基于協(xié)同創(chuàng)新的機(jī)械類專業(yè)全方位實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

米 潔， 黃 民， 高 宏

(北京信息科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 北京 100192)

基于協(xié)同創(chuàng)新的機(jī)械類專業(yè)全方位實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

米 潔， 黃 民， 高 宏

(北京信息科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 北京 100192)

經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐,機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開發(fā)利用校內(nèi)外各種實(shí)踐教學(xué)資源,將工程實(shí)踐貫穿于學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)、擴(kuò)展實(shí)踐教學(xué)內(nèi)涵、構(gòu)建功能集成的全方位實(shí)踐教學(xué)體系。在實(shí)踐教學(xué)的平臺(tái)構(gòu)成、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵建設(shè)和方法改革等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐,形成集約化高效教學(xué)環(huán)境。強(qiáng)調(diào)平臺(tái)建設(shè)、實(shí)踐內(nèi)容、教學(xué)方法協(xié)同創(chuàng)新,逐步提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

實(shí)踐教學(xué)； 機(jī)械類專業(yè)； 創(chuàng)新能力； 工程性

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及企業(yè)核心競爭力提升,都需要具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用能力及創(chuàng)新意識(shí)的工程技術(shù)人才[1-3]。完善的實(shí)踐教學(xué)體系是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要支撐,是工科院校人才培養(yǎng)的主要平臺(tái)[4-6]。我校機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(下稱中心),不僅加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革,而且注重各教學(xué)模塊內(nèi)容的銜接、層次遞進(jìn)建設(shè)[7],為學(xué)生的成長搭建一個(gè)全方位平臺(tái)。圍繞“立足北京、服務(wù)首都,為裝備制造業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程人才”的目標(biāo)定位,以綜合的工程知識(shí)結(jié)構(gòu)、全面的工程素質(zhì)、較強(qiáng)的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力作為工程應(yīng)用型人才的基本特征,確立了優(yōu)化基礎(chǔ)、提升能力、激發(fā)創(chuàng)新的改革思想。多年來,中心遵循學(xué)校應(yīng)用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的定位,發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)、持續(xù)建設(shè)、深化改革,規(guī)模和水平不斷提升。經(jīng)過多年探索和實(shí)踐,逐漸摸索出以工程應(yīng)用為導(dǎo)向,不斷加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目及內(nèi)容的工程化建設(shè),形成課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、本科生科研、企業(yè)實(shí)踐、創(chuàng)新實(shí)踐逐次遞升的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。

1 構(gòu)建功能集成的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)局限于課堂、局限于實(shí)驗(yàn)室,難于滿足現(xiàn)代科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展對工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求,各學(xué)校在教學(xué)模式與教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn),如采用層次遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)模式等[8-9]。我校機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心改革傳統(tǒng)教學(xué)模式,中心對學(xué)科專業(yè)、機(jī)構(gòu)、人員幾方面資源進(jìn)行了有效整合。以機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、車輛工程、機(jī)械電子工程3個(gè)機(jī)械類專業(yè)為主導(dǎo)和依托,向其他近機(jī)類和非機(jī)類專業(yè)進(jìn)行交叉和輻射,實(shí)行技術(shù)扶持、資源共享,充分發(fā)揮優(yōu)勢特色專業(yè)和新老專業(yè)各自的優(yōu)勢和特點(diǎn),拓展人才培養(yǎng)的覆蓋面、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。優(yōu)化整合工程訓(xùn)練中心、實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生科技創(chuàng)新基地、校外人才培養(yǎng)基地以及學(xué)科科研基地,實(shí)現(xiàn)了在統(tǒng)一平臺(tái)上資源共享、功能集成,有力地促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)化改革,保證了資源的高效利用。中心以工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,構(gòu)建工程實(shí)訓(xùn)、機(jī)械基礎(chǔ)訓(xùn)練、專業(yè)綜合訓(xùn)練、企業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練、科技創(chuàng)新訓(xùn)練5個(gè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，如圖1所示,讓學(xué)生得到工程基礎(chǔ)、專業(yè)技能、科技創(chuàng)新層次遞進(jìn)的能力培養(yǎng)。

圖1 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)框圖

實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)使學(xué)生了解工業(yè)生產(chǎn)方式和過程,通過操縱加工中心、數(shù)控機(jī)床等制造設(shè)備的實(shí)踐訓(xùn)練,掌握現(xiàn)代制造工藝知識(shí)和基本技能。機(jī)械基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)使機(jī)械類專業(yè)學(xué)生掌握扎實(shí)的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)和基本

技能,為下一步學(xué)習(xí)和掌握機(jī)械工程專業(yè)知識(shí)和技能打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。專業(yè)綜合訓(xùn)練平臺(tái)讓學(xué)生在綜合運(yùn)用知識(shí)方面得到鍛煉,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能,使學(xué)生牢固掌握機(jī)械工程專業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、加工制造、運(yùn)動(dòng)控制的專門知識(shí),并具備較強(qiáng)的實(shí)踐操作能力和一定的探究精神。企業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)探索校企協(xié)同的工程實(shí)踐教學(xué)模式,讓學(xué)生在認(rèn)知、參與解決工程問題的同時(shí)理解和掌握專業(yè)知識(shí)。學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)支持各級各類課外科技創(chuàng)新及競賽活動(dòng),建立創(chuàng)新活動(dòng)的長效機(jī)制,形成自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐的新模式。

2 以實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,完善實(shí)踐教學(xué)體系

從增加實(shí)踐環(huán)節(jié)、重構(gòu)教學(xué)模式、突出能力培養(yǎng)等方面，完善新的實(shí)踐教學(xué)體系。

2.1 增加實(shí)踐環(huán)節(jié)

在課程設(shè)置上,注重學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)的應(yīng)用,增加獨(dú)立實(shí)踐環(huán)節(jié)比例,使學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)在工程中得到強(qiáng)化和升華。改革原有教學(xué)體系缺乏能力層次設(shè)計(jì)的不足,在體系上按照綜合、基礎(chǔ)和專業(yè)3個(gè)能力層次設(shè)置理論課與相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容構(gòu)成一個(gè)完整體系,同時(shí)又與理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,相輔相成,實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)傳授與實(shí)踐能力培養(yǎng)的有效貫通。在學(xué)分分配和內(nèi)容安排上,提高專業(yè)課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立實(shí)踐學(xué)時(shí)比例,并設(shè)置實(shí)踐類選修課,形成了必修與選修互補(bǔ)的實(shí)踐創(chuàng)新課程體系。增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類教學(xué),設(shè)置自主實(shí)踐學(xué)分,以開放實(shí)驗(yàn)、學(xué)科競賽等形式開展教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)新舊課程體系實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對比如圖2所示。

圖2 新舊課程體系實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對比

2.2 重構(gòu)教學(xué)模式

深入研究理論課程與實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練之間的關(guān)系,將原來無層次、孤立設(shè)置的專業(yè)課程按照培養(yǎng)學(xué)生工程基礎(chǔ)、專業(yè)技能、科技創(chuàng)新能力的遞進(jìn)式能力發(fā)展要求,重新梳理,優(yōu)化整合,形成主題模塊化課程教學(xué)模式如圖3所示。在專業(yè)課程群中,增設(shè)了工程基礎(chǔ)能力培養(yǎng)層次,設(shè)置“調(diào)研報(bào)告和公文寫作”、“學(xué)術(shù)報(bào)告與科技論文寫作”等課程,以及獨(dú)立實(shí)踐環(huán)節(jié)“專業(yè)認(rèn)知與實(shí)踐”。在專業(yè)技能與工程實(shí)踐能力層次中,專業(yè)課程群按設(shè)計(jì)、制造、控制、綜合4個(gè)方面的技能培養(yǎng),統(tǒng)籌規(guī)劃專業(yè)核心課程。例如,將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元分析基礎(chǔ)整合為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及分析,將設(shè)計(jì)內(nèi)容與分析內(nèi)容連貫為一體,學(xué)生學(xué)習(xí)用工程軟件ADMAS和ANSYS解決實(shí)際問題。將機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化技術(shù)整合為機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析,圍繞一個(gè)機(jī)電產(chǎn)品講解動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等主要部件的設(shè)計(jì)及特性分析,并以餃子機(jī)等小型機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合分析。開展課程及實(shí)踐一體化教學(xué)方案改革與探索,較好解決了實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)與基礎(chǔ)理論、專業(yè)教學(xué)的融合問題,實(shí)現(xiàn)面向知識(shí)、能力和勝任素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

圖3 專業(yè)課程優(yōu)化整合后教學(xué)模式對比

2.3 突出能力培養(yǎng)

將專業(yè)教育和工程實(shí)踐向低年級延伸,在大學(xué)一年級開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課、工程認(rèn)知實(shí)習(xí),增加學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。在大學(xué)二、三年級,設(shè)置系統(tǒng)化實(shí)踐項(xiàng)目,選取典型產(chǎn)品(如蜂窩煤成型機(jī)、書本打包機(jī)等)貫穿大學(xué)4年專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí),讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程中的關(guān)鍵步驟及核心問題。將各級各類創(chuàng)新活動(dòng)與課程內(nèi)容融合,如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)課程與北京市機(jī)械創(chuàng)新大賽相結(jié)合,學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí),更能領(lǐng)會(huì)知識(shí)的應(yīng)用。將畢業(yè)設(shè)計(jì)選題提前,與學(xué)科競賽、科技創(chuàng)新活動(dòng),以及教師的科研相結(jié)合,形成了工程設(shè)計(jì)過程的長效機(jī)制,學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí),并在應(yīng)用中進(jìn)一步提升解決工程問題的能力。

3 突出實(shí)踐教學(xué)的工程應(yīng)用性,深化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)及方法改革

3.1 加強(qiáng)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的工程化建設(shè)

學(xué)院成立企業(yè)界顧問委員會(huì),由長期科研合作的企業(yè)總工、高管組成。委員會(huì)定期召開研究會(huì),委員參與專業(yè)建設(shè)研討、教學(xué)計(jì)劃制訂及修訂工作,邀請企業(yè)人員共同設(shè)計(jì)開發(fā)和更新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,將工程實(shí)際中易發(fā)生的問題、前沿方向及時(shí)反饋到教學(xué)中。搭建貼近工程實(shí)際的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)境,突出實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的工程應(yīng)用性,使學(xué)生能在接近真實(shí)的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)踐與創(chuàng)新活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

3.2 注重畢業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)運(yùn)用的實(shí)戰(zhàn)教學(xué)改革

學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題源于教師的工程項(xiàng)目、課外科技創(chuàng)新及學(xué)科競賽活動(dòng),是針對某一具體工程問題尋求解決方案,提出自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思并實(shí)施。學(xué)校鼓勵(lì)實(shí)物型畢業(yè)設(shè)計(jì),設(shè)定專項(xiàng)資金資助,每年20%學(xué)生開展此項(xiàng)工作。實(shí)物型畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括了產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析、運(yùn)動(dòng)控制、加工制造,是針對學(xué)生的一個(gè)全面鍛煉。建立相應(yīng)的管理辦法,鼓勵(lì)學(xué)生將設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際獨(dú)立設(shè)計(jì),同時(shí)要嚴(yán)格設(shè)計(jì)過程中的開題報(bào)告、中期抽查、畢業(yè)資格審核等幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的檢查.允許學(xué)生制造的產(chǎn)品存在缺陷甚至失敗,但要分析失敗的原因,提出改進(jìn)方案。在實(shí)際工作鍛煉中,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)解決問題,切實(shí)提高學(xué)生工程應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

3.3 強(qiáng)化科技創(chuàng)新活動(dòng)的教學(xué)促進(jìn)作用

(1) 營造氛圍。科技創(chuàng)新活動(dòng)是學(xué)生在生活中運(yùn)用知識(shí)的重要途徑[10-11]。圍繞機(jī)械類專業(yè)所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí),開展機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、三維數(shù)字化建模競賽等,用競賽形式設(shè)定產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、控制中的問題,吸引學(xué)生開動(dòng)腦筋、靈活運(yùn)用知識(shí)去實(shí)踐。通過創(chuàng)新教育常態(tài)化,使創(chuàng)新成為學(xué)生的日常行為和思維習(xí)慣,有效培養(yǎng)和提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,同時(shí)促進(jìn)了理論學(xué)習(xí)。

(2) 建設(shè)團(tuán)隊(duì)。組建跨年級、跨專業(yè)的科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),例如參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的團(tuán)隊(duì),由機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械電子、工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)的學(xué)生組成,各專業(yè)學(xué)生充分發(fā)揮自己專業(yè)優(yōu)勢,利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源,開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析、加工裝配、控制策略規(guī)劃、產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)等工作,共同完成一項(xiàng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作,并參加科技競賽。同學(xué)之間互相幫助、互相促進(jìn),培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作精神。

(3) 自主學(xué)習(xí)。學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐應(yīng)按照學(xué)生自己發(fā)展的規(guī)律和實(shí)踐教學(xué)與自主實(shí)踐統(tǒng)一原則,突出學(xué)生的主體作用[12]。遵循學(xué)以致用的原則,充分開放實(shí)踐教學(xué)中心的資源,以項(xiàng)目任務(wù)為牽引,充分激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲,讓其在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的不足之處,翻閱資料,主動(dòng)查找問題,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

3.4 注重科研成果向?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容的有效轉(zhuǎn)化

充分利用學(xué)院現(xiàn)代制造裝備、高檔數(shù)控機(jī)床等方面的學(xué)科和科研優(yōu)勢,將機(jī)床所等科研基地建設(shè)與本科專業(yè)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)緊密結(jié)合起來,用科研提升教學(xué)水平。充分利用優(yōu)質(zhì)資源開發(fā)新實(shí)驗(yàn),教師的科研成果以自主開發(fā)儀器設(shè)備等形式充實(shí)到實(shí)踐教學(xué)設(shè)備中,為教學(xué)提供更為豐富優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。科研案例作為重要的教學(xué)實(shí)例,例如在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元分析基礎(chǔ)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)等課程中引入數(shù)控機(jī)床及關(guān)鍵部件的分析案例,向?qū)W生展示工程分析中載荷、約束處理注意的問題、數(shù)控機(jī)床模型簡化對分析結(jié)果影響等,用生動(dòng)的實(shí)例代替枯燥的條條框框理論,提高教學(xué)效果。

4 結(jié)束語

針對我校機(jī)械專業(yè)生源結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主動(dòng)適應(yīng)首都經(jīng)濟(jì)發(fā)展對機(jī)械類專業(yè)人才的需求,以培養(yǎng)工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力為主線,改革傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)和工程教育,以培養(yǎng)工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力為主線,用5個(gè)訓(xùn)練平臺(tái)設(shè)置工程基礎(chǔ)、專業(yè)技能、科技創(chuàng)新逐次遞進(jìn)的能力培養(yǎng)層次,在探索加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面進(jìn)行了有益探索,進(jìn)行了開拓性工作,收效很大,學(xué)生形成主動(dòng)學(xué)習(xí)自主實(shí)踐的良好氛圍,學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)取得突出成效。

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Construction of practical teaching system with a full range in mechanical engineering specialty based on collaborative innovation

Mi Jie， Huang Min， Gao Hong

(Mechanical & Electrical Engineering School,Beijing Information Science & Technology University， Beijing 100192, China)

After years of exploration and practice,the practical teaching system with a full range is constructed based on collaborative innovation. The mechanical engineering practical teaching center develops resources of inside and outside school,and makes full use of curricular and extracurricular time to a student’s knowledge of engineering practice throughout the learning process. It also extends the practical teaching connotation. This article researches on the practical teaching platform,contents,practical teaching connotation and reform and other aspects to construct an intensive and efficient teaching and learning environment, and also emphasizes the collaborative innovation of platform construction,practical contents and teaching methods to gradually upgrade the innovative and practical ability of students.

practical teaching; mechanical engineering specialty; innovative ability; engineering

2015- 02- 07 修改日期：2015- 04- 07

2013年北京高等學(xué)校教育教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目(PXM2014_014224_000088_00133093_FCG);北京市高等教育學(xué)會(huì)“十二五”高等教育科學(xué)研究規(guī)劃課題(BG125YB037)；北京信息科技大學(xué)教改重點(diǎn)項(xiàng)目(2012JGZD01)

米潔(1971—)，女，河北唐山，工學(xué)博士，教授，研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì).

E-mail：zhiwei99@263.net

G642.0

A

1002-4956(2015)10- 0014- 04