回歸工程實(shí)踐的包裝機(jī)械系列實(shí)踐教學(xué)改革的實(shí)踐與探討

賀兵，邱顯焱，吳吉平

摘 要：基于“回歸工程實(shí)踐”的理念，引入以學(xué)生為中心的CDIO及ELED工程教育模式，以培養(yǎng)學(xué)生的解決工程實(shí)際問題的能力為目標(biāo)，近些年來，湖南工業(yè)大學(xué)國家級(jí)特色專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)圍繞包裝機(jī)械系列實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷推進(jìn)工程教育改革，逐步探索出一條卓有成效的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)工程師培養(yǎng)途徑。

關(guān)鍵詞：回歸工程實(shí)踐；實(shí)踐教學(xué)；包裝機(jī)械

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）21-0152-03

Abstract： Based on the idea of returning to engineering practice， introducing the CDIO and ELED engineering educating pattern， to cultivate students' engineering ability as a goal， in recent years， mechanical design & manufacture and its automation， which is a national characteristic specialty of Hunan University of Technology， has been continually pushing the reform of engineering practice， surrounding the practice teaching part of the series course of packaging machine and tracked out an effective way to cultivate designing engineer for packaging machine step by step.

Keywords： returning to engineering practice； practice teaching； packaging machine

前言

包裝機(jī)械種類繁多，更新?lián)Q代快，并且機(jī)構(gòu)多而且運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，目前包裝機(jī)械正向高速化、自動(dòng)化方向發(fā)展，控制系統(tǒng)廣泛采用機(jī)電光液氣綜合技術(shù)、微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、控制與驅(qū)動(dòng)技術(shù)等高新技術(shù)。特別是控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它已成為包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，其中占優(yōu)勢(shì)的是電子運(yùn)動(dòng)功能。傳統(tǒng)的包裝機(jī)械主要是采用機(jī)械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了電子控制、光電控制、氣動(dòng)控制等控制形式；接下來開發(fā)的第二代自動(dòng)化設(shè)備中，越來越多的功能從機(jī)械動(dòng)力軸轉(zhuǎn)移到電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，邏輯功能仍然由PLC系統(tǒng)控制；完全電子化的第三代具備了伺服技術(shù)的一切優(yōu)勢(shì)。

與國外包裝機(jī)械比較，我國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)水平相對(duì)落后，如自主開發(fā)產(chǎn)品少、創(chuàng)新能力薄弱，以消化吸收國外同類產(chǎn)品為主。從而導(dǎo)致我國生產(chǎn)的包裝機(jī)械以小中型設(shè)備居多，成套大型的設(shè)備少，技術(shù)含量整體水平不高，國際上競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)不強(qiáng)。這與缺乏包裝機(jī)械技術(shù)人員有很大關(guān)系。

我校的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)包裝機(jī)械方向是立足湖南工業(yè)化背景和全國包裝機(jī)械行業(yè)背景，以提高辦學(xué)質(zhì)量和突出包裝機(jī)械特色為宗旨，致力于培養(yǎng)能在包裝機(jī)械工程領(lǐng)域從事現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造、管理等方面工作，能夠跟蹤包裝機(jī)械領(lǐng)域新理論和新技術(shù)，能適應(yīng)包裝機(jī)械發(fā)展需要、具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型高級(jí)專門人才。該專業(yè)基于“回歸工程實(shí)踐”理念多年來圍繞包裝機(jī)械系列課程進(jìn)行了不斷的探索和改革，本文就實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹。

一、進(jìn)行包裝機(jī)械系列實(shí)踐教學(xué)改革，讓新理念先行

“回歸工程實(shí)踐”是國際高等工程教育發(fā)展的歷史趨勢(shì)。如國外大學(xué)的CDIO和ELED教學(xué)模式就是基于實(shí)現(xiàn)回歸工程實(shí)踐的目的的。

1. CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate），是基于現(xiàn)代工程產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)生命周期的4個(gè)階段——構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行提出來的CDIO教育方法。CDIO的課程特點(diǎn)可歸結(jié)為4個(gè)方面：

（1）背景特性

強(qiáng)調(diào)工程教育的背景性是CDIO課程的精髓，即將工程產(chǎn)品、系統(tǒng)或過程的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行的生命周期，作為工程教育的真實(shí)環(huán)境。

（2）關(guān)聯(lián)特性

CDIO課程的關(guān)聯(lián)特性體現(xiàn)在五個(gè)方面。第一，強(qiáng)調(diào)知識(shí)與能力的關(guān)聯(lián)；第二，強(qiáng)調(diào)能力與態(tài)度的關(guān)聯(lián)；第三，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)與工程知識(shí)的關(guān)聯(lián)；第四，強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力、專業(yè)能力、人際交往能力與工程實(shí)踐能力的關(guān)聯(lián)；第五，學(xué)習(xí)進(jìn)程順序的整合、課程計(jì)劃與學(xué)習(xí)效果的整合。

（3）“出口”特性

CDIO課程的出口特性指的是，課程設(shè)計(jì)尤為關(guān)注工業(yè)界和企業(yè)雇主的需求，關(guān)注工科畢業(yè)生未來的職業(yè)出口。

（4）做中學(xué)

CDIO課程的“做中學(xué)”特點(diǎn)，以基于項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)為載體。

CDIO的先進(jìn)理念能夠抓住工程教育的精要，面向工程實(shí)踐，這一創(chuàng)舉引領(lǐng)了國際工程教育改革的潮流[1]。

2. ELED（Experience-Led in Engineering Degree）課程是在工程學(xué)位計(jì)劃中植入更多的“經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向”類型的課程。

ELED課程是倫敦帝國學(xué)院的特色，倫敦帝國學(xué)院以“為學(xué)生提供足夠的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)”作為工程教育課程改革的主導(dǎo)方向。ELED課程共有諸多特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下6個(gè)方面：經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)；工業(yè)界對(duì)課程的輸入；類型多樣的經(jīng)驗(yàn)課程；學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式；重視非技術(shù)能力培養(yǎng)；項(xiàng)目源自“真實(shí)世界”[1]。

國外大學(xué)的CDIO和ELED教學(xué)模式，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)觀，表現(xiàn)在“做中學(xué)”、認(rèn)知學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，它們都是歸納式的深度學(xué)習(xí)，特別適合工程學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，都能實(shí)現(xiàn)回歸工程實(shí)踐的目的。

我校該專業(yè)不斷地將國內(nèi)外工程教育的新理念新方法引入到包裝機(jī)械系列實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中。

二、基于CDIO理念改革實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練教學(xué)，增加自主創(chuàng)新項(xiàng)目

我校該專業(yè)為改變?cè)薪虒W(xué)體系中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少的狀況，設(shè)計(jì)出一系列綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)由被動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)模式，提高實(shí)驗(yàn)的科技含量[2、3]。依托科研項(xiàng)目，已開發(fā)出包裝機(jī)械特色自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——特定軌跡機(jī)構(gòu)的速度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)以開放性實(shí)驗(yàn)的形式開展[4]。實(shí)驗(yàn)的過程、結(jié)果、具體目標(biāo)等不是固定不變的，學(xué)生從實(shí)驗(yàn)方案的構(gòu)思（conceive）、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)（design）、實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程（implement）和實(shí)驗(yàn)的操作（operate）全流程主動(dòng)參與。

對(duì)為期一周的包裝機(jī)械綜合訓(xùn)練進(jìn)行了初步的探索，以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備或自擬設(shè)備為對(duì)象，進(jìn)行包裝工藝過程、工作原理分析，繪制或設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)圖、關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖，工作循環(huán)圖、控制原理圖，完成零部件及整機(jī)的CAD建模。采用adams對(duì)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。

這種基于CDIO的自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練很好地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、知識(shí)應(yīng)用能力、動(dòng)手實(shí)踐能力以及系統(tǒng)掌控能力等。

三、基于ELED經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向教學(xué)模式，推進(jìn)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的改革

企業(yè)是ELED經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向的教學(xué)方法的最佳場(chǎng)所，企業(yè)能為學(xué)生提供高質(zhì)量的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)包裝機(jī)械方向的特點(diǎn)，選擇規(guī)模大、效益好、機(jī)械加工門類齊全、滿足實(shí)習(xí)教學(xué)條件的企業(yè)單位——湖南千山制藥機(jī)械股份有限公司，建立穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地。該基地生產(chǎn)產(chǎn)品是針對(duì)制藥行業(yè)的包裝設(shè)備，專業(yè)對(duì)口，距離學(xué)校一個(gè)小時(shí)的車程，交通便利，擁有一支素質(zhì)高有社會(huì)責(zé)任感的技術(shù)人員和職工隊(duì)伍，為教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的實(shí)習(xí)提供場(chǎng)地和指導(dǎo)人員。2004年至今每年接納我校該專業(yè)包裝機(jī)械方向2-3個(gè)班80-120人的學(xué)生開展實(shí)習(xí)。

每年為期十五天的實(shí)習(xí)安排如下：1.第一天入廠，在多媒體會(huì)議室由人力資源部經(jīng)理對(duì)全體學(xué)生關(guān)于企業(yè)發(fā)展歷史、公司產(chǎn)品、企業(yè)文化等進(jìn)行介紹，同期安排安全專員進(jìn)行安全教育，然后由3位車間主任分別帶領(lǐng)參觀企業(yè)所有車間，對(duì)公司的概貌有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。2.實(shí)習(xí)以分組深入車間跟班實(shí)習(xí)為主要形式。將每個(gè)班級(jí)由班長分成3組，由組長帶領(lǐng)組員到金工車間、2個(gè)裝配車間等3個(gè)車間向車間主任報(bào)到，各車間主任再將學(xué)生細(xì)分成若干組，指派車間班組師傅指導(dǎo)學(xué)生，如在裝配車間學(xué)生跟著師傅動(dòng)手裝配部件，定期輪換車間和車間班組；廠方安排的實(shí)習(xí)任務(wù)完成后，再由指導(dǎo)老師指定實(shí)習(xí)任務(wù)。3.安排電器工程師、機(jī)械工程師和模具工程師進(jìn)行講課和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。4.安排到其他廠家進(jìn)行參觀，如株洲鉆石工業(yè)園、株洲時(shí)代新材料股份有限公司、長沙智能機(jī)器人研究所、長沙百事可樂飲料有限公司。

積極尋求新的管理機(jī)制，將每班學(xué)生分為3個(gè)小組，實(shí)施組長負(fù)責(zé)制。實(shí)習(xí)小組內(nèi)可進(jìn)行自學(xué)、討論、咨詢、實(shí)踐等多種學(xué)習(xí)方式，充分發(fā)揮各成員的優(yōu)勢(shì)，小組成員團(tuán)結(jié)協(xié)作。指導(dǎo)老師隨機(jī)抽查實(shí)習(xí)任務(wù)完成情況并指導(dǎo)，抽查形式以學(xué)生匯報(bào)為主。每次離廠前集中做個(gè)總結(jié)，先由組長考核組員的實(shí)習(xí)成效，每組派代表進(jìn)行當(dāng)次的實(shí)習(xí)匯報(bào)。定期在多媒體會(huì)議室進(jìn)行正式的學(xué)習(xí)和交流，提前利用課余時(shí)間做好準(zhǔn)備，由每組成員協(xié)作查閱資料，制做PPT，派代表進(jìn)行匯報(bào)。指導(dǎo)老師起過程導(dǎo)向的作用，讓盡量多的學(xué)生參與到具體實(shí)習(xí)組織工作中去，如由班長聯(lián)系住宿和交通，組織學(xué)生入住乘車，派專人聯(lián)系長沙百事可樂飲料有限公司的實(shí)習(xí)事宜，由專人確定市內(nèi)的交通方案并帶隊(duì)前往長沙智能機(jī)器人研究所，由學(xué)生做工程師講課時(shí)的開場(chǎng)白和結(jié)束語，由學(xué)生下達(dá)實(shí)習(xí)任務(wù)。采用新的管理機(jī)制，生產(chǎn)實(shí)習(xí)有序有趣進(jìn)行，學(xué)生們體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)和實(shí)踐的樂趣[5]。

四、開展校企合作，加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

高校與企業(yè)的合作是ELED經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向的課程實(shí)施的保障。要使企業(yè)成為課程開發(fā)和實(shí)施的真正伙伴，才能為課程提供人員、資金、技術(shù)、場(chǎng)所和設(shè)備的支持，才能為學(xué)生提供高質(zhì)量的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)。該專業(yè)多渠道派遣教師參加培訓(xùn)、包裝機(jī)械博覽會(huì)與企業(yè)交流，建設(shè)有創(chuàng)新精神、與時(shí)俱進(jìn)的師資隊(duì)伍，為回歸工程實(shí)踐的包裝機(jī)械工程教育構(gòu)建一個(gè)核心的智慧平臺(tái)。

2004年建立的實(shí)習(xí)基地單位湖南千山制藥機(jī)械股份有限公司為該專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持，可隨時(shí)接待教師參觀、交流和實(shí)踐鍛煉，十三年來共接納該專業(yè)十多名老師的參觀學(xué)習(xí)。我校大力資助專任教師赴企事業(yè)單位實(shí)踐鍛煉，作者于2016年上半年在湖南千山制藥機(jī)械股份有限公司進(jìn)行為期3個(gè)月的鍛煉。通過參與企業(yè)單位的生產(chǎn)活動(dòng)，了解企業(yè)的生產(chǎn)組織方式、工藝流程、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)等基本情況，增加自身的知識(shí)儲(chǔ)備，完善專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升實(shí)踐能力和增加企業(yè)工作經(jīng)歷。通過與企業(yè)單位的有效溝通與對(duì)往屆畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查，了解企業(yè)的用人需求，了解專業(yè)崗位群的技能、能力要求及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整人才培養(yǎng)方案。通過參與工程項(xiàng)目，做到理論聯(lián)系實(shí)際，提升專業(yè)技術(shù)開發(fā)能力，并為教學(xué)提供典型案例。2012級(jí)的3位學(xué)生以該公司采血針組裝設(shè)備的升降機(jī)構(gòu)為對(duì)象做了包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)，2012級(jí)的兩位學(xué)生以采血針組裝設(shè)備為對(duì)象做了畢業(yè)設(shè)計(jì)。

該專業(yè)近三年來派遣多名教師參加全國制藥機(jī)械中國國際制藥機(jī)械博覽會(huì)，今年3月份派遣2名學(xué)生參加中國國際包裝工業(yè)展sinopack展會(huì)，今年5月份派遣1名教師參加德國杜塞爾多夫國際包裝展Interpack展，讓老師和學(xué)生接觸行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，把握行業(yè)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，并在博覽會(huì)上與包裝設(shè)備企業(yè)建立聯(lián)系。在2016年春季博覽會(huì)上第一次接觸湖南達(dá)嘉智能包裝設(shè)備有限公司，自此與該公司建立了良好的合作關(guān)系，已在該公司完成了連續(xù)兩年人數(shù)達(dá)到500人的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，2017年暑假已派一名學(xué)生做為期1個(gè)月的假期學(xué)習(xí)工作。

通過理論教學(xué)的第二課堂——包裝機(jī)械QQ交流群，我們與很多包裝設(shè)備企業(yè)建立了聯(lián)系，歐華包裝設(shè)備（河源）有限公司就是最具代表的企業(yè)。該公司得知我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的包裝機(jī)械特色后，于今年4月份第一次來校招聘和洽談項(xiàng)目合作，目前已有3名學(xué)生進(jìn)入該公司工作。隨后今年5月份學(xué)院派3名教師到歐華包裝設(shè)備（河源）有限公司進(jìn)行實(shí)習(xí)基地掛牌、技術(shù)指導(dǎo)，并進(jìn)入深層次的項(xiàng)目合作關(guān)系。參加Interpack展的教師在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)與公司高層進(jìn)行深入的現(xiàn)場(chǎng)交流。為公司設(shè)計(jì)的凸輪連桿機(jī)構(gòu)能大大減少振動(dòng)和噪音，并提高預(yù)制袋包裝設(shè)備的生產(chǎn)能力。該凸輪連桿機(jī)構(gòu)及預(yù)制袋包裝設(shè)備為課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)成為提供了真實(shí)的工程課題。

五、結(jié)束語

基于“回歸工程實(shí)踐”理念，將CDIO和ELED教學(xué)模式融于包裝機(jī)械實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，開展校企合作，為學(xué)生提供真實(shí)的工程環(huán)境，探索出一條大大提高學(xué)生解決工程實(shí)踐問題的能力和學(xué)習(xí)積極性的可行之路。

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