基于開(kāi)放模式的工程訓(xùn)練教學(xué)體系研究

王 偉,張艷蕊,馬玉瓊,畢海霞

(河北工業(yè)大學(xué) 工程訓(xùn)練中心,天津 300401)

基于開(kāi)放模式的工程訓(xùn)練教學(xué)體系研究

王 偉,張艷蕊,馬玉瓊,畢海霞

(河北工業(yè)大學(xué) 工程訓(xùn)練中心,天津 300401)

工程訓(xùn)練中心向?qū)W生開(kāi)放,不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì),而且能夠?qū)崿F(xiàn)資源合理配置和高效共享,提升工程訓(xùn)練中心建設(shè)水平。工程訓(xùn)練中心從開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)方法、開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)手段等方面做了深入研究,構(gòu)建了一套“五模塊、四層次、多樣化教學(xué)方法和多種教學(xué)手段相融合”的開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)體系。

工程訓(xùn)練;開(kāi)放模式;開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)體系;實(shí)踐創(chuàng)新

工程訓(xùn)練,是全國(guó)高等教育本科院校培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的必修課程。傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練,以教師為主進(jìn)行教學(xué),學(xué)生被動(dòng)學(xué),學(xué)生僅在動(dòng)手實(shí)踐能力方面有加強(qiáng),在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、交流合作方面有待提高[1-2]。工程訓(xùn)練中心作為實(shí)踐教學(xué)基地,構(gòu)建了一套模塊化、多層面、綜合性的開(kāi)放教學(xué)體系,該體系在提高學(xué)生實(shí)踐能力、啟蒙創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、增強(qiáng)創(chuàng)新能力、加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作等方面,起到了很好的作用[3-4]。

1 開(kāi)放式工程訓(xùn)練教學(xué)體系的構(gòu)建

工程訓(xùn)練中心以尊重學(xué)生個(gè)性化為基礎(chǔ),以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力為目標(biāo),全面提高學(xué)生綜合素質(zhì),構(gòu)建了基于模塊化、分層次、循環(huán)滾動(dòng)、網(wǎng)上預(yù)約、與創(chuàng)新平臺(tái)相結(jié)合的開(kāi)放模式[5-6]。工程訓(xùn)練中心圍繞著“模塊化、分層次、循環(huán)滾動(dòng)、網(wǎng)上預(yù)約、與創(chuàng)新平臺(tái)相結(jié)合的開(kāi)放模式”,建立了一套與之相適應(yīng)的“五模塊、四層次、多樣化教學(xué)方法和多種教學(xué)手段相融合”的開(kāi)放式教學(xué)體系,圍繞著教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面做了深入研究。圖1是開(kāi)放模式下工程訓(xùn)練的教學(xué)體系。

圖1 開(kāi)放模式下工程訓(xùn)練的教學(xué)體系

1.1 工程訓(xùn)練開(kāi)放教學(xué)內(nèi)容研究

工程訓(xùn)練開(kāi)放模式目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及綜合知識(shí)能力,而開(kāi)放對(duì)象是全校各專業(yè)、各年級(jí)的學(xué)生。這些學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和知識(shí)水平參差不齊,具有一定的層次性?；诿棵麑W(xué)生的能力、愛(ài)好興趣、智力的多樣化、層次性的特征,開(kāi)放模式教學(xué)內(nèi)容本身設(shè)置也要有一定的多元性、層次性、創(chuàng)新性和綜合性[7]。工程訓(xùn)練中心整合教學(xué)資源,劃分了5個(gè)自主創(chuàng)新模塊,即機(jī)器人模塊、模塊化工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐模塊、數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新模塊、制造技術(shù)科普模塊、反求技術(shù)及3D打印技術(shù)模塊。每個(gè)模塊按照由淺入深、由簡(jiǎn)到繁、從易到難的漸進(jìn)式規(guī)律,劃分了4個(gè)層次：基礎(chǔ)層訓(xùn)練、提高層訓(xùn)練、綜合創(chuàng)新訓(xùn)練和自主設(shè)計(jì)訓(xùn)練。每一層次含有多個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目,且每層實(shí)踐項(xiàng)目為并行項(xiàng)目,難易程度基本相似。一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目,題目看似固定,實(shí)現(xiàn)功能一樣,但從結(jié)構(gòu)搭建以及程序控制,都留給學(xué)生很大的想象空間,最大限度地發(fā)揮學(xué)生潛能完成項(xiàng)目。

(1) 基礎(chǔ)層訓(xùn)練?；A(chǔ)層是學(xué)生對(duì)模塊的認(rèn)知層,是對(duì)模塊基礎(chǔ)知識(shí)的普及,引起學(xué)生興趣,激發(fā)學(xué)習(xí)欲望,內(nèi)容包括:了解基本安全知識(shí),掌握安全操作規(guī)程;認(rèn)識(shí)基本功能零件,并簡(jiǎn)單組裝調(diào)試;掌握輔助工具的正確使用方法;完成比較簡(jiǎn)單的機(jī)器人裝配。

(2) 提高層訓(xùn)練。提高層是在認(rèn)知基礎(chǔ)上,對(duì)理論聯(lián)系實(shí)踐更深層次的理解,開(kāi)闊學(xué)生思路。本層實(shí)訓(xùn)以單一知識(shí)點(diǎn)起步,以指定項(xiàng)目為主,有多個(gè)不同類型的、側(cè)重點(diǎn)不同的、系統(tǒng)性的指定項(xiàng)目,學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)方向、興趣和愛(ài)好自主申請(qǐng)到訓(xùn)練教室進(jìn)行訓(xùn)練。

(3) 綜合創(chuàng)新層訓(xùn)練。綜合創(chuàng)新層是多知識(shí)點(diǎn)的融合訓(xùn)練,是對(duì)學(xué)生綜合能力的一次考核。本層旨在考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多種知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)合作和交流能力,開(kāi)闊學(xué)生創(chuàng)新思維能力[8]。

(4) 自主設(shè)計(jì)訓(xùn)練。自主設(shè)計(jì)訓(xùn)練環(huán)節(jié)依托校內(nèi)外的競(jìng)賽平臺(tái),將競(jìng)賽項(xiàng)目引入開(kāi)放教學(xué),以實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為契機(jī),鍛煉學(xué)生的綜合能力。在項(xiàng)目實(shí)踐中,以學(xué)生自主個(gè)性化設(shè)計(jì)項(xiàng)目為主,學(xué)生自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目、自主管理項(xiàng)目、自主完成項(xiàng)目,從而逐漸掌握思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法,提高其實(shí)踐創(chuàng)新能力。

1.2 工程訓(xùn)練開(kāi)放教學(xué)方法研究

開(kāi)放模式下的工程訓(xùn)練有別于傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練,重在啟蒙創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,注重學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。在教學(xué)過(guò)程中,常規(guī)的“填鴨式”、“師傅帶徒弟式”教學(xué)方法已經(jīng)不再適合,而單純地采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式、討論式等教學(xué)方法也不能滿足開(kāi)放教學(xué)的要求。時(shí)間、空間和內(nèi)容的開(kāi)放性,為開(kāi)放的實(shí)踐教學(xué)方法的研究提供了理想的平臺(tái)。新的教學(xué)方法要具有開(kāi)放性,要靈活多變,要能給予學(xué)生足夠的思考空間,充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性,體現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展[9-10]?；趯?shí)訓(xùn)內(nèi)容的層次性、難度遞進(jìn)性的特點(diǎn),每一層采用了不同的教學(xué)方法,因材施教,符合了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

(1) 基礎(chǔ)層?！鞍咐菔尽?“現(xiàn)場(chǎng)授課”+“現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)”的開(kāi)放教學(xué)方法?；A(chǔ)認(rèn)知層的授課對(duì)象,多數(shù)為文理科、未實(shí)習(xí)過(guò)的學(xué)生。通過(guò)成功的、新穎的、有創(chuàng)意的案例的播放,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望;“現(xiàn)場(chǎng)授課”讓學(xué)生了解設(shè)備的基本功能,以及學(xué)習(xí)過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)和安全操作知識(shí);“現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)”,學(xué)生在觀看、觸摸零部件之后,做一些簡(jiǎn)單部件的組裝,指導(dǎo)教師從旁指導(dǎo),幫助學(xué)生能盡快進(jìn)入實(shí)踐狀態(tài)。以現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)、試卷答題、撰寫心得等方式,考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握。

(2) 提高層?！肮δ芙榻B”+“團(tuán)隊(duì)合作”+“討論”的開(kāi)放教學(xué)方法。提高層的開(kāi)放對(duì)象是對(duì)本模塊有一定基礎(chǔ)知識(shí)的大二、大三的學(xué)生。課前,指導(dǎo)教師對(duì)本次實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)的功能做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹,接著學(xué)生自動(dòng)分組。組內(nèi)成員圍繞“功能”各抒己見(jiàn),互相探討,選取合理的方案完成項(xiàng)目。以指導(dǎo)教師鑒定和學(xué)生小組互評(píng)相結(jié)合的方式,在功能、結(jié)構(gòu)、外觀、程序、動(dòng)作等方面,進(jìn)行綜合評(píng)議。

(3) 綜合創(chuàng)新層?！艾F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境模擬”+“提出方案”+“驗(yàn)收”的開(kāi)放教學(xué)方法。綜合創(chuàng)新層是為具有較強(qiáng)綜合知識(shí)能力的學(xué)生設(shè)立的,突出知識(shí)的多樣性和綜合性。設(shè)立一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,給予一定的任務(wù),學(xué)生據(jù)此完成方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)搭建、功能實(shí)現(xiàn),最后以完整作品和報(bào)告提交,作為驗(yàn)收結(jié)果過(guò)關(guān)。以模塊內(nèi)小競(jìng)賽作為評(píng)估平臺(tái),通過(guò)功能實(shí)現(xiàn)、完成時(shí)間長(zhǎng)短、學(xué)生答辯等綜合考核。

(4) 自主設(shè)計(jì)層?！白灾黜?xiàng)目”+“競(jìng)賽”的開(kāi)放教學(xué)方法。自主設(shè)計(jì)層,依托校級(jí)、省級(jí)和國(guó)家級(jí)比賽設(shè)立。全校學(xué)生自由結(jié)組,可由不同學(xué)科、年級(jí)組成一個(gè)團(tuán)隊(duì),可以是同年級(jí)、不同專業(yè)組成一個(gè)團(tuán)隊(duì),也可以由同專業(yè)、同年級(jí)組成一個(gè)團(tuán)隊(duì),查閱資料,自主設(shè)計(jì)方案,自主加工零件,自主裝配,完成比賽項(xiàng)目。給學(xué)生足夠個(gè)人潛能發(fā)揮的空間,培養(yǎng)了自主創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等,發(fā)展了學(xué)生個(gè)性。鼓勵(lì)學(xué)生制作小發(fā)明、申請(qǐng)小專利、發(fā)表論文等,并以此作為學(xué)生考核內(nèi)容。

1.3 工程訓(xùn)練開(kāi)放教學(xué)手段探索

(1) 網(wǎng)絡(luò)資源共享。工程訓(xùn)練中心充分發(fā)揮中心網(wǎng)絡(luò)資源的作用,上傳視頻、電子課件,向?qū)W生開(kāi)放。學(xué)生可隨時(shí)隨地在中心主頁(yè)瀏覽視頻、查看電子課件,做到實(shí)訓(xùn)前預(yù)習(xí)。同時(shí),設(shè)置了網(wǎng)上答疑、專題討論等模塊,增加了學(xué)生之間的互動(dòng)交流。同時(shí),還通過(guò)創(chuàng)建“自主創(chuàng)新QQ群”和“自主創(chuàng)新微信群”,利用這些流行的交流工具,進(jìn)一步加深教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng),問(wèn)題也能及時(shí)得到解決[11-12]。

(2) 多媒體技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)授課相結(jié)合。授課教師通過(guò)現(xiàn)代多媒體技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)演示,以視頻、圖片、文字、動(dòng)畫等教學(xué)形式呈現(xiàn)給學(xué)生,加之學(xué)生對(duì)實(shí)物的觀看、觸摸、聽(tīng)等感性認(rèn)識(shí),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的模塊感性認(rèn)識(shí),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。

(3) 與創(chuàng)新平臺(tái)結(jié)合,提供比賽資源。以工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽、飛思卡爾智能車競(jìng)賽等科技競(jìng)賽和數(shù)控車床、加工中心等職業(yè)技能考核為契機(jī),開(kāi)設(shè)了與之相關(guān)的開(kāi)放訓(xùn)練,為校級(jí)、省級(jí)和國(guó)家級(jí)比賽提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了“以創(chuàng)新平臺(tái)促進(jìn)實(shí)踐開(kāi)放,以開(kāi)放實(shí)踐服務(wù)創(chuàng)新平臺(tái)”的雙贏模式。

(4) 小班授課與一對(duì)一指導(dǎo)相結(jié)合。工程訓(xùn)練開(kāi)放教學(xué)目的是為學(xué)生提供一個(gè)寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境,每位學(xué)生都可以親身設(shè)計(jì)、親身實(shí)踐,保證較高的教學(xué)質(zhì)量。小班授課和一對(duì)一指導(dǎo),使實(shí)踐教學(xué)具有更強(qiáng)的針對(duì)性,有利于因材施教,有利于個(gè)別教學(xué),發(fā)展學(xué)生個(gè)性,提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

2 開(kāi)放工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)案例

以模塊化機(jī)器人模塊為例,下設(shè)了10個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,將之設(shè)為了基礎(chǔ)層、提高層、綜合創(chuàng)新層、自主設(shè)計(jì)層,每一層包含了數(shù)個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

(1) 基礎(chǔ)層。為大學(xué)一、二年級(jí)的、未實(shí)習(xí)過(guò)的學(xué)生設(shè)立,包含2個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,通過(guò)多媒體課件以及現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生觸摸零件,學(xué)生對(duì)其模塊有了感性認(rèn)識(shí),可做簡(jiǎn)單模型設(shè)計(jì)。

(2) 提高層。為高年級(jí)、有過(guò)實(shí)習(xí)經(jīng)歷的學(xué)生準(zhǔn)備,包含了4個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,為單一知識(shí)點(diǎn)訓(xùn)練。學(xué)生可根據(jù)指定題目,提出設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)功能。同一題目,多種設(shè)計(jì)思路,數(shù)種設(shè)計(jì)方案。

(3) 綜合創(chuàng)新層。共有3個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,為對(duì)本模塊有深入了解的本科生和研究生設(shè)置。本層項(xiàng)目具有綜合性和創(chuàng)新性特點(diǎn),具有一定的設(shè)計(jì)和制作難度。

(4) 自主設(shè)計(jì)層。為創(chuàng)新小組、競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)設(shè)置。學(xué)生以自帶項(xiàng)目的形式進(jìn)入開(kāi)放實(shí)訓(xùn)室,從方案制定、過(guò)程管理、項(xiàng)目提交,整個(gè)過(guò)程由小組成員自主完成。

圖2為提高層項(xiàng)目“模塊化機(jī)器人一維方向移動(dòng)的設(shè)計(jì)”。模塊化機(jī)器人模塊自2013年開(kāi)放以來(lái),在開(kāi)放教學(xué)體系下,取得了很好的成效。實(shí)習(xí)學(xué)生人數(shù)達(dá)到了200多人,實(shí)習(xí)專業(yè)涉及到了機(jī)械、電氣、化工、信息、建藝、理學(xué)院等機(jī)類、近機(jī)類和非機(jī)類的多個(gè)學(xué)院和專業(yè)。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期學(xué)習(xí),實(shí)習(xí)學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合能力、團(tuán)隊(duì)能力、實(shí)踐能力都有明顯的提高,并且在校內(nèi)組織的機(jī)器人競(jìng)賽上取得了較優(yōu)異的成績(jī)。

圖2 模塊化機(jī)器人一維方向移動(dòng)的設(shè)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

工程訓(xùn)練開(kāi)放實(shí)踐教學(xué)體系經(jīng)過(guò)近一年的研究與實(shí)踐,取得了較好的成績(jī),受到了學(xué)生的歡迎。隨著工程訓(xùn)練中心不斷建設(shè)、設(shè)備不斷增多、開(kāi)放模塊不斷增加,工程訓(xùn)練中心將繼續(xù)不斷完善開(kāi)放教學(xué)內(nèi)容、豐富開(kāi)放教學(xué)方法、補(bǔ)充開(kāi)放教學(xué)手段,提供給學(xué)生一個(gè)更加完善的開(kāi)放環(huán)境。

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Research on engineering training teaching system based on open mode

Wang Wei，Zhang Yanrui，Ma Yuqiong，Bi Haixia

(Engineering Training Center of Hebei University of Technology,Tianjin,300401，China)

The Engineering Training Center opens to students,which can not only cultivate their active learning,practical and innovate abilities,and improve their overall quality,but also realize the rational allocation and efficient sharing of resources,and enhance the level of engineering training center construction. The Engineering Training Center has made a thorough study from the aspect of open practical course content,practice teaching methods and means,and built the open teaching system based on “Five-module,Four-level, Integration of diverse teaching methods, and A variety of teaching means.”

engineering training;open mode;open practical teaching system;practical innovation

2014- 05- 26 修改日期：2014- 05- 30

王偉(1984—),男,河北石家莊,碩士,助理工程師,主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室開(kāi)放、數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù).

E-mail：weinumber1@163.com

G642.0

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1002-4956(2015)1- 0192- 03