開放式工程訓(xùn)練教學(xué)探索與實(shí)踐

魏領(lǐng)會(huì)，徐宏海，張超英，胡福文

（北方工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與材料工程學(xué)院，北京 100144）

工程訓(xùn)練中心是我國高校實(shí)施工程教育的實(shí)踐教學(xué)基地，承載著本科階段的必修實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，是工科類高校中教學(xué)規(guī)模最大、學(xué)生受眾人數(shù)最多的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)［1］。近年來，高等工科院校增加對(duì)工程教育的投入，極大地促進(jìn)了工程訓(xùn)練中心的硬件平臺(tái)建設(shè)。在實(shí)習(xí)環(huán)境、設(shè)備更新等方面都有了長足發(fā)展?，F(xiàn)代化的環(huán)境和加工設(shè)備，迫切需要豐富的教學(xué)內(nèi)容和方法與之匹配，在學(xué)生綜合能力培養(yǎng)、實(shí)現(xiàn)工程訓(xùn)練教學(xué)目標(biāo)過程中更好地發(fā)揮作用。但工程訓(xùn)練教學(xué)大綱設(shè)定的課時(shí)有限，致使先進(jìn)設(shè)備上課開出率較低，更新設(shè)備在教學(xué)內(nèi)容的改革與完善方面也相對(duì)滯后，在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主體性方面的作用尚不能充分發(fā)揮［2－5］。如何更好地提高設(shè)備利用率、完善工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、促進(jìn)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，是高校實(shí)踐教學(xué)工作者長期探討的重要課題之一［6－10］。

1 以必修實(shí)踐為基礎(chǔ)，推進(jìn)開放式教學(xué)

開放式教學(xué)是提高儀器設(shè)備利用率的有效措施，可以為學(xué)生提供自主發(fā)展和實(shí)踐鍛煉的空間，可以充分發(fā)揮實(shí)踐在學(xué)生素質(zhì)教育中的重要作用，是近幾年高校教學(xué)改革的重要體現(xiàn)［11－12］。

工程訓(xùn)練中心作為高校規(guī)模最大的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，其人員、環(huán)境、設(shè)備等基礎(chǔ)條件為推進(jìn)并順利實(shí)施開放教學(xué)提供了保證。

（1）實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)。工程訓(xùn)練中心的前身為學(xué)校的校辦工廠，過去曾承擔(dān)過企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)，指導(dǎo)師傅具有相對(duì)真實(shí)的工程背景，但缺乏理論和教學(xué)方法的研究，過分強(qiáng)調(diào)技能，“一錘統(tǒng)打天下”。簡單的產(chǎn)品復(fù)制或模仿的教學(xué)，很難激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情和思考力。近幾年的發(fā)展中，學(xué)校引進(jìn)一批具有碩士以上學(xué)歷的年輕人充實(shí)實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍，他們?cè)谧陨砜蒲械耐瑫r(shí)，將豐富的理論和新的教學(xué)方法引入工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)，在指導(dǎo)師傅的配合下付諸實(shí)施，這種理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐反饋理論的人員構(gòu)成，是高校中比較具有特色的實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

（2）設(shè)備環(huán)境條件。工程訓(xùn)練中心擁有現(xiàn)代化和傳統(tǒng)制造的各種制造設(shè)備與廠房，可以模擬實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、裝配等典型工業(yè)環(huán)境，是一個(gè)濃縮的制造工廠。

（3）受眾對(duì)象。以工程應(yīng)用為背景，形式多樣的制造業(yè)生產(chǎn)方式和工藝過程，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)出思考和發(fā)揮的空間，可以在很大程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

在教學(xué)大綱規(guī)定的金工實(shí)習(xí)內(nèi)容結(jié)束后，學(xué)生可結(jié)合自己在實(shí)習(xí)過程中技能的積累和興趣，繼續(xù)進(jìn)行提高實(shí)踐、研究和探索能力的開放式工程訓(xùn)練。

2 開放式工程訓(xùn)練教學(xué)課程資源拓展

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)及目標(biāo)

開放式工程訓(xùn)練教學(xué)以提高學(xué)生的綜合能力為目的，融知識(shí)、能力、素質(zhì)為一體。教學(xué)設(shè)計(jì)以基礎(chǔ)工程應(yīng)用為前提，圍繞理論課程→金工實(shí)習(xí)→綜合實(shí)訓(xùn)→選修課程→職業(yè)技能考證→工程訓(xùn)練競賽→基于科研平臺(tái)的開放訓(xùn)練這條主線，形成工程訓(xùn)練中心的實(shí)踐教學(xué)體系。詳細(xì)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施流程

教學(xué)設(shè)計(jì)充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的漸進(jìn)性、理論與實(shí)踐的指導(dǎo)與反饋?zhàn)饔茫婚_放式的工程訓(xùn)練過程，增設(shè)趣味性和研究探索性，培養(yǎng)學(xué)生積極主動(dòng)、大膽嘗試的探索精神；增設(shè)工業(yè)制造領(lǐng)域相關(guān)應(yīng)用和場(chǎng)景，用于學(xué)生開闊視野、打開思路，達(dá)到使學(xué)生通過真正解決實(shí)際問題的過程，鞏固所學(xué)理論知識(shí)、鍛煉綜合實(shí)踐能力、培養(yǎng)和提升創(chuàng)造性的思考力和自主學(xué)習(xí)熱情的目的。

2.2 開放式工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

我校開放工程實(shí)踐教學(xué)分為基礎(chǔ)開放工程訓(xùn)練和基于科研平臺(tái)的開放工程訓(xùn)練2個(gè)層面（見圖1），分別用于滿足不同專業(yè)和工程背景的學(xué)生需求。

基礎(chǔ)開放工程訓(xùn)練部分，基于主修理論課程，結(jié)合多媒體等先進(jìn)教學(xué)手段，以典型機(jī)電產(chǎn)品、零部件等為載體，參考全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、職業(yè)技能大賽、全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽、挑戰(zhàn)杯競賽等形式，以實(shí)踐教師、各工種指導(dǎo)師傅和學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行早期的命題、資料收集、模型的設(shè)計(jì)和制作；技能部分以鉗工為基礎(chǔ)，充分考慮3D打印、數(shù)控加工、快速成型、線切割等體現(xiàn)現(xiàn)代加工的實(shí)訓(xùn)工種，然后將設(shè)計(jì)成熟的訓(xùn)練項(xiàng)目，按照實(shí)踐認(rèn)知規(guī)律，進(jìn)行層次劃分。同時(shí)還開設(shè)了拓展與自主選做題目，倡導(dǎo)創(chuàng)新理念，如IPAD創(chuàng)意支架的設(shè)計(jì)與制作、健身課桌等這類結(jié)合科技產(chǎn)品或生活需求的選做題目，為自主研究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)留下足夠的空間，激發(fā)學(xué)生興趣，滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求。

開放式工程實(shí)踐訓(xùn)練隨著教學(xué)開展，教學(xué)內(nèi)容不斷豐富并得到積累。目前開發(fā)出的供學(xué)生選作類題目包括“R機(jī)的設(shè)計(jì)與制作”、“變軸橢圓儀的設(shè)計(jì)與制作”、“家庭健身橢圓機(jī)制作”、“無碳重力勢(shì)能小車”、“基于項(xiàng)目的數(shù)控加工過程仿真與實(shí)踐”等10多類作品。這些作品涵蓋了“機(jī)械設(shè)計(jì)”、“互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”、“金屬工藝學(xué)”等多門課程中的常用機(jī)構(gòu)、配合、傳動(dòng)形式、加工工藝、測(cè)量方法等內(nèi)容，提升了學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的理解。部分開放實(shí)驗(yàn)作品如圖2所示。

基礎(chǔ)工程訓(xùn)練競賽是對(duì)開放式工程訓(xùn)練及學(xué)生綜合實(shí)踐能力的檢驗(yàn)，每年舉辦一次，由教務(wù)處主辦，工程訓(xùn)練中心承辦。競賽分單向技能競賽和綜合能力競賽，分別針對(duì)開放式工程訓(xùn)練中不同訓(xùn)練專項(xiàng)的學(xué)生。單向技能競賽在單一工種完成，通過相關(guān)工藝內(nèi)容、操作技能和測(cè)量方法體現(xiàn)出工程性考核要求；綜合競賽項(xiàng)目以創(chuàng)新機(jī)構(gòu)或裝置的設(shè)計(jì)制作體現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理、工業(yè)制造相關(guān)工藝、裝配及應(yīng)用等工程性要求。

基于科研平臺(tái)的開放式工程訓(xùn)練項(xiàng)目，以教師現(xiàn)行科研項(xiàng)目為載體，選擇基礎(chǔ)開放訓(xùn)練環(huán)節(jié)考核優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)入教師的科研項(xiàng)目組，幫助教師完成部分內(nèi)容，直至課題完成。這也為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)和繼續(xù)進(jìn)行研究生學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。目前為止，已有多名研究生在中心開發(fā)基于科研的開放實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)完成課題，并順利畢業(yè)。已形成產(chǎn)品的立式玻璃磨邊機(jī)開放式科 研實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，如圖3所示。

圖2 部分開放實(shí)驗(yàn)作品

圖3 立式玻璃磨邊機(jī)科研訓(xùn)練平臺(tái)

3 開放式工程訓(xùn)練教學(xué)實(shí)施辦法

經(jīng)過理論設(shè)計(jì)和實(shí)踐摸索出相對(duì)成熟的開放訓(xùn)練課題，按照學(xué)生學(xué)習(xí)、認(rèn)知規(guī)律，分階段、預(yù)約制，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，自主實(shí)施完成。

（1）明確任務(wù)。指導(dǎo)教師通過多媒體和視頻短片等，介紹課題內(nèi)容、要求，明確具體的目標(biāo)、作品的考核指標(biāo)等，學(xué)生通過學(xué)校的多模式教學(xué)網(wǎng)下載詳細(xì)資料，迅速了解任務(wù)，根據(jù)自身特點(diǎn)自由組合，3～4人組成一個(gè)學(xué)習(xí)小組，并完成選題任務(wù)。

（2）確定目標(biāo)，制訂方案。學(xué)生選題后，首先是思想的轉(zhuǎn)變，要用所學(xué)理論解決從未遇到的實(shí)際問題。教師在這個(gè)過程需要盡力創(chuàng)設(shè)學(xué)生可理解的虛擬情境，提出啟發(fā)性的問題，使學(xué)生在獲得感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上明確探究的目標(biāo)。然后，3～4人的學(xué)習(xí)小組，圍繞任務(wù)由淺入深獨(dú)立設(shè)計(jì)，并在要求的時(shí)間范圍內(nèi)自行組織實(shí)施方案。首先搜集相關(guān)資料，包括相關(guān)工藝?yán)碚?、結(jié)構(gòu)原理、工業(yè)制造相關(guān)場(chǎng)景、原型及應(yīng)用等，明確現(xiàn)有條件，咨詢指導(dǎo)教師；然后充分運(yùn)用已有知識(shí)并再學(xué)習(xí)一定程度的新知識(shí)技能，調(diào)動(dòng)想象力與創(chuàng)造力進(jìn)行資源整合、小組討論，共同決策，精心設(shè)計(jì)、構(gòu)思方案，經(jīng)過反復(fù)討論、深入思考，在中心機(jī)房利用三維設(shè)計(jì)SolidWorks軟件完成零件的設(shè)計(jì)和裝配，并模擬運(yùn)行，不斷完善，最終確定出可行方案。

（3）實(shí)踐技能訓(xùn)練。每一個(gè)訓(xùn)練課題都有明確的成果性作品，在實(shí)施技能訓(xùn)練的過程中，考慮到學(xué)生的工程背景以及對(duì)工藝和設(shè)備的熟練程度有限，技能環(huán)節(jié)特設(shè)了加工過程的虛擬仿真平臺(tái)，包括工業(yè)版Vericut數(shù)控類加工虛擬仿真軟件、CAXA制造工程師、CAXA數(shù)控車床等。學(xué)生通過軟件反復(fù)練習(xí)，感受企業(yè)中CAD/CAM的數(shù)字化制造過程。然后，在指導(dǎo)師傅的指導(dǎo)下再次確定工藝的合理性，根據(jù)制定的加工工藝卡片，獨(dú)立完成機(jī)床操作，加工出測(cè)量合格的工件。實(shí)踐訓(xùn)練過程的數(shù)字化制造和工程性的技能要求以及軟硬件結(jié)合的訓(xùn)練，可以促進(jìn)學(xué)生更好地理解企業(yè)生產(chǎn)方式和理論在解決實(shí)際工程問題中的指導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

（4）考核評(píng)價(jià)。考核指標(biāo)除滿足性能要求的作品外，還要以小組為單位撰寫匯總報(bào)告。查詢的資料、方案的設(shè)計(jì)與論證、繪制的設(shè)計(jì)圖紙、裝配作品效果等作為技術(shù)報(bào)告部分，另外，匯總報(bào)告還包括項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的問題和不同的解決方法，接觸到的各種設(shè)備和工藝方法、使用的各種工量具等。深入思考，提出問題，找出解決辦法，提出新的思路，寫出創(chuàng)新思維報(bào)告。最后，指導(dǎo)教師就項(xiàng)目的方案、過程實(shí)施和技能環(huán)節(jié)給出評(píng)價(jià)，而作品則由指導(dǎo)教師和學(xué)生組成評(píng)審團(tuán)，設(shè)計(jì)小組以答辯的方式介紹作品、回答同學(xué)提問，然后評(píng)審團(tuán)給出評(píng)審結(jié)果。

4 開放式工程訓(xùn)練教學(xué)實(shí)踐效果

我校預(yù)約開放式工程訓(xùn)練，采用基礎(chǔ)開放工程訓(xùn)練、基礎(chǔ)工程訓(xùn)練競賽和基于科研平臺(tái)的開放形式，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有效提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。近3年，我校工程訓(xùn)練中心獲得國家和北京市級(jí)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)7項(xiàng)，機(jī)械創(chuàng)新大賽北京市一等獎(jiǎng)、國家級(jí)二等獎(jiǎng)。針對(duì)勞動(dòng)職業(yè)技能層面的數(shù)控加工綜合技術(shù)與應(yīng)用培訓(xùn)，每年都有60多人參加國家職業(yè)技能考核，并獲得由國家勞動(dòng)部門頒發(fā)的職業(yè)技能資格等級(jí)證書，歷屆基礎(chǔ)工程訓(xùn)練技能競賽都有近200人次的參與率，并為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生面試、拓寬就業(yè)渠道發(fā)揮積極作用。2013年，我校工程訓(xùn)練中心被評(píng)為國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。

工程訓(xùn)練中心開放式工程實(shí)踐教學(xué)資源的工程作品庫，在開放教學(xué)的實(shí)踐中逐漸豐富，供金工實(shí)習(xí)的課內(nèi)教學(xué)和后續(xù)開放實(shí)訓(xùn)的學(xué)生研習(xí)，為下一輪次的開放式訓(xùn)練營造更好的平臺(tái)。

5 結(jié)束語

我校開放式工程訓(xùn)練教學(xué)，采用循序漸進(jìn)的方式，充分考慮學(xué)生的認(rèn)知與學(xué)習(xí)規(guī)律；結(jié)合興趣自主選題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；項(xiàng)目過程自主實(shí)施，用于鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性；盡力創(chuàng)設(shè)制造業(yè)企業(yè)的技能體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。實(shí)踐證明，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)合作等綜合素質(zhì)方面效果明顯。

（

）

［1］梁延德.我國高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)與發(fā)展［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（6）：6－8.

［2］張巍，譚躍生，任翀，等.工程訓(xùn)練中心工程實(shí)訓(xùn)課程改革與實(shí)踐［J］.教育教學(xué)論壇，2014（14）：207－208.

［3］段康容，張立紅.快速成型技術(shù)在工程訓(xùn)練教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2014（3）：166－167.

［4］馬鵬舉，王亮，胡殿明.工程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀分析與對(duì)策研究［J］.高等工程教育研究，2011（1）：143－147.

［5］韓淑華，侯學(xué)元，霍林方.激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力：高校電工電子課程體系的實(shí)踐與探索［J］.大學(xué)教育，2013（10）：51－52.

［6］陳詠華，李麗榮.工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)研究與探索［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（3）：118－126.

［7］張英琦，吳亞輝.地方高校工程訓(xùn)練開放運(yùn)行機(jī)制的探索［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（6）：294－297.

［8］崔偉清，李琦，房靜.工程訓(xùn)練開放式教學(xué)模式建設(shè)與實(shí)踐［J］.中國教育技術(shù)裝備，2012（33）：136－138.

［9］劉春成.PBL教學(xué)模式在工程訓(xùn)練教學(xué)中的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（4）：158－161.

［10］高寧，宋曉娜，李沛.開放式電子工程訓(xùn)練教學(xué)實(shí)踐與研究［J］.中國電力教育，2011（21）：144－145.

［11］施瑞，于曉勇，柳英，等.高校實(shí)驗(yàn)室開放管理模式的探索［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（4）：164－166.

［12］陳慶奎.面向卓越工程教育的實(shí)驗(yàn)室開放實(shí)施機(jī)制［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（1）：80－84.