工程教育專業(yè)認證背景下“機械制造基礎”創(chuàng)新課程建設

一、研究背景

中國政府實施制造強國戰(zhàn)略“中國制造2025”，體現(xiàn)出機械制造的重要性及大學本科機械制造專業(yè)培養(yǎng)方案設置的重要性。其中，“機械制造基礎”課程涉及面廣，實踐性強，包括工程材料及熱處理、材料成型工藝、機械制造工藝、工差配合4大部分內(nèi)容，還包括實驗教學、課程設計、金工實習等環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)中國制造儲備力量有非常重要的影響。

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，在高等教育體系中“三分天下有其一”。工程教育專業(yè)認證是促進高等教育發(fā)展，提高教育質(zhì)量的重要方法和途徑。專業(yè)認證通用標準中在問題分析能力方面要求學生能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。在設計/開發(fā)解決方案方面要求能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

根據(jù)機械專業(yè)工程教育認證的理念，本專業(yè)最新的培養(yǎng)目標為“培養(yǎng)具有良好的人文、學術和工程素養(yǎng)，系統(tǒng)掌握機械和機電系統(tǒng)的設計、制造、檢測與控制等方面的基礎理論知識和系統(tǒng)的專門知識以及應用能力，獲得作為機械工程領域內(nèi)的工程師必需的基本工程訓練，具有創(chuàng)新精神、實踐能力和國際視野的工程技術人才，為獨立從事機械工程特別是石油工程裝備領域的設計制造、應用研究、生產(chǎn)管理打下堅實的基礎。畢業(yè)五年后，期望畢業(yè)生成長為科研、工程設計崗位的技術骨干或生產(chǎn)崗位的技術管理者，并達到：①具備合格的石油機械工程師的素質(zhì)和能力；②能夠獨立從事機械工程領域特別是石油工程裝備領域的工程設計、應用研究和生產(chǎn)管理工作；③能在一個設計、生產(chǎn)或科研團隊中擔任領導者或重要角色；④能夠通過繼續(xù)教育或其他途徑更新自己的知識，提高自己的能力，緊跟相關領域新理論和新技術的發(fā)展；⑤有良好的修養(yǎng)與道德水準，有意愿并有能力服務社會?！庇纱丝梢姡瑒?chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關重要。但是，目前應試教育熏陶下的大學生對創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺乏積極性，因此為機械專業(yè)學生設立多種渠道，激勵其參與創(chuàng)新活動是一種有效措施，其中基于專業(yè)課程設置創(chuàng)新環(huán)節(jié)具有更好的實際可操作性。

二、研究內(nèi)容

“機械制造基礎”可實踐性內(nèi)容較多，適合開展創(chuàng)新性的課程改革。在實施過程中，希望探索理論學習、工程實踐與科技創(chuàng)新相結合的大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式。同時，利用大學生科技創(chuàng)新的平臺，通過親手設計、制造并裝配科技創(chuàng)新作品，系統(tǒng)地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、綜合設計、工程實踐與動手能力，通過課程訓練，全面提升學生的創(chuàng)新素質(zhì)。本次教學改革從以下三大方面入手：

1.結合課程教學內(nèi)容，指導學生開展科技創(chuàng)新項目

（1）快遞自動推送和分揀裝置設計。該套裝置可實現(xiàn)文明裝卸、文明分發(fā)、投遞各類快件。學生需綜合運用機械設計、機電控制、檢測傳感等知識，開展快遞自動推送和分揀裝置機構、驅(qū)動裝置的設計與開發(fā)。

（2）MEMS傳感器設計及應用。微機電系統(tǒng)（MEMS）是21世紀三大關鍵技術之一，其利用逆向創(chuàng)新思維，實現(xiàn)從宏觀機械向微觀機械理念的重大轉(zhuǎn)變。作為發(fā)展最為成熟的MEMS器件，微傳感器在各個行業(yè)的應用已具有非常重要的地位。該項目對石油勘探MEMS傳感器關鍵結構進行設計并進行微加工。學生需綜合運用研討環(huán)節(jié)“先進制造技術”的成果，并在教師指導下開展相關研究。

（3）深井鉆柱粘滑振動試驗臺。該平臺可模擬深井鉆柱的粘滑振動情況。學生需綜合運用機械設計、機電控制、檢測傳感等知識，開展試驗平臺結構、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)。

以上三項科技創(chuàng)新項目相關制造環(huán)節(jié)的訓練將會對學生“機械制造基礎”課程理論知識的綜合運用及實踐提供必要的訓練。學生自愿組團，圍繞上述三個項目在教師指導下填寫大學生創(chuàng)新立項申請書。

2.設置創(chuàng)新性研討環(huán)節(jié)，建立研討項目庫，每學期開設3項研討主題

（1）典型零件選材及熱處理。此部分緊扣工程材料與熱處理部分內(nèi)容，引導學生在調(diào)研專業(yè)相關典型零件使用條件，分析受力特點的基礎上，轉(zhuǎn)化為對材料的力學性能指標的要求，進而查閱設計手冊完成零件選材。同時需分析采取何種熱處理方式能達到零件的最終使用要求。

（2）先進制造技術。先進制造技術指微電子技術、自動化技術、信息技術等先進技術給傳統(tǒng)制造技術帶來的種種變化與新型系統(tǒng)。目前其關鍵技術包括成組技術、敏捷制造、并行工程、快速成型技術、虛擬制造技術和智能制造。在中國制造大背景下僅學習傳統(tǒng)車、銑、刨、磨、鉗技術遠遠不夠，因此在主題交流環(huán)節(jié)引導學生放寬眼界，緊跟制造技術前沿，在擴展知識面的同時激發(fā)學生對制造技術的興趣。

（3）典型零件的加工工藝。本課程包括工程材料及熱處理、材料成型工藝、機械制造工藝、工差配合4大部分內(nèi)容，知識點較多，課時較長，學生在聽講和作業(yè)中很難做到前后知識的融會貫通。因此，最后的研討環(huán)節(jié)目的在于綜合課程全部知識、知識點，針對專業(yè)一典型零件分析其選材、熱處理、熱加工、切削加工全過程，進行加工工藝編制。學生按4～6人分組，學生通過課外調(diào)研與分析，開展基于“問題+案例”的學術研討。

3.課程考核方式改革

課程考核采用“總成績 ＝平時成績+研討測評+期末測評”的方式。其中，“平時成績＝課堂點名+學生科技創(chuàng)新研討匯報”（1次），“匯報討論表現(xiàn)包括學生評分及教師評分兩部分；研討測評成績＝匯報討論表現(xiàn)+學生研討報告”（1次），匯報討論表現(xiàn)采取國外高校的評分方式，包括學生評分及教師評分兩部分，以激發(fā)學生之間相互討論的熱情。

三、項目研究階段性成果

自課程改革實施至今，各個方面已經(jīng)有了順利進展。在科技創(chuàng)新立項方面，結合課程內(nèi)容設立的創(chuàng)新主題，已有5組學生組隊參加大學生科技創(chuàng)新大賽，其中2組獲得順利立項，其他3組在準備階段。立項的兩組學生在項目進行過程中表現(xiàn)出很高的興趣和積極性，在教改經(jīng)費的支持下，共申請兩項專利。一組基于創(chuàng)新項目參加全國3D大賽10周年精英賽暨DigitalMaster2017一帶一路挑戰(zhàn)賽，獲得北京賽區(qū)二等獎。另一組在老師的指導下整理仿真數(shù)據(jù)，正在撰寫科研論文。

在創(chuàng)新性研討環(huán)節(jié)方面，學生按4～6人分組，通過課外調(diào)研與分析，開展主題交流研討。從研討情況分析，學生比較歡迎此種學習形式，通過小組分工，在資料收集、素材整理、文獻檢索、PPT制作、課堂匯報、實時互動等方面得到鍛煉。從另一個角度來看，此方式進一步提高了學生對課程的參與意識與參與深度。

課程考核方式進一步完善，各個環(huán)節(jié)打分有理有據(jù)。根據(jù)教務處對成績給定的最新要求，目前本課程采用“總成績 ＝平時成績+期末測評”的方式。其中“平時成績＝課堂點名+課堂表現(xiàn)+作業(yè)+階段性測試+創(chuàng)新研討報告”（1次），創(chuàng)新研討報告中評分包括進行報告學生的評分及參與互動學生的評分，以激發(fā)學生之間相互討論的熱情。從2016年考試成績分析來看，此種評分方式比以往形式更為合理，平時成績與期末成績基本呈正比例關系。

從教學改革實施情況來看，通過以上措施引導激勵學生參與課程學習與互動，激發(fā)了學生的學習積極性。特別是大學生科技創(chuàng)新項目提高了學生自我實踐意識，研討環(huán)節(jié)進一步結合本專業(yè)特點，加深了學生對機械制造課程學習重要性的認識，考核方式改革在對學生評價方面肯定了其參與課程的成績，起到了進一步的激勵作用。

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