工程应用背景。2013年至今,聘请企业兼职教师来校主讲“模具设计”“现代机床夹具设计”等课程的部分内容。

(2) 实践教学团队的主要职责。一是以将知识转化为工程能力为教学改革目标,积极开展实践教学研究和实践课程建设；二是指导学生在企业完成毕业设计任务,毕业设计选题均应来自企业生产实际；三是承担CDIO项目制教学的指导和管理工作,在项目实施过程中着重培养学生专业技能、实践能力、综合素质,提升人才培养质量。

(3) 建立专职教师到企业挂职锻炼的制度。与温州区域经济结合,选择具有产业特色的企业,安排没有实践经验的教师到企业挂职工作半年至1年,参与企业实际工程项目或研发项目,以获得比较丰富的工程实践经历,提高工程实践能力。2013年至今,已选派10位教师到合兴集团、精工阀门等企业挂职。

(4) 制定从企业聘请兼职教师的制度。通过多种方式、多种途径,大力引进具有丰富工程经历的实践教师,选聘实践经验丰富的高水平工程专家和管理人员到学校任教,承担实践环节的教学任务,或担任本科生的联合导师,承担培养学生、指导毕业设计等任务。2013年开始,我院先后聘请了14位具有工程背景的企业工程师担任学生在企业学习阶段的指导教师。

3.4 完善实验室开放管理模式与运行机制

实验室开放有利于培养学生的自学能力,实践能力和兴趣,充分激发学生的自觉性、独立性、积极性、主动性和创造性,同时也有利于提高实验室资源利用率,促进实验室和教师队伍发展及实验教学水平的提高。

(1) 实验中心建立了完善的实验管理系统和门禁系统。实验室实行24 h全天候网上预约的模式。学生可以通过手机、微信等方式进行预约,得到授权后可以刷校园一卡通进入实验室,完成实验、网上提交实验报告。教师可以通过实验平台远程监控实验过程,网上答疑、批改实验报告、统计实验数据。既方便了广大学生,又减轻了实验教师的指导工作量,极大地调动了广大教师参加实验室开放工作的积极性。

(2) 明确职责理顺实验室管理体制。完善实验室管理体系,实现对教学实验室、科研实验室和各级重点实验室的统一管理,制定“实验室开放安全制度”“温州大学机电工程学院实验室开放管理办法”“温州大学机电工程学院课外学术活动基金管理办法” 等规章制度,在确保实验室安全开放的基础上,明确了实验室开放过程中涉及到的各类人员的职责,推动了实验室的有序开放。

4 结语

在工程教育认证标准基础上,分析国内高等工程教育实践教学现状,提出以学生为中心、学生学习产出为导向,建立全新的实践教学体系。从实践教学方法、实践内容、实践教学团队建设和实验室管理模式4个方面进行改革,充分利用校内外各种教育环节和实践资源,将有利于学生工程实践能力培养的各种实践性课程、教学环节和实践活动整合起来,使学生的工程实践能力的培养贯穿于人才培养的整个过程,渗透于教学的各个环节,实现工程能力的逐步达成。

References)

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[3] 孙青,艾明晶,曹庆华. MOOC环境下开放共享的实验教学研究[J].实验技术与管理,2014,31(8):192-195.

[4] 米吉.机械类专业实践教学体系改革与实践创新能力培养研究[J].中国电力教育,2011(25):148-149.

[5] Antar, Mohamed A. The role of virtual experiments in applying the principles of good practice in teaching[J].Standards of Excellence and Creativity, 2013(32):188-193.

[6] 王殿君,焦向东,王伟,等.新版机械电子工程专业培养方案的研究与实践[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2009,33(1):132-134.

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[11] 许泽银,徐强.机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践[J].合肥学院学报, 2015(4):78-81.

[12] Yao G Y, Ma H J, Li Q S,et al.The research and practice of teaching reform in mechanical design based on educational philosophy CDIO[J]. WIT Transactions on Information and Communication Technologies, 2014(56):609-614.

Reform on practical teaching system for mechanical majors under background of engineering education accreditation

Lin Liqu, Zhou Chen, Jiang Rui, Wang Xiaoqian, Zheng Beirong, Shen Yunde

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China)

The implementation of engineering education accreditation has put forward the new requirements for students’ comprehensive ability and innovative ability, and the traditional practical teaching for mechanical majors cannot meet the needs of the talent cultivation nowadays. The current situation of the practical teaching of higher engineering education in China is analyzed, and the reform idea for the practical teaching system of mechanical majors is proposed. From the following four aspects: the practical teaching method innovation, the practical content reform, the practical teaching team construction and the laboratory management mode, the exploration is carried out so as to promote the engineering education reform and the professional construction, and improve the engineering quality education.

engineering education accreditation； practical teaching system； mechanical majors

G642.0

: A

: 1002-4956(2017)09-0204-04

2017-03-21修改日期:2017-04-26

高等教育教学改革项目“工程教育专业认证背景下机械类专业实践教学改革与探索”(jg2015157)；高等教育教学改革项目“地方高校卓越计划企业学习阶段的运行机制探索与实践”(jg2013153)

林礼区(1980—),男,浙江温州,工程硕士,实验师,研究方向为机电一体化.

E-mail:270155295@qq.com

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.052