基于工程教育專業(yè)認證的工程訓(xùn)練教學(xué)的改革

韓鳳霞, 鄭 軍

(北京信息科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心, 北京 100192)

基于工程教育專業(yè)認證的工程訓(xùn)練教學(xué)的改革

韓鳳霞, 鄭 軍

(北京信息科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心, 北京 100192)

工程訓(xùn)練中心根據(jù)測控技術(shù)與儀器專業(yè)對工程訓(xùn)練指標點的要求(理解測控儀器或系統(tǒng)的制造工藝,掌握電子線路的基本理論與設(shè)計方法),確定以企業(yè)的真實產(chǎn)品——注射泵為教學(xué)載體。以產(chǎn)品為教學(xué)目的,將金工實習(xí)和電工實習(xí)有機地結(jié)合在一起,努力構(gòu)建實景式工程訓(xùn)練環(huán)境。實訓(xùn)中深度融合了信息技術(shù),突出了學(xué)生的主體地位,實現(xiàn)了工程訓(xùn)練的工程性、應(yīng)用性,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛能,使學(xué)生受到了全面的訓(xùn)練。

工程教育； 專業(yè)認證； 真實項目； 實踐教學(xué)

工程教育占中國高等教育專業(yè)設(shè)置、畢業(yè)生總量的1/3。我國于2013年6月19日獲得《華盛頓協(xié)議》全票通過,成為該協(xié)議第21個成員(預(yù)備成員)。加入《華盛頓協(xié)議》,表明我國工程教育質(zhì)量及其保障能夠得到國際工程教育界的認可,意味著能夠為工程教育類學(xué)生提供具有國際互認質(zhì)量標準的“通行證”和將來走向世界打下基礎(chǔ),標志著我國工程教育國際化邁出了重大步伐,能夠促進我國工程類產(chǎn)業(yè)走出門、走向世界[1-3]。

1 高度重視

2014年11月13日,我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)順利通過了專業(yè)認證。為了做好測控技術(shù)與儀器專業(yè)認證工作,學(xué)校及學(xué)院高度重視,邀請專家講解認證標準,組織專業(yè)全體教師參加中國儀器儀表學(xué)會、教育部儀器科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會組織的認證培訓(xùn)與學(xué)習(xí),制定了測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)目標:能夠在國民經(jīng)濟相關(guān)部門從事測控技術(shù)與儀器、光機電一體化系統(tǒng)以及信息監(jiān)測和處理等領(lǐng)域內(nèi)的各種儀器設(shè)備和系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計、制造、應(yīng)用開發(fā)、維護和運行管理等方面的工作[4-5]。

工程教育專業(yè)認證對“目標導(dǎo)向”提出了較高要求。社會對教育的需求和社會環(huán)境在不斷變化,使得工程訓(xùn)練的培養(yǎng)方案也必須進行相應(yīng)的調(diào)整,在現(xiàn)有實訓(xùn)體系的基礎(chǔ)上,本著系統(tǒng)性、主體性、先進性、特色性的原則,進一步改革并優(yōu)化實訓(xùn)體系[6-8]。

2 改革前的現(xiàn)狀

一直以來,金工實習(xí)項目和電工實習(xí)項目是獨立進行的,彼此之間的實訓(xùn)載體沒有關(guān)聯(lián)，訓(xùn)練內(nèi)容與實際銜接不夠。

對于金工實習(xí),全校機械、車輛、工設(shè)、測控、自動化等專業(yè),所有實訓(xùn)的學(xué)生都是完成應(yīng)急錘的加工,如圖1所示。對于不同的專業(yè),實訓(xùn)的時間長短不同,相應(yīng)的完成錘子的難易程度不同。該訓(xùn)練載體雖然能夠涵蓋車、銑、線切割、鉗工等工種,但是對測控儀器的生產(chǎn)工藝關(guān)聯(lián)性不強,與測控儀器專業(yè)相關(guān)的后續(xù)課程和學(xué)生將來從事的相關(guān)技術(shù)工作聯(lián)系性不強。

圖1 金工實習(xí)載體

電工實習(xí)的基礎(chǔ)模塊為電機的正反轉(zhuǎn)控制滑塊的直線移動,如圖2所示；提升模塊為LED數(shù)碼管的PLC控制、交通信號燈的PLC控制、大小工件的PLC控制等。

圖2 電工實訓(xùn)載體

現(xiàn)有的工程訓(xùn)練載體,是面向全校所有工科專業(yè)的,缺少實景式工程教學(xué)環(huán)境,學(xué)生對工程項目的需求分析、開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量保證、環(huán)保處理等全程缺少深入理解,與測控技術(shù)與儀器專業(yè)需求不符。按照工程教育專業(yè)認證要求的重視培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和對工業(yè)企業(yè)的適應(yīng)能力的指導(dǎo)思想,亟須修訂實訓(xùn)方案和選擇恰當?shù)膶嵱?xùn)載體。

3 確定實訓(xùn)載體

高校人才培養(yǎng)如果沒有企業(yè)參與,培養(yǎng)計劃就難以滿足產(chǎn)業(yè)界對人才的需求[6]。為了使工程訓(xùn)練的能力培養(yǎng)目標更加貼合企業(yè)的需求,課題組成員對北京地區(qū)的多家儀器、儀表公司進行了走訪調(diào)研。了解了儀器公司對測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)學(xué)生的能力要求后,通過邀請企業(yè)技術(shù)專家嚴格論證,結(jié)合測控技術(shù)與儀器專業(yè)對工程實訓(xùn)的指標點的要求：理解測控儀器或系統(tǒng)的制造工藝、掌握電子線路的基本理論與設(shè)計方法，并依據(jù)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)時安排,選定了機電一體的儀器設(shè)備——注射泵作為訓(xùn)練載體[9-12]。

注射泵是一種能夠準確控制輸液滴數(shù)或輸液流速,保證藥物能夠速度精準、藥量準確并且安全地進入病人體內(nèi)發(fā)揮作用的一種儀器,如圖3所示，目前已經(jīng)成為一種全科普及型治療儀器,廣泛應(yīng)用于麻醉、陣痛、抗生素治療、糖尿病治療等幾乎所有的科室的臨床醫(yī)療。該儀器集先進的電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù),機械傳動技術(shù)于一體,具有數(shù)字化、集成化、自動化、低成本特點的新型醫(yī)療儀器。

圖3 企業(yè)真實產(chǎn)品——注射泵

4 制定實訓(xùn)方案

認證標準強調(diào)培養(yǎng)目標的具體化,要求每個知識點都能對應(yīng)于學(xué)生能力的培養(yǎng)。對照標準,經(jīng)過認真反復(fù)的研究和探討,改革實訓(xùn)教學(xué)的內(nèi)容,突出學(xué)生能力的培養(yǎng)，將認證標準中對學(xué)生各方面的能力要求一一分解到各個教學(xué)環(huán)節(jié)中,與之對應(yīng),明確每個教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生哪些方面的知識與能力,這樣使抽象的能力培養(yǎng)問題變得更加具體實在[13]。同時,任課教師必須承擔(dān)相應(yīng)的培養(yǎng)責(zé)任,必須清楚所擔(dān)任的課程有助于培養(yǎng)學(xué)生哪方面的知識與能力,以及在學(xué)生整個知識結(jié)構(gòu)中所起的作用[8]。

金工實訓(xùn)和電工實訓(xùn)都分為基本任務(wù)和創(chuàng)新任務(wù),在集中實訓(xùn)的時間內(nèi)要求學(xué)生必須完成基本任務(wù),對于創(chuàng)新任務(wù)，學(xué)生可以從產(chǎn)品的需求與使用性的角度出發(fā),進行大膽的創(chuàng)新與設(shè)計加工,實訓(xùn)中心將采取全面開放,學(xué)生可以不斷地對產(chǎn)品進行完善。

4.1 金工實習(xí)

以企業(yè)真實產(chǎn)品注射泵為參照研發(fā)的教學(xué)用注射泵，由底板、步進電機、同步帶、注射器支架、壓板、直線導(dǎo)軌等零部件構(gòu)成。工作時,PLC控制步進電機旋轉(zhuǎn),通過同步帶和連接機構(gòu),推動注射器的活塞進行往復(fù)直線運動,具體任務(wù)分工見表1。

表1 金工實訓(xùn)分工

實訓(xùn)中提供標準件和常用件:導(dǎo)軌、步進電機、注射器、螺栓、螺母、傳感器等。

基本任務(wù)為完成支撐腿、底板、壓塊、連接桿等的加工以及整個注射泵的裝配。

創(chuàng)新任務(wù)(拓展任務(wù))為根據(jù)不同的使用要求,對注射器的結(jié)構(gòu)或零件進行改進創(chuàng)新設(shè)計,包括傳動方式、零件的外形結(jié)構(gòu)等。

4.2 電工實習(xí)

電工實習(xí)完成的任務(wù)為設(shè)計可編程序控制器硬件電路和編制控制步進電機的控制程序,將程序下載到可編程序控制器運行并調(diào)試,使步進電機控制同步帶實現(xiàn)精確的直線位移。圖4為注射泵機械結(jié)構(gòu)主視圖,圖5為注射泵機械結(jié)構(gòu)俯視圖,圖6為PLC與驅(qū)動器和步進電機接線圖。

圖4 注射泵機械結(jié)構(gòu)主視圖

圖5 注射泵機械結(jié)構(gòu)俯視圖

圖6 PLC與驅(qū)動器和步進電機接線圖

基本任務(wù)為PLC控制步進電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn),步進電機軸上的同步帶帶動連桿，拉動針管，精確定位，往返運動。

創(chuàng)新任務(wù)(拓展任務(wù))為實現(xiàn)注射量的精確控制,通過精確測量泵出液體與設(shè)定值的誤差,把誤差值輸入系統(tǒng),從而準確調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)速。

5 特色與創(chuàng)新

5.1 信息技術(shù)與工程訓(xùn)練的深度融合

有效的信息技術(shù)與教學(xué)深度融合的教學(xué)活動,學(xué)習(xí)者的自主性將最大化地發(fā)揮作用。

(1) 利用信息技術(shù)構(gòu)建情境教學(xué)。錄制合作公司儀器車間的加工裝配流程錄像,包括光譜儀、色譜儀、質(zhì)譜儀、醫(yī)療專用儀器的加工過程,通過錄像使學(xué)生對儀器的生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)管理的相關(guān)內(nèi)容具有直觀的感性認識；課題組教師積極參加儀器展覽會,拍攝了國內(nèi)外各式各樣的注射泵的照片,并制造成電子相冊,包括不同的輸液模式:流速模式、點滴模式、體重模式、時間模式等。通過這些視頻,使學(xué)生對儀器的發(fā)展現(xiàn)狀和加工流程具有直觀的認識,能夠把學(xué)生帶入問題情境、應(yīng)用情境、直觀情境、虛擬情境、創(chuàng)作情境，以激發(fā)學(xué)生的研究興趣及潛能,給學(xué)生提供學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn),進而投入到具有現(xiàn)實意義的、探索性的活動中去完成工程訓(xùn)練[8]。

(2) 錄制微課。微課作為一種新型的教育信息資源形式，以其“主題突出、短小精悍、交互性好、應(yīng)用面廣”等特點被廣泛認可。課題組教師對實訓(xùn)中數(shù)控編程的重要知識點錄制了高質(zhì)量的微課,并提供給學(xué)生[14]，加強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力,對結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新加工提供了很好的技術(shù)支持。比如注射泵的4個支撐腿,要在數(shù)控車床完成,學(xué)生可以對支撐腿進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,并通過微課學(xué)習(xí),透徹理解相應(yīng)的G指令,很容易就能編寫程序并完成加工。

5.2 突出學(xué)生的主體地位

工程教育認證突出以學(xué)生為中心,把絕大多數(shù)學(xué)生學(xué)到什么作為衡量人才質(zhì)量的評價。只有每個學(xué)生都很好地滿足本校專業(yè)的培養(yǎng)目標,才符合要求。在工程訓(xùn)練中,把培養(yǎng)目標的要求落實在培養(yǎng)方案的具體環(huán)節(jié)中,制定能力培養(yǎng)的實現(xiàn)矩陣,形成了重視工程實踐能力培養(yǎng)、因材施教、分類培養(yǎng)的實訓(xùn)方案。當學(xué)生投入到真實的產(chǎn)品項目實訓(xùn)中時,他們的心態(tài)也會隨之而變,項目需要什么就會主動去學(xué),項目需要干什么就會主動去干,不會忽略或漏掉任何與完成項目相關(guān)的內(nèi)容,能夠很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使學(xué)生受到了全面的訓(xùn)練。

在完成真實產(chǎn)品項目過程中,學(xué)生還必須對使用、美觀、安裝、維護等非技術(shù)層面的問題有全面考慮,特別是要考慮如何最大限度地滿足用戶的要求,進而建立和養(yǎng)成系統(tǒng)的工程觀，有意識地了解研發(fā)的產(chǎn)品如何更好地滿足市場需求,很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)與研發(fā)熱情[15]。

6 結(jié)束語

以注射泵為載體將金工實習(xí)和電工實習(xí)有機地融合在一起,以產(chǎn)品為教學(xué)目的,實現(xiàn)了工程實訓(xùn)的工程性、應(yīng)用性。經(jīng)過工程訓(xùn)練實習(xí),學(xué)生理解了儀器的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝,掌握了新技術(shù)、新工藝、新器件在工程中的具體的應(yīng)用,得到了應(yīng)用電路設(shè)計、制造、調(diào)試的訓(xùn)練,初步具備局部產(chǎn)品研發(fā)的能力,培養(yǎng)了學(xué)生嚴謹?shù)目蒲芯窈驼J真細致的工作作風(fēng)。

在國際工程教育專業(yè)認證背景下,我校會有越來越多的專業(yè)接受認證,這就要求訓(xùn)練中心根據(jù)不同專業(yè)的要求,分專業(yè)制定培養(yǎng)方案,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)實際導(dǎo)入真實的生產(chǎn)項目,注重學(xué)生工程實踐能力和工程綜合素質(zhì)的培養(yǎng),在建設(shè)具有鮮明特色的國家示范工程訓(xùn)練中心中做出有益的探索。

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Reform of engineering training teaching based on engineering education professional certification

Han Fengxia, Zheng Jun

(Mechanical and Electrical Practice Center,Beijing Information Science and Technology University,Beijing 100192,China)

According to the specialty index requirements of the department(understanding manufacturing process of the instruments and mastering the basic theory and design methods of electronic circuit),the engineering training center adopts the company’s real product-injection pump as the teaching carrier. Taking products for the purpose of teaching,the metalworking practice and electrician practice have been combined,striving to build a real engineering training environment. During the training process, the students have a comprehensive training. This article deeply integrates the information technology,highlights the dominant position of the students,achieves the application and project of engineering training, and simulates the students’learning enthusiasm and potential.

engineering education； professional certification; real project; practical teaching

2015- 05- 03 修改日期：2015- 06- 24

北京信息科技大學(xué)項目“面向工程教育專業(yè)認證,加強工程訓(xùn)練中心建設(shè)”(2015JGYB44)

韓鳳霞(1980—),女,河北泊頭,碩士,實驗師,主要從事實訓(xùn)教學(xué)工作.

E-mail：hfx80929@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)10- 0178- 04