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

賈曉麗 劉書海

摘 要：在“中國制造2015”和工程教育專業(yè)認證的大背景下，本文結(jié)合中國石油大學(xué)（北京）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)開展工程教育專業(yè)認證的實踐，介紹了該專業(yè)“機械制造基礎(chǔ)”課程在結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新競賽、創(chuàng)新型課堂研討、課程考核方式改革等方面綜合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的建設(shè)措施及實施的初步效果。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認證；機械制造基礎(chǔ)；創(chuàng)新課程建設(shè)

作者簡介：賈曉麗，中國石油大學(xué)（北京）機械與儲運工程學(xué)院副教授，研究生導(dǎo)師；劉書海，中國石油大學(xué)（北京）機械與儲運工程學(xué)院。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）02-0038-03

一、研究背景

中國政府實施制造強國戰(zhàn)略“中國制造2025”，體現(xiàn)出機械制造的重要性及大學(xué)本科機械制造專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)置的重要性。其中，“機械制造基礎(chǔ)”課程涉及面廣，實踐性強，包括工程材料及熱處理、材料成型工藝、機械制造工藝、工差配合4大部分內(nèi)容，還包括實驗教學(xué)、課程設(shè)計、金工實習(xí)等環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)中國制造儲備力量有非常重要的影響。

工程教育是我國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)認證是促進高等教育發(fā)展，提高教育質(zhì)量的重要方法和途徑。專業(yè)認證通用標(biāo)準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)的基本原理識別、表達、并通過文獻研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。在設(shè)計/開發(fā)解決方案方面要求能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計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)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

根據(jù)機械專業(yè)工程教育認證的理念，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)掌握機械和機電系統(tǒng)的設(shè)計、制造、檢測與控制等方面的基礎(chǔ)理論知識和系統(tǒng)的專門知識以及應(yīng)用能力，獲得作為機械工程領(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、實踐能力和國際視野的工程技術(shù)人才，為獨立從事機械工程特別是石油工程裝備領(lǐng)域的設(shè)計制造、應(yīng)用研究、生產(chǎn)管理打下堅實的基礎(chǔ)。畢業(yè)五年后，期望畢業(yè)生成長為科研、工程設(shè)計崗位的技術(shù)骨干或生產(chǎn)崗位的技術(shù)管理者，并達到：①具備合格的石油機械工程師的素質(zhì)和能力；②能夠獨立從事機械工程領(lǐng)域特別是石油工程裝備領(lǐng)域的工程設(shè)計、應(yīng)用研究和生產(chǎn)管理工作；③能在一個設(shè)計、生產(chǎn)或科研團隊中擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)者或重要角色；④能夠通過繼續(xù)教育或其他途徑更新自己的知識，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，有意愿并有能力服務(wù)社會?！庇纱丝梢?，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)生對創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺乏積極性，因此為機械專業(yè)學(xué)生設(shè)立多種渠道，激勵其參與創(chuàng)新活動是一種有效措施，其中基于專業(yè)課程設(shè)置創(chuàng)新環(huán)節(jié)具有更好的實際可操作性。

二、研究內(nèi)容

“機械制造基礎(chǔ)”可實踐性內(nèi)容較多，適合開展創(chuàng)新性的課程改革。在實施過程中，希望探索理論學(xué)習(xí)、工程實踐與科技創(chuàng)新相結(jié)合的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式。同時，利用大學(xué)生科技創(chuàng)新的平臺，通過親手設(shè)計、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、工程實踐與動手能力，通過課程訓(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)新項目

（1）快遞自動推送和分揀裝置設(shè)計。該套裝置可實現(xiàn)文明裝卸、文明分發(fā)、投遞各類快件。學(xué)生需綜合運用機械設(shè)計、機電控制、檢測傳感等知識，開展快遞自動推送和分揀裝置機構(gòu)、驅(qū)動裝置的設(shè)計與開發(fā)。

（2）MEMS傳感器設(shè)計及應(yīng)用。微機電系統(tǒng)（MEMS）是21世紀三大關(guān)鍵技術(shù)之一，其利用逆向創(chuàng)新思維，實現(xiàn)從宏觀機械向微觀機械理念的重大轉(zhuǎn)變。作為發(fā)展最為成熟的MEMS器件，微傳感器在各個行業(yè)的應(yīng)用已具有非常重要的地位。該項目對石油勘探MEMS傳感器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行設(shè)計并進行微加工。學(xué)生需綜合運用研討環(huán)節(jié)“先進制造技術(shù)”的成果，并在教師指導(dǎo)下開展相關(guān)研究。

（3）深井鉆柱粘滑振動試驗臺。該平臺可模擬深井鉆柱的粘滑振動情況。學(xué)生需綜合運用機械設(shè)計、機電控制、檢測傳感等知識，開展試驗平臺結(jié)構(gòu)、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。

以上三項科技創(chuàng)新項目相關(guān)制造環(huán)節(jié)的訓(xùn)練將會對學(xué)生“機械制造基礎(chǔ)”課程理論知識的綜合運用及實踐提供必要的訓(xùn)練。學(xué)生自愿組團，圍繞上述三個項目在教師指導(dǎo)下填寫大學(xué)生創(chuàng)新立項申請書。

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

（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，分析受力特點的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)化為對材料的力學(xué)性能指標(biāo)的要求，進而查閱設(shè)計手冊完成零件選材。同時需分析采取何種熱處理方式能達到零件的最終使用要求。

（2）先進制造技術(shù)。先進制造技術(shù)指微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等先進技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來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。在中國制造大背景下僅學(xué)習(xí)傳統(tǒng)車、銑、刨、磨、鉗技術(shù)遠遠不夠，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，在擴展知識面的同時激發(fā)學(xué)生對制造技術(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、機械制造工藝、工差配合4大部分內(nèi)容，知識點較多，課時較長，學(xué)生在聽講和作業(yè)中很難做到前后知識的融會貫通。因此，最后的研討環(huán)節(jié)目的在于綜合課程全部知識、知識點，針對專業(yè)一典型零件分析其選材、熱處理、熱加工、切削加工全過程，進行加工工藝編制。學(xué)生按4～6人分組，學(xué)生通過課外調(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 =平時成績+研討測評+期末測評”的方式。其中，“平時成績=課堂點名+學(xué)生科技創(chuàng)新研討匯報”（1次），“匯報討論表現(xiàn)包括學(xué)生評分及教師評分兩部分；研討測評成績=匯報討論表現(xiàn)+學(xué)生研討報告”（1次），匯報討論表現(xiàn)采取國外高校的評分方式，包括學(xué)生評分及教師評分兩部分，以激發(fā)學(xué)生之間相互討論的熱情。

三、項目研究階段性成果

自課程改革實施至今，各個方面已經(jīng)有了順利進展。在科技創(chuàng)新立項方面，結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)立的創(chuàng)新主題，已有5組學(xué)生組隊參加大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽，其中2組獲得順利立項，其他3組在準備階段。立項的兩組學(xué)生在項目進行過程中表現(xiàn)出很高的興趣和積極性，在教改經(jīng)費的支持下，共申請兩項專利。一組基于創(chuàng)新項目參加全國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。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，通過小組分工，在資料收集、素材整理、文獻檢索、PPT制作、課堂匯報、實時互動等方面得到鍛煉。從另一個角度來看，此方式進一步提高了學(xué)生對課程的參與意識與參與深度。

課程考核方式進一步完善，各個環(huán)節(jié)打分有理有據(jù)。根據(jù)教務(wù)處對成績給定的最新要求，目前本課程采用“總成績 =平時成績+期末測評”的方式。其中“平時成績=課堂點名+課堂表現(xiàn)+作業(yè)+階段性測試+創(chuàng)新研討報告”（1次），創(chuàng)新研討報告中評分包括進行報告學(xué)生的評分及參與互動學(xué)生的評分，以激發(fā)學(xué)生之間相互討論的熱情。從2016年考試成績分析來看，此種評分方式比以往形式更為合理，平時成績與期末成績基本呈正比例關(guān)系。

從教學(xué)改革實施情況來看，通過以上措施引導(dǎo)激勵學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)與互動，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)新項目提高了學(xué)生自我實踐意識，研討環(huán)節(jié)進一步結(jié)合本專業(yè)特點，加深了學(xué)生對機械制造課程學(xué)習(xí)重要性的認識，考核方式改革在對學(xué)生評價方面肯定了其參與課程的成績，起到了進一步的激勵作用。

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（編輯：秦俊嫄）