大工程背景下工程材料與機械制造基礎系列課程存在的主要問題和解決方案

黃根哲 朱振華 于化東 傅水根

摘要：本文針對大工程背景下工程材料與機械制造基礎系列課程的有機整體與“分片包干式”的教學體制之間、“學時銳減與新知識點劇增”之間以及課程改革進程滯后于創新型人才需求之間的三種矛盾，提出了“頂層設計”下的優化課程體系理念；指明項目驅動下的教師引導學生主動探求知識的解決思路。為了提高學生的知識創新和能力創新素質，教師應當把科研亮點源源不斷地凝練為生動的教學資源，實現科研的二次創新和“反哺”教學的重任。

關鍵詞：工程材料與機械制造基礎系列課程；教學理念；創新意識和創新能力；工程實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）32-0216-03

一、研究背景

“工程材料與機械制造基礎”系列課程原名“金屬工藝學”，該系列課程經過長期的建設和發展，其內容已從金工實習、金屬材料、熱加工以及冷加工工藝分別拓寬為“工程訓練”、“工程材料”、“材料成形技術基礎”以及“機械制造技術基礎”等系列課程。到目前為止，該系列課程雖然已構建了較完整的理論、實踐、知識、能力、素質教學體系，但隨著科學技術的不斷進步和大工程背景下“中國制造2025”的提出，現代制造業對高校培養出來的人才規格和能力有了新的要求。由此，產生了工程材料與機械制造基礎系列課程的有機整體與“分片包干式”教學體制之間的矛盾、“學時銳減與新知識點劇增”之間的矛盾以及課程的改革進程滯后于當今創新型人才需求之間的矛盾。因此，如何在新形勢下，培養和造就學生的創新意識和創新能力是擺在所有工科院校機械類專業教師面前無法回避的現實問題。

二、大工程背景下工程材料與機械制造基礎系列課程存在的主要問題和解決方案

1.工程材料與機械制造基礎系列課程有機整體與“分片包干式”教學體制之間的矛盾。在20世紀60～80年代，我國高等學校的工科類學生除了有相應的實驗教學外，一般還要在校內的金工實習6～8周，在企業認識實習1周、生產實習4周和專業實習4周，以保證工科類學生工程素質的培養和工程能力的提高。而且金屬工藝學課程是理論教學、實驗與工程訓練緊密結合的工程應用型課程。絕大部分高校的金屬工藝學課程由來自同一教研室的教師講授，講授工程材料及冷熱加工的教師可方便地進行教學研究和探討。另外，金工實習的時間、地點的選擇與安排也符合工科院校學生“認知實習—理論學習—實踐—再學習—再實踐—探索性認知實踐”這一工程知識的認知規律[1-3]。但隨著“九五”期間高校的擴招和高校對學生的知識與能力結構的拓展要求，絕大多數工科院校的金屬工藝學理論課程（現在的工程材料與機械制造基礎系列課程）已細分成工程材料、材料成形技術基礎和機械制造技術基礎等三門課程，而且分屬于不同的學院或專業的教師講授。這樣，有些院校在課程內容的取舍和凝練過程中，因未充分理順課程關系，存在知識體系分化、割裂、相互脫節現象；在組織形式上存在課程的學期安排不合理，未充分體現在知識傳授上的由淺入深、能力培養上的由認知實踐過程向創新實踐過程的過渡；在主講教師的所屬關系上由于教師之間因不屬于同一個教研室，甚至是不同學院，因此很難從行政角度組織相應的教學研究和教學探討。即盡管這三門理論課程的內容是緊密相連、相互交叉滲透的，但講授這門系列課程的教師之間業務聯系少，少有教學經驗的交流，出現了低效率的“分片包干式”教學管理體制。早在1998年，清華大學基礎工業訓練中心主任傅水根教授就指出[4]，我國高等院校的教育教學改革是涉及培養人才的長遠戰略大計，也是一件十分艱巨和慎重的工作。課程的改革是整個教學改革中的一個局部，局部要服從于整體。而且，隨著高等教育改革的不斷向前推進和改革內涵的不斷深入，人們從系統論的觀點愈來愈清醒地認識到“局部優化”不等于“整體優化”。因此，不能從一兩門課程的角度來探討改革，而必須站在教育改革的全局上，站在21世紀需培養什么樣高級科技人才的戰略全局上來探討改革。具體地說，從體制上，工程材料與機械制造基礎系列課程應該與實踐教學部分構成一個完整的教學體系，由學?；驒C械工程學院實施統一指導和管理，這樣才有利于發揮教師的主導作用，才能確保工程訓練和有關工藝性課程的有機結合，保證工程材料與機械制造基礎系列課程的穩定發展。

2.解決方案。傅水根教授在多次的報告中指出[5]，直到今天，在我國的高等工科教育中，“重理論輕實踐、重設計輕工藝、重軟件輕硬件”的傳統習慣勢力和偏見仍普遍存在。縱觀國內外，任何先進的制造技術，最后都要落實在工藝方法和工藝裝備上，落實在電子技術、計算機技術、信息技術與工藝裝備硬件的集成上。沒有普及的工藝教育，沒有先進的工藝技術，現代制造技術只是一句空話。隨著國家提出大工程背景下的“中國制造2025”以來，“教育回歸工程，教學回歸實踐”成為當代高等工程教育改革的主流趨勢[6-8]。因此，我們應當擯棄“以理論課程教學為主、實踐教學為輔”的傳統教學思想[9]，把工程材料與機械制造基礎系列理論課回歸到“工程實踐”中去。這種回歸有兩層含義，一個是從教學管理“體制”上，應把與工程實踐密切相關的課程群的任課教師的編制歸到“工程訓練中心”去，確保工程訓練中心的人員由理論課教師、實踐課教師、實踐技術人員（高級技工）和管理人員構成。讓工程訓練中心發展成為名副其實的實踐教學單位，而不是教輔單位。另外，把與工程實踐密切相關課程群的課堂搬到工程訓練中心的“實踐教室”，這樣，學生每次習得理論知識后，走出來就可感受、體驗、領會、掌握課堂所學的知識。這不但會極大地提高學生的學習興趣，而且對學生未來勝任現代制造業工作崗位有無可替代的作用。

3.工程材料與機械制造基礎系列課程“學時銳減與新知識點劇增”之間的矛盾。新中國誕生后，中國高校的發展和探索前進的道路得到了前蘇聯的大力支持和幫助。而前蘇聯的高等教育更多地是與行業和工種的發展相聯系，高校專業的設置和教學內容緊緊與具體的工種相結合。這樣培養出來的大學生知識體系是“倒金字塔”型的，即越深入到專業課程，所學習的專業知識面越深且窄。在機械的集成化程度不高的上世紀八九十年代，這種教育模式培養出來的本科生基本能夠滿足當時的制造業要求。但隨著計算機技術、信息技術以及智能制造的快速發展，制造技術已衍變為多學科交叉和綜合的產物，許多學科乃至新興學科的最新研究成果都有可能應用到現代制造領域中來。例如數控機床，它是機械、電機、電子和計算機結合的產物；超聲波加工機床是機械、電機、電子和聲學結合的產物；快速激光原型/零件制造機床是機械、電機、電子、計算機、材料科學和光學結合的產物。因此，高校的發展為了適應和迎合這種快速的現代工業發展，紛紛提出“拓展學生知識體系、淡化專業”的理念，即高校培養出來的人才知識和能力體系不再是針對就業為主的某一工種和行業，而是培養具有豐富的知識體系、具備“項目驅動式”綜合能力的通識人才。在這種形勢下，目前高校面對著課程的知識體系和能力體系不斷納新而學時卻不斷地縮減的嚴峻問題。

4.解決方案。解決工程材料與機械制造基礎系列課程的學時銳減和“新材料、新技術、新工藝”內容劇增帶來矛盾的關鍵是徹底改變“教”與“學”的傳統教學理念[10]。今后的教學不應該是以課堂教學為主導、以教師為主體的教學模式，而應該是“項目驅動下的教師引導、學生探求知識”的目標指向式教學。這樣獲取知識的過程可以改變學生被動地聽、被動地接受知識的傳統“填鴨式”學習習慣，而變成項目驅動下需要什么知識，學生“主動”地追尋和探求相關的知識。學習方式也不僅僅局限于課堂教學，而可以到圖書館查閱文獻、與教師進行討論式學習。學習內容也打破了傳統的學校設置什么課程學生學什么課程，而是項目需要什么知識點和能力點，學生選修相關的課程學習。師生關系也不再僅僅是教與學的關系，而是面對同一個項目下的共同探討者和引導者。

5.工程材料與機械制造基礎系列課程的改革進程滯后于創新型人才需求之間的矛盾。通過比較全面地收集各高校的工程材料、材料成形技術基礎、機械制造技術基礎以及工程訓練的教學大綱，并經深入分析和研究表明，反映當今現代制造的新材料、新技術、新工藝所占課程講授比例，一般工科院校往往不足10%，重點高校一般較高，在10%～30%。部分地方工科院校至今還停留在“金屬材料”而不是工程材料、“金屬材料熱加工”而不是材料成形技術基礎、“機械加工技術基礎”而不是機械制造技術基礎的低層次階段。說明我國相當一部分工科院校的知識傳授和能力培養在一定程度上滯后于當今先進制造業的發展，對人才培養的先導性、基礎性認識不足。而且，在很多院校中，工程材料與機械制造基礎系列課程教學大綱的制定過程更多局限于各專業人才培養自身的特點和教學需求，一定程度上缺少基于工科和復合創新型人才培養所需的“頂層設計”和統一指導。這與“中國制造2025”、“華盛頓協議”和歐洲大陸工程教育互認體系組成的“博洛尼亞進程”[11]等國際工程教育認證[12]要求有一定差距。

6.解決方案。長期的教學經驗表明，21世紀最重要的人才特征就是創新。因此，在大工程背景下，為了提高學生的創新意識和創新能力，有必要在保留工程材料與機械制造基礎系列課程的傳統核心知識體系并加以凝練的基礎上，在工程材料課程上由金屬材料發展為非金屬材料、功能材料、復合材料、高分子材料、環保材料以及智能材料；針對材料成形技術基礎課程，要在傳統的鑄鍛焊成形工藝的基礎上，增加新的表面工程技術、粉末冶金技術、高分子塑料成形技術以及快速成形技術等；在機械制造技術基礎課上，增加數控加工技術、特種加工技術（包括電火花成形加工、電火花線切割加工、激光加工、電化學加工和超聲波加工）等。在工程訓練方面，毫無疑問，機械制造工程訓練是工程材料與機械制造基礎系列課程中的重要實踐環節，也是工程訓練中的核心內容。因此，必須協同用力才能促進工程材料與機械制造基礎系列課程的發展與提高?？傊?，新的制造技術在課程中要不斷得到體現，課程知識體系的更新與完善也要為機械制造實習不斷提供新的訓練內容，使其能持續為實踐教學提供“活水”。

三、結論

1.針對工程材料與機械制造基礎系列課程的有機整體與“分片包干式”的教學體制之間的矛盾，根據創新型人才培養的客觀規律、培養規格和目標，學校和院級教學管理部門要從“頂層設計”或“統一思想”來系統地優化課程體系。

2.針對大工程背景下工程材料與機械制造基礎課程“學時銳減與新知識點劇增”的矛盾，要徹底改變“教”與“學”的傳統教學理念。今后的教學不應該是以課堂教學為主導、以教師為主體的教學形式，而應該是“項目驅動下的教師引導、學生探求知識”的知識創造過程。

3.針對工程材料與機械制造基礎系列課程的改革進程滯后于當今創新型人才需求之間的矛盾，解決問題的關鍵是新的制造技術在課程中要不斷得到體現，課程知識體系的更新與完善要為機械制造實習不斷提供新的訓練內容，使其能持續為實踐教學提供“活水”。另外，教師應把創新過程中的最新科研成果源源不斷地轉化為生動的教學內容，實現科研的二次創新和“反哺”教學，使學生獲取的知識始終是當代最前沿的創新知識，獲得的能力也始終是當代最前沿的創新能力。

致謝：本文是在教育部機械基礎課程教學指導委員會“工程材料與機械制造基礎課程現狀與存在主要問題”課程指導小組調研報告的基礎上完成的（JJ-GX-jy201401）。參加課題組的專家有黃根哲、于化東、張樹仁、朱振華、徐穎、李學光、李曉舟。同時，清華大學傅水根教授對論文寫作提出了寶貴意見，在此深表謝意。

參考文獻：

[1]傅水根，武靜.深化工程實踐教學改革，全面促進可持續發展[J].實驗技術與管理，2008，25（1）：7-11.

[2]劉思嘉，王冬.高等工程教育實踐教學環節的意義與實施條件探究——于默會知識理論的視角[J].黑龍江高教研究，2011，（11）：179-182

[3]孫康寧，張景德，李愛菊.高校工程實踐教學改革的探究與實踐[J].山東高等教育，2015，（1）：38-43.

[4]傅水根，張學政.金工課程改革應處理好五個關系[J].教學與教材研究，1998，（3）：25-27

[5]傅水根，張學政，要家樞，張萬昌.論“工程材料及機械制造基礎”課程的深化改革與發展方向[C].探索工程實踐教育，2007：159.

[6]李志華，陳正偉，朱建華.德國“雙元制”模式在工程實踐教學中的應用研究[J].實驗技術與管理，2011，28（9）：172-174.

[7]周玲，孫艷麗，康小燕.回歸工程 服務社會：美國大學工程教育的案例分析與思考[J].清華大學教育研究，2011，32（6）：117-124.

[8]梁延德.我國高校工程訓練中心的建設與發展[J].實驗技術與管理，2013，30（6）：6-8.

[9]孫康寧，傅水根，梁延德，等.賦予實踐教學新使命 避免工科教育理科化[J].中國大學教學，2014，（6）：17-20.

[10]孫康寧，張景德，傅水根.“工程材料與機械制造基礎”課程知識體系研究[J].中國大學教學，2015，（5）：63-66.

[11]安東尼奧·諾沃阿.“博洛尼亞進程”背景下對人才培養問題的思考[J].國家教育行政學院學報，2006，（9）：85-89.

[12]孫康寧，傅水根，梁延德，王仁卿.淺論工程實踐教育中的問題、對策及通識教育屬性[J].中國大學教學，2011，（9）：17-20.