機械基礎實踐教學新體系的改革與實踐

蔡曉君， 劉湘晨, 竇艷濤, 張建軍, 郭 煒

(北京石油化工學院 機械工程學院, 北京 102617)

?

機械基礎實踐教學新體系的改革與實踐

蔡曉君， 劉湘晨, 竇艷濤, 張建軍, 郭 煒

(北京石油化工學院 機械工程學院, 北京 102617)

作為以培養高級應用型人才為主的二類本科院校，北京石油化工學院機械基礎教學與實驗中心自2006年成立以來，針對以北京市生源為主的學生普遍存在的問題，在教學中實踐中運用“激而學、激而動、激而創”的實踐教學模式，以全方位培養鍛煉學生的工程素質、工程技能和創新能力為目標。經過幾年來的探索與實踐，在實踐教學體系、實踐教學工程內涵及社會應用型人才培養方面進行了深入的改革，實施了一系列行之有效的舉措，構建了以工程能力培養為核心的機械基礎多元化實踐教學體系，在課程建設、教材建設和人才培養方面取得了豐碩的成果，是普通應用型高校全面進行教學改革和實踐，滿足社會對人才的需求，全方位培養學生的技術、技能和創新能力的有益嘗試。

機械基礎； 實踐教學體系； 改革與實踐

0 引 言

機械基礎實踐教學是機械工程教育的重要內容，在工程教育領域具有基礎性和廣泛性的雙重重要性。北京石油化工學院機械基礎教學與實驗中心自2006年起在北京市高等教育學會“十一五”專項規劃重點課題“構建具有工程特色的機械基礎實踐教學新體系的改革與實踐”和北京石油化工學院教改重點項目“機械基礎實踐教學的改革與實踐”的大力支持下，針對以北京市生源為主的一般類本科院校學生存在的:① 學習目標模糊、學習動力不足；② 思維活躍，但缺乏主動探求的精神；③ 工程能力薄弱，與先進工程技術脫節、社會適應性差等問題，項目組全體教師圍繞機械基礎系列課程的教學體系、教學內容、教學方法、教學模式等進行了系統深入的研究和實踐，提出了以能力培養為核心，以功能設置實驗室，構建了理論與實踐互通、課內與課外互補、必修基礎性實驗與選修個性化實驗互融、實驗技能與工程能力互長的機械基礎多元化實踐教學體系，在教學中運用了“激而學、激而動、激而創”的實踐教學模式，全方位培養鍛煉學生的工程素質、工程技能和創新能力。該成果理念先進、在學生培養中成效顯著，2011年12月獲得由北京市教育委員會和北京市高等教育學會頒發的“十 一 五”專項規劃重點課題優秀教學成果一等獎，2012年獲北京市教學成果二等獎[1-3]。

圖1所示為具有工程特色的機械基礎多元化實踐教學體系實施構架圖。

1 改革的目標和改革思路

探索在機械基礎實踐教學中培養學生創新能力的途徑與實施效果；圍繞工程能力培養建立了適應時代，貼近工程、融合貫通、交叉滲透的機械基礎多元化實踐教學體系，編寫適合我校機械基礎實踐教學改革目標的教材和講義。

(1) 充分利用中央財政項目對機械基礎教學與實驗中心建設的強有力支持，加強實驗中心設備的投資力度，在完善現有實驗設備配套的基礎上，購置先進的教學設施，為綜合設計性實驗項目和具有工程背景的實踐項目的開發實施創造條件。

(2) 以多學科緊密合作為基礎，突出綜合型、工程性和設計創新性實踐項目在人才培養方面的作用，在機械基礎實驗課程中增加綜合設計性實驗的比例，配合各專業培養計劃的實施，設置不同層次、不同內容、不同實施方案的實驗項目，提高學生的動手能力和創新能力。

(3) 注重社會對工程應用型人才需求的反饋，注重學生工程素質工程能力的培養與訓練，實踐教學與工程訓練結合、與科技創新結合，創造學生主動實踐、探索創新的環境和氛圍[4-5]。

2 改革的主要內容

2.1 橫向聯系縱向貫通，建立符合各專業培養目標的、分層次的機械基礎實驗課程體系

將“工程材料與成型技術” 、“理論力學”、“材料力學”、“機械原理”、“機械設計”、 “互換性技術”、“機械制造”7門機械基礎課程的實驗環節有機融合并進行結構優化，實現了各學科實踐教學的橫向聯系和縱向貫通，使之成為一個既獨立，又與理論課有機結合的實踐教學體系。

(1) 為了突出各專業教學特色與培養目標，在實驗項目的設置上進行了精心安排，實驗項目分層次形成模塊化。在相同的學時條件下，可以進行不同實驗項目的合理調配，從而有效地提高了各專業的教學質量。

(2) 加大基本實驗規范化、標準化，淘汰部分知識老化、內容重復的實驗項目，設置一批經典、具有嶄新理念的實驗項目。開設如“材料檢測綜合設計實驗”、“機械運動測試分析實驗”等綜合型實驗，強化實驗體系中多學科的應用與滲透，強化學生工程動手能力的訓練。

(3) 結合近年來實驗項目、實驗技術及實驗裝置大力度更新的實際情況，對原有講義進行重新編寫及整理出版，編寫出版了《機械基礎實驗技》等8本教材，其中獲北京市精品教材2本、北京市精品教材立項1本、《機械基礎實驗技術》1本入選教育科學“十一五”國家規劃課題機械類應用型本科系列規劃教材。教材的編寫與新實驗裝置緊密配合，在實驗教學過程中應用良好。與紙質教材配套的電子版教材、多媒體課件、實驗課用PPT文件等均作為實驗教學中心的教學資源，可供學生網上下載參考，方便學生課外自主學習。

(4) 為學生頒發儀器、設備使用上崗證書，鼓勵學生通過機械基礎實驗教學熟悉其工程背景，掌握其工程技能，提高其工程素質。5年來有95%的學生獲得實驗中心頒發的儀器儀表使用合格證書，極大激發了學生參加實踐教學的興趣。

實驗課程教學目標管理的清晰性與合理性、實驗課程內容的新穎性、綜合性、工程性以及可選擇性，以生為本，使學生從被動的知識接受者，變成積極的知識信息的加工者，從而有效激發了學生自身對“知識”的渴求，實現了“激勵而主動學”的目標[6-8]。

2.2 實施機械產品設計全過程訓練，有效提高學生的自我效能

工程材料與成型技術、理論力學、材料力學、互換性技術、機械原理、機械原理課程設計、機械設計、機械設計課程設計、機械制造、機械制造實踐等十門機械基礎必修課程是工科院校機械類專業培養學生綜合機械設計能力和創新能力的重要的理論和實踐教學環節，是教學中理論聯系實際，促使知識向能力轉化，提高學生綜合素質的有效途徑，在人才培養中占有重要地位。為此，在理論與實踐課程的教學中教師以工程項目設計為主線，所有教學環節都圍繞項目而展開，并與這個核心融合在一起，形成一個有機的、系統的整體，使機械基礎系列課程的教學內容呈現“連續化”。此外教師的講授以一種嶄新的“遞進式”教學方式進行教學，采取：① 引入工程概念,② 引導發現工程問題,③ 引出求知欲,④ 引進工程理論殿堂。“遞進式”教學方式完全以學生為主，以滿足學生對知識的渴求為出發點，使學生能用所學能解釋工程現象，解決工程問題，從而調動學生學習的熱情，提高學生應用理論知識的能力和實踐動手的能力。

在實施機械產品實現全過程體驗中，學生通過典型真實機械產品設計、加工、制作全過程的訓練，切實體驗現實工程中機械學科理論知識的具體應用與解決實際問題的各個環節，通過經歷一個機械產品或機械系統全過程的基本訓練，將所學的理論知識在這一過程中得到具體的實際應用和工程訓練。

設計題目由3部分組成(見圖2)。

以往學生完成了理論設計任務后，常常有一種錯誤的直覺，認為設計已經完成，而在實施機械產品設計制作的全過程實踐訓練中，許多學生才知道更艱巨的任務才剛剛開始。市場調研—購買配件—加工零件—組裝裝配—修改設計—安裝調試等等環節，這些實踐活動沒有現成的書本可作參照，需要學生調動自我潛能去發現市場、聯系廠家、動手制作，實驗室里的小設備學生是最經常的訪客。這種學習是帶著問題的學習，學生常常是追著教師請教答案。

學生們正是通過親歷這種基于產品實現全過程的設計訓練，使其在大學階段學到了“活”的知識和技能, 并具備了在實踐中解決工程問題的能力，從而有效提高了個體面向工程實際的自我效能，實現了“激勵而動手做”的目標[9-10]。

2.3 拓展機械基礎實踐教學內涵，開設貼近工程具有職業特色的技能訓練

“機會永遠只留給有準備的人”。機械基礎教學與實驗中心以“讓每一個學生必有一技能”為目標，相繼開設了見習機械設計師學習計劃、機械CAD軟件學習計劃和職業技能訓練計劃。

2.3.1 見習機械設計師學習計劃

在國內外日益重視行業工程師資格認證的大趨勢下，實驗中心于2004年4月申報成為中國機械工程學會機械設計分會認可的見習機械設計師培訓考試基地，正式啟動了見習機械設計師培訓認證。考試通過的學生可獲得見習機械設計工程師證書、Solidworks公司發放的“機械設計師”證書和Ansys分析師證書，通過率達77%。尤其值得一提的是，許多畢業離校的學生由于工作需要，紛紛回到學校參加見習機械設計師認證考試。

2.3.2 機械CAD設計軟件學習計劃

機械CAD的廣泛應用，為機械行業產生了巨大的社會效益和經濟效益，也為機械行業的發展注入了嶄新的推動力。掌握一至兩種CAD軟件是每一位機械設計工程師必備的基本技能，也是本科生提高其自身競爭力的重要手段。

自2003年起，中心教師基于大量的社會調研，精心設計開設了代表目前國際機械CAD設計軟件主流技術的系列課程(見圖3)，有效提高了學生的社會競爭力。

2002年5月，實驗中心通過了國家制造業信息化產業基地考核，成為國家信息化制造產業部的三維培訓基地；中心與著名軟件公司合作，舉辦UG、SolidEdge、SolidWorks、Autocad等軟件的國際認證考試，與清華大學合作舉辦Pro/E的培訓和認證工作，每年收益人數600余人。

CAD軟件的學習訓練激發了學生學習的積極性主動性，為實施學生“激勵而創新” 奠定了必要的能力儲備。

2.3.3 職業技能訓練計劃

順應市場需求，以機械類學生就業熱點為導向，提供學生開展職業生涯必備的技能訓練。開設“Pro/E -NC數控加工技術”、“逆向工程模具設計技能訓練”、“特種加工技術”、“機械創新設計實驗”、“測繪與材料分析訓練”、“產品創意設計實踐”6門具有創新思想和工程實踐背景的開放性實踐選修課程，優化學生的知識結構、培養學生的創新能力、提高學生的綜合素質，突出學科交叉創新的時代特征。

“機械創新設計實驗”課程以慧魚創意模型系統為平臺，采取靈活多樣的形式，鍛煉學生綜合運用機械設計、計算機控制、軟件編程、機電一體化等方面的知識。

“產品創意設計實踐課程”要求學生根據機械設計基本原理，采用創新設計理念，自行設計、改進并完成產品的加工制造。這種以產品生產過程為主線的訓練模式，全面綜合地培養了學生解決實際問題的能力，提高其工程素質。課程安排了“雕刻機設計創意實驗”、“線切割平面產品設計制作實驗”、“三維雕銑創意實踐” 、“Working Model 軟件創意設計實驗”和“優耐美微型機床設計加工產品實驗”等項目，學生興趣濃厚，根據實驗項目組成工作小組，既滿足了個性化教育的需求，又激發了學生主動學習的熱情。

職業技能訓練計劃以先進設計制造技術為手段，以產品設計為主線，綜合地、全面地培養學生運用先進設計手段解決實際問題的能力，實現了學生“知其不足而主動學習”的目標[11-13]。

2.3.4 實施開放式、個性化的創新人才培養，實踐教學與科技訓練相得益彰

創新人才的培養需要創新的機制與創新的沃土。中心從2004年起就充分利用中央財政和北京市財政項目的支持，高水平、高起點規劃建設實驗室，為開展實踐教學和科學研究奠定了良好的軟硬件基礎，并從政策上鼓勵相關教師積極承擔科研項目，實現了教學科研的相互促進和共同提高。近5年來，中心教師先后主持或參與完成了國家863計劃項目、國家自然科學基金項目、北京市自然科學基金項目、北京市教委發展計劃項目等各級科研課題多項，與此同時，通過科研項目和學科競賽等途徑積極組織、動員學生參與大學生研究訓練(URT)計劃，通過學生身體力行進行設計、參與科學研究、制作機械作品等活動，實施開放式、個性化的創新人才培養。

設計研究以小組為單位，采取課內培育—課外追蹤—課后延續化培養模式，并對設計任務制定分階段考核目標，學生在每一個實踐環節既要有階段成果，產品制作完成又要有最終成果。課內成果記為課內成績，課外成果記為創新學分。課程后的延續化跟蹤培養與工程實踐緊密結合，與課外科技活動相輔相成，與科學研究項目相得益彰，在突出了開放式與個性化的人才培養的同時，實現了“激勵而創新”的目標，如圖4所示為創新能力培養實施框圖[14-15]。

中心每年有10余位教師設立20余項大學生課外研究訓練計劃(URT)項目，累計研究項目100余項，組織學有所長的學生從事URT計劃的實施。每年參加學習訓練的學生達200人，完成URT訓練計劃出色的學生可獲得相應的實踐課程學分或獎勵。

從2006～2014年中心組織學生多次參加了“首都高校機械創新設計大賽”、“全國過程裝備專業創新設計大賽”、“全國三維數字設計大賽”、“機器人大賽”等，不同年級的學生利用多種途徑和形式多樣的創新實踐活動提高其工程素質和工程設計能力，培養出了一大批具有專業素質和實踐技能的社會應用型人才，取得較好的社會效果。獲得國家級二等獎2項、三等獎8項；北京市特等獎1項、北京市一等獎4項，二等獎21項、三等獎30項，教師多次獲優秀組織獎和優秀指導教師獎。學生申請國家新型實用專利20項，授權16項，學生發表學術論文20余篇。在2011年舉辦的CDIO國際大會上機械工程學院陳思源和宣國芹就他們的體會進行了精彩的發言，獲得了與會國際人士的好評。2009年、2012、2014年學校組織的第一屆、第二屆、第三屆優秀大學生科技成果評選中，課程組共有22項成果獲獎[16]。

3 特色與創新點

(1) 機械基礎實踐教學體系內涵“拓展”創新。建立的以培養學生工程能力為目標，具有工程特色的機械基礎多元化實踐教學體系，為基礎實踐教學與學生工程素質培養搭建了貫通的橋梁，使實踐教學、工程訓練與科技創新相互促進、良性發展，使學生在大學4年工程能力訓練不間斷，課內培育—課外追蹤—課后延續化培養，實踐教學體系既滿足學生的基本要求，又有利于優秀學生脫穎而出，對普通高校應用型人才的培養有較好的借鑒作用。

(2) 機械基礎實踐培養模式“激勵”創新。實施的“激而學、激而動、激而創”的實踐教學模式結合我校生源特點，針對性強，教學效果好。在實踐教學內容

上激勵學生“我要學”，在實踐教學手段上激勵學生“我要做”，在實踐教學機制上激勵學生“我要創”。

(3) 機械基礎實踐教學內容“延伸”創新。順應時代，貼近工程，延伸基礎實踐教學內涵，開設具有工程職業特色的技能訓練，優化學生的知識結構、培養學生的創新能力、提高學生的綜合素質，突出學科交叉創新的時代特征。

4 結 語

機械基礎實踐教學新體系的改革與實踐注重以學生為本，實踐改革理念先進，既有教的設計，又有學的收獲，實施效果顯著，對二類本科院校高級工程應用型人才培養具有較好的借鑒作用。

[1] 陳 彪,韋堯兵,周 琦，等.加強實踐教學注重綜合訓練培養工程能力強的高級專門人才[J].中國大學教學, 2007(4):75-76.

[2] 鄭秀英,張進明,白守禮,等.提高本科生實踐創新能力的探索[J].中國大學教學, 2007(2):47-49.

[3] 高 新,田永清,張志國.加強學生個性化培養 提高學生實踐創新能力[J].中國大學教學, 2006(9):30-31.

[4] 王存文,歐陽瓊.工科院校大學生創新教育模式的構建與改革實踐[J].化工高等教育, 2008(5):67-70.

[5] 趙建華,于偉建,張 靈.加強實踐教學管理 促進大學生實踐能力和創新精神的培養[J].高等建筑教育, 2004(1):106-108.

[6] 劉小燕, 顏東煌,李學文，等.結合科研與工程設計 改革橋梁畢業設計教學[J].高等教育研究學報 , 2004(4):65-67.

[7] 石山鷹, 肖瑞泉. 實驗教學改革與創新能力培養的探討[J].實驗室研究與探索, 2001,20(5):15-17.

[8] 魏山城,任玉珍,韓書儉. 改革實驗教學方法 促進學生對實驗的興趣[J].實驗室研究與探索, 2005,24(3):61-63.

[9] 蔡曉君,傅水根,竇艷濤. 依托教學實驗基地構建工程實踐教學新體系 [J].實驗技術與管理, 2007,24(9):125-127.

[10] 蔡曉君,劉湘晨,竇艷濤.加強實踐教育 提高學生的工程素質與能力[J]. 實驗室研究與探索, 2009,28(1):136-138.

[11] 韓麗華.機械基礎類課程開放性實驗教學的探討[J].上海工程技術大學教育研究，2009(3):38-40.

[12] 廉飛宇,付麥霞.基于建構主義理論的任務型教學模式初探[EB/OL]. http: / /www. studa. net/ Education /080723 /15091697.htm.l,2010-1-18.

[13] 谷 政,楊春龍.建構主義觀下的研究生理學類基礎課程實驗教學改革探討[J].高校實驗室工作研究,2011，101(3):10-13.

[14] 董 科.任務教學法在機械設計課程雙語教學中的建構與實踐[J].理工高教研究,2010，29(1):129-131.

[15] 羅 云.論我國高等工程教育人才培養模式的改革[J].南京理工大學學報(社會科學版)，2006(3):10-15.

[16] 王雪峰,曹 榮.大工程觀與高等工程教育改革[J].高等工程教育研究，2006(4):17-20.

Reform and Practice of New Teaching Practical System for Mechanical Foundation

CAIXiao-jun,LIUXiang-chen,DOUYan-tao,ZHANGJian-jun,GUOWei

(Mechanical Engineering Department, Beijing Institute of Petrochemical Technology， Beijing 102617, China)

As training application-oriented talents in second type colleges, Beijing Institute of Petrochemical Machinery has established the teaching and practice center since its inception in 2006. The students of the institute mainly is Beijing-based. In the practical application of teaching we apply the practice teaching model of "shock and science, shock and move, shock and create" for those students. The model takes the goal of training full range of engineering students quality, engineering skills and innovation. After several years of exploration and practice, in terms of practical teaching system, teaching contents and applied talents cultivation reforms deeply. We implement a series of effective measures, construct practice teaching system to enhance the core ability of mechanical engineering, and achieve fruitful results in terms of curriculum development, materials development and personnel training. The teaching reform and practice meet the demands of talents, develop students' all-round technology, skills and innovation capability.

mechanical foundation; system of teaching practice; reform and practice

2014-01-17

蔡曉君(1963-)， 女， 上海人， 碩士，教授，機械基礎教研室主任， 主要研究方向 機械設計。

Tel.:13611057250; E-mail：caixiaojun@bipt.edu.cn

TH 11； G 642.423

A

1006-7167(2015)01-0210-05