基于開放模式的工程訓練教學體系研究

王 偉,張艷蕊,馬玉瓊,畢海霞

(河北工業大學 工程訓練中心,天津 300401)

基于開放模式的工程訓練教學體系研究

王 偉,張艷蕊,馬玉瓊,畢海霞

(河北工業大學 工程訓練中心,天津 300401)

工程訓練中心向學生開放,不僅能夠培養學生主動學習的能力、實踐創新能力，全面提高學生綜合素質,而且能夠實現資源合理配置和高效共享,提升工程訓練中心建設水平。工程訓練中心從開放實踐教學內容、開放實踐教學方法、開放實踐教學手段等方面做了深入研究,構建了一套“五模塊、四層次、多樣化教學方法和多種教學手段相融合”的開放實踐教學體系。

工程訓練;開放模式;開放實踐教學體系;實踐創新

工程訓練,是全國高等教育本科院校培養學生實踐動手能力的必修課程。傳統的工程訓練,以教師為主進行教學,學生被動學,學生僅在動手實踐能力方面有加強,在培養學生創新意識、創新精神、交流合作方面有待提高[1-2]。工程訓練中心作為實踐教學基地,構建了一套模塊化、多層面、綜合性的開放教學體系,該體系在提高學生實踐能力、啟蒙創新意識、培養創新精神、增強創新能力、加強團隊合作等方面,起到了很好的作用[3-4]。

1 開放式工程訓練教學體系的構建

工程訓練中心以尊重學生個性化為基礎,以培養學生主動學習能力、實踐創新能力、團隊協作能力為目標,全面提高學生綜合素質,構建了基于模塊化、分層次、循環滾動、網上預約、與創新平臺相結合的開放模式[5-6]。工程訓練中心圍繞著“模塊化、分層次、循環滾動、網上預約、與創新平臺相結合的開放模式”,建立了一套與之相適應的“五模塊、四層次、多樣化教學方法和多種教學手段相融合”的開放式教學體系,圍繞著教學內容、教學方法、教學手段等方面做了深入研究。圖1是開放模式下工程訓練的教學體系。

圖1 開放模式下工程訓練的教學體系

1.1 工程訓練開放教學內容研究

工程訓練開放模式目標是培養學生主動學習能力、實踐創新能力以及綜合知識能力,而開放對象是全校各專業、各年級的學生。這些學生學習能力、實踐能力、創新能力和知識水平參差不齊,具有一定的層次性。基于每名學生的能力、愛好興趣、智力的多樣化、層次性的特征,開放模式教學內容本身設置也要有一定的多元性、層次性、創新性和綜合性[7]。工程訓練中心整合教學資源,劃分了5個自主創新模塊,即機器人模塊、模塊化工程創新設計與實踐模塊、數控技術創新模塊、制造技術科普模塊、反求技術及3D打印技術模塊。每個模塊按照由淺入深、由簡到繁、從易到難的漸進式規律,劃分了4個層次：基礎層訓練、提高層訓練、綜合創新訓練和自主設計訓練。每一層次含有多個實踐項目,且每層實踐項目為并行項目,難易程度基本相似。一個實踐項目,題目看似固定,實現功能一樣,但從結構搭建以及程序控制,都留給學生很大的想象空間,最大限度地發揮學生潛能完成項目。

(1) 基礎層訓練。基礎層是學生對模塊的認知層,是對模塊基礎知識的普及,引起學生興趣,激發學習欲望,內容包括:了解基本安全知識,掌握安全操作規程;認識基本功能零件,并簡單組裝調試;掌握輔助工具的正確使用方法;完成比較簡單的機器人裝配。

(2) 提高層訓練。提高層是在認知基礎上,對理論聯系實踐更深層次的理解,開闊學生思路。本層實訓以單一知識點起步,以指定項目為主,有多個不同類型的、側重點不同的、系統性的指定項目,學生可根據自己的專業方向、興趣和愛好自主申請到訓練教室進行訓練。

(3) 綜合創新層訓練。綜合創新層是多知識點的融合訓練,是對學生綜合能力的一次考核。本層旨在考核學生對基礎知識點的掌握情況,培養學生綜合運用多種知識的能力、團隊合作和交流能力,開闊學生創新思維能力[8]。

(4) 自主設計訓練。自主設計訓練環節依托校內外的競賽平臺,將競賽項目引入開放教學,以實際項目開發為契機,鍛煉學生的綜合能力。在項目實踐中,以學生自主個性化設計項目為主,學生自主設計項目、自主管理項目、自主完成項目,從而逐漸掌握思考問題、解決問題的方法,提高其實踐創新能力。

1.2 工程訓練開放教學方法研究

開放模式下的工程訓練有別于傳統的工程訓練,重在啟蒙創新意識、培養學生的實踐創新能力,注重學生的個性化發展。在教學過程中,常規的“填鴨式”、“師傅帶徒弟式”教學方法已經不再適合,而單純地采用啟發式、引導式、項目驅動式、討論式等教學方法也不能滿足開放教學的要求。時間、空間和內容的開放性,為開放的實踐教學方法的研究提供了理想的平臺。新的教學方法要具有開放性,要靈活多變,要能給予學生足夠的思考空間,充分發揮其主觀能動性,體現學生個性化發展[9-10]。基于實訓內容的層次性、難度遞進性的特點,每一層采用了不同的教學方法,因材施教,符合了學生的認知規律。

(1) 基礎層。“案例演示”+“現場授課”+“現場指導”的開放教學方法。基礎認知層的授課對象,多數為文理科、未實習過的學生。通過成功的、新穎的、有創意的案例的播放,激發學生的學習欲望;“現場授課”讓學生了解設備的基本功能,以及學習過程中的一些注意事項和安全操作知識;“現場指導”,學生在觀看、觸摸零部件之后,做一些簡單部件的組裝,指導教師從旁指導,幫助學生能盡快進入實踐狀態。以現場提問、試卷答題、撰寫心得等方式,考核學生對知識的掌握。

(2) 提高層。“功能介紹”+“團隊合作”+“討論”的開放教學方法。提高層的開放對象是對本模塊有一定基礎知識的大二、大三的學生。課前,指導教師對本次實驗要實現的功能做一個簡單的介紹,接著學生自動分組。組內成員圍繞“功能”各抒己見,互相探討,選取合理的方案完成項目。以指導教師鑒定和學生小組互評相結合的方式,在功能、結構、外觀、程序、動作等方面,進行綜合評議。

(3) 綜合創新層。“現場環境模擬”+“提出方案”+“驗收”的開放教學方法。綜合創新層是為具有較強綜合知識能力的學生設立的,突出知識的多樣性和綜合性。設立一個現場環境,給予一定的任務,學生據此完成方案設計、結構搭建、功能實現,最后以完整作品和報告提交,作為驗收結果過關。以模塊內小競賽作為評估平臺,通過功能實現、完成時間長短、學生答辯等綜合考核。

(4) 自主設計層。“自主項目”+“競賽”的開放教學方法。自主設計層,依托校級、省級和國家級比賽設立。全校學生自由結組,可由不同學科、年級組成一個團隊,可以是同年級、不同專業組成一個團隊,也可以由同專業、同年級組成一個團隊,查閱資料,自主設計方案,自主加工零件,自主裝配,完成比賽項目。給學生足夠個人潛能發揮的空間,培養了自主創新能力、團隊協作能力等,發展了學生個性。鼓勵學生制作小發明、申請小專利、發表論文等,并以此作為學生考核內容。

1.3 工程訓練開放教學手段探索

(1) 網絡資源共享。工程訓練中心充分發揮中心網絡資源的作用,上傳視頻、電子課件,向學生開放。學生可隨時隨地在中心主頁瀏覽視頻、查看電子課件,做到實訓前預習。同時,設置了網上答疑、專題討論等模塊,增加了學生之間的互動交流。同時,還通過創建“自主創新QQ群”和“自主創新微信群”,利用這些流行的交流工具,進一步加深教師與學生之間、學生與學生之間的互動,問題也能及時得到解決[11-12]。

(2) 多媒體技術和現場授課相結合。授課教師通過現代多媒體技術和現場演示,以視頻、圖片、文字、動畫等教學形式呈現給學生,加之學生對實物的觀看、觸摸、聽等感性認識,培養學生對即將學習的模塊感性認識,激發學生學習興趣,提高學習主動性和積極性。

(3) 與創新平臺結合,提供比賽資源。以工程訓練綜合能力競賽、飛思卡爾智能車競賽等科技競賽和數控車床、加工中心等職業技能考核為契機,開設了與之相關的開放訓練,為校級、省級和國家級比賽提供了理論和實踐基礎,實現了“以創新平臺促進實踐開放,以開放實踐服務創新平臺”的雙贏模式。

(4) 小班授課與一對一指導相結合。工程訓練開放教學目的是為學生提供一個寬松的學習環境,每位學生都可以親身設計、親身實踐,保證較高的教學質量。小班授課和一對一指導,使實踐教學具有更強的針對性,有利于因材施教,有利于個別教學,發展學生個性,提高實踐教學質量。

2 開放工程訓練實踐教學案例

以模塊化機器人模塊為例,下設了10個實訓項目,將之設為了基礎層、提高層、綜合創新層、自主設計層,每一層包含了數個實訓項目。

(1) 基礎層。為大學一、二年級的、未實習過的學生設立,包含2個實訓項目,通過多媒體課件以及現場學生觸摸零件,學生對其模塊有了感性認識,可做簡單模型設計。

(2) 提高層。為高年級、有過實習經歷的學生準備,包含了4個實訓項目,為單一知識點訓練。學生可根據指定題目,提出設計方案,設計結構,實現功能。同一題目,多種設計思路,數種設計方案。

(3) 綜合創新層。共有3個實訓項目,為對本模塊有深入了解的本科生和研究生設置。本層項目具有綜合性和創新性特點,具有一定的設計和制作難度。

(4) 自主設計層。為創新小組、競賽團隊設置。學生以自帶項目的形式進入開放實訓室,從方案制定、過程管理、項目提交,整個過程由小組成員自主完成。

圖2為提高層項目“模塊化機器人一維方向移動的設計”。模塊化機器人模塊自2013年開放以來,在開放教學體系下,取得了很好的成效。實習學生人數達到了200多人,實習專業涉及到了機械、電氣、化工、信息、建藝、理學院等機類、近機類和非機類的多個學院和專業。經過一個周期學習,實習學生的創新能力、綜合能力、團隊能力、實踐能力都有明顯的提高,并且在校內組織的機器人競賽上取得了較優異的成績。

圖2 模塊化機器人一維方向移動的設計

3 結束語

工程訓練開放實踐教學體系經過近一年的研究與實踐,取得了較好的成績,受到了學生的歡迎。隨著工程訓練中心不斷建設、設備不斷增多、開放模塊不斷增加,工程訓練中心將繼續不斷完善開放教學內容、豐富開放教學方法、補充開放教學手段,提供給學生一個更加完善的開放環境。

References)

[1] 盤信吉.開放式學生科技創新實踐平臺的建設[J].實驗技術與管理,2009,26(9):104-106.

[2] 王志偉,張田梅.構建多層次、模塊化、開放式的實驗教學體系[J].黑龍江高教研究,2008 (5):162-163.

[3] 鄭志軍,胡青春,張木青,等.現代工程訓練教學體系的改革與創新實踐[J].實驗室研究與探索,2008,27(8):79-82.

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[5] 左延紅,張克仁.完全學分制下開放型工程訓練教學體系[J].實驗室研究與探索,2013,32(1):143-146.

[6] 王秀梅,孫萍茹.安連鎖.構建“四模塊”實踐教學體系彰顯人才培養特色[J].中國高教研究,2009(2):85-86.

[7] 李學華,梁惠斌.改革傳統金工實習 構建現代工程訓練體系[J].科技創新導報,2008(1):224.

[8] 彭勇,梁國華,王國利.研究型大學創新型實踐教學體系的構建與探索[J].中國科技創新導刊,2011(26):10-11.

[9] 劉華,吳波,許恩江,等.多層次開放性工程訓練教學體系探索[J].實驗科學與技術,2012,10(1):134-137.

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[11] 劉海峰,劉穎.開放式工程訓練教學管理體系探索[J].白城師范學院學報,2010,24(3):75-77.

[12] 胡仁杰.營造開放的實驗教學環境,開展開放式自主實驗教學[J].實驗室研究與探索,2006,25(7):822-826.

Research on engineering training teaching system based on open mode

Wang Wei，Zhang Yanrui，Ma Yuqiong，Bi Haixia

(Engineering Training Center of Hebei University of Technology,Tianjin,300401，China)

The Engineering Training Center opens to students,which can not only cultivate their active learning,practical and innovate abilities,and improve their overall quality,but also realize the rational allocation and efficient sharing of resources,and enhance the level of engineering training center construction. The Engineering Training Center has made a thorough study from the aspect of open practical course content,practice teaching methods and means,and built the open teaching system based on “Five-module,Four-level, Integration of diverse teaching methods, and A variety of teaching means.”

engineering training;open mode;open practical teaching system;practical innovation

2014- 05- 26 修改日期：2014- 05- 30

王偉(1984—),男,河北石家莊,碩士,助理工程師,主要研究方向為實驗室開放、數字化先進制造技術.

E-mail：weinumber1@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)1- 0192- 03