新工科背景下綜合性實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)改革與探索

初紅艷　劉志峰　程強(qiáng)　張彩霞

摘要：新工科背景下，適應(yīng)制造業(yè)新形勢(shì)的傳統(tǒng)機(jī)械工程專業(yè)的改革與創(chuàng)新，一個(gè)重要方面就是課程體系重構(gòu)與課程建設(shè)，其中制造與信息技術(shù)相融合的實(shí)踐環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力方面具有重要作用。論文以面向本校全體機(jī)械工程專業(yè)本科生的一門綜合性實(shí)踐訓(xùn)練課程——機(jī)械制造訓(xùn)練為例，從融合多門課程知識(shí)的訓(xùn)練內(nèi)容，“線上與線下”相結(jié)合、“虛擬與實(shí)際”相結(jié)合、全流程管理的訓(xùn)練方式，以及兩個(gè)層次的訓(xùn)練結(jié)果考核和基于量規(guī)的訓(xùn)練效果評(píng)價(jià)等方面，探討面向新工科的實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)改革與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：新工科;課程建設(shè);綜合訓(xùn)練;虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）16-0220-04

新工科建設(shè)，一方面要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，另一方面要推動(dòng)現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新，探索符合工程教育規(guī)律和時(shí)代特色的新培養(yǎng)模式[1]。近年來(lái)，圍繞新工科建設(shè)，國(guó)內(nèi)各高校、企業(yè)都在開(kāi)展深入的研究與探索。汕頭大學(xué)建立了由課程教育體系、去“非工程化”實(shí)踐教育體系、支撐體系、評(píng)價(jià)體系、統(tǒng)籌發(fā)展體系等構(gòu)成的融合創(chuàng)新體系模型[2];重慶大學(xué)在面向新工科人才培養(yǎng)方面進(jìn)行了實(shí)踐與初步探索，以跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)為抓手，推進(jìn)本科生跨界培養(yǎng)[3];河北農(nóng)業(yè)大學(xué)從課程目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)、課程組織方式、考核評(píng)價(jià)幾個(gè)方面進(jìn)行了新工科背景下機(jī)械類基礎(chǔ)課程體系的構(gòu)建[4];大唐電信楊毅剛則指出新工科要培養(yǎng)能解決“跨界”“復(fù)雜工程問(wèn)題”的人才[5]。

機(jī)械工程是傳統(tǒng)的工科專業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)前新經(jīng)濟(jì)與新技術(shù)的發(fā)展，尤其是“德國(guó)工業(yè)4.0”以及以智能制造為核心的“中國(guó)制造2025”的提出，對(duì)機(jī)械行業(yè)從業(yè)人員提出了新的要求。論文圍繞北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)面向新工科建設(shè)的實(shí)踐類課程改革與探索，以機(jī)械制造訓(xùn)練為例，從訓(xùn)練內(nèi)容、訓(xùn)練方式、訓(xùn)練結(jié)果的考核與評(píng)價(jià)等方面，探討了如何通過(guò)綜合性實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程師素養(yǎng)及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

一、新工科建設(shè)對(duì)綜合性實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)的需求

現(xiàn)行的各高校課程體系中，實(shí)踐環(huán)節(jié)主要包括課程實(shí)驗(yàn)、單獨(dú)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及實(shí)習(xí)等。其中的課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)等主要是圍繞某一門課程，以加深課程知識(shí)的理解和掌握為目的，鍛煉運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，其存在的主要問(wèn)題是課程割裂，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容僅按課程要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒(méi)有考慮前后課程之間的有機(jī)集成，知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用只限于某一門課程，缺少課程之間或?qū)W科之間的交叉融合，很難將系統(tǒng)的概念輸送給學(xué)生，導(dǎo)致學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力較弱，能解決“跨界”“復(fù)雜工程問(wèn)題”的人才不足，本科人才培養(yǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求不相適應(yīng)。

由上述分析可知，構(gòu)建融合多門課程知識(shí)，注重學(xué)生知識(shí)、能力、素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“跨界”“復(fù)雜工程問(wèn)題”能力培養(yǎng)的綜合性實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，在新工科背景下的工科專業(yè)課程體系建設(shè)中具有重要的作用。

以北京工業(yè)大學(xué)為例，其機(jī)械工程專業(yè)具有健全的實(shí)踐教學(xué)體系，既包括理論力學(xué)、材料力學(xué)等課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，也有機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等單獨(dú)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課，還包括工程圖學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工電子技術(shù)、傳感與測(cè)試等課程設(shè)計(jì)。這些實(shí)踐環(huán)節(jié)，在加深和鞏固對(duì)課程知識(shí)的理解，綜合運(yùn)用課程知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題等方面起到很大作用。但是這些實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的一個(gè)重要問(wèn)題是，實(shí)踐的內(nèi)容都是圍繞一門課程開(kāi)展，內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中無(wú)法串聯(lián)起各門課程的知識(shí)，專業(yè)知識(shí)在學(xué)生頭腦里形成不了完整的體系，不利于新工科背景下學(xué)生工程與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而綜合性實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)——機(jī)械制造訓(xùn)練，則很好地承擔(dān)起了這個(gè)任務(wù)，它打通了課程之間的界限，通過(guò)一門綜合性實(shí)踐課程，串聯(lián)起若干門理論與實(shí)踐課程，達(dá)到知識(shí)、能力與素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)，在課程體系中具有重要的作用。

二、機(jī)械制造訓(xùn)練的內(nèi)容與目的

（一）機(jī)械制造訓(xùn)練的目的

狹義的制造是指生產(chǎn)車間內(nèi)與物流有關(guān)的加工和裝配過(guò)程，而廣義的制造則包括市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)過(guò)程管理等整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的生產(chǎn)活動(dòng)。

機(jī)械制造訓(xùn)練是以廣義的制造為背景，通過(guò)典型機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工制造、檢測(cè)與裝配以及生產(chǎn)過(guò)程管理、原材料與標(biāo)準(zhǔn)件采購(gòu)等環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程，培養(yǎng)解決復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題的能力。

（二）機(jī)械制造訓(xùn)練的內(nèi)容

機(jī)械制造訓(xùn)練面向機(jī)械工程專業(yè)本科生，在第6學(xué)期開(kāi)設(shè)，學(xué)生在校內(nèi)機(jī)械工程訓(xùn)練中心，輔以適當(dāng)?shù)耐鈪f(xié)加工，以小組為單位完成一個(gè)自行設(shè)計(jì)的典型機(jī)械產(chǎn)品的加工、裝配、檢驗(yàn)。先修課程包括工程圖學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與公差配合、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)等機(jī)械專業(yè)主干課程。訓(xùn)練內(nèi)容包括如下4個(gè)方面。

1.零部件結(jié)構(gòu)工藝性及加工工藝流程訓(xùn)練。以典型機(jī)械產(chǎn)品中關(guān)鍵零件的工藝設(shè)計(jì)為訓(xùn)練內(nèi)容，了解零件結(jié)構(gòu)工藝性對(duì)其生產(chǎn)及使用、質(zhì)量及成本的重要影響，掌握結(jié)構(gòu)工藝性的分析方法以及改進(jìn)原則;掌握各種加工設(shè)備所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，了解材料、加工方法、機(jī)床、刀具、夾具等對(duì)零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本要求;制定零件的加工工藝卡片，安排相應(yīng)的熱處理工序以獲得所需的產(chǎn)品性能。

2.毛坯的材料選擇及成形工藝流程訓(xùn)練。以典型機(jī)械產(chǎn)品中鑄造毛坯的材料選擇及成形工藝設(shè)計(jì)為訓(xùn)練內(nèi)容，了解生產(chǎn)批量對(duì)成形方法選擇的影響，分析產(chǎn)品的性能要求，選擇正確的材料及繪制毛坯的鑄造工藝圖，并制定鑄造產(chǎn)品的加工工藝流程。

3.加工技能訓(xùn)練。以普通加工、數(shù)控加工、特種加工等為訓(xùn)練內(nèi)容，掌握普通加工設(shè)備的安全操作規(guī)程、加工參數(shù)的確定及使用，掌握數(shù)控加工、特種加工等現(xiàn)代加工技術(shù)的原理、設(shè)備、主要參數(shù)、適用范圍;掌握相關(guān)軟件使用方法、編程技術(shù)及設(shè)備的一般維護(hù)方法。