基于中外合作辦學項目的認知實習工坊化改革

于贏水 高 巍 施 偉 鞠 恒 丁曉非

（大連海洋大學機械與動力工程學院（中新合作學院） 遼寧·大連 116000）

1 新工科背景下的實習實訓教學

隨著高等教育國際化、大眾化、現代化的進程加快，中國綜合國力的迅速提升，中外合作辦學正逐漸成為我國教育對外交流與合作的一種新形式，逐漸成為21世紀我國高等教育改革與發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標之一。無論是“復旦共識”，還是“天大行動”，或是“北京宣言”，無不表現出教育界對新工科含義的理解達成了前所未有的共同認識。更加注重理念引領——全面落實“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的國際工程教育專業(yè)認證理念。更加注重結構優(yōu)化——加強工程科技人才的需求調研，掌握產業(yè)發(fā)展最新的人才需求和未來發(fā)展方向，優(yōu)化學科專業(yè)結構。更加注重模式創(chuàng)新— —完善多主體協同育人機制，突破社會參與人才培養(yǎng)的體制機制障礙，深入推進科教結合、產學融合及校企合作。更加注重質量保障——加強工程人才培養(yǎng)質量標準體系建設，制定發(fā)布理工科專業(yè)類人才培養(yǎng)質量標準，作為專業(yè)設置、專業(yè)建設、教學質量評估遵循的基本規(guī)則。更加注重分類發(fā)展——工科優(yōu)勢高校要對工程科技創(chuàng)新和產業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用，綜合性高校要對催生新技術和孕育新產業(yè)發(fā)揮引領作用，地方高校要對區(qū)域經濟發(fā)展和產業(yè)轉型升級發(fā)揮支撐作用?！督逃哭k公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》中指出，主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革的戰(zhàn)略行動，以新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經濟呼喚“新工科”，探索建立“新工科”建設的新理念、新標準、新模式、新方法、新技術、新文化，實現從學科導向轉向產業(yè)需求導向、從專業(yè)分割轉向跨界交叉融合、從適應服務轉向支撐引領。2018年3月6日教育部長陳寶生在全國政協十三屆一次會議教育界聯組會上指出：我們正在推行新工科，這個口號現在已經叫響了，下一步就是怎么推進，把一些難點問題解決好。教材建設、教師素質、體系融合、基地建設，把這些問題解決好，中國的工科教育前景很廣闊。我們要努力提高工科教育的質量，打造好培養(yǎng)“大國工匠”的搖籃。認知實習是機制機械設計制造及其自動化專業(yè)一個非常重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學生專業(yè)知識和提升技能素質結構的重要教學環(huán)節(jié)。

2 教學創(chuàng)新工坊的建立

大連海洋大學一直秉承著“學貫江海，德潤方厚”的校訓，重視學生工程實踐能力的培養(yǎng)，在16年開始的大連海洋大學與新西蘭奧塔哥理工學院的合作辦學項目，便是以培養(yǎng)工程應用型人才作為培養(yǎng)目標。合作辦學項目專業(yè)為機械設計制造及其自動化，新西蘭方面對應專業(yè)名稱為機械工程，培養(yǎng)方案由中新雙方共同制定，既保留了大連海洋大學的特色課程，又融入新西蘭具有國際工程教育理念課程體系，其中中方課程由中方教師講授，新方課程由新方教師和中方助課教師共同完成。新方課程中有一門《Mechanical Design》的課程，與中方普通本科課程中的《機械設計》課程不同的是，課程除了以案例為引導進行知識講解外，完全在學生興趣引導中的工程項目驅動下進行，按照課程大綱要求，通過96學時的學習，學生除了需要掌握機械設計相關知識外，還需要在課程進行過程中以小組為單位獨立完成某種機械產品從需求分析、方案設計、原型制作、功能實現、產品優(yōu)化，直至最后完成產品制作的產品設計全流程訓練。伴隨著項目運行，新方在學生專業(yè)實踐能力方面的需求和大連海洋大學既有實操條件的矛盾便逐漸顯露出來。

大海大中新合作項目的人才注重培養(yǎng)：“具有創(chuàng)新精神、國際視野的專業(yè)工程人才”，為了推動以學生為中心、興趣驅動、成果導向的教學理念；補齊中新合作項目實操條件短板；推動教育教學過程又傳統的知識灌輸到能力培養(yǎng)再提升到素質塑造的轉變，2019年開始進行了機械教學創(chuàng)新工坊的建設。機械教學創(chuàng)新工坊現有3D打印機、木工機床、便攜機床、激光雕刻機及各類工具。

3 現有實習實訓體系

學校原有中新合作項目機械設計制造及其自動化（中新合作）專業(yè)學生的認知實習在大學一年級第二學期進行，實習分為期初一周認知和期末兩周拆裝兩部分進行。學期初的認知部分，同學們會通過參觀學院實驗室對機械零件、機構、工具及設備進行簡單了解；學期末的拆裝實習，同學們通過對桌面式車床的拆裝與測繪，使學生從感性上認識機械典型部件的布局方式、傳動關系、連接方法等，從而加深對機械類專業(yè)課的理解和應用。通過認知實習提高學生的動手能力，加深對機械典型設備內部結構的理解，學會使用各種工量具，為后續(xù)課程的學習打下基礎。

雖然學校一直在強化專業(yè)教師豐富教學內容，采用多樣化的實習實訓方法吸引學生，希望通過這些手段轉變學生以往“應付實習”的學習狀態(tài)，但是因為實習項目單一，并且每年都在重復固定題目，因此很難收到預期效果。

4 工坊化教學改革

本學期配合學校的教學改革項目，在吸收了新方興趣驅動、項目引導的教學理念后，學院對機械認知實習進行了大刀闊斧的改革：（1）保留學期初一周、學期末兩周的實習安排；（2）將學期初為期一周的參觀實習，更改為基于VR虛擬現實技術的典型機械結構拆裝訓練；（3）將學期末為期兩周的拆裝實習，更改為基于VR虛擬現實技術的實操拆裝。

學院從上海引進了一整套的 VR虛擬現實拆裝系統（以下簡稱VR拆裝系統），并根據專業(yè)特點和學生實際情況專門定制了一系列典型機械結構的 VR拆裝系統和汽車發(fā)動機VR拆裝系統。

學生在學期初的一周虛擬現實拆裝訓練過程中，對典型機械結構的VR拆裝系統進行培訓和實操，通過對典型機械結構的虛擬拆裝操作，認識并了解一系列典型機械結構，同時熟悉VR拆裝系統的使用方法，并在未來的一學期時間內，通過此VR拆裝系統進行訓練和考核，直至每位同學都能夠達到不少于24學時的VR拆裝系統操作學時數，才能滿足本階段的認知實習要求。

我們使用的汽車發(fā)動機 VR拆裝系統是根據真實設備經過VR技術1：1得到的，因此在學期末為期兩周的拆裝實操環(huán)節(jié)中，學生將以小組為單位，應用VR拆裝系統對真實汽車發(fā)動機進行工坊化拆裝實操。工坊化拆裝實操是將整個拆裝過程分解為一系列的循環(huán)操作，簡言之就是實操過程與仿真過程、小組討論的交替進行，可以盡可能保證拆裝過程的有效性和高效性，流水線的操作模式，也保證了場地、空間、設備利用的最優(yōu)化。整個拆裝過程被分為數個基本循環(huán)，每個基本循環(huán)通常包括：VR拆裝模擬——實物考查——方案制定——實物拆裝。同學們首先使用 VR拆裝系統對下一步要進行拆裝的部分進行團隊模擬操作；再回到實操場地對拆裝實物進行考查，確定大致的拆裝策略；之后回到工坊討論區(qū)對拆裝方案進行制定；最后到實操場地對拆裝實物進行拆裝實操。

5 教學創(chuàng)新工坊的其他應用

機械教學創(chuàng)新工坊不僅僅應用在“認知實習”的實習實訓環(huán)節(jié)，也應用在中新合作項目的課程教學中。2020年春季學期中新合作項目的機械設計+產品設計課程中實操環(huán)節(jié)的教學中，引導學生進行機械產品的產品創(chuàng)意—產品設計—模型制作—設計修改—初級原型制作—產品優(yōu)化—原型制作的全流程設計制作過程的訓練均在教學創(chuàng)新工坊進行，在整個設計過程中，學生對機構選型、設計等方面的疑問，均可直接使用典型機械結構VR系統進行思路梳理和學習，梳理完成后，直接到實操區(qū)或者制圖區(qū)進行設計研發(fā)、原型制作，節(jié)省了大量跑圖書館、自習室翻閱資料、查閱文獻的時間，大大提高了設計效率。典型機械結構VR系統在本門課程的教學中被作為數據庫進行應用，大量三維模型的制作、圖紙繪制的時間均得到節(jié)省，使學生有更多時間投入到設計優(yōu)化、原型制作等環(huán)節(jié)中，為課程各環(huán)節(jié)的進一步優(yōu)化提供了可能。

6 結論

教學創(chuàng)新工坊因教學面積受限，只能分批對學生開放，經過近兩輪的試點使用，總結經驗，擴大受益面，將傳統教學、實訓環(huán)節(jié)進行工坊化改革，做到以學生為中心，興趣導向、項目引導，教學+實操相互融合。