開放式工程訓練教學模式探索

韓同樣, 劉志明, 張若達, 孔繁證

(北京交通大學 機械與電子控制工程學院, 北京　100044)

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開放式工程訓練教學模式探索

韓同樣, 劉志明, 張若達, 孔繁證

(北京交通大學 機械與電子控制工程學院, 北京100044)

簡述了開放式工程訓練是現代工程發展、創新人才培養的需要,探索了工程訓練基于教學平臺、競賽、模塊、選修和OBE開放式教學模式,開展以學生為中心的開放式工程訓練,促進了學生個性發展,擴大了學生工程訓練的自由度與受益面。

工程訓練； 開放式； 教學模式； OBE

現代工程的科學性、社會性、實踐性、創新性、復雜性特點日益突出,工作內容也在不斷擴展。因此,工程訓練要適應社會發展的需要,改革教學模式,加強對大學生工程創新意識、實踐能力和團隊合作精神的培養,培育創新型、綜合型的工程人才。要真正完成這一任務,達到預期的目的,工程訓練必須實施開放式教學模式[1-6]。

開放式工程訓練教學模式也與國際工程教育認證所倡導的理念一致。開放式工程訓練強調的是以學生為中心開展實踐教學,給學生更大的自由度。國際工程教育認證強調的是基于學習產出的教育模式(Outcomes based education,OBE)的實踐。產出導向是國際工程教育倡導的一種先進理念,強調工程教育認證應關注“教育產出”(學生學到什么),而非“教育輸入”(教師教了什么)[7]，因而教育產出是工程教育認證考察的一個重點。

工程訓練引入OBE教育模式,探索以學習產出為導向的工程訓練教學模式,為培養創新型工程人才提供平臺。工程訓練必須實施開放式模式和運行機制,加強對大學生工程創新意識、實踐能力和團隊合作精神的培養[8-12]。本文依托北京交通大學實驗室研究課題“工程訓練開放模式與運行機制的研究”,探討了工程訓練開放式教學模式。

1　基于教學平臺開放式教學模式

北京交通大學工程訓練中心通過整合設備資源、改革現有管理和運行模式,將數控車床、數控銑床、數控雕銑機、數控點火花線切割等進行集成化管理,統一安排教學、合理調配資源、建設數控教學大平臺,利用設備的共性和互補性,提高設備的利用率。

重組教學內容、實施大類教學。打破工種的界限,將教學內容進行共性和個性的分類,共性的內容以數控車床為主要載體,統一講解，如原來各工種都要講的數控機床的工作原理、工藝過程、加工程序的編制、輸入方法和安全操作規程等,統一到數控車床來講解,實際操作也以數控車床為主,充分利用數控車床數量多的優勢。同時在數控車床安裝了投影設備和大屏幕,使每個學生都能清楚地看到指導教師的操作與機床的演示。學生到其他數控機床訓練時,再分別講解該種數控機床的個性和要點，避免了重復,節省了時間,給學生更多的自由發揮的空間。

基于數控平臺建設,實行開放式教學,集中與分散相結合、課內與課外相結合靈活多樣的運行管理模式。在集中講授與演示后,教師進行解惑與質疑。學生自己設計零件,自己編寫工藝、手工編程,自己選擇一種或幾種機床進行操作,完成數控實習。不要求學生每個機床都必須操作,數控實訓課統一打分,不再分工種打分。這樣解決了訓練時間和機床有限的矛盾,避免了過去每個機床都走一遍,走馬觀花式地實習。課內時間無法安排加工時,另約課外時間進行加工,給學生更大的自由度,讓學生真正體會“做中學”的樂趣,充分發揮工程訓練在培養學生創新能力、動手操作能力和工程實踐能力的獨特功能和作用。

2　基于選修課開放式教學模式

為擴大學生的受益面,利用數控雕銑機開設了“藝術造型與雕銑制作”全校選修課,實施開放式教學,學生自主訓練。雕銑制作室和機房全天候開放,學生可以充分利用空暇時間自主學習使用ArtCAM設計軟件進行浮雕的設計、選擇工藝路線、進行成本估算、自己操作數控雕銑機加工。在開放式教學中，教師只給予必要講解與示范,通過教師答疑與質疑完成整個設計與雕銑制作,大大激發了學生自身的創新潛能和創新思維。如果按常規組織教學,每學期只能接待20人上課。實行開放式教學,每學期可接待100名學生,擴大了學生的受益面。圖1是學生雕銑制作的部分作品。

圖1　學生雕銑制作的部分作品

有學生經歷開放式教學后在感言中寫道:首先,它是一個開放式課程,實驗室全天開放,什么時候有時間都可以去上課,充分調動了上課的積極性,使頭腦中想象的東西成為現實,充分激發了學習興趣。其次,上這門課有耳目一新的感覺,真正地做到了讓我學會進行對刀等基本操作,讓我看到了工業加工的嚴謹性,同時也讓我嘗到了實際操作的樂趣。再次,我覺得人就是在不斷地接受新的事物,每接受一項新的事物,對他來說,都是一種思維上的挑戰、一種思想上的升華。通過這門課程的學習,讓我的視野開闊了,感受到了先進制造技術的魅力,讓我重新定義了對機電或機械專業的看法,讓我喜歡上了機械這個行業。

3　基于競賽的開放式教學模式

結合工程訓練競賽、機械創新大賽、機器人大賽、大學生創新大賽等賽事,開展開放式教學模式。以全國大學生工程訓練綜合能力競賽為例,它是基于國內各高校綜合性工程訓練教學平臺,為深化實驗教學改革,提升大學生工程創新意識、實踐能力和團隊合作精神,促進創新人才培養而開展的一項公益性科技創新實踐活動。這項比賽本身就需要對工程訓練中心實行開放式運行模式,以保證學生加工、組裝和調試的需要。

通過組織學生參加工程訓練競賽,將工程訓練與競賽有機融合的,在完成基本訓練的前提下,完成競賽作品的設計、制作、裝配與調試,其競賽作品納入訓練考核項目。通過這種以訓練為基礎、以競賽為導向的訓練,全面提升大學生工程創新意識、實踐能力和團隊合作精神，同時,通過參賽,與其他高校學生進行交流,開闊了學生的視野。

2012年北京市大學生工程訓練競賽期間,工程訓練中心實行了全天開放,白天和晚上都有教師值班,全天候指導參賽學生設計、加工、組裝、調試和撰寫設計報告、編寫工藝文件等。訓練與競賽進行有機結合,既保證了工程訓練的內容,又保證了學生參賽作品的完成,參賽的4個隊全部取得了北京市二等獎。

將競賽與訓練有機融合,設計了“自主選題-自行設計-自編工藝—自己制作—小組組裝-產品自我評價”六段運行模式,完成從概念到設計到產品的全開放學習過程。向學生提供自主學習、交互學習和研究學習的創新實踐運行平臺。強調學生個性發展,培養較強的工程意識、動手能力和創新能力,使工程訓練成為“實踐性最強”“自由度最大”的課程。

4　基于模塊化開放式教學模式

從工程訓練內容的角度出發,按傳統與現代、基礎與創新、機電結合、常規和特種、熱與冷、成形與切削、手工與機器、人工與數控等不同領域、范疇、方法和特點,適合于機類、非機類、近機類等不同專業的不同要求,構建起內容豐富、層次分明的多個工程訓練與創新訓練模塊,方便學生自由選擇,實施開放式教學。

為了適應選課系統的要求,在以上大模塊基礎上,又進行了細化,以車削訓練模塊為例:在“工程訓練A”中,車削訓練共3天,將教學內容分為外圓加工、內孔加工、螺紋加工3個模塊,每個模塊又包含若干小模塊,如在外圓加工模塊中,又分為拉伸試件、階梯軸和錐齒輪3個小模塊,進行車削設備、工具的正確使用和車削工藝的基本訓練。完成1個模塊后,轉入下1個模塊訓練。一周每天的實習內容完全一致,學生實習中發生課程沖突,可以提前與教師聯系,更換實習時間,條件允許時也可以實現半天更換，方便了學生的選課需求。我們正在進一步努力,實現與教務處選課系統對接,完全可以按模塊選課。學生可以充分利用白天和工作日進行工程訓練,提高了訓練效果。以前工程訓練多安排在晚上和雙休日,與學生課外活動沖突,既影響實習效果,也影響學生的全面發展。

5　基于OBE開放式教學模式

在工程訓練焊接實習中,引入OBE教學模式,強調以學生為中心進行教學,以學生學到什么為導向,激發學生實習的興趣。學生自主設計實習作品、自己動手制作作品，教師只根據學生作品加工需要給予必要安全講解、答疑和操作演示。通過學生自創作品的過程,完成工程訓練焊接實習。學生非常認真、仔細，解決了以前焊接實習單調乏味,指導教師需要準備大量焊接材料,訓練后扔掉的現象。由于以前焊接實訓的作品都是廢品,學生對焊接訓練反應是內容單調、乏味,因而對實習投入少、認真程度較低。

采用自創作品,不僅提高了學生對焊接訓練的興趣,而且同一件作品,學生可以設計出用不同加工工藝,焊接訓練時學生用鐵絲、鐵片等彎曲成型,再用氣焊或電焊連接,也可以用焊條直接焊接成型；同時,有的學生設計了線切割程序,用電火花加工，還有的學生用數控銑床、數控雕銑機加工。圖2為學生自創焊接作品。

圖2　學生自創焊接作品

在學生自制作品中教師適時引導學生,分析不同加工工藝特點、成型原理、材料選用、成本核算等，使學生在訓練中學到了一個作品設計、材料選擇、工藝選擇、成本核算等,而不是僅僅講解了幾種焊接方法,體現了基于學習產出(OBE)的開放式教學模式。

6　結語

通過對教學內容和環節進行梳理,實施共性與個性的教育相結合,探索工程訓練基于平臺、競賽、模塊、選修和OBE的開放式教學模式，激發了學生的學習興趣,擴大了學生的受益面,提升了學生創新能力,積累了一定的經驗。但還需要進一步關注教育產出、轉變教學觀念、修訂教學大綱、優化教學內容、持續改進教學方式,探索適應開放式工程訓練的長效運行機制,持續改進以學生為中心的開放式訓練模式,不斷提升學生實踐能力、創新能力和自主學習能力。

References)

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Exploration of opening engineering training teaching mode

Han Tongyang, Liu Zhiming, Zhang Ruoda, Kong Fanzheng

(School of Mechanical,Electronic and Control Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

This paper briefly introduces that the opening engineering training is the need of modern engineering development and the innovation talent training,The open teaching mode is explored based on the engineering practice teaching platform,contests,module,courses and OBE. The student-centered open engineering training is carried out,the students’ individual character development is promoted, and the students’ engineering training freedom and benefited range have been enlarged.

engineering training; opening; teaching mode; OBE

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.003

2016-01-27

北京交通大學實驗室與設備管理處研究項目(13060201)

韓同樣(1965—)，男，山東莒南， 碩士，高級實驗師，主要從事工程實踐教學

E-mail：tyhan@bjtu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)7-0008-03

實驗室創新