基于中外合作办学项目的认知实习工坊化改革

2022-01-01于赢水丁晓非

科教导刊·电子版 2021年29期

于赢水高巍施伟鞠恒丁晓非

（大连海洋大学机械与动力工程学院（中新合作学院）辽宁·大连 116000）

1 新工科背景下的实习实训教学

随着高等教育国际化、大众化、现代化的进程加快，中国综合国力的迅速提升，中外合作办学正逐渐成为我国教育对外交流与合作的一种新形式，逐渐成为21世纪我国高等教育改革与发展的重要战略目标之一。无论是“复旦共识”，还是“天大行动”，或是“北京宣言”，无不表现出教育界对新工科含义的理解达成了前所未有的共同认识。更加注重理念引领——全面落实“学生中心、成果导向、持续改进”的国际工程教育专业认证理念。更加注重结构优化——加强工程科技人才的需求调研，掌握产业发展最新的人才需求和未来发展方向，优化学科专业结构。更加注重模式创新— —完善多主体协同育人机制，突破社会参与人才培养的体制机制障碍，深入推进科教结合、产学融合及校企合作。更加注重质量保障——加强工程人才培养质量标准体系建设，制定发布理工科专业类人才培养质量标准，作为专业设置、专业建设、教学质量评估遵循的基本规则。更加注重分类发展——工科优势高校要对工程科技创新和产业创新发挥主体作用，综合性高校要对催生新技术和孕育新产业发挥引领作用，地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用。《教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》中指出，主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济呼唤“新工科”，探索建立“新工科”建设的新理念、新标准、新模式、新方法、新技术、新文化，实现从学科导向转向产业需求导向、从专业分割转向跨界交叉融合、从适应服务转向支撑引领。2018年3月6日教育部长陈宝生在全国政协十三届一次会议教育界联组会上指出：我们正在推行新工科，这个口号现在已经叫响了，下一步就是怎么推进，把一些难点问题解决好。教材建设、教师素质、体系融合、基地建设，把这些问题解决好，中国的工科教育前景很广阔。我们要努力提高工科教育的质量，打造好培养“大国工匠”的摇篮。认知实习是机制机械设计制造及其自动化专业一个非常重要的实践性教学环节。是培养学生专业知识和提升技能素质结构的重要教学环节。

2 教学创新工坊的建立

大连海洋大学一直秉承着“学贯江海，德润方厚”的校训，重视学生工程实践能力的培养，在16年开始的大连海洋大学与新西兰奥塔哥理工学院的合作办学项目，便是以培养工程应用型人才作为培养目标。合作办学项目专业为机械设计制造及其自动化，新西兰方面对应专业名称为机械工程，培养方案由中新双方共同制定，既保留了大连海洋大学的特色课程，又融入新西兰具有国际工程教育理念课程体系，其中中方课程由中方教师讲授，新方课程由新方教师和中方助课教师共同完成。新方课程中有一门《Mechanical Design》的课程，与中方普通本科课程中的《机械设计》课程不同的是，课程除了以案例为引导进行知识讲解外，完全在学生兴趣引导中的工程项目驱动下进行，按照课程大纲要求，通过96学时的学习，学生除了需要掌握机械设计相关知识外，还需要在课程进行过程中以小组为单位独立完成某种机械产品从需求分析、方案设计、原型制作、功能实现、产品优化，直至最后完成产品制作的产品设计全流程训练。伴随着项目运行，新方在学生专业实践能力方面的需求和大连海洋大学既有实操条件的矛盾便逐渐显露出来。

大海大中新合作项目的人才注重培养：“具有创新精神、国际视野的专业工程人才”，为了推动以学生为中心、兴趣驱动、成果导向的教学理念；补齐中新合作项目实操条件短板；推动教育教学过程又传统的知识灌输到能力培养再提升到素质塑造的转变，2019年开始进行了机械教学创新工坊的建设。机械教学创新工坊现有3D打印机、木工机床、便携机床、激光雕刻机及各类工具。

3 现有实习实训体系

学校原有中新合作项目机械设计制造及其自动化（中新合作）专业学生的认知实习在大学一年级第二学期进行，实习分为期初一周认知和期末两周拆装两部分进行。学期初的认知部分，同学们会通过参观学院实验室对机械零件、机构、工具及设备进行简单了解；学期末的拆装实习，同学们通过对桌面式车床的拆装与测绘，使学生从感性上认识机械典型部件的布局方式、传动关系、连接方法等，从而加深对机械类专业课的理解和应用。通过认知实习提高学生的动手能力，加深对机械典型设备内部结构的理解，学会使用各种工量具，为后续课程的学习打下基础。

虽然学校一直在强化专业教师丰富教学内容，采用多样化的实习实训方法吸引学生，希望通过这些手段转变学生以往“应付实习”的学习状态，但是因为实习项目单一，并且每年都在重复固定题目，因此很难收到预期效果。

4 工坊化教学改革

本学期配合学校的教学改革项目，在吸收了新方兴趣驱动、项目引导的教学理念后，学院对机械认知实习进行了大刀阔斧的改革：（1）保留学期初一周、学期末两周的实习安排；（2）将学期初为期一周的参观实习，更改为基于VR虚拟现实技术的典型机械结构拆装训练；（3）将学期末为期两周的拆装实习，更改为基于VR虚拟现实技术的实操拆装。

学院从上海引进了一整套的 VR虚拟现实拆装系统（以下简称VR拆装系统），并根据专业特点和学生实际情况专门定制了一系列典型机械结构的 VR拆装系统和汽车发动机VR拆装系统。

学生在学期初的一周虚拟现实拆装训练过程中，对典型机械结构的VR拆装系统进行培训和实操，通过对典型机械结构的虚拟拆装操作，认识并了解一系列典型机械结构，同时熟悉VR拆装系统的使用方法，并在未来的一学期时间内，通过此VR拆装系统进行训练和考核，直至每位同学都能够达到不少于24学时的VR拆装系统操作学时数，才能满足本阶段的认知实习要求。

我们使用的汽车发动机 VR拆装系统是根据真实设备经过VR技术1：1得到的，因此在学期末为期两周的拆装实操环节中，学生将以小组为单位，应用VR拆装系统对真实汽车发动机进行工坊化拆装实操。工坊化拆装实操是将整个拆装过程分解为一系列的循环操作，简言之就是实操过程与仿真过程、小组讨论的交替进行，可以尽可能保证拆装过程的有效性和高效性，流水线的操作模式，也保证了场地、空间、设备利用的最优化。整个拆装过程被分为数个基本循环，每个基本循环通常包括：VR拆装模拟——实物考查——方案制定——实物拆装。同学们首先使用 VR拆装系统对下一步要进行拆装的部分进行团队模拟操作；再回到实操场地对拆装实物进行考查，确定大致的拆装策略；之后回到工坊讨论区对拆装方案进行制定；最后到实操场地对拆装实物进行拆装实操。

5 教学创新工坊的其他应用

机械教学创新工坊不仅仅应用在“认知实习”的实习实训环节，也应用在中新合作项目的课程教学中。2020年春季学期中新合作项目的机械设计+产品设计课程中实操环节的教学中，引导学生进行机械产品的产品创意—产品设计—模型制作—设计修改—初级原型制作—产品优化—原型制作的全流程设计制作过程的训练均在教学创新工坊进行，在整个设计过程中，学生对机构选型、设计等方面的疑问，均可直接使用典型机械结构VR系统进行思路梳理和学习，梳理完成后，直接到实操区或者制图区进行设计研发、原型制作，节省了大量跑图书馆、自习室翻阅资料、查阅文献的时间，大大提高了设计效率。典型机械结构VR系统在本门课程的教学中被作为数据库进行应用，大量三维模型的制作、图纸绘制的时间均得到节省，使学生有更多时间投入到设计优化、原型制作等环节中，为课程各环节的进一步优化提供了可能。