工程教育認證背景下機械類專業實踐教學體系改革

林禮區, 周 晨, 姜 銳, 王曉倩, 鄭蓓蓉, 申允德

(溫州大學 機電工程學院, 浙江 溫州 325035)

工程教育認證背景下機械類專業實踐教學體系改革

林禮區, 周 晨, 姜 銳, 王曉倩, 鄭蓓蓉, 申允德

(溫州大學 機電工程學院, 浙江 溫州 325035)

工程教育認證的實施,對學生的綜合能力和創新能力提出了新的要求,而傳統的機械類專業的實踐教學已不能滿足現今培養人才的需要。分析了國內高等工程教育實踐教學現狀,提出機械專業類實踐教學體系的改革思路,從實踐教學方法創新、實踐內容改革、實踐教學團隊建設和實驗室管理模式4個方面展開了探索,推動工程教育改革和專業建設,提高工程質量教育。

工程教育認證； 實踐教學體系； 機械類專業

2006年教育部正式啟動我國工程教育專業認證試點工作,核心是確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求,是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價。它是國際通行的工程教育質量保障制度,也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎,要求學生具有扎實的專業知識,較強的實踐能力和創新能力[1-3],從而達到解決復雜工程問題能力的目標。實踐是工程專業的根本,實踐教學是高校工程教育的重要環節,它是提高學生實踐能力和人才培養質量的重要途徑[4-6]。

1 國內高等工程教育實踐教學現狀

近年來,國內很多高校在工程實踐教育方面做了有益的改革和探索,并取得了一系列的成果,但從培養的工程人才來看,實踐教學質量不高,學生普遍實踐動手能力和創新能力不足。我國高等工程教育實踐教學主要存在以下問題:

(1) 工程教育實踐教學缺位。在具體的課程設置和教學安排上,實驗課程的比重下降,生產實習時間大幅壓縮,學生動手操作機會少,多是參觀，并未參與其中[7]。另外,由于學生規模較大,實踐教學條件在很大程度上不能滿足實踐教學的要求。

(2) 教學設計落后,實踐活動缺乏層次性。隨著時代步伐的闊步前進,傳統的教學體系已不適應現代工程師的培養。以校內工程實訓為例,其主要內容是熱加工、冷加工、電工、裝配與制作工藝以及現代加工技術的介紹與培訓,缺乏對工程背景、工業流程和人因工程等內容的設計,不利于學生系統思維的培養[8]。同時,實踐活動缺乏層次性,一方面,實驗項目相對獨立,涉及到的知識點較為單一,關聯性不強；另一方面,校外實踐教學中的認識實習、生產實習、畢業實習之間沒有明顯的梯度和層次。

(3) 實踐課程建設相對滯后。一方面,在課程安排上,基礎性、驗證性實驗偏多,內容大多是驗證教學內容和理論知識,沒有系統地把解決復雜工程問題融入到實踐教學中,創新性、綜合性不夠；另一方面,實踐教學方法深入的研究和創新,探究式、研究式教學方法未得到較好的應用,學生難以發揮學習的主動性[9]。

(4) 實踐教學師資呈現邊緣化趨勢。從實踐教師隊伍的質量來看,教師的工程素質和實踐經驗不足,缺少具有豐厚工程背景又有學術水平的“雙師”型教師。師資隊伍力量的薄弱,導致實踐教學水平層次低,不利于學生能力的培養。

2 構建實踐教學新體系

在專業認證通用標準和專業補充標準基礎上,以工程素質培養為核心,工程能力逐步達成為主線(遵循知識認知循序漸進的原則,從簡單到復雜,從一般到先進,從單一到綜合,使學生逐步掌握適應崗位要求的工程能力),以校內實踐場所、企業環境相結合為途徑,以實驗實訓、企業實習、項目教學、學科競賽相融合為手段,實踐內容由淺入深,實踐覆蓋面由窄到寬,構建包括基礎實踐、專業實踐、職業實踐、綜合實踐和創新實踐5個模塊層次的實踐教學體系,如圖1所示。

圖1 基于能力進階的實踐教學新體系

(1) 基礎實踐模塊主要由基礎課程實驗、社會實踐、企業認知實習等基礎實踐教育環節構成,旨在培養學生的基本技能和工程意識,為學生后續工程實踐能力的培養打下良好基礎。

(2) 專業實踐模塊主要由專業課程實驗、課程設計、CDIO二級項目、機械工程訓練等實踐教育環節構成,旨在培養學生初步的工程設計能力和專業技能。

(3) 職業實踐模塊主要由計算機輔助設計與制造、企業培訓等職業技能培訓構成,旨在促進學生熟練掌握某項專業職業技能,以滿足企業工作崗位(群)對工程人才的要求。

(4) 綜合實踐模塊主要由CDIO一級項目、企業崗位實習和畢業設計等綜合性實踐環節構成,旨在系統、全面地培養學生的綜合分析和系統設計能力,最終具備解決復雜工程問題的能力。

(5) 創新實踐模塊主要由學科競賽、學生科研項目等創新性實踐環節構成,旨在培養學生的創新精神、工程實踐能力和團隊協作能力。

3 新體系下的實踐教學改革與探索

借鑒國內其他高校機械類專業實踐教學建設經驗[10-11],從以下4個方面進行積極的改革與探索。

3.1 改革實踐教學方法,強化學生工程實踐能力

轉變傳統的“滿堂灌”教學模式,貫徹“學生為主體、教師為主導”的教育理念,增強學生的參與意識,啟迪學生積極思考,從而提高實踐教學的針對性、吸引力和感染力。一方面可采用研究式教學、討論式教學、引導式教學、啟發式教學、案例式教學等多種實踐教學方法,激發學生的學習興趣和熱情,實現教師與學生的雙向良性互動；另一方面借助校內外實訓實踐基地,通過虛擬教學法、項目驅動教學法、逆向式教學法,不斷增強學生的工程創新意識和實踐能力。

(1) 虛擬教學法。虛擬教學法圍繞企業對職業技能的實際需求,以提升學生工程實踐能力為核心,以培養“零適應期”的工程師為目標,通過校企合作,建設與企業生產運行相同的校內專業虛擬實訓平臺和校企聯合專業實驗室,模擬企業真實工程環境,實現學校育人與企業用人的接軌。例如:我校依托浙江省現代制造虛擬仿真實驗中心和國家級大學校外實踐教育基地“合興集團”,基于虛擬現實技術構建了“企業實習數字化工廠”虛擬實踐教學平臺。通過該平臺,學生以企業員工角色進入虛擬環境,學習企業的管理規章制度、生產安全規范,了解設備操作、結構組成和工作原理,熟悉企業生產流程、加工工藝和車間布局,并完成相應實驗項目。在通過相關考核后員工角色等級將逐級提高,學習內容也逐步深入,以此激發學生的學習興趣和熱情。

(2) 項目驅動式教學法。根據企業的需求,以教師的工程研究項目或學生創新創業的科技立項為載體,依托校內完全開放的實驗實訓平臺環境和創客空間,激發學生對工程問題的興趣和學習的主動性,提升學生的工程創新意識和實踐能力。同時,通過參加各類大學生科技活動、競賽集訓以及國家、省和學校各級各類的創新創業計劃項目,進一步鍛煉和提升學生的工程實踐能力。

近3年來,我校機械類專業學生課外學生科技活動參與率達到72%,獲得國際競賽特等獎1項、金獎1項、銀獎2項；獲得國家級學科競賽一等獎8項、二等獎5項；獲省級競賽獎項25項；9個學生項目被列為國家級創新創業訓練計劃項目,12個項目被列為省級大學生科技創新活動計劃(新苗)項目,獲授權專利78項。

3.2 基于CDIO模式的實踐內容改革

改變傳統實驗教學內容以演示性、驗證性項目為主的模式,引入國際CDIO[12]工程教育理念,從市場需求出發,打破各門課程的界限,拓寬實驗內容范圍,構建包含構思、設計、實施和操作等環節的綜合實踐項目,通過“做中學”培養學生既掌握工程基礎理論和專業知識,又具有較好的工程素質、創新能力、實踐能力和團隊合作能力。

例如,“機器換人”是裝備制造業發展的趨勢,是推動傳統制造業實現產業轉型升級的一項重要舉措,可利用機器手、自動化控制設備或流水線自動化對企業進行智能技術改造,達到“減員、增效、提質、保安全”的目的。在實踐教學中,加強學生在自動化生產線知識方面的運用,培養學生解決企業實際問題具有重要的意義。因此,基于CDIO模式的自動化生產線設計綜合創新實驗和實踐項目,能夠實現學生從被動接受教育到自主創新、設計和實施的轉變,體現個人能力、職業技能、團隊合作精神和溝通能力。實施流程如圖2所示。

圖2 綜合創新實踐項目實施流程

3.3 工程化實踐教學團隊建設

高校教師的工程實踐經歷是其能否勝任工程人才培養重任的基本要求,目前具有豐富工程實踐經驗的實驗教師極其缺乏,多數教師是從大學畢業又直接走進大學的,沒有企業工作經歷。因此,校企聯合建設一支具有豐富工程實踐經歷、滿足工程技術人才培養要求的高水平專、兼職實踐教師隊伍是保障工程人才培養質量關鍵所在。

(1) 圍繞專業核心課程群,校企合作構建實踐教學團隊。以專業核心課程群為基礎構建專業實踐教學團隊,團隊由校內專任教師和企業兼職教師組成。企業兼職教師的加入使團隊能及時了解企業生產現狀與發展需求,實時進行實踐教學內容的更新和補充,提升團隊的工程應用背景。2013年至今,聘請企業兼職教師來校主講“模具設計”“現代機床夾具設計”等課程的部分內容。

(2) 實踐教學團隊的主要職責。一是以將知識轉化為工程能力為教學改革目標,積極開展實踐教學研究和實踐課程建設；二是指導學生在企業完成畢業設計任務,畢業設計選題均應來自企業生產實際；三是承擔CDIO項目制教學的指導和管理工作,在項目實施過程中著重培養學生專業技能、實踐能力、綜合素質,提升人才培養質量。

(3) 建立專職教師到企業掛職鍛煉的制度。與溫州區域經濟結合,選擇具有產業特色的企業,安排沒有實踐經驗的教師到企業掛職工作半年至1年,參與企業實際工程項目或研發項目,以獲得比較豐富的工程實踐經歷,提高工程實踐能力。2013年至今,已選派10位教師到合興集團、精工閥門等企業掛職。

(4) 制定從企業聘請兼職教師的制度。通過多種方式、多種途徑,大力引進具有豐富工程經歷的實踐教師,選聘實踐經驗豐富的高水平工程專家和管理人員到學校任教,承擔實踐環節的教學任務,或擔任本科生的聯合導師,承擔培養學生、指導畢業設計等任務。2013年開始,我院先后聘請了14位具有工程背景的企業工程師擔任學生在企業學習階段的指導教師。

3.4 完善實驗室開放管理模式與運行機制

實驗室開放有利于培養學生的自學能力,實踐能力和興趣,充分激發學生的自覺性、獨立性、積極性、主動性和創造性,同時也有利于提高實驗室資源利用率,促進實驗室和教師隊伍發展及實驗教學水平的提高。

(1) 實驗中心建立了完善的實驗管理系統和門禁系統。實驗室實行24 h全天候網上預約的模式。學生可以通過手機、微信等方式進行預約,得到授權后可以刷校園一卡通進入實驗室,完成實驗、網上提交實驗報告。教師可以通過實驗平臺遠程監控實驗過程,網上答疑、批改實驗報告、統計實驗數據。既方便了廣大學生,又減輕了實驗教師的指導工作量,極大地調動了廣大教師參加實驗室開放工作的積極性。

(2) 明確職責理順實驗室管理體制。完善實驗室管理體系,實現對教學實驗室、科研實驗室和各級重點實驗室的統一管理,制定“實驗室開放安全制度”“溫州大學機電工程學院實驗室開放管理辦法”“溫州大學機電工程學院課外學術活動基金管理辦法” 等規章制度,在確保實驗室安全開放的基礎上,明確了實驗室開放過程中涉及到的各類人員的職責,推動了實驗室的有序開放。

4 結語

在工程教育認證標準基礎上,分析國內高等工程教育實踐教學現狀,提出以學生為中心、學生學習產出為導向,建立全新的實踐教學體系。從實踐教學方法、實踐內容、實踐教學團隊建設和實驗室管理模式4個方面進行改革,充分利用校內外各種教育環節和實踐資源,將有利于學生工程實踐能力培養的各種實踐性課程、教學環節和實踐活動整合起來,使學生的工程實踐能力的培養貫穿于人才培養的整個過程,滲透于教學的各個環節,實現工程能力的逐步達成。

References)

[1] 彩紅,毛立民,孫志宏.加強學生綜合實踐能力培養改革機械專業實驗教學[J].東華大學學報(社會科學版),2010,10(3):246-248.

[2] 劉福德,何玉輝.機械工程專業課程的層次化與模塊化實驗教學體系改革探索與實踐[J]長沙鐵道學院學報(社會科學版),2012,13(1):79-82.

[3] 孫青,艾明晶,曹慶華. MOOC環境下開放共享的實驗教學研究[J].實驗技術與管理,2014,31(8):192-195.

[4] 米吉.機械類專業實踐教學體系改革與實踐創新能力培養研究[J].中國電力教育,2011(25):148-149.

[5] Antar, Mohamed A. The role of virtual experiments in applying the principles of good practice in teaching[J].Standards of Excellence and Creativity, 2013(32):188-193.

[6] 王殿君,焦向東,王偉,等.新版機械電子工程專業培養方案的研究與實踐[J].安徽師范大學學報(自然科學版),2009,33(1):132-134.

[7] 曲永印,孫麗霞.緊扣核心能力構建工程人才培養體系[J].中國高等教育,2013(9):41-43.

[8] 賈衛平.工程教育背景下的應用型機械類人才工程[J].實驗技術與管理,2015,32(1):38-41.

[9] Cohen K, Katz R.Teaching mechanical design practice in academia[J].Procedia CIRP, 2015(36):177-181.

[10] Lu Q Q, Wu Y F, Sun S L.The Construction and Practice of Teaching Method for Mechanical Principles Integration Course Based on CDIO[J]. Advanced Materials Research, 2012(591/592/593):2171-2174.

[11] 許澤銀,徐強.機械設計制造及自動化專業模塊化教學改革與實踐[J].合肥學院學報, 2015(4):78-81.

[12] Yao G Y, Ma H J, Li Q S,et al.The research and practice of teaching reform in mechanical design based on educational philosophy CDIO[J]. WIT Transactions on Information and Communication Technologies, 2014(56):609-614.

Reform on practical teaching system for mechanical majors under background of engineering education accreditation

Lin Liqu, Zhou Chen, Jiang Rui, Wang Xiaoqian, Zheng Beirong, Shen Yunde

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China)

The implementation of engineering education accreditation has put forward the new requirements for students’ comprehensive ability and innovative ability, and the traditional practical teaching for mechanical majors cannot meet the needs of the talent cultivation nowadays. The current situation of the practical teaching of higher engineering education in China is analyzed, and the reform idea for the practical teaching system of mechanical majors is proposed. From the following four aspects: the practical teaching method innovation, the practical content reform, the practical teaching team construction and the laboratory management mode, the exploration is carried out so as to promote the engineering education reform and the professional construction, and improve the engineering quality education.

engineering education accreditation； practical teaching system； mechanical majors

G642.0

: A

: 1002-4956(2017)09-0204-04

2017-03-21修改日期:2017-04-26

高等教育教學改革項目“工程教育專業認證背景下機械類專業實踐教學改革與探索”(jg2015157)；高等教育教學改革項目“地方高校卓越計劃企業學習階段的運行機制探索與實踐”(jg2013153)

林禮區(1980—),男,浙江溫州,工程碩士,實驗師,研究方向為機電一體化.

E-mail:270155295@qq.com

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.052