面向工程能力培養的測量技術實踐教學改革探析

摘要：精密測量技術是機械工業發展的基礎，是產品質量的保證，這就要求高校能夠培養具有較強工程實踐能力的高級工程人才。針對測量人才培養與實踐過程中存在的孤立性、片面性等問題，通過對實踐教學內容及教學方法的探索與改革，將工程能力培養以不同方式融合到開放實驗、科研、學科競賽等實踐環節中，系統全面地培養和提高學生的工程實踐能力與綜合職業能力，實現學校人才培養的目標。

關鍵詞：測量技術；工程能力；實踐教學；人才培養；創新能力

作者簡介：閆勇剛（1978-），男，河南焦作人，河南理工大學機械與動力工程學院，講師。（河南 焦作 454003）

基金項目：本文系國家自然科學基金（項目編號：51175152）、河南理工大學實驗室開放基金資助項目的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0177-02

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出“到2020年，基本實現教育現代化，基本形成學習型社會，進入人力資源強國行列”的戰略目標。地方高校作為培養高級專門人才的主體，除了要求學生掌握扎實的基礎理論與方法以外，還要特別強調應用型高級專門人才分析問題、解決問題的現場工程能力的培養。基于此，學生工程實踐能力的培養和提高是工科學校生存和發展的重要法寶。大量研究表明，[1，2]實踐能力的培養與學生的創新思維、科研能力息息相關。科學研究能夠培養學生的創新能力、思維方法以及解決問題的能力，可為工程實踐能力提供一個良好的助推力。如麻省理工學院、哈佛大學等國外名校在大學期間就招收本科生參與科研項目，培養他們較強的思考能力和解決問題的能力。

然而，與快速發展的工學學科教學規模相比，實踐教學的發展明顯滯后。固然，這與高校教師對實踐教學重視不夠有關，但更重要的是，實踐教學培養體系不夠完善；忽視實踐教學與創新思維和科學研究等之間的潛在聯系，使得難以系統、準確地認識和掌握實踐教學的建設和開展。[3]我國很多地方高校對工程實踐教學進行了大膽地改革探索。[4-6]本文將以畢業生的社會能力需求為導向，結合學校實際和專業特點，針對幾何量測量技術實踐教學環節，進行大膽探索，提出相應的改革方案和具體實施方案。

一、實踐教育內容選取

測量技術的實踐教學主要包含認識實習、課程實驗、課程設計、工程訓練、課外科技活動、畢業設計等環節。工程實踐能力的培養是一個循序漸進、不斷深化的過程，力求把能力的培養融合在這些環節之中。因此，實踐教學內容包含通用量具量儀認識、幾何量測量、幾何精度設計、機械產品合格性檢測、三坐標測量機等先進測量設備的使用等；認識實習在大二第一學期進行，課程實驗和課程設計在大三第一學期進行，工程訓練在大三的第二學期進行，畢業實習和畢業設計安排在大四的第一學期后期和大四第二學期進行。課外科技活動可以在大學期間的任何時間進行，以具體的科技項目的層次及學生興趣來組成團隊，力求團隊的持續性。

二、改革實踐教學，培養學生工程能力

1.以工作過程為導向提高學生綜合職業能力

在職業競爭中，學生需要具有較強的實踐技能、較高的職業素質以及協作能力、自學能力、總結能力等工程能力，以實現與工作實際零距離的對接，具有能適應某類工作群和轉崗的一種綜合職業能力，[7]這種能力的培養必須將工作過程融于教學當中。德國著名的職業教育學者Rauner教授[2]提出的基于工作過程的項目教學法，其實質是以完成一個工程項目完整工作過程作為每一個教學項目設計的基礎，通過幾個項目完整工作過程的訓練，不僅實現專業知識和技能的傳授，也潛移默化地實現了學生方法能力和社會能力及職業能力的培養。

把以工作過程為導向的項目教學法用于測量技術的課程設計環節、工程實訓環節和畢業設計環節，首先，以“校企合作，工學結合”為切入點，根據機械制造過程中職業能力的要求，并完全按照企業產品圖紙、被測零件或產品、企業檢測環境把教學任務確定為幾何精度設計、機械產品合格性檢測、典型零件檢測方案設計。然后，以企業真實產品為載體來組織教學，通過項目完整工作過程的6個步驟（即資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估）的訓練，使學生熟悉工作對象、工作方法、工作要求、勞動組織、方案確定、工具使用等，將學習過程轉化為工作過程，在學習中學會工作，工作中深化學習，教、學、做于一體，培養學生的職業素養、職業情感，提高學生的綜合職業能力，實現與社會需求的零距離對接。

2.自制設備創建實踐教學特色

儀器設備是教學和科研工作中技術支撐的實體。[8]隨著人才培養目標的課程體系不斷改革發展，必須有與之配套的儀器設備建設，而市場上部分現有的儀器設備產品水平在一定程度上已經不能完全滿足實驗范圍日益擴大、實驗深度日益加深的需求，不能適應高校對人才培養的要求，而且價格較貴。對于地方高校來說，實踐教學經費短缺是其面臨的重要問題。

根據地方經濟建設的實際需要和學校人才培養的要求，把畢業設計和課外科技活動及教師科研結合起來自行開發儀器設備，可以解決實驗教學內容不斷創新發展進程中所產生的難點問題。目前，已研制出機械性能檢測實驗臺、金工教學實驗系統、[9]便攜式多關節測量臂誤差校準裝置[10]等設備。在開展河南理工大學實驗室開放基金項目“便攜式柔性三坐標測量臂誤差補償實驗”研究中，在筆者指導下，大三學生研制出便攜式多關節測量臂誤差校準裝置，培養了學生解決問題的能力和動手能力。

自制儀器設備不僅能夠滿足綜合性、設計性、創新性等現代實踐教學的要求，能夠豐富、活躍學生的科學思維，加深對理論知識的理解，激發學生的創新思維和創新潛能，培養學生良好的工程素養，突出應用型人才特色，而且能降低實驗室建設的成本，是地方高校實踐教學建設的一種途徑。

3.開放實驗以發揮學生主體作用

傳統的測量實驗教學環節常常采用驗證性的實驗方法，學生只是按照教師制定好的步驟進行實驗，根據實驗現象和實驗數據，總結一種必然的結果或驗證某種理論的正確性。這種實驗方法可使學生在實驗過程中獲得感性認識和掌握基本實驗技能，對于基礎理論的學習有一定的幫助；然而隨著學生理論知識的加深和實際工作的需要，這種“被實驗”方法對學生整體分析能力、綜合設計能力、積極創新能力的培養具有嚴重的制約作用，已不能滿足復合型高級人才的培養，需要用更大自由度的“試驗”來替代“實驗”。

為了調動學生的積極性，結合測量實踐課程實驗特點，開放實驗內容，把“互換性與測量技術基礎”課程獨立實驗“尺寸誤差的測量”、“形位誤差的測量”、“表面粗糙度的測量”改為綜合性實驗——典型零件的幾何量誤差測量。傳統實驗教學的“三固定”（固定時間、固定班級和固定實驗室）方式會出現因選課沖突、因病因事或在課堂上來不及完成實驗需要補課等問題。因此，將“固定式”改為“預約式”，即學生根據自己的時間及課程進展情況，與授課教師聯系，教師根據講課情況具體安排實驗，再與負責該實驗項目的實驗技術人員聯系，確定實驗進行的具體時間。同時，允許學生可以以個人或團隊形式申請學校的開放實驗項目，自主設計實驗并在教師的指導下完成試驗。

開放式實驗[11]使學生成為實驗主體，能夠充分發揮其主動能動性，培養其獨立思考能力、分析和解決問題能力、創新能力，并提高學生的工程實踐能力。

4.工程實踐教育中引入科研訓練計劃

在工程實踐教育中引入科研訓練計劃最早開始于麻省理工學院和斯坦福大學。科研訓練計劃以“學生多樣化工程實踐為主要內容和任務”，著重培養學生的工程實踐能力和創造能力。[12]對于工科高校來說，教師科研的方向側重于解決工程實際問題的應用基礎研究，這樣使得學生的實踐教育能夠自然而然地、有序地融入到科學研究項目中。通過這種模式，一方面學生將已學知識經過認真思考再加工，結合學科前沿技術，解決工程實際問題，培養了自身的工程能力；另一方面學生能夠發現問題，看到自己能力的不足，反而更加主動地學習和研究，從而提高自身的綜合素養。在測量技術的實踐教學中，結合學院科研項目多的特點，吸引學生參與科學研究工作。幾年來，先后有30多名同學參加了筆者的科研項目，并得到了很好的鍛煉。例如，將“大尺寸測量方法研究及其測量結果不確定度分析”用于學生畢業設計，學生獨立查閱學術資料，進行方案論證及確定，使學生突破原有知識范圍，圍繞科研題目方向構筑起有效的知識結構，有利于知識的更新；把科研項目“便攜式柔性三坐標測量臂誤差補償實驗”[8]用于學生的工程訓練，使學生了解先進的檢測方法，開闊學生視野，及時把理論知識轉化為實際應用。

學生參與到科研項目中，能夠更新、豐富實踐教學內容，并且能夠開闊學生的視野，激發學生的學習熱情與創新思維。

5.以學科競賽為載體提高學生綜合素質

以學科競賽為載體來構建實踐教學體系，[13]把學科競賽內容轉化為實踐教學內容，以培養學生的實踐應用能力、科技創新能力、工程應用能力、協作能力等綜合能力，促進實踐教學質量的提高。近年來學校組織學生參加如“挑戰杯”、“機械設計創新大賽”和“機器人大賽”等競賽活動，取得了優異的成績。

利用學科競賽內容來組織相關的課外科技活動、畢業實習、畢業設計等實踐環節。為更好地構建學科競賽這一平臺，學校以院系為單位組織學生進行校內的科技創意大賽，通過組成的評審人員評選出有創意的作品，然后由學生聯系相關教師組成團隊來解決相關的關鍵技術問題，為相關的比賽做準備；教師也可以以自己的科研項目把有興趣的學生組織起來，形成科研團隊；另外，可以直接在網上查相關的賽事，以比賽的相關技術要求來開發相應作品，作品的實現過程可以融入到課外科技活動、畢業實習及畢業設計等環節。學科競賽能夠調動學習興趣，激發潛能和探索欲望，提高學生發現問題、解決問題、團隊協作、工程實踐等綜合能力，為以后工作奠定堅實的基礎。

三、結束語

實踐教學是地方高等院校的重要組成部分，是培養學生獨立思考能力、實際動手能力、相互協作能力、工程實踐能力的重要途徑，是學校實現應用型培養目標的重要手段。通過對人才培養各個實踐環節的改革和探索，有效地加強了測控專業學生實踐能力的培養、提高了學生的動手能力和解決實際問題的能力，同時，本文研究可以大力推進實踐性環節方面進行人才培養模式的改革，有助于人才培養的模式轉化為以培養面向基層、面向生產、面向服務和管理第一線需要的應用型高級技術人才為目標，從而更好地服務于中原經濟建設。

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（責任編輯：孫晴）