基于協(xié)同創(chuàng)新的機械類專業(yè)全方位實踐教學體系建設

米 潔， 黃 民， 高 宏

(北京信息科技大學 機電工程學院， 北京 100192)

基于協(xié)同創(chuàng)新的機械類專業(yè)全方位實踐教學體系建設

米 潔， 黃 民， 高 宏

(北京信息科技大學 機電工程學院， 北京 100192)

經過多年的探索和實踐,機械工程實驗教學中心開發(fā)利用校內外各種實踐教學資源,將工程實踐貫穿于學生的知識學習、擴展實踐教學內涵、構建功能集成的全方位實踐教學體系。在實踐教學的平臺構成、實踐教學內容、實踐教學的內涵建設和方法改革等方面進行探索和實踐,形成集約化高效教學環(huán)境。強調平臺建設、實踐內容、教學方法協(xié)同創(chuàng)新,逐步提升學生的創(chuàng)新實踐能力。

實踐教學； 機械類專業(yè)； 創(chuàng)新能力； 工程性

社會經濟發(fā)展及企業(yè)核心競爭力提升,都需要具有扎實的基礎知識、較強的實踐應用能力及創(chuàng)新意識的工程技術人才[1-3]。完善的實踐教學體系是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要支撐,是工科院校人才培養(yǎng)的主要平臺[4-6]。我校機械工程實驗教學中心(下稱中心),不僅加強實踐教學內容的改革,而且注重各教學模塊內容的銜接、層次遞進建設[7],為學生的成長搭建一個全方位平臺。圍繞“立足北京、服務首都,為裝備制造業(yè)和電子信息產業(yè)培養(yǎng)高素質應用型工程人才”的目標定位,以綜合的工程知識結構、全面的工程素質、較強的工程實踐與創(chuàng)新能力、自主學習和終身學習能力作為工程應用型人才的基本特征,確立了優(yōu)化基礎、提升能力、激發(fā)創(chuàng)新的改革思想。多年來,中心遵循學校應用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的定位,發(fā)揚傳統(tǒng)、持續(xù)建設、深化改革,規(guī)模和水平不斷提升。經過多年探索和實踐,逐漸摸索出以工程應用為導向,不斷加強實踐教學項目及內容的工程化建設,形成課程實驗、課程設計、綜合實驗、畢業(yè)設計、本科生科研、企業(yè)實踐、創(chuàng)新實踐逐次遞升的應用型人才培養(yǎng)模式。

1 構建功能集成的實踐教學平臺

傳統(tǒng)實踐教學局限于課堂、局限于實驗室,難于滿足現(xiàn)代科技與產業(yè)發(fā)展對工程應用型人才培養(yǎng)的需求,各學校在教學模式與教學方法進行改進,如采用層次遞進式實踐教學模式等[8-9]。我校機械工程實驗教學中心改革傳統(tǒng)教學模式,中心對學科專業(yè)、機構、人員幾方面資源進行了有效整合。以機械設計制造及其自動化、車輛工程、機械電子工程3個機械類專業(yè)為主導和依托,向其他近機類和非機類專業(yè)進行交叉和輻射,實行技術扶持、資源共享,充分發(fā)揮優(yōu)勢特色專業(yè)和新老專業(yè)各自的優(yōu)勢和特點,拓展人才培養(yǎng)的覆蓋面、提升人才培養(yǎng)質量。優(yōu)化整合工程訓練中心、實驗室、大學生科技創(chuàng)新基地、校外人才培養(yǎng)基地以及學科科研基地,實現(xiàn)了在統(tǒng)一平臺上資源共享、功能集成,有力地促進了實踐教學的系統(tǒng)化改革,保證了資源的高效利用。中心以工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,構建工程實訓、機械基礎訓練、專業(yè)綜合訓練、企業(yè)工程實踐訓練、科技創(chuàng)新訓練5個實踐教學平臺，如圖1所示,讓學生得到工程基礎、專業(yè)技能、科技創(chuàng)新層次遞進的能力培養(yǎng)。

圖1 實踐教學平臺框圖

實踐教學平臺使學生了解工業(yè)生產方式和過程,通過操縱加工中心、數(shù)控機床等制造設備的實踐訓練,掌握現(xiàn)代制造工藝知識和基本技能。機械基礎訓練平臺使機械類專業(yè)學生掌握扎實的機械基礎知識和基本

技能,為下一步學習和掌握機械工程專業(yè)知識和技能打下堅實基礎。專業(yè)綜合訓練平臺讓學生在綜合運用知識方面得到鍛煉,培養(yǎng)學生的專業(yè)技能,使學生牢固掌握機械工程專業(yè)的產品設計研發(fā)、加工制造、運動控制的專門知識,并具備較強的實踐操作能力和一定的探究精神。企業(yè)工程實踐訓練平臺探索校企協(xié)同的工程實踐教學模式,讓學生在認知、參與解決工程問題的同時理解和掌握專業(yè)知識。學生科技創(chuàng)新實踐平臺支持各級各類課外科技創(chuàng)新及競賽活動,建立創(chuàng)新活動的長效機制,形成自主學習、主動實踐的新模式。

2 以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,完善實踐教學體系

從增加實踐環(huán)節(jié)、重構教學模式、突出能力培養(yǎng)等方面，完善新的實踐教學體系。

2.1 增加實踐環(huán)節(jié)

在課程設置上,注重學生所學理論知識的應用,增加獨立實踐環(huán)節(jié)比例,使學生所學理論知識在工程中得到強化和升華。改革原有教學體系缺乏能力層次設計的不足,在體系上按照綜合、基礎和專業(yè)3個能力層次設置理論課與相應的實踐教學環(huán)節(jié)。實踐教學的內容構成一個完整體系,同時又與理論教學內容進行有機結合,相輔相成,實現(xiàn)理論知識傳授與實踐能力培養(yǎng)的有效貫通。在學分分配和內容安排上,提高專業(yè)課的課內實驗和獨立實踐學時比例,并設置實踐類選修課,形成了必修與選修互補的實踐創(chuàng)新課程體系。增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類教學,設置自主實踐學分,以開放實驗、學科競賽等形式開展教學與實踐應用。機械設計制造及其自動化專業(yè)新舊課程體系實踐教學環(huán)節(jié)對比如圖2所示。

圖2 新舊課程體系實踐教學環(huán)節(jié)對比

2.2 重構教學模式

深入研究理論課程與實踐創(chuàng)新訓練之間的關系,將原來無層次、孤立設置的專業(yè)課程按照培養(yǎng)學生工程基礎、專業(yè)技能、科技創(chuàng)新能力的遞進式能力發(fā)展要求,重新梳理,優(yōu)化整合,形成主題模塊化課程教學模式如圖3所示。在專業(yè)課程群中,增設了工程基礎能力培養(yǎng)層次,設置“調研報告和公文寫作”、“學術報告與科技論文寫作”等課程,以及獨立實踐環(huán)節(jié)“專業(yè)認知與實踐”。在專業(yè)技能與工程實踐能力層次中,專業(yè)課程群按設計、制造、控制、綜合4個方面的技能培養(yǎng),統(tǒng)籌規(guī)劃專業(yè)核心課程。例如,將計算機輔助設計、有限元分析基礎整合為計算機輔助設計及分析,將設計內容與分析內容連貫為一體,學生學習用工程軟件ADMAS和ANSYS解決實際問題。將機械系統(tǒng)設計與機電一體化技術整合為機電系統(tǒng)設計與分析,圍繞一個機電產品講解動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等主要部件的設計及特性分析,并以餃子機等小型機電產品設計進行綜合分析。開展課程及實踐一體化教學方案改革與探索,較好解決了實踐創(chuàng)新教學與基礎理論、專業(yè)教學的融合問題,實現(xiàn)面向知識、能力和勝任素質培養(yǎng)的教學目標。

圖3 專業(yè)課程優(yōu)化整合后教學模式對比

2.3 突出能力培養(yǎng)

將專業(yè)教育和工程實踐向低年級延伸,在大學一年級開設專業(yè)導論課、工程認知實習,增加學生專業(yè)學習興趣與動力。在大學二、三年級,設置系統(tǒng)化實踐項目,選取典型產品(如蜂窩煤成型機、書本打包機等)貫穿大學4年專業(yè)知識的學習,讓學生領會一個產品設計制造過程中的關鍵步驟及核心問題。將各級各類創(chuàng)新活動與課程內容融合,如機械原理、機械設計、機械制造基礎課程與北京市機械創(chuàng)新大賽相結合,學生帶著問題學習,更能領會知識的應用。將畢業(yè)設計選題提前,與學科競賽、科技創(chuàng)新活動,以及教師的科研相結合,形成了工程設計過程的長效機制,學生綜合運用專業(yè)知識,并在應用中進一步提升解決工程問題的能力。

3 突出實踐教學的工程應用性,深化實踐教學內涵建設及方法改革

3.1 加強課程實踐教學環(huán)節(jié)的工程化建設

學院成立企業(yè)界顧問委員會,由長期科研合作的企業(yè)總工、高管組成。委員會定期召開研究會,委員參與專業(yè)建設研討、教學計劃制訂及修訂工作,邀請企業(yè)人員共同設計開發(fā)和更新實踐教學內容,將工程實際中易發(fā)生的問題、前沿方向及時反饋到教學中。搭建貼近工程實際的模擬實驗系統(tǒng)和實踐教學環(huán)境,突出實踐教學內容的工程應用性,使學生能在接近真實的環(huán)境下進行實踐與創(chuàng)新活動,培養(yǎng)學生工程實踐與創(chuàng)新能力。

3.2 注重畢業(yè)設計知識運用的實戰(zhàn)教學改革

學生的畢業(yè)設計選題源于教師的工程項目、課外科技創(chuàng)新及學科競賽活動,是針對某一具體工程問題尋求解決方案,提出自己的設計構思并實施。學校鼓勵實物型畢業(yè)設計,設定專項資金資助,每年20%學生開展此項工作。實物型畢業(yè)設計內容包括了產品的方案設計、結構設計及分析、運動控制、加工制造,是針對學生的一個全面鍛煉。建立相應的管理辦法,鼓勵學生將設計結合實際獨立設計,同時要嚴格設計過程中的開題報告、中期抽查、畢業(yè)資格審核等幾個關鍵點的檢查.允許學生制造的產品存在缺陷甚至失敗,但要分析失敗的原因,提出改進方案。在實際工作鍛煉中,培養(yǎng)學生學會運用知識解決問題,切實提高學生工程應用能力和實踐動手能力。

3.3 強化科技創(chuàng)新活動的教學促進作用

(1) 營造氛圍?？萍紕?chuàng)新活動是學生在生活中運用知識的重要途徑[10-11]。圍繞機械類專業(yè)所學基礎理論知識,開展機械設計創(chuàng)新大賽、三維數(shù)字化建模競賽等,用競賽形式設定產品設計、制造、控制中的問題,吸引學生開動腦筋、靈活運用知識去實踐。通過創(chuàng)新教育常態(tài)化,使創(chuàng)新成為學生的日常行為和思維習慣,有效培養(yǎng)和提升了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力,同時促進了理論學習。

(2) 建設團隊。組建跨年級、跨專業(yè)的科技創(chuàng)新團隊,例如參加機械創(chuàng)新設計大賽的團隊,由機械設計、機械制造、機械電子、工業(yè)設計等專業(yè)的學生組成,各專業(yè)學生充分發(fā)揮自己專業(yè)優(yōu)勢,利用實驗室設備資源,開展結構設計及分析、加工裝配、控制策略規(guī)劃、產品造型設計等工作,共同完成一項產品的設計工作,并參加科技競賽。同學之間互相幫助、互相促進,培養(yǎng)團結合作精神。

(3) 自主學習。學生的動手實踐應按照學生自己發(fā)展的規(guī)律和實踐教學與自主實踐統(tǒng)一原則,突出學生的主體作用[12]。遵循學以致用的原則,充分開放實踐教學中心的資源,以項目任務為牽引,充分激發(fā)學生的興趣和求知欲,讓其在實踐中發(fā)現(xiàn)理論知識學習的不足之處,翻閱資料,主動查找問題,引導學生自主學習。

3.4 注重科研成果向實踐教學內容的有效轉化

充分利用學院現(xiàn)代制造裝備、高檔數(shù)控機床等方面的學科和科研優(yōu)勢,將機床所等科研基地建設與本科專業(yè)建設和實驗室建設緊密結合起來,用科研提升教學水平。充分利用優(yōu)質資源開發(fā)新實驗,教師的科研成果以自主開發(fā)儀器設備等形式充實到實踐教學設備中,為教學提供更為豐富優(yōu)越的實驗條件?？蒲邪咐鳛橹匾慕虒W實例,例如在計算機輔助設計、有限元分析基礎、機械優(yōu)化設計、機械系統(tǒng)設計學等課程中引入數(shù)控機床及關鍵部件的分析案例,向學生展示工程分析中載荷、約束處理注意的問題、數(shù)控機床模型簡化對分析結果影響等,用生動的實例代替枯燥的條條框框理論,提高教學效果。

4 結束語

針對我校機械專業(yè)生源結構特點,主動適應首都經濟發(fā)展對機械類專業(yè)人才的需求,以培養(yǎng)工程實踐和創(chuàng)新能力為主線,改革傳統(tǒng)實踐教學和工程教育,以培養(yǎng)工程實踐及創(chuàng)新能力為主線,用5個訓練平臺設置工程基礎、專業(yè)技能、科技創(chuàng)新逐次遞進的能力培養(yǎng)層次,在探索加強學生工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面進行了有益探索,進行了開拓性工作,收效很大,學生形成主動學習自主實踐的良好氛圍,學生創(chuàng)新實踐活動取得突出成效。

References)

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Construction of practical teaching system with a full range in mechanical engineering specialty based on collaborative innovation

Mi Jie， Huang Min， Gao Hong

(Mechanical & Electrical Engineering School,Beijing Information Science & Technology University， Beijing 100192, China)

After years of exploration and practice,the practical teaching system with a full range is constructed based on collaborative innovation. The mechanical engineering practical teaching center develops resources of inside and outside school,and makes full use of curricular and extracurricular time to a student’s knowledge of engineering practice throughout the learning process. It also extends the practical teaching connotation. This article researches on the practical teaching platform,contents,practical teaching connotation and reform and other aspects to construct an intensive and efficient teaching and learning environment, and also emphasizes the collaborative innovation of platform construction,practical contents and teaching methods to gradually upgrade the innovative and practical ability of students.

practical teaching; mechanical engineering specialty; innovative ability; engineering

2015- 02- 07 修改日期：2015- 04- 07

2013年北京高等學校教育教學改革立項項目(PXM2014_014224_000088_00133093_FCG);北京市高等教育學會“十二五”高等教育科學研究規(guī)劃課題(BG125YB037)；北京信息科技大學教改重點項目(2012JGZD01)

米潔(1971—)，女，河北唐山，工學博士，教授，研究方向為數(shù)字化設計，機械設計.

E-mail：zhiwei99@263.net

G642.0

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1002-4956(2015)10- 0014- 04