基于產教融合的項目式教學實踐

摘 要：借鑒德國“學習工廠”的經驗，按照企業批量生產模式，建設面向真實產品生產的工程實踐教學平臺，構建“服務學習、真實體驗”的工程實踐學習情境，開展無限接近企業批量生產的全流程工程實踐活動。串聯工程問題，將工業生產過程成功轉化為實踐教學內容，實現企業生產與工程教育的深度融合。在教學過程中，探索以學生為中心的多元化工程訓練教學模式，培養學生的工程觀、質量觀、系統觀，為開展產教融合的創新創業教育提供新途徑。

關鍵詞：工程教育;學習工廠;產教融合;創新創業;項目式教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）27-0122-04

Abstract： Drawing on the experience of Germany's "learning factory"， according to the enterprise mass production mode， the engineering practice teaching platform facing real product production is built. We construct an engineering practice learning situation of "service learning， real experience". The whole process engineering practice activities which are infinitely close to enterprise mass production are carried out. By connecting engineering problems in series， the industrial production process is successfully transformed into practical teaching content， and the deep integration of enterprise production and engineering education is achieved. During the teaching process， we explore a student-centered diversified engineering training teaching model to cultivate students' engineering， quality， and system views， and provide a new approach for the integration of industry and education in innovation and entrepreneurship education.

Keywords： engineering education; learning factory; integration of industry and education; innovation and entrepreneurship; project-based teaching

新工科建設明確要求深化產教融合，加強校企合作[1]。經過近年來多方努力，中國產教融合雖然在體制機制、政策規劃、專業設置等宏觀改革上取得了突破性進展，但在課程設置、教學實施、學習活動等微觀層面上問題依舊突出，工程教育學術化、產教融合形式化現象依舊明顯，特別是將產業需求轉化為工程教育具體教學內容，目前尚未形成系統有效的方法和路徑[2]。此外，校企合作穩定性也不高[3]。由于雙方培養目標不統一，育人過程中“雙主體”對各自需要承擔的教學任務不明確，難以在理念上和行動上達到深度融合[4]。

學習工廠是一種基于真實的生產及管理過程，面向高校、企業和研究機構的集多種功能于一體的實踐學習場所，是德國開展產教融合職業教育的重要模式[5]。波鴻魯爾大學利用學習工廠平臺，將過去的模擬性、虛假性教學轉變為生產性、真實性教學，最終實現課程教學與真實企業生產的有效對接，取得良好的教學效果。

產品生產體驗作為天津大學校級新工科選修課和機械工程訓練課程的項目式教學模塊，借鑒德國波鴻魯爾大學“學習工廠”的工程教育教學理念，設計構建了一個無限逼近真實應用的工學結合平臺，實踐內容覆蓋產品設計和批量產品生產全過程，以能力產出、利潤最大化等優化目標為導向，通過參與者的行動或互動推動項目的持續改進。項目將理論知識與設計、加工、裝配等實踐技能整合起來，在真實的工程實踐環境中實現產教深度融合，打通教育界與產業界的“最后一公里”。在強調實踐和基于問題學習的教學論基礎上，為學生提供一種優化的實踐學習場景;將工業工程和市場營銷知識融入項目，拓展工程教育的縱向深度和橫向廣度，培養學生的工程觀、質量觀、系統觀[6]。解決了校企合作難以深入，缺乏整體性、系統性和集成性，無法形成可持續、常態化機制的難題[7]。

一 項目載體產品設計

項目載體為一款紅酒保鮮塞，如圖1所示。由塞體、膠圈、壓環、旋鈕和徽標共5個零件組成。按照食品行業規范標準，塞體和壓環選用304不銹鋼材料，膠圈外購，選用食品級硅膠材料。由于旋鈕不跟紅酒接觸，考慮到易加工性，選擇硬鋁或塑料，徽標選用鏡面不銹鋼，用激光打標。

二 教學平臺設計

（一） 零件加工工藝方案制訂

依據零件外形特征和中心的設備現狀，制訂零件加工工藝方案見表1。

（二） 批量化產品生產線建設

按照產品批量生產的機床配置要求，塞體加工劃分為兩個工序，分別在兩臺數控車床上完成;壓環加工選用車削中心，在一臺機床上即可完成主體加工，裝配環節增加去除毛刺工序;旋鈕外形和螺紋底孔加工在一臺斜床身數控車床上完成，裝配環節完成锪孔、攻絲和徽標粘貼。徽標加工時，先用金屬激光切割機或線切割機床加工出圓片，然后用激光打標機制作圖案。

產品裝配規劃6個工位。工位1為壓環去除毛刺;工位2為徽標粘貼處旋鈕锪孔;工位3為旋鈕攻絲;工位4為徽標粘貼;工位5為產品組裝檢驗;工位6為產品包裝。產品生產流程如圖2所示。

按照精益生產準時化三原則，即后拉式生產、工序流程化、節拍式生產布局物流，規劃零件加工和產品裝配生產線，最大限度減少不必要的浪費。

建成的無限逼近真實應用的生產平臺，匯集了生產制造、教學培訓、研發探究等多種功能。開展企業全流程與職業生涯全階段的工程實踐，從模擬工廠到模擬公司，全方位鍛煉學生認知能力、溝通能力、產品設計能力、實踐動手能力和團隊協作能力。

（三） 課程核心知識點

1 機械工程

機械工程專業主要包括機械原理、機械設計、機械制造和機械材料等內容。機械設計則涉及機械產品結構、功能和制造工藝等。此外，機械工程專業還需要掌握安全生產、機械加工、機械裝配和調試維修等方面的實踐技能，本項目涉及了數控車床、車削中心、激光加工和3D打印等多種設備，熟練操作這些設備是作為一個機械工程師所必備的基本專業技能。

2 工業工程

工業工程涉及人、物料、設備、能源和信息等所組成的集成系統的設計、改善和實施。精益生產是運用現代的管理方法和手段，充分發揮人的作用和資源的配置作用，通過最大程度地減少不必要的浪費、優化流程來提高生產效率的一種新型生產方式，符合現代人對于品種多樣性和質量高標準的雙重要求，是一種比較符合現代企業生產的管理方式[8]。其基本含義就是通過持續改進措施，在整個企業范圍內以降低所有生產活動中的各種資源消耗并使之最小化的生產哲學。

項目要求按照企業產品批量生產要求，制訂標準作業程序，現場推行“5S”管理[9]。每個加工單元的職能，人員崗位職責，部門工作流程，跨區域協作流程，生產工藝流程，設備操作規范，現場管理和作業秩序管理，均做到有章可循;產品裝配圖、零件圖、工藝卡和工序卡等，資料完善，符合精益生產管理要求。

3 工業設計

項目要求設計人員注重用戶體驗和產品復合功能的研究，關注用戶在使用產品過程中的感受和需求，提升產品的易用性、舒適性和愉悅感。同時，設計人員通過市場調研與需求分析，深入理解目標市場的用戶需求，為產品創新提供參考。

三 項目實施

產品生產體驗構建了服務于具體化、場景化和任務式的工程實踐學習環境，以“做中學”、基于問題和行動導向的教育理念，開展實踐教學。作為工程訓練的教學模塊，該項目安排4天時間;作為選修課，每周2學時，持續16周。教學過程中，四名學生組成一個項目組，各成員角色定位明確，各司其職[10]。課程分四個階段，第一階段，項目組每個學生分派不同的任務，也就是學習不同的操作技能。第二階段，學生采取互教互學的方法，學會全部操作技能，貫通整個產品生產環節。這兩個階段都屬于專業技能培訓階段。第三階段，在項目執行過程中，老師布置的問題，學生發現的問題，都可作為項目組研究解決的問題、學生依據興趣特長以及未來的職業規劃，自主選題，通過開展以學生為中心的多元化教學實踐，尋求答案，切實有效地解決工程實際問題[11]。第四階段，項目討論答辯：各小組通過介紹解決問題的過程、結果及收獲，進行思維碰撞，達到全員交流的目的。

項目執行過程中，每位成員都要經歷三重角色的遞進轉換。①操作工，每位同學都能夠熟練操作機床進行零件加工，體驗產品生產全過程，圖3為學生生產的產品。②工程師，在生產過程中，發現問題，解決問題，或創新設計，優化加工程序等。③企業經理，面向市場，通過改進產品、優化生產流程，提高效率，降低成本，滿足市場需求。

項目執行過程中，開展了以學生為中心的多元化教學實踐。①體驗式學習，通過親身實踐，分析并理解獲得的理論知識和專業技術知識，將其應用于解決實際的工程問題。②基于問題的學習，針對實踐中出現的問題，通過分析、討論，運用相關理論知識和實踐技能，尋找解決方案。③研究性學習，在真實生產流程中，通過確定研究的問題，查閱文獻，收集數據，分析數據，構建模型，最終產生研究結果。④基于項目的學習，依靠團隊合作，通過構思、設計、實施、運行，達到項目優化目標。

項目涵蓋批量產品生產的完整工作過程，融合不同學科與領域，涉及具體情境，因而，工程實踐的知識不但涉及顯性的理論知識，還涉及技能以及意志、態度、動機等過程性、情境性的知識。每個成員不僅是項目的參與者，更是項目的建設者，通過大家的共同行動和互動，迭代創新，持續推動教學平臺的優化改進。

四 產教融合、學科交叉助力綜合能力提升

產教融合項目式教學依據工業生產和管理的全流程以及生涯發展的全過程確定學習內容，設計組織“目標-過程-方法”相協同的教學實踐。在組織結構上通過產教融合、學科交叉，實現工業生產經營與工程實踐教學內容有機結合，引導學生利用專業知識解決工程實際問題，注重培養綜合工程實踐能力和創新意識。項目式教學課程知識結構見表2。

按照“情境化、主動參與性、問題解決完整性、激勵性、集體協作”五維一體的原則開展多元化的教學方式，提升學生的工程實踐能力，培養團隊合作精神和創新意識，達到了良好的教學效果。主要表現在：①學生對該項目表現出極大的興趣，積極性很高;②學生們對教學過程給予高度評價;③學生們非常認真地提出了一些建設性意見，推動了項目的持續改進。

五 結束語

通過構建無限接近真實應用的紅酒塞批量生產平臺，開展產品生產體驗，同學們親歷企業生產組織、運營全流程活動，實現產教深度融合。該項目鼓勵學生團隊依托平臺開展創意、創新、創業實踐。面向市場需求，將訂單管理、設備管理、耗材管理、能源管理和人力資源管理等精益管理方面的知識與產品生產相結合，通過批量產品生產過程的完整體驗，開展從產品設計、工藝設計、成本分析、項目管理、產品銷售和團隊協作等產品全生命周期的探索，實現從產品生產體驗向公司運營體驗的過渡，培養勇于投身實踐的創新創業人才。

參考文獻：

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[2] 鄢彩玲，李鵬.德國學習工廠的經驗與啟示——兼論如何打通產教融合的“最后一公里”[J].國家教育行政學院學報，2020（10）：70-77.

[3] 吳亮瑩.基于產教融合的高職院校創新創業人才培養模式構建[J].創新創業理論研究與實踐，2023（8）：127-129.

[4] 周桐，劉宇，伍小兵，等.我國高職院校產教融合的現狀、困境及創新路徑[J].實驗技術與管理，2022（9）：228-234.

[5] 袁勤勤，萬偉平.德國、美國、日本產教融合經驗的比較研究[J].高等職業教育探索，2023（9）：60-67.

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[7] 謝笑珍.“產教融合”機理及其機制設計路徑研究[J].實驗室研究與探索，2019（5）：81-87.

[8] 李潔.現代企業精益生產管理模式研究[J].中國市場，2022（30）：116-118.

[9] 王睿.精益生產在中小制造型企業中的運用方法和要點研究[J].中國設備工程，2022（11）：6-8.

[10] 張安富.項目化教學是提高工程型人才培養質量的有效之法[J].高等工程教育研究，2019（3）：166-169.

[11] 仝月榮，肖雄子彥，張執南，等.產教深度融合背景下項目式教學模式探析[J].實驗室研究與探索，2021（7）：185-189.

基金項目：教育部高等學校機械基礎課程教學指導委員會/教育部高等學校工程訓練教學指導委員會教育科學研究重點項目“產品生產體驗項目建設與教學實踐”（JJ-GX-JY202114）

第一作者簡介：范勝波（1967-），男，漢族，河北石家莊人，工學博士，高級工程師，機械工程國家級教學示范中心副主任。研究方向為機械制造自動化、工程教育及管理。