回歸工程實踐的包裝機械系列實踐教學改革的實踐與探討

賀兵，邱顯焱，吳吉平

摘 要：基于“回歸工程實踐”的理念，引入以學生為中心的CDIO及ELED工程教育模式，以培養學生的解決工程實際問題的能力為目標，近些年來，湖南工業大學國家級特色專業機械設計制造及其自動化專業圍繞包裝機械系列實踐教學環節，不斷推進工程教育改革，逐步探索出一條卓有成效的包裝機械設計工程師培養途徑。

關鍵詞：回歸工程實踐；實踐教學；包裝機械

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）21-0152-03

Abstract： Based on the idea of returning to engineering practice， introducing the CDIO and ELED engineering educating pattern， to cultivate students' engineering ability as a goal， in recent years， mechanical design & manufacture and its automation， which is a national characteristic specialty of Hunan University of Technology， has been continually pushing the reform of engineering practice， surrounding the practice teaching part of the series course of packaging machine and tracked out an effective way to cultivate designing engineer for packaging machine step by step.

Keywords： returning to engineering practice； practice teaching； packaging machine

前言

包裝機械種類繁多，更新換代快，并且機構多而且運動復雜，目前包裝機械正向高速化、自動化方向發展，控制系統廣泛采用機電光液氣綜合技術、微電子技術、電子計算機技術、機器人技術、控制與驅動技術等高新技術。特別是控制和驅動技術，它已成為包裝機械結構領域中的關鍵技術，其中占優勢的是電子運動功能。傳統的包裝機械主要是采用機械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現了電子控制、光電控制、氣動控制等控制形式；接下來開發的第二代自動化設備中，越來越多的功能從機械動力軸轉移到電子驅動系統中，邏輯功能仍然由PLC系統控制；完全電子化的第三代具備了伺服技術的一切優勢。

與國外包裝機械比較，我國包裝機械設計水平相對落后，如自主開發產品少、創新能力薄弱，以消化吸收國外同類產品為主。從而導致我國生產的包裝機械以小中型設備居多，成套大型的設備少，技術含量整體水平不高，國際上競爭優勢不強。這與缺乏包裝機械技術人員有很大關系。

我校的機械設計制造及其自動化專業包裝機械方向是立足湖南工業化背景和全國包裝機械行業背景，以提高辦學質量和突出包裝機械特色為宗旨，致力于培養能在包裝機械工程領域從事現代設計、制造、管理等方面工作，能夠跟蹤包裝機械領域新理論和新技術，能適應包裝機械發展需要、具有創新精神的應用型高級專門人才。該專業基于“回歸工程實踐”理念多年來圍繞包裝機械系列課程進行了不斷的探索和改革，本文就實踐教學環節進行介紹。

一、進行包裝機械系列實踐教學改革，讓新理念先行

“回歸工程實踐”是國際高等工程教育發展的歷史趨勢。如國外大學的CDIO和ELED教學模式就是基于實現回歸工程實踐的目的的。

1. CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate），是基于現代工程產品、過程或系統生命周期的4個階段——構思、設計、實施與運行提出來的CDIO教育方法。CDIO的課程特點可歸結為4個方面：

（1）背景特性

強調工程教育的背景性是CDIO課程的精髓，即將工程產品、系統或過程的構思、設計、實現和運行的生命周期，作為工程教育的真實環境。

（2）關聯特性

CDIO課程的關聯特性體現在五個方面。第一，強調知識與能力的關聯；第二，強調能力與態度的關聯；第三，強調數學、科學、技術與工程知識的關聯；第四，強調個人能力、專業能力、人際交往能力與工程實踐能力的關聯；第五，學習進程順序的整合、課程計劃與學習效果的整合。

（3）“出口”特性

CDIO課程的出口特性指的是，課程設計尤為關注工業界和企業雇主的需求，關注工科畢業生未來的職業出口。

（4）做中學

CDIO課程的“做中學”特點，以基于項目的團隊學習為載體。

CDIO的先進理念能夠抓住工程教育的精要，面向工程實踐，這一創舉引領了國際工程教育改革的潮流[1]。

2. ELED（Experience-Led in Engineering Degree）課程是在工程學位計劃中植入更多的“經驗導向”類型的課程。

ELED課程是倫敦帝國學院的特色，倫敦帝國學院以“為學生提供足夠的工業經驗”作為工程教育課程改革的主導方向。ELED課程共有諸多特點，具體表現在以下6個方面：經驗導向的課程設計；工業界對課程的輸入；類型多樣的經驗課程；學生自主學習的方式；重視非技術能力培養；項目源自“真實世界”[1]。

國外大學的CDIO和ELED教學模式，體現了“以學生為中心”的學習觀，表現在“做中學”、認知學習、合作學習和經驗學習中，它們都是歸納式的深度學習，特別適合工程學習的特點，都能實現回歸工程實踐的目的。

我校該專業不斷地將國內外工程教育的新理念新方法引入到包裝機械系列實踐教學環節中。

二、基于CDIO理念改革實驗訓練教學，增加自主創新項目

我校該專業為改變原有教學體系中驗證性實驗多，綜合性、設計性實驗少的狀況，設計出一系列綜合性、設計性實驗、實訓項目，使實驗教學由被動模式轉變為主動模式，提高實驗的科技含量[2、3]。依托科研項目，已開發出包裝機械特色自主創新實驗項目——特定軌跡機構的速度優化實驗，這些實驗以開放性實驗的形式開展[4]。實驗的過程、結果、具體目標等不是固定不變的，學生從實驗方案的構思（conceive）、實驗步驟的設計（design）、實驗實施過程（implement）和實驗的操作（operate）全流程主動參與。

對為期一周的包裝機械綜合訓練進行了初步的探索，以實驗室現有的設備或自擬設備為對象，進行包裝工藝過程、工作原理分析，繪制或設計傳動系統圖、關鍵機構的機構簡圖，工作循環圖、控制原理圖，完成零部件及整機的CAD建模。采用adams對關鍵機構進行運動學仿真分析。

這種基于CDIO的自主創新實驗訓練很好地培養學生的自主學習能力、知識應用能力、動手實踐能力以及系統掌控能力等。

三、基于ELED經驗導向教學模式，推進生產實習的改革

企業是ELED經驗導向的教學方法的最佳場所，企業能為學生提供高質量的工業經驗。

根據機械設計制造及其自動化專業包裝機械方向的特點，選擇規模大、效益好、機械加工門類齊全、滿足實習教學條件的企業單位——湖南千山制藥機械股份有限公司，建立穩定的校外實習基地。該基地生產產品是針對制藥行業的包裝設備，專業對口，距離學校一個小時的車程，交通便利，擁有一支素質高有社會責任感的技術人員和職工隊伍，為教學計劃規定的實習提供場地和指導人員。2004年至今每年接納我校該專業包裝機械方向2-3個班80-120人的學生開展實習。

每年為期十五天的實習安排如下：1.第一天入廠，在多媒體會議室由人力資源部經理對全體學生關于企業發展歷史、公司產品、企業文化等進行介紹，同期安排安全專員進行安全教育，然后由3位車間主任分別帶領參觀企業所有車間，對公司的概貌有個整體的認識。2.實習以分組深入車間跟班實習為主要形式。將每個班級由班長分成3組，由組長帶領組員到金工車間、2個裝配車間等3個車間向車間主任報到，各車間主任再將學生細分成若干組，指派車間班組師傅指導學生，如在裝配車間學生跟著師傅動手裝配部件，定期輪換車間和車間班組；廠方安排的實習任務完成后，再由指導老師指定實習任務。3.安排電器工程師、機械工程師和模具工程師進行講課和現場指導。4.安排到其他廠家進行參觀，如株洲鉆石工業園、株洲時代新材料股份有限公司、長沙智能機器人研究所、長沙百事可樂飲料有限公司。

積極尋求新的管理機制，將每班學生分為3個小組，實施組長負責制。實習小組內可進行自學、討論、咨詢、實踐等多種學習方式，充分發揮各成員的優勢，小組成員團結協作。指導老師隨機抽查實習任務完成情況并指導，抽查形式以學生匯報為主。每次離廠前集中做個總結，先由組長考核組員的實習成效，每組派代表進行當次的實習匯報。定期在多媒體會議室進行正式的學習和交流，提前利用課余時間做好準備，由每組成員協作查閱資料，制做PPT，派代表進行匯報。指導老師起過程導向的作用，讓盡量多的學生參與到具體實習組織工作中去，如由班長聯系住宿和交通，組織學生入住乘車，派專人聯系長沙百事可樂飲料有限公司的實習事宜，由專人確定市內的交通方案并帶隊前往長沙智能機器人研究所，由學生做工程師講課時的開場白和結束語，由學生下達實習任務。采用新的管理機制，生產實習有序有趣進行，學生們體驗到了學習和實踐的樂趣[5]。

四、開展校企合作，加強教師隊伍建設

高校與企業的合作是ELED經驗導向的課程實施的保障。要使企業成為課程開發和實施的真正伙伴，才能為課程提供人員、資金、技術、場所和設備的支持，才能為學生提供高質量的工業經驗。該專業多渠道派遣教師參加培訓、包裝機械博覽會與企業交流，建設有創新精神、與時俱進的師資隊伍，為回歸工程實踐的包裝機械工程教育構建一個核心的智慧平臺。

2004年建立的實習基地單位湖南千山制藥機械股份有限公司為該專業師資隊伍建設提供強有力的支持，可隨時接待教師參觀、交流和實踐鍛煉，十三年來共接納該專業十多名老師的參觀學習。我校大力資助專任教師赴企事業單位實踐鍛煉，作者于2016年上半年在湖南千山制藥機械股份有限公司進行為期3個月的鍛煉。通過參與企業單位的生產活動，了解企業的生產組織方式、工藝流程、產業發展趨勢等基本情況，增加自身的知識儲備，完善專業知識結構，提升實踐能力和增加企業工作經歷。通過與企業單位的有效溝通與對往屆畢業生的跟蹤調查，了解企業的用人需求，了解專業崗位群的技能、能力要求及發展趨勢，及時調整人才培養方案。通過參與工程項目，做到理論聯系實際，提升專業技術開發能力，并為教學提供典型案例。2012級的3位學生以該公司采血針組裝設備的升降機構為對象做了包裝機械課程設計，2012級的兩位學生以采血針組裝設備為對象做了畢業設計。

該專業近三年來派遣多名教師參加全國制藥機械中國國際制藥機械博覽會，今年3月份派遣2名學生參加中國國際包裝工業展sinopack展會，今年5月份派遣1名教師參加德國杜塞爾多夫國際包裝展Interpack展，讓老師和學生接觸行業的先進技術，把握行業發展的最新動態，并在博覽會上與包裝設備企業建立聯系。在2016年春季博覽會上第一次接觸湖南達嘉智能包裝設備有限公司，自此與該公司建立了良好的合作關系，已在該公司完成了連續兩年人數達到500人的認識實習，2017年暑假已派一名學生做為期1個月的假期學習工作。

通過理論教學的第二課堂——包裝機械QQ交流群，我們與很多包裝設備企業建立了聯系，歐華包裝設備（河源）有限公司就是最具代表的企業。該公司得知我校機械設計制造及其自動化專業的包裝機械特色后，于今年4月份第一次來校招聘和洽談項目合作，目前已有3名學生進入該公司工作。隨后今年5月份學院派3名教師到歐華包裝設備（河源）有限公司進行實習基地掛牌、技術指導，并進入深層次的項目合作關系。參加Interpack展的教師在展會現場與公司高層進行深入的現場交流。為公司設計的凸輪連桿機構能大大減少振動和噪音，并提高預制袋包裝設備的生產能力。該凸輪連桿機構及預制袋包裝設備為課程設計和畢業設計成為提供了真實的工程課題。

五、結束語

基于“回歸工程實踐”理念，將CDIO和ELED教學模式融于包裝機械實踐教學環節中，開展校企合作，為學生提供真實的工程環境，探索出一條大大提高學生解決工程實踐問題的能力和學習積極性的可行之路。

參考文獻：

[1]崔軍.回歸工程實踐：我國高等工程教育課程改革研究[D].南京：南京大學，2011.

[2]竇艷濤，蔡曉君，曹建樹，等.工程教育專業認證下的機械基礎實驗課程改革[J].大學教育，2016（7）：142-144.

[3]鄺溯瓊，楊定新，陶利民.構建開放式實驗教學模式培養創新型人才[J].高等教育研究學報，2012，35（3）：100-101，114.

[4]賀兵，吳吉平，符浩，等.基于變速原動件的四桿機構軌跡和速度雙目標優化綜合[J].機械傳動，2016，78（04）：1004-2539.

[5]張先勇，馮進，汪建華.CDIO理念下機械專業生產實習改革研究與探討[J].中國電力教育，2011（28）：139-140.