能力輸出和過程控制的實踐教學(xué)改革探索

李翠超， 張培艷， 凌 芳

(上海交通大學(xué) 學(xué)生創(chuàng)新中心， 上海 200240)

0 引 言

實踐教學(xué)是高等工程教育的重要組成部分，是學(xué)生通往現(xiàn)場工程師的一座橋梁。工程訓(xùn)練是覆蓋面最廣的實踐課程，通常包括制造實踐、工程實踐和其他創(chuàng)新課程，是培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力、綜合工程能力、創(chuàng)新能力不可缺少的一步[1-2]。隨著第四次工業(yè)革命到來，針對工程訓(xùn)練中目前存在的問題，如何提高工程訓(xùn)練教學(xué)品質(zhì)，在中國制造從低端向高端轉(zhuǎn)型過程中，培養(yǎng)適配產(chǎn)業(yè)需求人才，已成為亟待解決的問題。

1 工程訓(xùn)練教學(xué)中的問題

目前的工程訓(xùn)練教學(xué)中存在的主要問題可從4個方面來分析：

(1) 教學(xué)方法多為驗證性實踐，缺少探索性項目。在傳統(tǒng)金工實習(xí)過程中，大多仍是老師演示操作后，學(xué)生按步驟重復(fù)操作，掌握動手技能，這是一種模仿式的師傅帶徒弟式的學(xué)習(xí)，缺乏主動性及探究性，所學(xué)僅停留在某項工藝操作上，應(yīng)用能力不足。因此有必要改變以往的模式，通過啟發(fā)式的問題導(dǎo)向，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)思考，培養(yǎng)解決實際問題能力。

(2) 單一的終結(jié)性評價，缺少過程考核。一些項目主要以實習(xí)報告來確定成績，缺少對訓(xùn)練過程的評價和督促，導(dǎo)致訓(xùn)練中學(xué)習(xí)較為松散，不夠扎實；另外也缺少精細化管理，在團隊作業(yè)中，部分學(xué)生依靠團隊中其他能力強的人完成項目，而導(dǎo)致其自身缺乏鍛煉，能力培養(yǎng)不均衡。所以需增加形成性考核，以學(xué)生個體“能解決問題”為標(biāo)準(zhǔn)[3-4]，來評價實踐效果，同時明確分工制度和契約制度，讓每個學(xué)生得到鍛煉。

(3) 實踐項目按工藝分割，缺少系統(tǒng)性課程。實踐教學(xué)各環(huán)節(jié)分割，傳統(tǒng)單個零件加工的訓(xùn)練模式與生產(chǎn)實際脫節(jié)，忽視了產(chǎn)品全生命周期的統(tǒng)籌管理和工程意識，這難以讓學(xué)生建立以工程項目為核心的系統(tǒng)思維方式。而現(xiàn)在高速發(fā)展的船舶、高鐵、航空航天、電子工業(yè)等高端制造領(lǐng)域，都是極為復(fù)雜的系統(tǒng)，需要對整個過程進行綜合協(xié)調(diào)控制，因此需要構(gòu)建更真實完整的工程環(huán)境[5]，綜合各個環(huán)節(jié)，對學(xué)生進行系統(tǒng)化全周期的訓(xùn)練，培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維[6]。

(4) 質(zhì)量意識的培養(yǎng)重視不足。在教學(xué)中缺少質(zhì)量意識的培養(yǎng)，停留在教會怎么做，未明確要做到什么程度，以及怎么控制過程，往往只是了解某項工藝操作，卻并不能做得精細深透，作品質(zhì)量普遍較差，多數(shù)只能稱為半成品。畢業(yè)學(xué)生在工作中，只是粗略知道大概怎么做，卻不能真正做出好產(chǎn)品來，特別是對高精密零件，成果差強人意。中國制造總是給人成本低質(zhì)量差的印象，現(xiàn)在我國已經(jīng)不是能不能造出來的問題，而是造得精不精的問題，制造業(yè)正在轉(zhuǎn)型升級，質(zhì)量是個大問題，因此，實踐教學(xué)應(yīng)培養(yǎng)質(zhì)量意識。

2 以工程能力輸出為導(dǎo)向的實踐教學(xué)改革

針對工程訓(xùn)練教學(xué)中存在的問題，以工程測量教學(xué)模塊為對象，改變以往教學(xué)方法，以實際工程能力輸出為導(dǎo)向，緊密銜接工程實際，過程控制，強化質(zhì)量，創(chuàng)新探索新的教學(xué)思路。

2.1 從工程需求出發(fā)明確教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)要改變以往模糊不清泛泛而談的情況，應(yīng)明確規(guī)定工程訓(xùn)練實踐教學(xué)的產(chǎn)出效果[7-8]，突出學(xué)生實踐后具備什么樣的能力，并從實際工程的需求出發(fā)，所設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)可考核，具有可操作性。具體來說，以機械類學(xué)生為例，對測量實踐教學(xué)，以實踐后學(xué)生應(yīng)具有:① 機械制造的精度和質(zhì)量意識；② 獨立使用一般生產(chǎn)現(xiàn)場常用量具測量零件基礎(chǔ)尺寸(長度、軸徑、孔徑、角度、錐度)及表面粗糙度的能力；③ 對軸、盤、套、箱體類零件質(zhì)量進行綜合檢測的能力，即：能識讀零件圖，并按圖樣技術(shù)要求(尺寸公差和形位公差)，正確選擇量具對實習(xí)件或項目制作所加工的零件進行測量，并判斷零件是否合格；④ 交流溝通與團隊協(xié)作技能，能在各種測量任務(wù)中與他人合作；⑤ 系統(tǒng)思維，能在復(fù)雜系統(tǒng)中綜合考慮各因素，進行系統(tǒng)測量與分析；⑥ 不斷了解新測量技術(shù)及進行技術(shù)革新的意識，在實踐中追求創(chuàng)新的態(tài)度等6種能力。

2.2 根據(jù)目標(biāo)合理安排教學(xué)內(nèi)容及項目

為了達到較好的能力目標(biāo)訓(xùn)練效果，教學(xué)內(nèi)容及項目作了下列改進：① 測量項目緊密結(jié)合工程主流測量技術(shù)，具有實際工程項目檢測性質(zhì)；② 教學(xué)案例采用實際工程產(chǎn)品；③ 教學(xué)內(nèi)容從系統(tǒng)思維角度，注重產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量檢測意識；④ 實踐項目考慮不同學(xué)生的專業(yè)背景，分類實施；⑤ 考慮工程訓(xùn)練中各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，系統(tǒng)整合相關(guān)的內(nèi)容。

2.3 以問題導(dǎo)引過程，采取多樣化的教學(xué)方法

一個工程師的價值在于能不斷解決工程遇到的問題，因此通過問題導(dǎo)引式教學(xué)可以提高學(xué)生適應(yīng)社會的能力[9-11]。以實際問題解決為牽引，不以講授理論和演示操作為主線，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析原因、找出解決措施、并進行實施驗證。教師只是引導(dǎo)和服務(wù)，讓學(xué)生成為面對問題的主體，主動學(xué)習(xí)所需，綜合應(yīng)用各類知識來解決問題，可以按小組進行，開展團隊合作。當(dāng)然問題的選擇要適當(dāng)，太難會挫折積極性，太簡單起不到鍛煉效果，按照“最近發(fā)展區(qū)”理論，在新舊知識的結(jié)合點上提出問題，激發(fā)學(xué)生的認識沖突，不斷突破自我。

2.4 以學(xué)生能力具備評價教學(xué)效果

在教學(xué)評價上，改革以往只是交一份實習(xí)報告的單一形式，變?yōu)樾纬尚钥己撕徒K結(jié)性評價相結(jié)合的形式。通過形成性考核，在教學(xué)過程中及時地對學(xué)生的能力發(fā)展做出評價，它包括每一單元教學(xué)對學(xué)生的口頭提問、小組學(xué)習(xí)、專題討論、小作業(yè)、教學(xué)實踐活動等，營造一種全程緊張的教學(xué)氛圍，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的薄弱點，提前采取有針對性的措施來彌補，同時指導(dǎo)學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)方法，開展強化訓(xùn)練。另外也能及時發(fā)現(xiàn)教師授課中的欠妥之處，及時調(diào)整教學(xué)大綱、進度或方法，以適應(yīng)不同專業(yè)和類別的學(xué)生群體，進一步針對不同個性發(fā)展的學(xué)生分類教學(xué)[12]，適當(dāng)傾斜，因材施教。

在終結(jié)性評價中，堅持成果評價，即對學(xué)生在學(xué)習(xí)每個項目后的練習(xí)結(jié)果進行評價，考評要求明確、直觀、實用、可操作性強，邀請產(chǎn)業(yè)界專家參與評價，以學(xué)生“會做什么、做得如何”為標(biāo)準(zhǔn)，以項目完成和作品質(zhì)量進行客觀的打分評價。

3 教學(xué)改革實施過程

3.1 面向?qū)嶋H工程需求，進行真實工業(yè)環(huán)境下的測量

在教學(xué)實施上，應(yīng)緊密結(jié)合工程實際，創(chuàng)造真實的工業(yè)環(huán)境，測量項目來源于企業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)零件，測量工具和方法都是工廠中使用的，使學(xué)生站在工業(yè)生產(chǎn)背景角度來開展“情景式”實踐。讓學(xué)生掌握工業(yè)常用量具的使用，并進行尺寸公差、形位公差等的檢測。

(1) 選擇Z4006高速臺鉆主軸(見圖1)作為測量對象。

圖1 Z4006高速鉆床主軸

(2)以問題導(dǎo)引開展測量，以兩個無法裝配的零件來確定測量方法，判斷是哪一個零件的原因，確定改進措施。為判斷零件是否合格，自己選擇量具，甚至自行設(shè)計定位工裝，確保測量精度。

3.2 過程精細管理，開展自評互評評教

注意增加教學(xué)過程中的觀察，積極參與課堂者適當(dāng)予以加分，分組訓(xùn)練中，由教師編號隨機組隊，避免學(xué)生熟人組團，部分學(xué)生依賴其他學(xué)生完成任務(wù)。

開展自評互評評教。學(xué)生自我評價，分工協(xié)作，組員互相評價督促，通過控制過程，督促學(xué)生點滴進步，避免學(xué)生平時懶散、交報告前抄襲的問題。同時開展評教，反向推動教學(xué)改革和質(zhì)量提高。

3.3 綜合應(yīng)用各種測量手段，進行零件質(zhì)量的綜合檢測

綜合應(yīng)用各種測量手段，對各種測量設(shè)備及測量技術(shù)的特點及測量范圍有全面的展示[13-15]，既有橫向的比較又有縱向的深入；建立具有豐富資源的測量教學(xué)平臺，形成常規(guī)測量、精密測量、先進手段測量相結(jié)合的完整體系(見表1)，拓展高效率、高精度、數(shù)字化的現(xiàn)代精密測量設(shè)備，如三坐標(biāo)測量、萬能工具顯微鏡測量，實現(xiàn)多種復(fù)雜幾何形狀的測量。同時對測量件進行全生命周期的測量檢定，從毛坯到各加工環(huán)節(jié)的過程測量、零件成品測量及最終裝配后的系統(tǒng)檢測。案例中Z4006主軸，非常適合進行零件的綜合檢測。該零件經(jīng)過落料、車、熱處理、銑、磨等工序得到成品，在各個加工階段進行檢測，包括各軸段的尺寸檢測及形狀和位置誤差檢測、表面質(zhì)量檢測。

表1 多手段結(jié)合的測量體系

3.4 增加系統(tǒng)思維和質(zhì)量意識的教學(xué)

制造是一個系統(tǒng)工程，需要學(xué)生系統(tǒng)思維和質(zhì)量意識[16]，針對生產(chǎn)過程的現(xiàn)場質(zhì)量控制，可以用某個典型的檢測質(zhì)量問題，來導(dǎo)引學(xué)生開展測量方法的研究，通過一個測量的失敗案例反過來，系統(tǒng)地分析整個工程各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題。通過測量統(tǒng)計，可以確定制造工藝的穩(wěn)定性，如果不穩(wěn)定，則可反向查找出那個環(huán)節(jié)出了問題，進行持續(xù)改進。

鼓勵學(xué)生把產(chǎn)品做得跟藝術(shù)品一樣精美，多快好省可能會造成粗制濫造，物美價廉多半只能是個營銷口號，低廉的成本通常不能維持產(chǎn)品長期的高質(zhì)量，項目制作中，要求學(xué)生付出足夠的時間和成本，精工細作，嚴(yán)格管控，保證持續(xù)獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，只要做到物有所值，必然會獲得長久效益。

4 實施效果及分析

通過每個項目的完成情況以及過程考核來了解學(xué)生測量能力達到的水平，分析目標(biāo)達成情況；通過學(xué)生評教、學(xué)生課程前后調(diào)研，了解學(xué)生的需求和學(xué)習(xí)效果，并將改革前后的教學(xué)情況進行研究和對比，總結(jié)實踐經(jīng)驗。通過工程訓(xùn)練中心信息化教學(xué)平臺網(wǎng)上評教數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，教學(xué)改革后2016～2017學(xué)年授課人數(shù)將近600位同學(xué)，其中近150人做了教學(xué)評價打分，平均97.3，教學(xué)效果良好。

4.1 按“最近發(fā)展區(qū)”理論進行有效教學(xué)

課前調(diào)研學(xué)生的已有基礎(chǔ)，已具備的實踐能力，以及掌握相關(guān)知識的程度，學(xué)習(xí)的期望和學(xué)習(xí)方法，通過課前的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)學(xué)生有明顯的差異，根據(jù)其已有基礎(chǔ)，因材施教，按 “最近發(fā)展區(qū)”理論進行周邊知識刺激學(xué)習(xí)。

總體來說，對于醫(yī)學(xué)等非工科專業(yè)，由于缺少基本的工程知識，在教學(xué)時不能直接進行過深的教學(xué)，需要先鋪墊一些基本的知識點，擴展其知識面，不能直接進行過于專業(yè)復(fù)雜的項目。但針對船建等工科專業(yè)，已經(jīng)接觸過不少基本測量工具，不需要浪費時間介紹基本內(nèi)容，從專業(yè)深度進行學(xué)習(xí)，拓展一些專業(yè)化測量工具，進行探索挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)。

4.2 真實零件測量讓教學(xué)更有意義和挑戰(zhàn)性

本課程原來有基本件測量，本次選擇了臺鉆Z4006主軸，在教學(xué)過程中調(diào)研學(xué)生對教學(xué)項目和內(nèi)容的意見，調(diào)研結(jié)果如下。

在測量項目的調(diào)研中，醫(yī)學(xué)學(xué)生75%希望選用典型簡單件測量，而船建學(xué)院則更多的約35%～38%的學(xué)生希望能夠進行單獨復(fù)雜件的測量，更具挑戰(zhàn)性，以便提高自己的能力水平。對于測量件選擇上(見圖2)，多數(shù)學(xué)生選擇真實部件作為測量對象。由于缺乏技能儲備，醫(yī)學(xué)院25%學(xué)生希望從標(biāo)準(zhǔn)教具開始，學(xué)習(xí)好后，再進行高階學(xué)習(xí)。而船建的學(xué)生62%以上學(xué)生希望采用真實工廠件，19%～35%的學(xué)生希望采用自制件學(xué)習(xí)，通過自制自測量，綜合工程能力得到有效鍛煉，鼓勵學(xué)生按自己興趣設(shè)計作品，并進行質(zhì)量判斷。

(a) 船建1班

(b) 船建2班

(c) 醫(yī)學(xué)班

圖2 測量件來源比較

對于企業(yè)角色體驗(見圖3)，讓學(xué)生提前了解企業(yè)角色分配，70%以上學(xué)生認為應(yīng)當(dāng)以質(zhì)檢員的角色開展測量，其次是設(shè)計員，然后是工藝員。通過站在工業(yè)生產(chǎn)背景角度開展測量訓(xùn)練，建立起以工程項目為核心的系統(tǒng)思維方式，能夠?qū)Ξa(chǎn)品全周期全系統(tǒng)進行綜合檢測控制，在面對復(fù)雜系統(tǒng)問題時，能將各方要素綜合考慮，使學(xué)生更能適應(yīng)以后進入工作崗位遇到的實際工程問題。

圖3 企業(yè)測量角色

對于制造質(zhì)量不佳的原因，調(diào)研結(jié)果顯示部分學(xué)生仍對質(zhì)量重視不足，理解不夠準(zhǔn)確。基本上判斷加工質(zhì)量、設(shè)計不合理、測量監(jiān)控不足是質(zhì)量問題的主要原因，而設(shè)備條件差不是主因，經(jīng)過這些年的發(fā)展，目前的設(shè)備水平已經(jīng)比較領(lǐng)先，只要培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量意識，精湛設(shè)計，精細制造，有效保障產(chǎn)品的質(zhì)量，就能逐步走出低成本、低質(zhì)量、低效益的制造怪圈。

4.3 自評、互評、評教三角循環(huán)，動態(tài)推進學(xué)習(xí)效果

(1) 自評學(xué)習(xí)所得。自我總結(jié)是否學(xué)到相關(guān)知識，從調(diào)研的結(jié)果看，多數(shù)學(xué)生的測量能力得到了提高，質(zhì)量意識得到了加強，但一部分學(xué)生在判斷產(chǎn)品是否合格上沒有把握，不能直接判斷工業(yè)產(chǎn)品合格與否，還需要更多的現(xiàn)場實踐。

(2) 互評項目表現(xiàn)。組員進行互相評價(見表2)，組員間督促通過網(wǎng)上課堂、預(yù)習(xí)，避免課前無準(zhǔn)備、課上聽天書、作業(yè)靠抄襲、結(jié)課全忘記的不良情況發(fā)生。促進學(xué)生在整個項目過程中積極表現(xiàn)。為避免打分流于形式，要求學(xué)生打分時必須根據(jù)實情有所差別，完全一摸一樣的分?jǐn)?shù)則視為無效。

表2 測量項目小組成員參與度及工作質(zhì)量評估表

(3) 評教提出建議。課后組織學(xué)生對課程進行評價，反向推動教學(xué)改革，對課程的建議，對于本課程沒涉及的項目，希望增加相應(yīng)項目的學(xué)習(xí)，包括增加激光測量、旋轉(zhuǎn)機械振動測量、水準(zhǔn)測量、萬能工具顯微鏡、螺紋測量等。

5 結(jié) 語

在測量為例的教學(xué)嘗試中，以能力輸出為導(dǎo)向，模擬真實企業(yè)環(huán)境，開展探索性學(xué)習(xí)，使得實踐教學(xué)具備磁性和實際價值。通過增加過程性考核，激勵學(xué)生積極性，形成一個全員參與、全程緊張的教學(xué)氛圍，最終改善學(xué)習(xí)效果，使得學(xué)生實踐能力水平得到明顯提高。為使實踐教學(xué)改革行穩(wěn)致遠,還有以下一些建議：

(1) 以工業(yè)品為牽引，重視系統(tǒng)綜合性。采用復(fù)雜綜合的工業(yè)品為教具，用一個工業(yè)項目牽引整個教學(xué)過程，讓教學(xué)具備系統(tǒng)性和一貫性，學(xué)生充分了解產(chǎn)品背景、工藝過程，熟悉企業(yè)角色定位情況，為就業(yè)做準(zhǔn)備。

(2) 減少按部就班，問題試錯強化記憶。除了教會必要安全規(guī)程，不按部就班講授操作步驟，而是告訴學(xué)生一個目的，讓學(xué)生自學(xué)基本步驟，自行探索工具的使用，組織資源完成任務(wù)，課堂中，對學(xué)生操作的部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行監(jiān)控指導(dǎo)，學(xué)生犯錯再去糾正，錯誤更能加深他們對正確流程的理解和掌握。

(3) 精工細作保質(zhì)量，鼓勵學(xué)生做工匠?！肮び谀┯懈咔?，求精與極，求美與華”。在實習(xí)中，光搭建出作品并不足夠，應(yīng)要求學(xué)生重視細節(jié)，精雕細琢，提高作品質(zhì)量，鼓勵在專業(yè)領(lǐng)域中一以貫之地專注，一絲不茍地標(biāo)準(zhǔn)，追求設(shè)計精巧，技藝精熟，產(chǎn)品精美，潛移默化地培養(yǎng)工匠精神。