與數字化在線教育平臺相融合的生產實習改革措施研究

程 博，張 烜，蘇進展，封 碩

（長安大學 工程機械學院，陜西 西安 710061）

0 引言

隨著制造業發展戰略的提出，制造業向“高端化、智能化、自動化”的方向發展，對綜合性高素質創新型人才有了更加迫切需求，對相關專業本科生的培養也提出了更高的要求。與此同時，每年國內有將近千萬人數的本科生畢業后，超過50%的學生選擇考研計劃繼續深造學習[1]，想要順利開展和完成科研工作，需要學生在本科學期期間具備良好基礎，其中擴大知識儲備，加強動手和實踐能力，對工程問題的認識能力和解決思路是必不可少的。

在此前提下，工科專業課程體系和教學方式需要加強所學內容的實用性、交叉性與綜合性，需要關注學生的實踐和創新能力的培養。而生產實習的作用體現在讓學生們總結和加深認識所學核心專業課程，承擔著為課程設計、畢業設計做準備，為就業和繼續深造探索方向的任務。由此可見，在制造業強國的新形勢下，對生產實習的教學模式和教學方法進行諸多嘗試和改進是絕對有必要的[2-6]。

1 在企業中進行生產實習的現狀

（1）從企業方面說，目前形勢下，能夠被選為高校實習基地的制造業企業，一般都生產計劃飽滿，工人工作任務繁忙，生產線和加工流水線忙碌。在這種氛圍下學生們通過參觀，能夠對制造過程產生較為直觀的認識，但對生產環境、工人工作情況的了解又是相對片面的。工廠為了避免影響生產進度，又出于人身安全考慮，多數企業不再允許學生進行實訓操作，得不到動手實踐的情況下，學生的專業知識無法得到深刻理解，生產實習更像是“走馬觀花”，實習效果大打折扣。

（2）從實習帶隊的教師方面分析，隨著高校的發展，青年教師的比例逐漸增加，教師們學歷很高，科研能力也出眾，但大多數缺乏在企業中的實際生產和工作經歷。與之相對應的是，通常的生產實習過程是學生們沿著指定的路線進行參觀，伴隨著傾聽企業技術人員講解有關的知識點；由于學生人數眾多，實習隊伍多數為一字長蛇陣，首尾相距甚遠，學生們又不能太靠近操作工位或停留時間過久，這種情況下，就需要帶隊教師給學生們做出答疑解惑，就可能會出現學生得不到理想答案的情況。此外，考慮其他眾多因素的影響，改善和提高帶隊教師們的能力是有必要的，以達到預期的實習效果和教學目標。

（3）分析參與實習的學生行為可以看出，在實習隊伍龐大及人數眾多的情況下，雖然有企業技術人員的講解，還是會出現“看不清，聽不見，問不到”的狀況；實習過程中，學生出現態度懶散及不遵守安全制度的情況，導致實習流于形式。因此，結合熟悉實習現場設備情況，引導學生了解行業的前景和發展現狀，并與個人興趣以及對未來工作崗位期望相結合，著力培育學生“精益求精、追求卓越”的工匠精神，培養學生職業精神，吃苦耐勞品質以及團隊合作意識，為學生職業生涯的發展奠定了基礎。

（4）2019年新冠病毒爆發以來，不僅僅嚴重影響了社會的生產、生活和各種舊有習慣的改變，也對學生們的學習和生活方式產生了嚴重干擾，隔三差五的校園封閉和靜態管理，持續幾周的在線上課和學習屢見不鮮，另外一方面卻在很大程度上刺激了在線教育技術的長足進步。如此一來，若能有效利用在線教育平臺大量資源共享和模擬實踐操作的優勢，并且與工廠實地參觀的生產實習相互融合，可以最大程度上達到強強聯合的效果。

綜合以上4個方面的因素，進行生產實習的教學改革勢在必行。可以考慮，結合線上教學和數字化教育的優勢，發揮青年教師的特長，通過科研項目，各種競賽項目、校企合作項目引導學生們積極參與，不僅能夠鍛煉學生們的能力、發展新型的師生關系，還能達到幫助學生尋找符合自身的工作技能增長點、發掘學生感興趣的科研方向的目標。最后建立以學生、企業和教師三方面的綜合性閉環反饋評價體系，完成對生產實習過程的持續改進和提高。

2 改革措施

2.1 建設資源共享的信息化數字化在線教育平臺

在全球新冠肺炎疫情肆虐的背景下，在線教育軟件技術得到了長足的發展，也為實踐類課程帶來了新的發展機遇和挑戰[7]，通過數字化技術手段，建立校內虛擬仿真生產實習的在線教育平臺，其功能模塊主要包括：

（1）先期學習和參觀歷程資料

主要以視頻和PPT等多媒體資料，介紹先進的朝陽性制造業的龍頭企業，比如華為、比亞迪、理想和特斯拉的生產車間設備及生產線的運行，給學生們展示典型的制造業的各個分廠傳統加工工藝。除此之外，針對涉及的機器人控制、無人駕駛、機器視覺、路徑規劃等等技術環節內容，額外講解的知識點和視頻。

通過PPT、照片、錄音、視頻等形式，把往年的教師和學生們參觀過的各個企業經歷，包括各種設備、加工過程、安全規章制度及其他額外注意事項等等，詳細的展現出來，讓學生們對將要去的企業生產狀態提前有直觀的認識和體驗。

這些線上教學資料，播放時間長度不需要太長，隨時隨地皆可以觀看，有助于學生利用個人零散時間學習。通過視頻可以讓學生們了解到制造業的廣闊應用前景，樹立愛專業、愛行業、愛崗位并為之奮斗的決心。

（2）通過建立在線仿真平臺熟悉工廠狀況和模擬實踐操作

通過企業的科研技術人員的在線講解和操作，展現他們的日常崗位工作內容和工作職責，針對某一零件的加工工藝如發動機曲軸，強調學習相關應用軟件（如Pro/E和solidworks）的重要性；也可以由各有所長的教師們，針對不同的軟件做出演示操作，幫助學生們更快更好地熟悉和掌握軟件，如CAD/CAM、UG、ANSYS、ABAQUS、HyperMesh。此外，也可以涉及電氣設計常用的如PLC編程，數控編程、機器人建模與編程方面的軟件。所有軟件的學習過程均應該是結合課程設計和畢業設計題目、科研項目、機械創新大賽等具體應用對象有的放矢進行，這在很大程度上能夠激發學生們發掘自身潛力、興趣點，以及技能增長點所在，為將來就業選擇適合自身的行業、企業和崗位指明了方向，也為塑造愛崗敬業的職業精神奠定了基礎。

此外，必須強調，學生的在線學習和模擬操作，應該與實驗室實物對象操作相配合。通過在線學習，觀摩和學習經典產品如曲軸、凸輪軸、齒輪、箱體零件、軸類等產品的加工工藝實況錄像之后，畫出裝配圖和零件圖，在已掌握專業理論知識的基礎上，進行相關零件工藝規程的編制。此外，可以結合實驗室舊的機床設備、電機及其控制系統、PLC控制實驗臺等，進行原理分析、線路設計、實物系統的拆分和復原、故障分析等實踐操作，以便學生們熟練掌握相關知識和軟件，提高實踐動手能力。

（3）以在線平臺為依托，多方位加強信息溝通

青年教師和學生們年齡接近，溝通起來比較順暢，可以充分發揮青年教師們學歷高及科研能力出眾的特點，若有在企業博士后流動站工作經歷的青年教師，可以介紹和分析行業和企業生產中的技術問題，啟發學生們組成5人以下的小團體，共同配合老師一起尋找解決技術方案，學習相關知識和軟件。例如，在實習參觀的車間中得到廣泛應用的AGV小車，現在已經進一步進化為物流配送車，其技術涉及了智能控制、無人駕駛、機器視覺，路徑規劃算法，通訊系統設計等等，在國內多個大學校園里已經開始應用；同時，成百上千臺AGV小車組成的集群，在大型物流的倉儲中，實現了高效的協同工作。針對這兩種產品技術，青年教師帶領學生團隊，通過研究所涉及的相關技術，鍛煉了學生解決技術問題能力。青年教師也可以闡述自己在求學期間的先進科研方向和項目研發過程，包括科研方向的熱點和難點所在，研究思路和技術路線的曲折產生過程，所應用的理論和知識，涉及的相關應用軟件的學習等等，幫助學生梳理脈絡。

同時，邀請本專業的優秀往屆畢業生們，在線上平臺做演講并錄制視頻，現身說法，起到引路人的作用。如果是參加工作的，請他們著重介紹所處行業和企業狀況，自己崗位職責和工作內容，自己的進步過程和心路轉變歷程，提醒后來者應該在校期間應扎實的學習哪些專業知識和應用軟件。也可以結合將要參觀的企業，介紹其分廠車間加工工藝及電氣設計等領域內容，使得學生們進入工廠參觀后，不再是“外行看熱鬧”，而是“內行看門道，通過參觀學習，思索定位，尋覓未來適合自己的工作崗位；如果是讀研究生繼續深造的往屆畢業生，可以請他們介紹自己做科研之前的知識儲備的準備情況，尋找適合自己感興趣的科研方向的過程，以及從事科研工作期間所學習的知識點，所應用的軟件的學習，以及所從事的科研方向的熱點與發展前途等等，有助于計劃繼續深造的學生們提前開始做各方面的準備工作。

2.2 實習基地參觀過程的優化

以機械大類專業本科生為實習對象，湖北十堰汽車城為實習基地，實習時間為3～4周，派遣帶隊教師到制造企業中實地考察之后，詳細分析可能要參觀實習的所有車間、分廠和公司，進行組合優化，然后做出適當的調整：

（1）優化選擇分廠和車間

選擇參觀車身殼體零部件的沖壓分廠，其包含了模具成形與設計，在焊接車間中也可以觀察到3個工業機器臂之間的協調控制以完成電子束焊接的場景，其中，亦涵蓋了諸多電氣、電子和控制方面的知識，就這需要帶隊老師積極講解，引導和啟發學生主動提問和學習，結合在線學習平臺上的資源，以便獲取更詳盡的知識點，由此形成一個閉環的學習過程，有助于擴大學生的知識范圍，培養理論聯系實際的能力。

通過參觀整車裝配流水線，可以觀察到眾多的AGV小車是通過集群控制，實現彼此之間協調工作的，在前期進行在線學習相關電控技術軟件之外，教師們也可以給學生講解期中涉及車間調度、物流分配等基本智能算法知識，其中又涵蓋了機器人學、機器視覺、傳感器技術、嵌入式系統等內容，這都是現在的新能源、電動汽車、無人駕駛、智能控制以及機器人行業的基本技術，也是本科生所學核心課程的具體應用實例。通過以上，學生們增加了對這些領域的興趣。

（2）增強機電一體化設計動手能力

2.6 BRMS1、CD82、KISS1、TIMP1在侵襲性乳腺導管癌中mRNA表達降低 與非侵襲性乳腺導管癌相比，在侵襲性乳腺導管癌中抑制乳腺癌轉移基因BRMS1、CD82、KISS1、TIMP1 mRNA 表達量均降低（P＜0.05），見圖6。

傳統的生產實習，過多偏向于強調了解和認知機械設備的原理、工作過程以及加工工藝。以數控加工的參觀為例，過往多聚焦于加工過程，夾具的設計和定位，刀具庫的運行等等?，F在的實習，是通過前期的在線平臺的模擬學習，結合車間的生產過程，再利用學校實驗室數控加工設備，培養學生熟練應用CAD/CAM、CNC仿真和編程軟件，完成了包括零件建模過程，加工工藝的編制以及其他數控程序的實現，可以更加有效地提高學生軟件編程實踐能力。

參觀AGV小車在車間的運行情況后，教師可以提議學生們做一個小項目，例如，在疫情狀態下，設計AGV集群實現校園無人送餐，派送購買商品及送藥品等等服務，以解決學生們的基本生活需求問題。在項目取得初步成果之后，也可以由老師和學生組團，積極參加諸如機械創新大賽之類比賽，做進一步的完善和改進。由于項目中涵蓋了多個領域的知識，是一個機電一體化設計，因此能夠培養學生在車體設計、電機控制、智能算法、傳感器技術、軟件編程等方面的綜合能力。

在分廠和車間的參觀過程，不僅僅是一個走馬觀花的大致瀏覽，而應該是學生和教師互動，教師啟發式的提問、激發學生們的靈感，達到培養學生學會利用技術解決現實問題的興趣，是一個讓學生們學習動腦動手的實踐培訓過程。

（3）初步塑造職業素質和職業精神

首先，通過實地參觀企業的技術人員們的工作環境，了解他們的日常工作內容，在學生們心中播下一顆種子，使他們做好成為技術人員的心理準備；其次，邀請企業專家做先進事跡匯報會，例如給學生們講解14檔變速箱的研發過程，其中就經歷了多少坎坷曲折的磨難，凝聚了無數的技術研發人員的心血，體現出來的不僅僅是克服技術難題的多次反復糾錯過程，也有眾人百折不撓，屢敗屢戰的勇氣和精神。此外，專家也可以講解有關的企業技術保密事例，懂得維護企業的技術機密，學會時刻警惕，具有高度安全和保密意識，以保護企業、行業、甚至是國家的利益；最后，通過學生們寫實習報告，探討從事科研技術工作所應該具備的道德倫理和心理，培養對行業和崗位的熱愛精神，樹立從事制造業工作的自豪感，為以后從事相關工作，或者進一步深造以后成為科研人才，做好個人思想境界上的準備。

2.3 加強師資隊伍建設，建立良好的師生關系

（1）提高教師實踐能力

學生實習參觀過程中會碰到大量的機床設備，其工作過程可以盡收眼底，但是內在的傳動過程、運動機理以及電氣系統工作原理卻無法直接看到?？梢怨膭钋嗄陮I教師做專題講座，講述涉及CAD/CAE三維建模和軟件應用、PLC編程和軟件操作、電氣原理設計和作圖軟件等等；把講座延伸擴展為一般的機械設計，或者電機控制設計的普遍問題，進而轉化成為一個設計項目。如果能和企業的實際需求掛鉤是最好的，選題既要遵循現實性，又要有前瞻性，盡量邀請不同研究方向的教師都能加入，達到教師們彼此互相學習和提高的目的。最終，這些所有的資料，都匯聚于在線學習平臺，實現資源共享，以供學生學習。

也可以通過線上慕課的形式，鼓勵教師帶領學生共同學習，例如實驗室在擁有計算機室和軟件情況下，針對“數控機床加工與編程”這門課，學生們可以通過軟件完成三維建模，然后分析零件圖樣，確定加工工藝過程、計算走刀軌跡、得出刀位數據、編寫數控加工程序、制作控制介質、校對程序及首件試切等步驟。這樣就通過實訓操作，根據加工后的產品，來驗證畫圖和編程的正確性。

（2）通過參與科研項目，發展互助性師生關系

教師帶領學生們參觀實習的過程，也是發現和解決設計和生產過程中某些具體問題過程，由此轉化為一個普遍的技術難點問題，教師們通過和企業聯系，以共贏為目標，和企業一起申報產學研合作項目，提升教師解決問題實踐能力，同時，幫助學生們組建3-6人的科研團隊，由教師協調相關事項，啟發學生的思路，評估技術方案的可行性，最后和企業技術人員共同評估研究成果的實用性和轉化可能性。

反之，也可以由教師發掘一般的設計性問題。選擇具有廣闊應用前景和前瞻性的點，組織和帶領學生團隊，做課程設計或者畢業設計題目，通過參加機械創新大賽、機器人大賽、挑戰杯等國家比賽項目，進行持續不斷的改進和完善，再和企業商談合作，提升研究成果轉化可能性。

教師和學生組團的研究方式，避免了紙上談兵，有助于充分調動學生的科研積極性，在長期的互動過程中，學生自然而然的學習教師們從事科研的思維方式、技術路線的尋優過程，領略老師們的思想和品德。從而在多方面促進新型師生關系的改進，而教師也能給學生們起到言傳身教的示范作用。

（3）實現教師能力的共同提高

實習教師隊伍的搭建，一般是采用老人新人各占50%人數的搭配，提前熟悉實習企業的生產內容。針對往年的實習資料，介紹企業的生產布局、關鍵加工技術、產品設計制造基本原理、相關加工工序等等，由老教師負責進行介紹；由老中青教師們互相配合，通過數字孿生和數字化仿真等技術，完善和更迭往年培訓過程的相干資料，推陳出新；此外，在條件具備情況下，派遣青年教師們到實習基地進行實踐鍛煉，幫助教師提升工程實踐能力，提前積累工程經驗。

應當面向學生，學生們可以通過在線學習平臺網絡，提出自己參觀中感興趣的科學問題和技術疑惑點，由老師們做出詳細的解答。實習過程結束后，通過調查問卷的形式，調研學生們對實習過程不滿意的地方和需要改進的措施，形成以學習結果為導向的服務系統，把學生們的提問和教師們的解答，均上傳到在線學習平臺，轉化為論壇里的常見問題和學習資源。

2.4 實習的日常管理與線下教學

為了配合學生們每天的車間實習，在日常管理方面，需要做出適當的改變，真正實現對所學專業知識的綜合應用與實踐：

（1）從興趣點出發實現分團分組實習

與前期的線上平臺學習過程相配合和對應，根據學生們的興趣和特長，分成小組，在實際的參觀過程中，分別選擇由機械和電氣設計技術人員和教師們帶隊觀摩，針對不同的分廠和車間進行分組參觀，例如變速箱的故障分析和綠色可制造，多個機械臂之間協調合作的焊接操作系統、數控機床加工工藝的編制和編程；然后，在后期通過實踐參與不同的科研項目，提高學生們實踐動手能力。如果有具體的技術問題作為研究對象，要求各個小團體群策群力的進行創新研究，培養團隊合作精神和團隊作戰意識，后續回校之后繼續改進方案，最終達到滿意的目標。

（2）改善學生實習感受體驗

工廠車間中的噪聲較大，在不涉及保密的情況下，可以選用帶錄音功能的對講機給工廠技術人員講解，以及帶隊教師使用，學生們以接收耳機聽清講授內容，如此一來，可以在實習結束后通過回放反復聽講解錄音，以輔助提高學習效率。此外，如果遇到更加優秀和突出的企業技術人員的講解，帶隊老師也可給他們的講解拍錄視頻和錄音，在學習提高自身同時，這些資料也可作為后備資料，再經過后期制作，成為線上學習平臺共享資源，完成素材的更新迭代。

（3）加強學生動手實踐能力

首先，針對專業基礎知識的鞏固和加深。在3～4周的實習時間內，要求學生們每天寫實習筆記，在晚上實習結束后，要求學生們從加工設備、加工工藝，或者其他方面，充分闡述自己的所見所想，以每周兩次的頻率，教師們收集筆記，發現問題，給學生們回饋意見；與工廠的生產現狀相結合，針對后續的課程設計，畢業設計的題目，或者機械創新大賽、機器人大賽、挑戰杯等項目的選題，學生們可以通過在線網絡、微信、QQ和老師討論，明確項目中涉及的專業課程及知識點，逐步分析和確定解決問題的技術路線，加深對所學核心課程的理解，實現學有所用。

其次，培養學生們的動手能力。帶領學生們參觀辦公環境，通過聽取技術人員的演講，了解他們的工作崗位職責，以及日常工作內容。有助于幫助學生們了解成為一名機械工程師所應該具備的基本技能，如需要熟練Pro/E，CAD/CAM，Solidworks，ANSYS等軟件。想要成為一名電氣工程師，則需要掌握PLC，Eplan、CADe-SIMU、SCNC等軟件。在心理上形成一個角色預期，明白自己的技能增長點在何處，為將來進入工作崗位做好鋪墊。對于計劃繼續讀研讀博的學生來說，則結合自身的興趣，選擇參與密切相關的課程設計和畢業設計題目，或者教師們的研究課題，提前做知識儲備，以及學習相關的軟件等等。

通過在這兩方面的加強工作，均有助于學生成為一名優秀的科研技術人員，樹立他們的信心。

2.5 提高教師服務意識，建立打分評價體系和反饋調研系統

在建設制造業強國的形勢下，本著為社會培養更多優秀科研技術人才的目標，教師們應當改變以往的嚴師出高徒的莊嚴形象和一心塑造學生的心態，轉變為主動提高為學生們服務的意識。采取以線上學習平臺為依托，帶領學生組團參與技術問題和科研項目為途徑，期間通過大量的日常的溝通交流，讓學生們明白自己以后的路在何方，從而在思想境界、知識積累以及動手實踐能力培養都能給學生提供服務和幫助。

建立一個綜合性評價考察體系，評判的實習成績來源于兩部分。首先，對于在為期3周實習過程中的日常表現、實習筆記和實習綜合報告，分別給出合理評價分數。通過在線學習平臺，在3周的實習日期內，學生們可以通過在線平臺實現和帶隊教師的日?；?，交流和溝通碰到的工程技術難題和疑惑之處。教師也根據學生參觀車間的日常表現，是否有違紀情況，給出日常表現分數。對于實習筆記的撰寫，要求學生們記錄設備情況、生產管理和工藝規程之外，也可以寫自己的所感所想，畫出示意圖以及提出技術問題等等，教師們需要及時溝通，然后給出分數。對于學生優秀的寫作、提出的典型技術問題和溝通交流解答過程，則應該上傳到在線學習平臺作為共享資源；在實習報告中，要求學生針對自己印象最深刻的專家技術講座、生產問題的解決技術路線參與討論、或參加培訓情況，做出詳細記錄；并熟悉典型零件的加工工藝，以及利用相關的軟件操作過程，撰寫所存在的疑惑點，提出合理化思路和建議等等。其次，對于學生實踐能力提高程度的考核，也是實習的考察目標，結合前期的在線教育平臺項目的進展情況，學生們可根據自身的興趣，選取如電控系統設計、數控加工編程與試制，PLC的仿真和設計，Pro/E，Solidworks的實踐應用操作等等，在回校后，由老師幫助下，在實驗室完成后期學習過程，然后給出分數。

建立一個以學習成果為導向的閉環反饋調研系統，調研對象來自3個方面：就業的公司和單位、往屆的已經就業的本專業學生，往屆的已經讀研究生的學生，方法是通過調查問卷收集反饋信息和改進意見。針對三方，所設計的調查問卷的側重點是各不相同的，持續的時間為最近3～5年。由就業單位的反饋可以觀察到學生如何從職場新人成長為技術骨干的成長歷程，期間學生體現出來的優點和不足等等。由學生反饋回來的問卷，可以了解到學生在校期間的生產實習、課程設和畢業設計，以及課程培養計劃的缺點和不足。繼續深造的學生，則通過他們的反饋，可以了解到當初在本科期間學生的知識儲備情況、動手實踐能力是否足夠，課程設置是否合理等等。有了大量的數據以后，每一年，由本專業組織相關專家和教師們開會討論，進行總結分析，以便針對培養方案的合理性和實用性，特別是生產實習工廠選的實習內容及實習形式的不足之處，提出改進建議和措施，形成一個閉環，從而持續進步。

3 結語

充分利用了在線教育技術的優點，建立了生產實習仿真實踐平臺，與工廠實地參觀學習相配合，從5個方面進行相應改革，從而使生產實習更加具體生動，有效地幫助學生們掌握專業知識、鍛煉實踐動手能力，初步培養學生的職業素質以及妥善處理團隊關系的能力。最終增強了學生的專業和行業認同感，能夠更好融入就業單位，也為計劃進一步深造的學生指出了研究領域和方向。線上線下實習模式的互相融合，能夠為促進學生成長為制造業急需的綜合型和創新型人才作出一份貢獻。