工程教育专业认证背景下“机械制造基础”创新课程建设

2018-05-14贾晓丽刘书海

新课程研究·中旬 2018年1期

贾晓丽刘书海

摘要：在“中国制造2015”和工程教育专业认证的大背景下，本文结合中国石油大学（北京）机械设计制造及其自动化专业开展工程教育专业认证的实践，介绍了该专业“机械制造基础”课程在结合大学生创新竞赛、创新型课堂研讨、课程考核方式改革等方面综合培养学生创新能力的建设措施及实施的初步效果。

关键词：工程教育专业认证；机械制造基础；创新课程建设

作者简介：贾晓丽，中国石油大学（北京）机械与储运工程学院副教授，研究生导师；刘书海，中国石油大学（北京）机械与储运工程学院。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2018）02-0038-03

一、研究背景

中国政府实施制造强国战略“中国制造2025”，体现出机械制造的重要性及大学本科机械制造专业培养方案设置的重要性。其中，“机械制造基础”课程涉及面广，实践性强，包括工程材料及热处理、材料成型工艺、机械制造工艺、工差配合4大部分内容，还包括实验教学、课程设计、金工实习等环节，对于培养中国制造储备力量有非常重要的影响。

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在高等教育体系中“三分天下有其一”。工程教育专业认证是促进高等教育发展，提高教育质量的重要方法和途径。专业认证通用标准中在问题分析能力方面要求学生能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理识别、表达、并通过文獻研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。在设计/开发解决方案方面要求能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

根据机械专业工程教育认证的理念，本专业最新的培养目标为“培养具有良好的人文、学术和工程素养，系统掌握机械和机电系统的设计、制造、检测与控制等方面的基础理论知识和系统的专门知识以及应用能力，获得作为机械工程领域内的工程师必需的基本工程训练，具有创新精神、实践能力和国际视野的工程技术人才，为独立从事机械工程特别是石油工程装备领域的设计制造、应用研究、生产管理打下坚实的基础。毕业五年后，期望毕业生成长为科研、工程设计岗位的技术骨干或生产岗位的技术管理者，并达到：①具备合格的石油机械工程师的素质和能力；②能够独立从事机械工程领域特别是石油工程装备领域的工程设计、应用研究和生产管理工作；③能在一个设计、生产或科研团队中担任领导者或重要角色；④能够通过继续教育或其他途径更新自己的知识，提高自己的能力，紧跟相关领域新理论和新技术的发展；⑤有良好的修养与道德水准，有意愿并有能力服务社会。”由此可见，创新精神与创新能力的培养至关重要。但是，目前应试教育熏陶下的大学生对创新能力培养缺乏积极性，因此为机械专业学生设立多种渠道，激励其参与创新活动是一种有效措施，其中基于专业课程设置创新环节具有更好的实际可操作性。

二、研究内容

“机械制造基础”可实践性内容较多，适合开展创新性的课程改革。在实施过程中，希望探索理论学习、工程实践与科技创新相结合的大学生创新能力培养新模式。同时，利用大学生科技创新的平台，通过亲手设计、制造并装配科技创新作品，系统地培养学生的创新思维、综合设计、工程实践与动手能力，通过课程训练，全面提升学生的创新素质。本次教学改革从以下三大方面入手：

1. 结合课程教学内容，指导学生开展科技创新项目

（1）快递自动推送和分拣装置设计。该套装置可实现文明装卸、文明分发、投递各类快件。学生需综合运用机械设计、机电控制、检测传感等知识，开展快递自动推送和分拣装置机构、驱动装置的设计与开发。

（2）MEMS传感器设计及应用。微机电系统（MEMS）是21世纪三大关键技术之一，其利用逆向创新思维，实现从宏观机械向微观机械理念的重大转变。作为发展最为成熟的MEMS器件，微传感器在各个行业的应用已具有非常重要的地位。该项目对石油勘探MEMS传感器关键结构进行设计并进行微加工。学生需综合运用研讨环节“先进制造技术”的成果，并在教师指导下开展相关研究。

（3）深井钻柱粘滑振动试验台。该平台可模拟深井钻柱的粘滑振动情况。学生需综合运用机械设计、机电控制、检测传感等知识，开展试验平台结构、驱动装置、控制系统的设计与开发。

以上三项科技创新项目相关制造环节的训练将会对学生“机械制造基础”课程理论知识的综合运用及实践提供必要的训练。学生自愿组团，围绕上述三个项目在教师指导下填写大学生创新立项申请书。

2. 设置创新性研讨环节，建立研讨项目库，每学期开设3项研讨主题

（1）典型零件选材及热处理。此部分紧扣工程材料与热处理部分内容，引导学生在调研专业相关典型零件使用条件，分析受力特点的基础上，转化为对材料的力学性能指标的要求，进而查阅设计手册完成零件选材。同时需分析采取何种热处理方式能达到零件的最终使用要求。

（2）先进制造技术。先进制造技术指微电子技术、自动化技术、信息技术等先进技术给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。目前其关键技术包括成组技术、敏捷制造、并行工程、快速成型技术、虚拟制造技术和智能制造。在中国制造大背景下仅学习传统车、铣、刨、磨、钳技术远远不够，因此在主题交流环节引导学生放宽眼界，紧跟制造技术前沿，在扩展知识面的同时激发学生对制造技术的兴趣。

（3）典型零件的加工工艺。本课程包括工程材料及热处理、材料成型工艺、机械制造工艺、工差配合4大部分内容，知识点较多，课时较长，学生在听讲和作业中很难做到前后知识的融会贯通。因此，最后的研讨环节目的在于综合课程全部知识、知识点，针对专业一典型零件分析其选材、热处理、热加工、切削加工全过程，进行加工工艺编制。学生按4～6人分组，学生通过课外调研与分析，开展基于“问题+案例”的学术研讨。

3. 课程考核方式改革

课程考核采用“总成绩 =平时成绩+研讨测评+期末测评”的方式。其中，“平时成绩=课堂点名+学生科技创新研讨汇报”（1次），“汇报讨论表现包括学生评分及教师评分两部分；研讨测评成绩=汇报讨论表现+学生研讨报告”（1次），汇报讨论表现采取国外高校的评分方式，包括学生评分及教师评分两部分，以激发学生之间相互讨论的热情。

三、项目研究阶段性成果

自课程改革实施至今，各个方面已经有了顺利进展。在科技创新立项方面，结合课程内容设立的创新主题，已有5组学生组队参加大学生科技创新大赛，其中2组获得顺利立项，其他3组在准备阶段。立项的两组学生在项目进行过程中表现出很高的兴趣和积极性，在教改经费的支持下，共申请两项专利。一組基于创新项目参加全国3D大赛10周年精英赛暨DigitalMaster2017一带一路挑战赛，获得北京赛区二等奖。另一组在老师的指导下整理仿真数据，正在撰写科研论文。

在创新性研讨环节方面，学生按4～6人分组，通过课外调研与分析，开展主题交流研讨。从研讨情况分析，学生比较欢迎此种学习形式，通过小组分工，在资料收集、素材整理、文献检索、PPT制作、课堂汇报、实时互动等方面得到锻炼。从另一个角度来看，此方式进一步提高了学生对课程的参与意识与参与深度。

课程考核方式进一步完善，各个环节打分有理有据。根据教务处对成绩给定的最新要求，目前本课程采用“总成绩 =平时成绩+期末测评”的方式。其中“平时成绩=课堂点名+课堂表现+作业+阶段性测试+创新研讨报告”（1次），创新研讨报告中评分包括进行报告学生的评分及参与互动学生的评分，以激发学生之间相互讨论的热情。从2016年考试成绩分析来看，此种评分方式比以往形式更为合理，平时成绩与期末成绩基本呈正比例关系。

从教学改革实施情况来看，通过以上措施引导激励学生参与课程学习与互动，激发了学生的学习积极性。特别是大学生科技创新项目提高了学生自我实践意识，研讨环节进一步结合本专业特点，加深了学生对机械制造课程学习重要性的认识，考核方式改革在对学生评价方面肯定了其参与课程的成绩，起到了进一步的激励作用。