卓越計劃背景下科學構建工程化實踐教學模式研究

曹 賀, 劉春生, 陳國晶, 孫月華, 侯清泉

(黑龍江科技大學 機械工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022)

實踐教學是高等工程教育的重要環節，改革實踐教學模式是本科人才培養的基礎工作，也是當前高等工程教育改革與發展的關鍵[1-2]。工程化實踐教學模式是改變傳統的校內實驗、實訓和短期校外實習的模式，建立“全程工程化”的實踐教學模式，將“工程化”貫穿于大學教學的各個階段。

1 工程化實踐教學模式的重要性

(1) 工程化實踐教學模式符合國家發展戰略。黨的十八大報告明確指出，要全面實施素質教育，深化教育領域綜合改革，著力提高教育質量，培養學生社會責任感、創新精神、實踐能力，推動高等教育內涵式發展。這也是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》的精神，樹立全面發展和多樣化的人才觀念，樹立主動服務國家戰略要求、主動服務行業企業需求的觀念。更是實施“卓越工程師”教育培養計劃[3]，促進工程教育改革和創新的現實需要。

(2) 工程化實踐教學模式符合工業界的需求。經濟全球化的建立和產業的發展對人才的要求越來越高，不僅要求工程技術人才懂技術，還要懂工程、懂管理；不僅要能獨立解決技術問題，還要能與人合作、溝通，還要有國際視野和國際的合作溝通能力；不僅要具備專業道德和素質，還要有終身學習、創新思維的能力。因此實踐教學要緊密聯系產業的需求，將這種需求落實在實踐教學的各個環節上，才能培養出產業真正需要的人才。

(3) 工程化實踐教學模式符合學生的意愿。在對我院大一學生關于“大學生活的期望”的調查問卷中，87%的學生選擇了希望在大學鍛煉動手能力，參與實踐活動，因而我們需要給學生提供不局限于課堂、不局限于學校、聯系實際、貼近社會的開放式的教學環境。當前大學中存在學生厭學、逃課等現象，說明學生厭倦了多年來的課堂學習，如果學生沒有“學”的愿望和動力，無論教師怎樣“教”，效果都不會好。這正是有的學者提出的“Education”應譯為“學育”，只有當學生主動學習時，教師“育人”的作用和功能才能發揮出來。學生學習要主動，學生是有潛能的，教師只能起到引導的作用，學習是師生合作互動共同創造的過程。

工程化實踐教學模式改革是順應當前國際綜合工程教育改革“重實踐、重綜合、重創造”的方向和趨勢，培養造就一支知識結構、專業素質和綜合能力俱佳，能在未來重大科學與工程領域發揮作用的應用型人才。該模式的研究具有廣闊、長遠的應用前景。

2 工程化實踐教學模式的總體框架

我校機械設計制造及其自動化專業是集機械、電子、信息技術為一體的綜合性專業。該專業以機械工程為主要學科，設有機械設計、機械制造及模具設計3個專業方向。機械設計制造及其自動化專業是我校辦學歷史最長、專業覆蓋面較廣的專業。經過不懈努力，2010年建成為國家特色專業。

多年來我校始終重視學生創新能力的培養[4-6]，在學校“大工程”教育理念及國家“卓越工程師培養計劃”背景下，機械設計制造及其自動化專業進行了一系列改革嘗試和探索[7-8]，總結出一種階梯式工程化的實踐教學模式，如圖1所示。

圖1 全程階梯式工程化實踐教學模式

大學一年級實踐教學實行“企業認識實習+實驗室開放學習+大學生科技活動”方式，即：一是讓學生到企業認識實習，使其對企業生產運作情況有初步的了解，在大學4年將要學習以及將來從事的行業有個感性的認識，培養學生對專業的熱愛和對機械專業的興趣；二是讓學生參觀專業實驗室，認識和了解實驗儀器，了解課題組的研究成果和研究方向；三是引導學生加入校科協、各類科技社團等，組織院級、校級的大學生科技活動，將素質教育、大學生科技立項、創新大賽等課外活動由選做改為必修，并將這些納入到教學計劃中，使每個學生都有機會通過這樣的實踐來學習。

大學二年級實行“企業、校辦工廠、實訓基地以工人身份實習、專業基礎實驗、專業基礎課程設計、大學生科技活動”方式，即：一是讓學生到企業、校辦工廠或實訓基地以工人身份實習，擔負一定的生產責任；二是隨著專業課的陸續開展，動手做專業基礎實驗；三是專業基礎課程設計，在原有機械設計課程設計基礎上加入創新元素；四是提高大學生科技活動的廣度和深度，指導學生參加國家級、省級創新設計大賽。

大學三年級實行“企業技術員實習、綜合性實驗、專業課程設計、校內實訓、參與教師科研”方式，即：一是讓學生到企業以技術員的身份實習，分析和解決企業生產實際問題；二是開設綜合性實驗，在學生學習了相關的理論課程以后，給學生提供在實踐中綜合運用各種知識、將知識轉化為能力、培養工程素質的機會；三是專業課程設計，培養學生對機械系統進行設計的能力；四是校內實訓，有針對性地培養實踐動手能力；五是鼓勵學生參與教師的科研活動。

大學四年級實行“企業畢業實習、真題真做畢業設計、參與科研”方式，即：一是學生到企業進行畢業實習，開展調研和可行性論證；二是學生的畢業設計題目由企業給定，由學校和企業雙方共同指導；三是學生進一步參與教師或企業的科研活動。

學生全面的能力是在學校學習和實踐的每一個環節中事事、時時、處處、一點一滴積累形成的，因此實踐教學貫穿于大學的各個階段，形成了全程階梯式工程化實踐教學模式。

3 工程化實踐教學模式的具體實踐及效果

3.1 企業全程參與實踐教學

在全程工程化實踐教學模式中，企業始終參與學生的實踐教學。我校作為黑龍江省唯一的一所以礦業工程為特色的本科院校，立足“大礦業”特色，根據專業特色加強與煤礦企業的聯系，與黑龍江省4個礦業集團都建立了多方位的人才培養基地。通過與雞西煤礦機械有限公司合作，成功申報了國家級工程實踐教育基地。

工程實踐教育基地的建設和發展為實踐教學改革提供有力的保障。通過充分發揮各個實踐基地的作用，從學校和企業雙方角度考慮，開展深度的校企合作。根據企業與學校在管理和運作機制上的不同，建立了完整的校企合作準則和規范，并建立了校企合作的雙師教學團隊，學校教師和企業教師共同制定工程化實踐教學模式，在對學生實踐能力培養上分工合作，制定完善細致的校企合作規范。

3.2 實驗室全程向學生開放

學生入學進行專業介紹后，即可到各個相關專業實驗室參觀學習，這種開放式的實驗教學環境極大地調動了學生學習專業課程的興趣。因為他們不是集中時間走馬觀花地看看實驗室，而是可以隨時到實驗室來學習。機械設計10級的一名學生曾經在大一第二學期到機械設計實驗室，當時還沒有開始學習《機械設計》課程，他指著軸承外圈問老師：“這個鐵圈是什么？”，實驗教師沒有因為他不懂專業術語而笑話他，而是詳細地給他介紹了各種軸承的結構及用途，該學生非常感興趣，回去后就到圖書館借了一本《機械設計》認真學習，在下一學期的“機械設計”課程考試中得了全班第一名的好成績。

除了傳統的專業基礎實驗外，我們還分專業方向開設了專業綜合性實驗。綜合性實驗作為實驗教學的一種重要形式，其內涵和特征應該充分體現對創新人才培養的要求，對增強實驗教學的人才培養功能具有積極的作用[9]。我校的專業綜合性實驗集知識的綜合應用和創新于一體，既有軟件模擬，又有實驗臺操作，學生分組設計實驗，使得學生的實踐創新能力、團隊合作能力和組織協調能力等得到很大鍛煉和提高。

3.3 與實際接軌的課程設計和畢業設計

選擇和適當簡化企業的真實項目引入到課程設計和畢業設計中，實現實踐教學與企業接軌。組建學生項目小組，學生通過調研、分析、設計、制造、調試等完整過程來完成課程設計和畢業設計。

專業課程設計是對所學專業知識的綜合應用[10]，機械系統與其他系統一樣，它的各個組成部分都是有機結合、相互協調、相互適應的，并以此來實現機械系統的整體功能要求。機械系統也應具備一般系統的特性，如整體性、相關性、目的性和環境適應性。

首先，要求學生確定設計目標和要求，根據市場需求，確定設計參數，選定約束條件，并提出設計任務書和產品開發計劃。第二，進行原理方案設計，任務確定后，運用設計者本人的專業知識，實際經驗和創新能力構思出達到預期結果的原理方案。第三，進行結構方案設計，對產品進行結構設計，即確定零、部件的形狀、尺寸、材料，進行強度、剛度、可靠性等計算，畫出結構草圖。第四進行總體設計，在原理方案和結構方案設計的基礎上全面考慮產品的總體布置、人機工程、工藝美術造型、包裝運輸等因素，畫出總裝配圖。第五進行施工設計，將總裝圖拆成部件圖和零件圖，根據加工和裝配要求，標注公差、配合及技術要求，繪制出全部生產用圖紙，編寫出設計說明書、使用說明書，列出標準件、外購件明細表及有關文件等。

畢業設計是大學階段最后一個教學環節，擔當學生培養質量出口把關的重任[11]。畢業設計與工程實際接軌，改革原有的“畢業實習日記、實習總結、設計圖紙和說明書”的傳統模式，畢業設計真題真做。首先，學生需要到企業進行調研，撰寫調研報告，要求學生查閱相關資料了解課題所涉及技術領域的概況、生產能力、產品性能、是否滿足要求等，了解所調研走訪企業的概況，了解所設計的課題目前采用的設計方法、研發的手段、技術特點及現有結構的相關情況，存在哪些問題，對市場進行簡單分析并做出結論。第二，要求學生提出幾個設計方案，并從技術、制造、設計能力、設計方法、設計手段、經濟性等方面對設計方案進行論證，撰寫可行性論證報告。第三，將“畢業設計說明書”改為“計算書”，學生要寫出計算部分內容，提倡盡量以圖表等形式體現設計參數內容。做到重實際，講實效，切實提高學生的創新能力和工程實踐能力[12]。

這種真題真做的畢業設計形式，打破了以往學生“等和靠”的思想，他們覺得自己是在解決企業的問題，積極性非常高，取得了可喜的效果。如機械設計專業2009級有4名學生由于畢業設計優良，被招到雞西煤礦有限公司和上海創立礦山設備有限公司上崗設計，得到了企業的認可。

3.4 貫穿始終的大學生科技活動

大學生科技活動是學生接觸科研的最早機會[13]。學生從大一開始就可以通過科協申報大學生科研立項，依托我校的剛性和柔性導師制度，有教師負責指導。從學校的科研立項到省級、國家級創新大賽，學生循序漸進地接觸和熟悉科研過程，實踐創新能力得到極大提高。學校為大學生科技活動提供了豐富的實踐平臺，有多個創新實驗室、機器人實驗室、空中機器人實驗室和TRIZ創新協會、CAD協會、機器人協會、工程實踐協會等，為學生利用課余時間申報大學生科技立項，參加各級創新競賽，實踐創造了條件。

學生到大三時就可以申請參與教師的科研項目，一改以往只有研究生才能參與教師科研的狀況。實踐表明，本科生只要正確引導、積極鼓勵，他們完全有能力參與科研項目，在項目實驗和科研論文撰寫方面有很大進步。

4 結束語

本文研究了科學構建實踐教學模式，提出全程階梯式工程化實踐教學模式。通過近幾年的改革實踐，取得良好效果。將來，我們還要繼續加強研究，深化改革，圍繞機械設計制造及其自動化專業應用型人才培養，開展進一步的探索和實踐。

[1] 尹寧偉. 中國一流大學實踐教學體系建構的新趨勢：基于《“985工程”大學2010年度本科教學質量報告》的文本分析[J]. 中國大學教學，2012(5)：82-88.

[2] 劉勃,劉玉,鐘國輝，等.基于真實項目的實踐教學體系探索[J].高等工程教育研究，2012(1)：116-121.

[3] 教育部啟動實施“卓越工程師教育培養計劃”：面向工業界、面向世界、面向未來，培養卓越工程師后備人才[J]. 中國大學教學，2010(7)：4-5.

[4] 劉春生,董星,徐文娟. 大學生綜合能力和創新意識培養模式設計與實踐[J].中國高教研究，2002(1)：80-81.

[5] 趙國剛. 樹立“三大”教育理念，改善應用型工科人才培養[J].中國高等教育，2006(23)：18-19.

[6] 趙國剛. 突出大礦業特色，實現辦學大作為[J].中國高等教育，2009(11)：58-59.

[7] 曹賀,孫月華,趙存友，等. 機械設計專業創新訓練體系的構建與實踐[J].實驗技術與管理，2011，28(7)：171-173.

[8] 趙存有,劉春生,侯清泉. 面向就業的機械專業畢業設計改革研究[J]. 教學研究，2013(3)：42-45.

[9] 黃大明,秦鋼年. 專業實驗課綜合性實驗的創新設計與教學實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30(6)：247-250.

[10] 劉小康,余潔冰.工科學生課程設計與綜合素質培養[J].高教探索，2009(5)：133-134.

[11] 李國華. 對本科畢業設計(論文)工作的再思考[J]. 實驗技術與管理,2013，30(5)：120-122.

[12] 孫月華,王本永,姜斌.基于“卓越工程師”培養的本科畢業設計改革的研究與實踐[J].黑龍江教育，2012(5)：26-28.

[13] 蘇興,包永堂,劉會軍. “全程化”大學生科技活動模式探索[J].科技創新導報，2012(20)：222-223.