基于創(chuàng)新項目驅動的機械國際班工程訓練課程教學模式的研究和實踐

段春爭+楊春+姜開宇+徐曉慧+李喆+梁延德+張紅哲

摘要：本文以大連理工大學機械國際班工程訓練課程改革試點為例，研究并實踐了一種基于創(chuàng)新項目驅動“賽教結合”的新型工程訓練教學模式。該教學模式將工程素質培養(yǎng)貫穿于工程訓練的教學全過程，對于培養(yǎng)復合型、創(chuàng)新型和應用型的高質量人才具有重要的意義。

關鍵詞：工程訓練；教學模式；項目驅動；賽教結合

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0148-03

一、引言

進入21世紀以來，世界各國的高等教育事業(yè)得到快速發(fā)展，學生的培養(yǎng)模式隨之發(fā)生深刻變化，已經形成了一種新型的教育理念，即高等教育應該培養(yǎng)符合社會需求的創(chuàng)新型人才。高等教育理念也隨之發(fā)生了根本性的變革，為迎接新形勢的人才培養(yǎng)質量的挑戰(zhàn)，大部分國內外高校尤其是工科院校調整了辦學指導思想，把培養(yǎng)學生的實踐能力提升到重要位置。改革高等工程教育的人才培養(yǎng)模式，強化工程實踐教學環(huán)節(jié)，已經成為了高等工程教育改革的中心課題[1，2]。

在工科高等院校人才培養(yǎng)過程中，工程訓練是一個很好的培養(yǎng)創(chuàng)新意識和工程素質的實踐教學環(huán)節(jié)，也是融合了知識、素質、能力和創(chuàng)新的綜合性訓練課程，工程訓練教學環(huán)節(jié)可以很好地彌補課堂理論教學的不足。通過大量的實際操作訓練，并結合理論知識，學生分析和解決工程問題的能力會明顯提升。同時，當實踐中遇到問題時，學生通過查閱相關書籍獲得解決問題的方法，加深了對課堂知識的理解。通過工程訓練的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了理論知識和實踐訓練的互動，符合知識積累的規(guī)律，能夠培養(yǎng)出真正具備創(chuàng)新精神和工程素質的高水平人才[3，4]。

我校的機械設計制造及其自動化國際班于2011年開始招生，針對機械國際班工程訓練課程的教學模式進行探索和實踐的主要意義在于：（1）與國際接軌，培養(yǎng)國際化的高素質人才。國際班的培養(yǎng)計劃是在借鑒了國外著名高校同類專業(yè)的基礎上制定的，其目標定位是培養(yǎng)具有國際化視野和跨文化的交流、競爭與合作能力的現(xiàn)代高級復合型精英人才，其中工程訓練是主要的實踐課程之一，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和分析解決實際工程問題的能力具有重要的作用。因此，借鑒國外高校的先進經驗，改革國際班的工程訓練課程教學模式對于提高國際化人才的培養(yǎng)質量具有重要的意義。（2）全面改革工程訓練教學模式和教學體系的需要。盡管目前的工程訓練教學還存在很多問題，但是由于工程訓練是全校所有工科學生的必修課程，涉及的人數(shù)眾多，實施進一步的深入改革會遇到很多困難。國際班人數(shù)較少，教學改革的實施相對容易，教改效果的跟蹤和評價容易實現(xiàn)，因此，以機械國際班為改革試點，采取以點帶面、循序漸進、最終全面實施改革的方式應該是一種最佳選擇。

二、教學模式的研究

針對機械設計制造及其自動化專業(yè)國際班工程訓練課程，對工程訓練的教學模式、教學內容和教學方法進行一系列的探索和實踐，構建一種基于創(chuàng)新項目驅動的機械國際班工程訓練課程新型教學模式，具體的內容如下：

（一）建立創(chuàng)新項目驅動的課程內容體系，培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新能力

以產品為載體，以項目帶動訓練，訓練內容從以單元模塊為中心轉變?yōu)橐詣?chuàng)新項目為中心，將車、鉗、銑、磨、鑄、鍛、熱、焊、數(shù)控加工、電加工、激光加工、快速成型等制造工藝各模塊的訓練內容進行有機整合。首先給出項目任務，以項目引發(fā)的問題為主線，課程內容通過循序漸進和由淺入深的方式展開。其次，學生對產品進行綜合分析，例如可行性分析、功能和性能分析、結構分析以及外形設計分析等，然后再根據專業(yè)知識和原理進行創(chuàng)新設計，選擇制造模塊并進行工藝設計，最后進行加工和裝配，形成創(chuàng)新產品。通過創(chuàng)新項目牽引，學生既能對各個工種以及各工種之間的關系有深刻的認識，又能掌握各種創(chuàng)新方法，學生的綜合運用知識分析和解決工程問題的能力明顯提升，實現(xiàn)了提升實際操作能力、制造工藝能力、創(chuàng)新設計能力、工程管理能力、團隊協(xié)作能力等綜合工程素質的培養(yǎng)目標。

（二）將競賽訓練模式引入工程訓練教學體系

全國大學生工程訓練綜合能力競賽的目的在于培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識、工程應用能力與團隊協(xié)作精神，促進理論與實踐的有機結合，基礎知識與綜合能力的提升，促進各高校提高工程實踐和工程訓練教學改革和教學水平。但是，參賽學生畢竟只是各專業(yè)選拔出來的少數(shù)學生，受眾面小，不能達到全面提高學生培養(yǎng)質量的目的。因此，基于創(chuàng)新項目驅動的培養(yǎng)理念和內容體系，將競賽訓練模式引入工程訓練教學體系。可以將學生分為若干小組，以小組為單位，首先安排學生查找資料，進行獨立思考，設計和制作出無碳小車，然后進行無碳小車競賽，以小車的制造質量、實際動手操作能力、小車相關的設計文件以及設計方案的答辯成績來衡量學生工程訓練能力的高低。通過實施“賽教結合”的工程訓練新型教學模式，不僅能夠強化學生的創(chuàng)新實踐能力，而且可以培養(yǎng)學生的團隊意識，提高學生的意志品質，最終達到培養(yǎng)學生綜合創(chuàng)新能力的目的。

（三）打破傳統(tǒng)師傅帶徒弟式的授課方式，采用學生為主體、教師指導為輔的研究型教學方法

以項目引發(fā)的問題為主線，開展以學生主動創(chuàng)造、主動參與和知識共享為動力機制的教學過程，立足于學生自主學習、探索、研討為主，教師給予提示、答疑，引導、鼓勵和幫助學生去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。在教學過程中，學生自主設計和討論項目方案，自主制訂加工工藝和選擇加工設備和工具，獨立完成加工操作。在整個教學過程中，指導教師提出問題，讓學生思考并體會零件設計和加工的系統(tǒng)過程和具體方法，感悟產品設計和制造中的工程內涵，引導學生了解各種加工方法和設備。最后，要求學生對整個工程訓練過程進行總結，撰寫工程訓練報告，更進一步地深入體會工程訓練課程的內涵。在教學過程中始終以學生為主體，改變傳統(tǒng)師傅帶徒弟式的教學方法，將每個工種的工程訓練內容相互融合，形成在創(chuàng)新項目驅動下問題探索式的研究型實踐教學方法。通過這種研究型的教學方法，貫徹做學融合、知行統(tǒng)一的工程訓練教學理念，使學生在這樣的探索式學習過程中獲取工藝知識，鍛煉創(chuàng)新意識，培養(yǎng)工程實踐能力，提高綜合素質。

三、教學模式的實踐

（一）設計基于創(chuàng)新項目驅動的工程訓練教學體系

無碳小車創(chuàng)新項目是全國大學生工程訓練大賽經常采用的競賽題目，經過多年的競賽，取得了成功的經驗。將競賽訓練模式引入工程訓練教學體系，選擇無碳小車的設計和制造，將其作為工程訓練的項目案例。為了確保教學質量，要制定教學實施計劃，編寫英文教學大綱，整合教學內容，制定將訓練內容從原來的以單元模塊為中心轉變?yōu)橐皂椖吭O計知識為主線、逐步引出知識點、全面提高學生綜合能力的教學方案。編寫英文電子教案、制定統(tǒng)一的工程訓練教學計劃、使用統(tǒng)一的視頻資料庫和課件、購買材料和零件，以滿足學生項目制作的需求。

（二）針對機械國際班，實施基于創(chuàng)新項目競賽機制的工程訓練教學模式的改革

首先，對學生進行分組，教師為學生介紹無碳小車的設計和制造要求。然后，分階段實施教學改革：

1.設計實施階段。以課題小組為單位，收集資料、項目設計、畫出構思示意圖，最后畫出裝配圖和零件圖，并進行相關計算與部件的選型。在設計實施階段，學生必然會遇到各種問題，這時老師僅起引導和答疑的作用，要迫使同學們通過自主學習的方式，去學習工程技術項目創(chuàng)新實踐中必須要用到的知識點。在這個階段，教師需要精心設置互動環(huán)節(jié)，在每個設計階段要求學生上講臺用英文講解設計方案，通過環(huán)環(huán)相扣的問題促使學生思考、討論，對存在的疑問和難點采用自主學習、討論學習和查找資料等方式解決。課堂上師生之間積極對話、討論、辯駁，形成“猜想與反駁”的課堂討論氣氛。教學手段上采用多媒體和網絡教學手段、放映動畫、引用圖例、演示實物以及網絡資源，產生一種圖文并茂、情景交融的教學效果。培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題與綜合分析問題的能力，增強探索研究的氣氛和創(chuàng)新意識，提高學生的學習主動性和積極性。

2.產品制造階段。在這個階段，學生需要將自己設計的無碳小車制作加工成真實的產品，該階段也是工程訓練創(chuàng)新實踐的一個重點階段。學生必須自主選擇加工方式、加工設備和工具、自主制訂加工工藝，并完成加工操作。指導教師進行質疑，引導學生思考，讓其體會零件加工的系統(tǒng)過程和具體方法，引導學生了解各種先進的加工技術和設備。教師隨時針對學生提出的問題進行解答與講授，比如講解相關工種的操作技能等；也要引導學生通過參考書學習有關工藝知識、加工參數(shù)的選擇、工藝文件的編制等。提供互聯(lián)網或局域網絡，讓學生充分利用現(xiàn)代工業(yè)經常利用的元素。在這一過程中，注意引導學生樹立質量意識、工藝意識等。讓學生在經歷“設想—創(chuàng)意—設計—制作—作品”的全過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維。

3.競賽階段。學生以小組為單位參加競賽，在這個階段，學生可以有兩次競賽的機會，通過第一次競賽，發(fā)現(xiàn)設計和制造中的問題并改進；通過第二次競賽最終評定無碳小車的水平和質量是否達到規(guī)定要求。通過設置競賽單元，讓學生提高產品的質量意識、競爭意識和團隊意識。

4.創(chuàng)新訓練報告。在完成項目設計、制造的全過程后，要求學生寫出研究報告和工作總結。訓練報告要求全英文撰寫，包括無碳小車設計圖紙、無碳小車設計和制造說明書、方案設計（包括車架，原動機構，傳動機構，轉向結構，行走機構和微調機構等）、技術設計（包括小車的能耗分析，運動學分析，動力學分析，零部件設計和整體設計）、小車的制作和調試（包括加工工藝方案分析報告，小車的調試和改進方法）等。通過工程訓練報告，培養(yǎng)學生對技術文件的整理和總結以及論文撰寫能力。

5.項目驗收答辯。項目設計和制作以及競賽完畢后，主講教師組織進行答辯，答辯全程需要使用英語，各課題組的同學必須利用15分鐘的時間來講解和回答設計方案的制定思路、技術難點、技術重點的解決方法等方面的問題。通過答辯，培養(yǎng)學生的溝通交流和英語口語表達能力。

6.實施多元化課程考核方法。基于上述的多階段、多培養(yǎng)目標的課程內容體系，實施包括創(chuàng)新設計考核、創(chuàng)新制作考核、創(chuàng)新競賽考核、工程訓練報告考核以及項目驗收答辯考核等成績評定方法，根據不同階段在工程訓練課程體系中的重要性，設計各階段的考核權重，最終形成多元化的綜合性考核模式。

7.收集教改實踐中的問題。進一步改進教學內容和教學方法，經過“調研—研究—實踐—再研究—再實踐”的反復過程，構建完善的基于創(chuàng)新項目競賽機制的工程訓練教學體系，帶動全校工科專業(yè)工程訓練教學改革的全面實施。

四、結束語

在大工程背景下，目前的實踐教學模式越來越不適合現(xiàn)代工程發(fā)展對人才的需要，以大連理工大學機械學院國際班為試點，改革傳統(tǒng)的實踐教學理念，進行全新的工程訓練教學模式的探索與實踐，構建將工程素質培養(yǎng)貫穿全過程的工程訓練教學體系，對于培養(yǎng)復合型、創(chuàng)新型和應用型的高質量人才，具有重要的意義。

參考文獻：

[1]繆憲文，左延紅.國內外高校工程訓練現(xiàn)狀及發(fā)展途徑[J].安徽建筑工業(yè)學院學報（自然科學版），2007，15（6）：45-48.

[2]楊沁，王瑞芳，高玉華.論工程訓練中創(chuàng)新的類型及要素[J].合肥工業(yè)大學學報（社會科學版），2004，18（5）：170-173.

[3]安麗橋，呂恬生，褚正弟，徐麗華.結合工程項目進行基礎工程訓練[J].實驗室研究與探索，2003，22（2）：11-14.

[4]韓同樣，邢書明，張若達，胡燕士.研究型工程訓練模式的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2011，28（3）：252-255.

Research and Practice on Teaching Mode of Engineering Training Course of Mechanical International Class Based on Innovation Project

DUAN Chun-zheng，YANG Chun，JIANG Kai-yu，XU Xiao-hui，LI Zhe，LIANG Yan-de，ZHANG Hong-zhe

（School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China）

Abstract：In this paper，taking the reform of engineering training course for mechanical international class in Dalian University of Technology as an example，a new engineering training teaching mode based on innovation project driven "combination of competition and tea