面向專業(yè)認證構建分層次、多模塊制造工程訓練課程教學新模式

彭高明　楊放瓊

[摘 要]目前，制造工程訓練課程存在教學模式單一、缺乏創(chuàng)新，訓練內容陳舊且與實際銜接不夠的問題?？梢砸怨こ探逃龑I(yè)認證為引領，改革教學內容，根據(jù)專業(yè)確定各模塊的知識結構，優(yōu)化組合;改革教學模式，將課程實訓內容與項目驅動、創(chuàng)新競賽、產(chǎn)學結合、模擬訓練等不同教學方式進行有機融合;初步構建分層次、多模塊的制造工程訓練系列課程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學新模式。

[關鍵詞]專業(yè)認證;制造工程訓練;教學模式

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）10-0076-03

一、研究現(xiàn)狀分析

隨著科技的不斷進步，以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革接踵而來，制造業(yè)智能化趨勢方興未艾。新形勢下的中國高等教育向何處去，是每個教育工作者面臨和思考的問題。高等教育與國際接軌是大勢所趨，與《華盛頓協(xié)議》要求基本一致的工程教育專業(yè)認證體系也已初步建立。近幾年來，以“學生中心”“成果導向”“持續(xù)改進教育質量”的保障理念已被越來越多的高校認可和實踐[1-3]。

工程訓練中心既是機械類專業(yè)學生進行實習實踐的重要創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學平臺，又是面向其他專業(yè)學生的工程素質教育教學基地。工程訓練作為工程教育本科階段重要的實踐環(huán)節(jié)，面對專業(yè)認證“成果導向”所提出的較高要求及社會對應用型人才的需求變化，制約工程訓練課程發(fā)展的深層次問題已經(jīng)凸顯[4]。這些問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.教學模式單一，缺乏創(chuàng)新。很少采取多種模式的教學方式，如“任務驅動”或 “項目驅動”等，大多課程仍然沿用傳統(tǒng)的 “ 實踐+講授”的教學模式。2.訓練內容陳舊，與實際銜接不夠。實驗教學訓練內容脫離實際，缺乏工程項目的全過程訓練，即缺乏對于需求分析— 開發(fā)設計—生產(chǎn)組織—質量保證—成本核算—環(huán)保處理等全方位的理解和分析，缺乏對未來工程師綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。

綜上所述，由于社會的發(fā)展、環(huán)境的變化，工程教育專業(yè)認證對人才培養(yǎng)提出了較高的要求，為對標“專業(yè)認證”，必須在現(xiàn)有實訓體系的基礎上優(yōu)化工程訓練的培養(yǎng)方案，實現(xiàn)該課程在教學理念、課程設置、教學改革等方面的突破。

二、改革內容與具體實施

（一）改革教學內容，構建分層次、多模塊的工程訓練教學體系

通過優(yōu)化整合現(xiàn)有的教學資源，加強內涵建設，構建分層次、多模塊培養(yǎng)的漸進式創(chuàng)新培養(yǎng)教學體系。根據(jù)全?，F(xiàn)有的幾十個工科專業(yè)的不同學科背景、不同訓練需求，將工程實踐教學劃分為工程認知、工程技能、工程綜合等3個層次 [4-5]，在每個層次中均不同程度地融入創(chuàng)新教育的內容。每個模塊中包含本領域的若干訓練項目，供全校各專業(yè)實訓時使用，也供全校學生根據(jù)自己的興趣愛好和自身發(fā)展的需求進行選修。

將現(xiàn)有課程制造工程訓練A定位為“工程綜合”訓練，授課對象為機械類專業(yè)學生;根據(jù)大學生創(chuàng)意、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)實踐的需要，結合工程實際，以項目或產(chǎn)品為載體，以小組為單位，針對特定對象進行分析、設計、制作產(chǎn)品。將項目貫穿于整個教學過程，這樣學生既學到了基礎知識、專業(yè)知識，同時又培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識、團隊協(xié)作、組織管理等工程綜合素養(yǎng)。

將現(xiàn)有課程制造工程訓練C定位為“工程技能”訓練，授課對象為近機械類專業(yè)學生;工程技能訓練主要培養(yǎng)學生的基本機械制造知識和操作技能，以及對簡單零件進行工藝分析的能力，同時讓學生了解運用先進制造技術進行設計、制造、測量和檢驗的方法、手段，加強學生對制造技術的體驗和理解。

將現(xiàn)有課程制造工程訓練D定位為“工程認知”的訓練，授課對象為非機類專業(yè)學生。該課程的特點是以認知和體驗為主，培養(yǎng)學生的工程綜合素養(yǎng)，讓學生體驗工程文化，了解制造過程，通過展示、多媒體、現(xiàn)場示范講解、學生操作體驗、教師課堂講授等方式，完成學生工程素質認知教學。

各課程對應的層次及相關模塊如圖1所示。

（二）改革教學方式，進行多種方式的課堂教學探索

1.改革授課方式，采取開放式教學和分組的方式組織教學活動。采取分組的方式組織項目教學，將產(chǎn)品設計—制作—成本核算等貫穿教學全過程。結合3D打印等現(xiàn)代制造方法，結合原有的Solidworks、Cimatron、AUTO/CAD等軟件，以工程訓練中心已申報的中南大學創(chuàng)客空間為平臺，為制造工程訓練課程營造了一個綜合的教學與實踐環(huán)境;這在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力、三維構型能力、了解先進制造技術等教學實踐中發(fā)揮了重要的作用。組織班級之間的設計競賽，如班徽設計競賽等，給出設計主題，讓學生自由分組，通過產(chǎn)品開發(fā)前期的調研，項目的組織管理，以及具體的設計、建模，最后制作出產(chǎn)品。

2.教學與科研相結合，打造多方協(xié)同（產(chǎn)學研）、個性化、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導向的全新教學模式。圖2為學生設計的脊椎支架虛擬建模與3D打印模型。該脊椎支架的設計是與中南大學湘雅醫(yī)院合作的有關脊椎支架項目的子課題。在項目組教師的指導下，機械專業(yè)學生利用Solidworks軟件進行了脊椎支架的三維建模、裝配，并利用快速成型技術進行3D打印。我們通過讓學生參與小課題、小設計、小制作，營造了一個開放、寬松的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教學環(huán)境，充分發(fā)揮了學生自主學習的能力，使學生的綜合創(chuàng)新能力得以提升。

3.結合機械創(chuàng)新大賽、工程訓練綜合能力競賽等大賽形式，利用學生創(chuàng)業(yè)實驗計劃項目、大學生科研活動和科技競賽項目等，拓展學生開放型工程綜合能力，強化對學生的工程實踐培養(yǎng)。自2012年始，工程訓練中心承辦了具有全國影響的大學生工程能力綜合訓練大賽;2015年，課程組已將工程能力綜合大賽納入教學環(huán)節(jié)，在機械類和交通設備等近機類專業(yè)實施。課程組成員積極參與指導學生進行無碳避障小車的制作，引導學生將所學知識與現(xiàn)代設計制造理念相結合，將競賽主題與工程訓練課程教學內容有機融合，以此激發(fā)學生的學習興趣，要求學生在課內完成無碳小車的設計制作，教師全程跟蹤指導，最后組織評優(yōu)，并選送優(yōu)秀作品參加省級及上一級的工程綜合能力設計競賽。圖3為機械專業(yè)學生在設計制作無碳小車。

4.強化工程培養(yǎng)，搭建校企聯(lián)合教學平臺。依托學院特有的兩個湖南省普通高等學校優(yōu)秀實習教學基地：“工業(yè)制造技術訓練中心”和“湖南山河智能機械股份有限公司”，讓教師和學生置身于社會實踐的教育環(huán)境中，促使學生在大量交流和具體環(huán)境的實踐中塑造健全的社會人格，引導學生理解工程技術的社會價值以及工程師的社會責任，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、組織管理能力;開拓學生的視野，培養(yǎng)適應多元化發(fā)展的綜合型高素質工程人才 [6]。

5.多種教學方式的融合與交互。采取開放式示范課堂、微課、翻轉課堂等多種教學方式，將“互聯(lián)網(wǎng)+”等現(xiàn)代網(wǎng)絡技術應用于教學的各個環(huán)節(jié)，以增強教學效果，提高教學管理的效率，使課堂生動有趣、充滿活力。

項目自2017年起在機類、近機類以及其他非機類專業(yè)中實施，其中機械類每年18個，受益學生數(shù)約600人;近機類班級每年10個，受益學生數(shù)約300人，非機類學生約1000人，取得了良好的教學效果。特別是通過團隊合作進行無碳小車的設計與制作，這種方式既鍛煉了學生的管理能力和合作精神，也提升了教師隊伍的整體素質，實現(xiàn)了生生之間、師生之間的良好互動。學生們利用周末、晚上等空余時間，到實驗室、金工車間等地點進行實驗、方案驗證或加工制作。通過作品的初期設計、三維建模裝配，中期的動畫仿真、實驗驗證，到后期的加工制作、安裝調試、完成作品這一學習過程，學生將書本知識與實踐有機融為一體，這極大地培養(yǎng)了他們的動手能力、工程能力和創(chuàng)新能力等綜合素質。無碳小車制作完成后，由任課教師推薦優(yōu)秀作品參加學校競賽，優(yōu)勝小組及作品頒發(fā)獲獎證書，并代表學校參加省級、國家級的工程訓練綜合能力大賽。近幾年來，學生參加學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、教師科研項目、申請專利等的人數(shù)越來越多，獲得的各級競賽的獎項達30人次。

通過問卷星軟件從課程內容、重要性、課程安排、團隊合作等方面對機械專業(yè)學生進行問卷調查，有500多學生參與了問卷調查。可以看出，大部分學生對將無碳小車設計制作融入課程內容、教學方式采取分組式教學等持肯定的態(tài)度，課程的作用和重要性也得到了學生的充分認可。

除了選擇題，我們還設計了填空題，讓學生從教學管理安排、教師指導等方面提出了很多意見與建議，便于教師不斷改進教學方式與方法，在教學過程中不斷完善課程教學，形成“評價-反饋-改進”的閉環(huán)改進機制，保證教學質量的持續(xù)改進。本文摘選了幾個典型、有代表性的問卷題目及問卷結果，舉例如下。

問卷題目：你認為將無碳小車設計制作加入本課程是否必要？（單選題）

問卷題目：以下課程組織形式，你認為哪種更好？? ?（單選題）

問卷題目：你們團隊具有合作精神的程度？（單選題）

問卷題目：該課程對于學生綜合素質培養(yǎng)的權重？（單選題）

問卷題目：你認為課程的時間日程安排是否合理？（單選題）

三、結論

該項目以工程教育專業(yè)認證為引領， 面向社會需求和工程實際，通過對制造工程訓練系列課程的教學內容和教學方式的改革，初步構建了分層次、多模塊的制造工程訓練漸進式教學新模式，其主要特色與創(chuàng)新之處有以下幾方面。1.改革教學內容，根據(jù)專業(yè)確定各模塊的知識結構，優(yōu)化組合，根據(jù)不同的專業(yè)需求，設置多模塊、分層次的教學模式。2.以項目為載體，以學生為中心，將模塊、訓練內容有機結合，學生可自主設計和選擇訓練項目，變被動訓練為主動訓練，通過典型產(chǎn)品的加工訓練，使學生初步掌握產(chǎn)品制造的基本工藝過程，探索項目驅動、產(chǎn)學結合、創(chuàng)新融合、模擬訓練等多種實踐教學模式，提升與拓展學生的開放型工程綜合能力。3.突破單一課程局部性改革模式，開啟“工程素質”—“工程技能”—“工程綜合”的分層次、多模塊制造工程訓練系列課程改革新模式。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 劉志強，陳建兵.以學生為中心，推進機械類專業(yè)工程訓練的改革與實踐[J].大學教育，2016（22）：137-140.

[2] 孟兆生，岳彩霞，周英鴻，王亮，郭凡，孫建華. 基于專業(yè)認證的工程訓練項目教學模式研究[J]. 黑龍江工程學院學報，2017（31）：70-73.

[3] 鄭紅偉，馬玉瓊，張慧博，張艷蕊，師占群. 建設工程訓練課程體系 助力工程教育專業(yè)認證[J]. 實驗技術與管理，2018（35）：214-217.

[4] 沈建華，劉 峰，張玲華.適應工程教育專業(yè)認證的綜合工程訓練中心建設與實踐[J].現(xiàn)代教育技術，2012（22）：122-126.

[5] 王萬強，張俊芳，陳國金. 基于“工程教育專業(yè)認證”的工程訓練教學模式的研究與實踐[J].教育教學論壇，2016（23）：150-151.

[6] 云忠，王艾倫，湯曉燕. 基于創(chuàng)新大賽的機械工程拓展型人才培養(yǎng)模式的研究與實踐[J].高等教育研究學報，2010（33）：95-97.

[責任編輯：陳 明]