工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“機(jī)械制造基礎(chǔ)”創(chuàng)新課程建設(shè)

一、研究背景

中國(guó)政府實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略“中國(guó)制造2025”，體現(xiàn)出機(jī)械制造的重要性及大學(xué)本科機(jī)械制造專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)置的重要性。其中，“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程涉及面廣，實(shí)踐性強(qiáng)，包括工程材料及熱處理、材料成型工藝、機(jī)械制造工藝、工差配合4大部分內(nèi)容，還包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、金工實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，對(duì)于培養(yǎng)中國(guó)制造儲(chǔ)備力量有非常重要的影響。

工程教育是我國(guó)高等教育的重要組成部分，在高等教育體系中“三分天下有其一”。工程教育專業(yè)認(rèn)證是促進(jìn)高等教育發(fā)展，提高教育質(zhì)量的重要方法和途徑。專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中在問題分析能力方面要求學(xué)生能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。在設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案方面要求能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

根據(jù)機(jī)械專業(yè)工程教育認(rèn)證的理念，本專業(yè)最新的培養(yǎng)目標(biāo)為“培養(yǎng)具有良好的人文、學(xué)術(shù)和工程素養(yǎng)，系統(tǒng)掌握機(jī)械和機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)與控制等方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)和系統(tǒng)的專門知識(shí)以及應(yīng)用能力，獲得作為機(jī)械工程領(lǐng)域內(nèi)的工程師必需的基本工程訓(xùn)練，具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和國(guó)際視野的工程技術(shù)人才，為獨(dú)立從事機(jī)械工程特別是石油工程裝備領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造、應(yīng)用研究、生產(chǎn)管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。畢業(yè)五年后，期望畢業(yè)生成長(zhǎng)為科研、工程設(shè)計(jì)崗位的技術(shù)骨干或生產(chǎn)崗位的技術(shù)管理者，并達(dá)到：①具備合格的石油機(jī)械工程師的素質(zhì)和能力；②能夠獨(dú)立從事機(jī)械工程領(lǐng)域特別是石油工程裝備領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用研究和生產(chǎn)管理工作；③能在一個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或科研團(tuán)隊(duì)中擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)者或重要角色；④能夠通過(guò)繼續(xù)教育或其他途徑更新自己的知識(shí)，提高自己的能力，緊跟相關(guān)領(lǐng)域新理論和新技術(shù)的發(fā)展；⑤有良好的修養(yǎng)與道德水準(zhǔn)，有意愿并有能力服務(wù)社會(huì)。”由此可見，創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。但是，目前應(yīng)試教育熏陶下的大學(xué)生對(duì)創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺乏積極性，因此為機(jī)械專業(yè)學(xué)生設(shè)立多種渠道，激勵(lì)其參與創(chuàng)新活動(dòng)是一種有效措施，其中基于專業(yè)課程設(shè)置創(chuàng)新環(huán)節(jié)具有更好的實(shí)際可操作性。

二、研究?jī)?nèi)容

“機(jī)械制造基礎(chǔ)”可實(shí)踐性內(nèi)容較多，適合開展創(chuàng)新性的課程改革。在實(shí)施過(guò)程中，希望探索理論學(xué)習(xí)、工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新相結(jié)合的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式。同時(shí)，利用大學(xué)生科技創(chuàng)新的平臺(tái)，通過(guò)親手設(shè)計(jì)、制造并裝配科技創(chuàng)新作品，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、綜合設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐與動(dòng)手能力，通過(guò)課程訓(xùn)練，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)。本次教學(xué)改革從以下三大方面入手：

1.結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生開展科技創(chuàng)新項(xiàng)目

（1）快遞自動(dòng)推送和分揀裝置設(shè)計(jì)。該套裝置可實(shí)現(xiàn)文明裝卸、文明分發(fā)、投遞各類快件。學(xué)生需綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電控制、檢測(cè)傳感等知識(shí)，開展快遞自動(dòng)推送和分揀裝置機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

（2）MEMS傳感器設(shè)計(jì)及應(yīng)用。微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是21世紀(jì)三大關(guān)鍵技術(shù)之一，其利用逆向創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)從宏觀機(jī)械向微觀機(jī)械理念的重大轉(zhuǎn)變。作為發(fā)展最為成熟的MEMS器件，微傳感器在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用已具有非常重要的地位。該項(xiàng)目對(duì)石油勘探MEMS傳感器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行微加工。學(xué)生需綜合運(yùn)用研討環(huán)節(jié)“先進(jìn)制造技術(shù)”的成果，并在教師指導(dǎo)下開展相關(guān)研究。

（3）深井鉆柱粘滑振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。該平臺(tái)可模擬深井鉆柱的粘滑振動(dòng)情況。學(xué)生需綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電控制、檢測(cè)傳感等知識(shí)，開展試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

以上三項(xiàng)科技創(chuàng)新項(xiàng)目相關(guān)制造環(huán)節(jié)的訓(xùn)練將會(huì)對(duì)學(xué)生“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程理論知識(shí)的綜合運(yùn)用及實(shí)踐提供必要的訓(xùn)練。學(xué)生自愿組團(tuán)，圍繞上述三個(gè)項(xiàng)目在教師指導(dǎo)下填寫大學(xué)生創(chuàng)新立項(xiàng)申請(qǐng)書。

2.設(shè)置創(chuàng)新性研討環(huán)節(jié)，建立研討項(xiàng)目庫(kù)，每學(xué)期開設(shè)3項(xiàng)研討主題

（1）典型零件選材及熱處理。此部分緊扣工程材料與熱處理部分內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在調(diào)研專業(yè)相關(guān)典型零件使用條件，分析受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)化為對(duì)材料的力學(xué)性能指標(biāo)的要求，進(jìn)而查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)完成零件選材。同時(shí)需分析采取何種熱處理方式能達(dá)到零件的最終使用要求。

（2）先進(jìn)制造技術(shù)。先進(jìn)制造技術(shù)指微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來(lái)的種種變化與新型系統(tǒng)。目前其關(guān)鍵技術(shù)包括成組技術(shù)、敏捷制造、并行工程、快速成型技術(shù)、虛擬制造技術(shù)和智能制造。在中國(guó)制造大背景下僅學(xué)習(xí)傳統(tǒng)車、銑、刨、磨、鉗技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此在主題交流環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生放寬眼界，緊跟制造技術(shù)前沿，在擴(kuò)展知識(shí)面的同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)制造技術(shù)的興趣。

（3）典型零件的加工工藝。本課程包括工程材料及熱處理、材料成型工藝、機(jī)械制造工藝、工差配合4大部分內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)較多，課時(shí)較長(zhǎng)，學(xué)生在聽講和作業(yè)中很難做到前后知識(shí)的融會(huì)貫通。因此，最后的研討環(huán)節(jié)目的在于綜合課程全部知識(shí)、知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)專業(yè)一典型零件分析其選材、熱處理、熱加工、切削加工全過(guò)程，進(jìn)行加工工藝編制。學(xué)生按4～6人分組，學(xué)生通過(guò)課外調(diào)研與分析，開展基于“問題+案例”的學(xué)術(shù)研討。

3.課程考核方式改革

課程考核采用“總成績(jī) ＝平時(shí)成績(jī)+研討測(cè)評(píng)+期末測(cè)評(píng)”的方式。其中，“平時(shí)成績(jī)＝課堂點(diǎn)名+學(xué)生科技創(chuàng)新研討匯報(bào)”（1次），“匯報(bào)討論表現(xiàn)包括學(xué)生評(píng)分及教師評(píng)分兩部分；研討測(cè)評(píng)成績(jī)＝匯報(bào)討論表現(xiàn)+學(xué)生研討報(bào)告”（1次），匯報(bào)討論表現(xiàn)采取國(guó)外高校的評(píng)分方式，包括學(xué)生評(píng)分及教師評(píng)分兩部分，以激發(fā)學(xué)生之間相互討論的熱情。

三、項(xiàng)目研究階段性成果

自課程改革實(shí)施至今，各個(gè)方面已經(jīng)有了順利進(jìn)展。在科技創(chuàng)新立項(xiàng)方面，結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)立的創(chuàng)新主題，已有5組學(xué)生組隊(duì)參加大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽，其中2組獲得順利立項(xiàng)，其他3組在準(zhǔn)備階段。立項(xiàng)的兩組學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中表現(xiàn)出很高的興趣和積極性，在教改經(jīng)費(fèi)的支持下，共申請(qǐng)兩項(xiàng)專利。一組基于創(chuàng)新項(xiàng)目參加全國(guó)3D大賽10周年精英賽暨DigitalMaster2017一帶一路挑戰(zhàn)賽，獲得北京賽區(qū)二等獎(jiǎng)。另一組在老師的指導(dǎo)下整理仿真數(shù)據(jù)，正在撰寫科研論文。

在創(chuàng)新性研討環(huán)節(jié)方面，學(xué)生按4～6人分組，通過(guò)課外調(diào)研與分析，開展主題交流研討。從研討情況分析，學(xué)生比較歡迎此種學(xué)習(xí)形式，通過(guò)小組分工，在資料收集、素材整理、文獻(xiàn)檢索、PPT制作、課堂匯報(bào)、實(shí)時(shí)互動(dòng)等方面得到鍛煉。從另一個(gè)角度來(lái)看，此方式進(jìn)一步提高了學(xué)生對(duì)課程的參與意識(shí)與參與深度。

課程考核方式進(jìn)一步完善，各個(gè)環(huán)節(jié)打分有理有據(jù)。根據(jù)教務(wù)處對(duì)成績(jī)給定的最新要求，目前本課程采用“總成績(jī) ＝平時(shí)成績(jī)+期末測(cè)評(píng)”的方式。其中“平時(shí)成績(jī)＝課堂點(diǎn)名+課堂表現(xiàn)+作業(yè)+階段性測(cè)試+創(chuàng)新研討報(bào)告”（1次），創(chuàng)新研討報(bào)告中評(píng)分包括進(jìn)行報(bào)告學(xué)生的評(píng)分及參與互動(dòng)學(xué)生的評(píng)分，以激發(fā)學(xué)生之間相互討論的熱情。從2016年考試成績(jī)分析來(lái)看，此種評(píng)分方式比以往形式更為合理，平時(shí)成績(jī)與期末成績(jī)基本呈正比例關(guān)系。

從教學(xué)改革實(shí)施情況來(lái)看，通過(guò)以上措施引導(dǎo)激勵(lì)學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)與互動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。特別是大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目提高了學(xué)生自我實(shí)踐意識(shí)，研討環(huán)節(jié)進(jìn)一步結(jié)合本專業(yè)特點(diǎn)，加深了學(xué)生對(duì)機(jī)械制造課程學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)識(shí)，考核方式改革在對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)方面肯定了其參與課程的成績(jī)，起到了進(jìn)一步的激勵(lì)作用。

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