金字塔實踐教學體系在機械設計專業(yè)中的研究與應用

閆國棟+馮勇+高成沖+賈丙輝

【摘要】當前高等工程教育依然存在偏理論、輕實踐，以及實踐教學投入不足，實踐設備陳舊落后，或者未能充分創(chuàng)造實踐條件和實踐環(huán)境等問題，導致學生創(chuàng)新實踐能力不足。通過構建金字塔實踐教學體系，并將其應用到機械設計實踐教學中，從教和學兩方面采取一系列具體措施，循序漸進的培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新思維，取得了良好效果。

【關鍵詞】機械設計 金字塔 實踐教學

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）46-0213-02

一、引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃” 是為了貫徹落實黨的十七大關于走中國特色新型工業(yè)化道路、建設創(chuàng)新型國家、 建設人力資源強國等戰(zhàn)略部署而提出的高等教育重大改革計劃， 旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、 適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質量工程技術人才[1]。但是，當前高等工程教育依然存在偏理論、輕實踐，以及實踐教學投入不足，實踐設備陳舊落后，或者未能充分創(chuàng)造實踐條件和實踐環(huán)境等一系列問題[2]，導致培養(yǎng)的受過高等教育的畢業(yè)生雖然掌握了豐富的理論知識，但是實踐動手能力很差，缺乏主動創(chuàng)新意識和創(chuàng)造精神，不符合“卓越工程師”的培養(yǎng)要求，達不到企業(yè)的工作標準。為了培養(yǎng)素質全面、實踐創(chuàng)新能力突出的機械設計工程師，在“回歸工程”理念指導下[3]，針對機械設計實踐教學教學，設計了金字塔式實踐教學體系[4]，重構了與實踐教學體系匹配的教學課程體系，并將其應用到機械設計實踐教學中，取得了良好的效果，顯著提升了學生的實踐創(chuàng)新能力。

二、金字塔實踐教學體系

按照培養(yǎng)工程機械卓越工程師的教學要求，遵循理論教學與實踐教學“兩條線路、獨立開課、同步推進、相互支持”的原則，采用標準定制與個性定制相結合的手段，設計了金字塔式實踐教學體系，并制定了相應的質量標準以及評價方法，其主要內容包含以下幾個方面，如圖1所示。

標準定制驗證性實踐包括：認知實驗和課程實驗兩部分，主要在大一和大二兩個階段開展。主要根據(jù)課程內容講授的需要，通過在企業(yè)或學校實驗室開展標準實驗以驗證課程內容的方法，是課堂內容講授的有益補充，有利于對課程知識的理解和加深。標準定制項目實踐主要在大二下學期和大三上學期兩個階段開展，本著學科交叉融合、工程實踐綜合訓練的思想，將多個傳統(tǒng)課程設計轉變成一個多學科的綜合課程設計環(huán)節(jié)，籍以營造真實的工程設計環(huán)境，這種改革不僅可以提高學生的綜合實踐能力、數(shù)字化設計能力及撰寫科研論文的能力，更能因課程設計環(huán)節(jié)總學時數(shù)的減少而促進集成化課程體系的建立。個性化定制拓展實踐環(huán)節(jié)則主要在大三下學期和大四兩個階段開展，主要面向就業(yè)需求，依托現(xiàn)有的省級實踐示范中心、地方中央共建項目及校企人才培養(yǎng)基地的開放實驗室環(huán)境和條件，鼓勵學生根據(jù)自己的專業(yè)能力和未來就業(yè)的定位，自己選定實踐項目（既包含本專業(yè)實踐項目同時又可包括諸如：管理、人文、理學等相關學科專業(yè)的實踐項目），通過實踐項目的訓練夯實專業(yè)基礎，完善綜合素質，提高就業(yè)競爭力和就業(yè)適應度。

金字塔式實踐教學體系根據(jù)工程機械教育特點，先從基礎性、驗證性實踐開始，逐步過渡到需要應用多門學科的綜合性項目實踐，采用循序漸進的方式培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新思維，為后續(xù)激發(fā)學生創(chuàng)造潛能，開展個性化拓展實踐奠定了基礎。

三、實踐教學課程體系

為了充分發(fā)揮金字塔實踐教學體系的作用，提高學生的實踐創(chuàng)新能力，重構了與其相匹配的機械設計實踐教學體系，主要由計劃內必修實踐環(huán)節(jié)和課外選修實踐環(huán)節(jié)兩部分構成。主要必修環(huán)節(jié)有：工程制圖測繪、CAD上機、電工電子實習、專業(yè)認知實踐、金工實習、機電傳動控制課程設計、機械產(chǎn)品設計實踐、機械制造技術實踐、機械設計生產(chǎn)實習、機械產(chǎn)品綜合設計，綜合實踐和畢業(yè)設計等，如圖2所示。

四、具體應用措施

實踐教學包括教和學兩部分，既要有經(jīng)驗豐富、循循善誘的專業(yè)教師，又要能激發(fā)學生的學習探索興趣，教學相長，才能取得事半功倍的效果[5]。因此從教和學兩方面采取了一系列措施，保證金字塔實踐教學體系能夠貫徹實施到具體教學過程中。主要采取的措施包括以下幾方面：

（1）鼓勵教師到生產(chǎn)、建設、管理、服務第一線進行專業(yè)實踐和考察，或到學校實訓基地和產(chǎn)、學、研三結合基地進行鍛煉（或工作），使教師跟上工程設計制造技術快速發(fā)展的步伐，促進教師加大從學科專業(yè)型向專業(yè)與技能綜合型轉變的力度，鼓勵并培養(yǎng)青年教師參與各類橫向課題，鍛煉工程應用能力。

（2）改進實驗教學方法。在實驗教學中，改變過去只能按照“實驗指導書”進行簡單操作的方法，首先根據(jù)課程內容，告知學生某實驗的目的和要實現(xiàn)的目標，由學生個人或自由組合構成若干小組，擬定實驗方案，確定實驗方法，再分別在課堂上介紹和講解，與大家共同討論方案的先進性、可行性等；隨后，再根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件來分析具體可開發(fā)出實驗的原理和方法，對于最終實驗結果也是以組為單位進行講解分析，充分調動學生參與的積極性和能動性。

（3）開發(fā)特色化實踐項目。突出知識能力的共性化要求，強調個性化發(fā)展的項目驅動式團隊課程設計改革。項目課程實施貫穿整個學年或學期，1個班級分成5-7個團隊，分別由不同的教師指導。學生成績由團隊成員互評、答辯、指導教師綜合初步評定成績，經(jīng)班級各團隊公開講演答辯后，決定最終成績。教學過程中，已經(jīng)完成了踝關節(jié)康復機器人的設計及制作、面向助力機器人的液壓驅動裝置的設計以及輸電塔攀爬機器人越障機構的設計與制作等5個項目的技能實訓。這些團隊化特色化實踐項目的展開培養(yǎng)了學生獨立思考縝密分析的素質，塑造了“人人為我，我為人人”的團隊精神，實物模型的加工制造也增強了他們的實際動手能力，受到學生的歡迎。

（4）完善畢業(yè)設計管理體系。為進一步提高本專業(yè)本科畢業(yè)設計（論文）質量，并針對和糾正以往教師指導學生不均衡等問題，同時充分考慮學生的個性成長與專業(yè)興趣，應用網(wǎng)絡化管理平臺，重點對整個畢業(yè)設計（論文）過程管理中的審題選題的方式方法、過程檢查與管理以及答辯過程管理、優(yōu)秀指導教師評選等進行了全面、大幅度、全方位的系統(tǒng)性、綜合性改革，并制訂了一套本專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）指導教師考核評價體系與辦法。

（5）鼓勵指導學生參加各種比賽，創(chuàng)造條件培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在國家實施科教興國和人才強國的戰(zhàn)略部署下，國家、社會以及學校等都給大學生提供了一定的科研項目競賽，比如全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、 全國大學生工程訓練大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等競賽。在第十屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽中，我院參賽師生不僅勇奪機械類最高獎項——團體一等獎，還榮獲機械類個人全能一等獎2項、二等獎2項，建模一等獎3項、二等獎1項。

（6）加強校企合作，實踐與生產(chǎn)相結合。以項目為載體，將實踐教學貫穿于整個培養(yǎng)全程，強化實踐教學的系統(tǒng)性、工程性、探究性和有效性。通過南京康尼、上海立新、蘇州創(chuàng)力、南京康翔等企業(yè)簽訂實踐協(xié)議，推進與所建立的實踐平臺、校外導師間的實質性合作，并進一步實施校外實踐環(huán)節(jié)的實踐內容、形式和考核方法改革，有效實現(xiàn)課內與課外、校內與校外的交替互補。

五、結語

按照培養(yǎng)“卓越工程師”的知識能力和素質要求，制定了金字塔實踐教學教學體系，并作為指導思想制訂了與之配套的實踐教學體系和一系列實踐教學措施，對于全面提升學生綜合素質，切實加強學生工程意識和實踐能力起到了良好效果，使學生既能了解學科發(fā)展前沿又能掌握服務社會的必要技能，為日后成為一個合格的工程技術人員打下了堅實基礎。

參考文獻：

[1]肖春.面向卓越工程師培養(yǎng)的學科競賽體系探索[J].浙江工業(yè)大學學報：社會科學版，2011（2）：205-209.

[2]陳召君.關于提高大學生機械創(chuàng)新能力的思考[J].山東工業(yè)技術，2015（12）：194-194.

[3]閆國棟，馮勇，張長東，等.基于“回歸工程”理念的機械設計實踐教學研究[J].課程教育研究，2016（19）.

[4]胡湘娟，楊毅.“金字塔”實踐教學體系建構[J].科技風，2015（3）：215-215.

[5]王燕燕，張軍峰，張東生.大學生機械創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的研究與探索[J].西部素質教育，2015，1（15）：39-39.

作者簡介：

閆國棟，男，副教授，1986年8月生，博士，主要從事機械設計與制造、計算機圖形學方面的研究和教學工作。endprint