綜合性大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)研究與探索

宋崇杰 胡明宇 陳東

摘 要：針對(duì)綜合性大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容單一，學(xué)生收獲不大的現(xiàn)象，分析了大學(xué)生的學(xué)習(xí)目的和實(shí)現(xiàn)方法，闡述了工程訓(xùn)練教學(xué)資源的特點(diǎn)，構(gòu)建了武漢大學(xué)大學(xué)生工程訓(xùn)練的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法、自由選課的教學(xué)體系和教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：綜合性大學(xué);工程訓(xùn)練;教學(xué)資源;教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

Abstract：Aiming at the single content of engineering training in comprehensive universities，and the fact thatthe students have little gain，the learning objectives and implementation methods of college students are analyzed，the characteristics of engineering training teaching resources and teaching method are expounded，and teaching system and teaching quality evaluation system are constructed，which include the teaching content and free course selection of engineering training for Wuhan University students.

Key words：comprehensive university;engineering training;teaching resources;teaching content，teaching quality evaluation system

1 教學(xué)現(xiàn)狀

目前，工程訓(xùn)練的教學(xué)內(nèi)容基本上都是根據(jù)學(xué)生專業(yè)選擇標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練套餐，讓學(xué)生圍繞一個(gè)簡單作品的制作，而開展各種操作技能的訓(xùn)練（車、銑、鉗、熱處理、焊接等）、編寫數(shù)控加工程序的訓(xùn)練（數(shù)控車、加工中心、線切割等）以及其他CAM軟件的使用訓(xùn)練（激光加工、3D打印等），教學(xué)內(nèi)容簡單、單一，缺少思維能力的訓(xùn)練，參加工程訓(xùn)練的學(xué)生收獲不大，學(xué)生普遍對(duì)該門課學(xué)習(xí)積極性不高，全國各高等院校對(duì)究竟該如何開展工程訓(xùn)練，并沒有形成完全的共識(shí)，依然處于困惑之中。

2 大學(xué)生的學(xué)習(xí)目的和實(shí)現(xiàn)方法

學(xué)習(xí)的目的是建立自己的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，以及提高認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力，是不斷重新建構(gòu)、發(fā)展、完善自己的思維結(jié)構(gòu)和思維品質(zhì)、改變自己的行為能力的過程，學(xué)以成人。處在科技高速發(fā)展和信息爆炸的今天，未來許許多多工作將會(huì)被人工智能所代替，社會(huì)發(fā)展充滿著極大的變數(shù)，如何為適應(yīng)未來而學(xué)習(xí)是我們每個(gè)人共同面臨的嚴(yán)峻問題，我們認(rèn)為大學(xué)時(shí)代教育核心應(yīng)該是學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、人際能力和思維能力等綜合能力的教育;一切教育內(nèi)容及形式都要服務(wù)于提高學(xué)生的綜合能力。

思想決定行動(dòng)，所以一個(gè)人的核心能力是思維能力;一代又一代教育學(xué)家研究出的學(xué)習(xí)理論告訴我們，一個(gè)人的思維結(jié)構(gòu)與思維品質(zhì)的形成和完善，與他所接受的文化熏陶和所經(jīng)歷的人生學(xué)習(xí)與實(shí)踐閱歷有極大的關(guān)系，可以說學(xué)習(xí)與實(shí)踐的閱歷越豐富，越容易形成相對(duì)完善的思維結(jié)構(gòu)與思維品質(zhì);學(xué)習(xí)的進(jìn)階過程是知其然、知其所以然、知其未然。因此，學(xué)校的教學(xué)應(yīng)該圍繞著挖掘多種優(yōu)質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容，并引導(dǎo)學(xué)生形成團(tuán)隊(duì)，圍繞多種優(yōu)質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容去探索、去研究、去提出問題、去分析問題、去解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維等綜合能力。

3 工程訓(xùn)練教學(xué)資源的特點(diǎn)

工程訓(xùn)練是基于各種工業(yè)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的教學(xué)，是一種工業(yè)情境下的教學(xué)，每一臺(tái)或每一套設(shè)備都是一個(gè)完整的體系，它包含著設(shè)備的使用方法、設(shè)計(jì)原理、控制原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)，甚至軟件的算法和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，為此我們認(rèn)為工程訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)備是內(nèi)容豐富的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源;是培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力、實(shí)踐能力、工程思維、人際能力的最佳訓(xùn)練平臺(tái)，它可以使思維教學(xué)具體化、生動(dòng)有趣。

基于加工方法的探究能培養(yǎng)學(xué)生操作運(yùn)動(dòng)機(jī)器的膽量、素養(yǎng)以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。比如說數(shù)控機(jī)床操作中的急停操作，學(xué)生在首次運(yùn)行自己設(shè)計(jì)的加工程序時(shí)，因?yàn)榇嬖诔绦虻腻e(cuò)誤而導(dǎo)致撞壞機(jī)床的風(fēng)險(xiǎn)，故要求學(xué)生的手必須放在急停按鈕上方，保證即將發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)隨時(shí)能按下去，將這種方法用于開車，急停就相當(dāng)于剎車，當(dāng)車輛進(jìn)入危險(xiǎn)行駛狀態(tài)時(shí)，司機(jī)的腳應(yīng)該提前放到剎車的上方，具備了這種素養(yǎng)的司機(jī)，開車就不會(huì)在慌亂中誤將油門當(dāng)剎車。加工出一定形狀的零件并不難，加工出高精度的零件可不是一件容易的事情;在數(shù)控加工中，要根據(jù)零件形狀和材料，選擇合適的數(shù)控機(jī)床、設(shè)計(jì)機(jī)加工夾具、選擇合適的切削參數(shù)，還要用到數(shù)控的補(bǔ)償原理等，才能加工出精度誤差小于0.01mm的高精度零件。這種加工探究訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐能力和膽識(shí)。

基于設(shè)計(jì)原理的探究是透過現(xiàn)象看本質(zhì)認(rèn)識(shí)世界的過程，是每個(gè)人極其重要的能力;人的能力差異的第一步就是看誰能透過紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象盡快抓住事物的本質(zhì)，而這種能力是在無數(shù)次的實(shí)踐中形成的，工程訓(xùn)練的每個(gè)模塊都有不同的設(shè)備，分析看透每一種設(shè)備的設(shè)計(jì)原理，具有一定的挑戰(zhàn)性，需要學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的理論知識(shí)分析、綜合，甚至需要老師的指點(diǎn)下才能弄清楚。比如金屬切削機(jī)床的切削原理是刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將工件毛坯上多余的材料切除掉，形成一定形狀、尺寸和精度的零件[1];做的是減法。3D打印則是用材料相對(duì)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，堆積成形成一定形狀、尺寸和精度的零件[2];做的是加法。它們的共同點(diǎn)就是運(yùn)動(dòng)成型。

基于控制原理的探究是挖掘探究邏輯關(guān)系的過程，是形成個(gè)人信息處理、自我管理和組織管理的一個(gè)很好的訓(xùn)練平臺(tái)，現(xiàn)代設(shè)備基本上都是一個(gè)比較成熟的完整系統(tǒng)，涉及到每個(gè)子系統(tǒng)的控制、涉及到子系統(tǒng)之間、還有與人之間的協(xié)調(diào)和信息溝通，將控制原理融會(huì)貫通，對(duì)提高學(xué)生的思維品質(zhì)會(huì)有極大的幫助。比如自動(dòng)控制中常用到的互鎖邏輯關(guān)系實(shí)際上就是非邏輯關(guān)系，多點(diǎn)控制實(shí)際上是或邏輯關(guān)系，只有若干個(gè)運(yùn)動(dòng)條件滿足才能運(yùn)行，實(shí)際上就是與邏輯關(guān)系;數(shù)控機(jī)床中常用到的閉環(huán)控制原理，是數(shù)控機(jī)床能加工出高精度零件的核心技術(shù)之一;一個(gè)人掌握了閉環(huán)控制原理理念，用到做每件事情的實(shí)踐活動(dòng)中去，尤其是經(jīng)常要做的事情，無論大小事情都會(huì)逐步做到極致;企業(yè)全面質(zhì)量管理PDCA循環(huán)工作模式就是一個(gè)很好的案例。

基于機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)的探究，能訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散思維和收斂思維能力，能訓(xùn)練學(xué)生的空間思維能力和時(shí)間邏輯思維能力。能滿足設(shè)計(jì)原理的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)，一般來說有多種方案，尋求多種方案的過程就是一個(gè)發(fā)散思維的過程，比較所有方案的合理性，確定最優(yōu)方案就是一個(gè)收斂思維的過程。任何物體都在三維空間里，隨著時(shí)間的不同而發(fā)生變化;任何機(jī)器設(shè)備都是由不同的部件所構(gòu)成，每個(gè)部件又是由不同的零件構(gòu)成，每個(gè)零件由不同的要素構(gòu)成，它們共同構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)整體，在電氣的控制下，根據(jù)需要運(yùn)動(dòng)在三維空間里。當(dāng)一個(gè)學(xué)生通過了解一臺(tái)又一臺(tái)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)，并在腦海里留下系統(tǒng)的完整的形象，在腦海里能裝積木、拆積木、運(yùn)動(dòng)積木，這就形成了極強(qiáng)的空間思維能力和時(shí)間邏輯思維能力，一個(gè)優(yōu)秀的機(jī)電工程師是在腦海里完成機(jī)器的構(gòu)建，再用圖紙表達(dá)出來，可以說空間結(jié)構(gòu)思維能力是機(jī)電工程師必備的能力，也是一個(gè)人很重要的認(rèn)知能力。

包括宋健[3]、朱高峰[4]等院士在內(nèi)的國內(nèi)學(xué)者都十分關(guān)注我國工程教育發(fā)展。涂善東等[5]呼吁將工程教育置于國家優(yōu)先發(fā)展的地位，倡導(dǎo)全面工程教育理念，并提出工程素養(yǎng)的培養(yǎng)對(duì)象上不僅要提升工科大學(xué)生的工程素養(yǎng)，更要強(qiáng)化“工程為人人，人人知工程”的理念，提升非工科學(xué)生甚至其他公民的工程素養(yǎng)。

4 工程訓(xùn)練內(nèi)容及教學(xué)方法

4.1 教學(xué)內(nèi)容

綜合性大學(xué)的工程訓(xùn)練可以分成兩大類，一類是工程緊密專業(yè)類（如機(jī)械、自動(dòng)化、測(cè)控、計(jì)算機(jī)、電子等）、二類是工程非緊密類（包括文藝?yán)砉艿龋?。針?duì)工程緊密專業(yè)類的學(xué)生應(yīng)該盡可能多的開展各種模塊的訓(xùn)練，一是通過對(duì)各種設(shè)備的認(rèn)知，提高學(xué)生的認(rèn)知能力，并激發(fā)其專業(yè)興趣;二是直接沉淀各種機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)知識(shí)、軟件結(jié)構(gòu)知識(shí)、控制方法等專業(yè)技能;三是訓(xùn)練其工程意識(shí)和工程思維能力。對(duì)于工程非密切專業(yè)類的學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容可以少些，探索的深度可以科普化些，主要教學(xué)目的是通過擴(kuò)展學(xué)生的實(shí)踐領(lǐng)域和工程領(lǐng)域的認(rèn)知訓(xùn)練和思維訓(xùn)練，從而達(dá)到健全完善他們的思維能力的目的。在這個(gè)關(guān)注個(gè)性和自我的時(shí)代，針對(duì)每個(gè)學(xué)生的興趣和特長不同，所有的訓(xùn)練模塊都由學(xué)生自由選擇，即個(gè)性化定制，實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)數(shù)對(duì)應(yīng)其所得學(xué)分?jǐn)?shù)。課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配表如表1：

4.2 教學(xué)方法

各訓(xùn)練模塊的教學(xué)方法簡單描述如下：

（1）車削、銑削、鉗工、鑄造、焊接、熱處理、鈑金、氣動(dòng)屬于工業(yè)2.0的電氣控制工程技術(shù)，主要訓(xùn)練學(xué)生操作機(jī)器的膽量和實(shí)踐動(dòng)手能力，教學(xué)以學(xué)生操作為主。

（2）線切割、數(shù)控車、加工中心、3D打印、激光加工、機(jī)電綜合、電工電子屬于工業(yè)3.0的數(shù)控控制技術(shù)，主要訓(xùn)練學(xué)生的原理和結(jié)構(gòu)認(rèn)知能力、數(shù)控編程能力、機(jī)器的操作能力，教學(xué)方法主要是學(xué)生探究或老師講授原理+學(xué)生操作機(jī)器驗(yàn)證自編程序的正確性或用技術(shù)原理指導(dǎo)建立加工坐標(biāo)系、加工高精度零件。

（3）智能制造屬于工業(yè)4.0的智能控制工程技術(shù)，也包含了工業(yè)1.0、2.0、3.0技術(shù)，主要從更高層次（網(wǎng)絡(luò)技術(shù)+信息技術(shù)+自動(dòng)化技術(shù)等）訓(xùn)練學(xué)生的原理、結(jié)構(gòu)認(rèn)知能力和批判思維能力，教學(xué)方法主要是老師講授或?qū)W生探究原理+學(xué)生觀察機(jī)器的運(yùn)行+學(xué)生提問+改進(jìn)建議+自由討論+結(jié)論;強(qiáng)調(diào)自由探究學(xué)習(xí)，批判學(xué)習(xí)，自由討論、創(chuàng)新思維等。

（4）在認(rèn)知教學(xué)、技能教學(xué)的基礎(chǔ)上增加趣味性教學(xué)成分，即每個(gè)訓(xùn)練模塊或者組合原則上要制作一個(gè)作品，如3D作品、激光雕刻作品、加工中心的毛筆硯臺(tái)作品、智能制造的手指陀螺作品等。

針對(duì)工程非緊密類專業(yè)的學(xué)生酌情減小難度系數(shù)，針對(duì)緊密類專業(yè)對(duì)某模塊有深度要求的學(xué)生，我們開設(shè)了3D打印、激光加工、數(shù)控加工、智能制造基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)踐、創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐等獨(dú)立選修課。

5 教學(xué)質(zhì)量的控制

教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)反饋的作用，一是對(duì)授課老師的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià);二是幫助教師改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，三是督促教師不斷提高自己的教學(xué)水平，真正做到訓(xùn)練學(xué)生的思維能力、專業(yè)能力和人際能力以及科學(xué)素養(yǎng)。保證課程的教學(xué)質(zhì)量可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）充分利用訓(xùn)創(chuàng)中心現(xiàn)有設(shè)備和實(shí)訓(xùn)老師的資源，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的實(shí)踐能力和思維能力。

（2）各課程模塊原則上以4學(xué)時(shí)為基本單位，總課程模塊可逐年增加新模塊，每個(gè)課程內(nèi)容應(yīng)不斷改進(jìn)完善，使課程內(nèi)容盡可能飽滿、性價(jià)比高。

（3）學(xué)生自主自由選擇感興趣的課程模塊，提倡“個(gè)性化培養(yǎng)”。

（4）建設(shè)教師團(tuán)隊(duì)，幫助每個(gè)模塊的指導(dǎo)老師從導(dǎo)入、內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、總結(jié)等多方面不斷提高教學(xué)質(zhì)量;每個(gè)教師都應(yīng)揚(yáng)長避短，精誠合作，逐年提高每一個(gè)實(shí)訓(xùn)模塊的教學(xué)質(zhì)量。

（5）建立教學(xué)效果評(píng)價(jià)機(jī)制，教師自評(píng)，學(xué)生評(píng)價(jià)，領(lǐng)導(dǎo)評(píng)價(jià)，見表2。

（6）開放式的教育機(jī)制，多進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，歡迎所有關(guān)愛教育人士的批評(píng)和建議。

6 結(jié)論

該教學(xué)方法經(jīng)過武漢大學(xué)人文、新聞、思政、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、環(huán)境科學(xué)、機(jī)械、自動(dòng)化、電氣工程、能源、水質(zhì)化學(xué)、環(huán)境工程、測(cè)繪等專業(yè)開展的工程訓(xùn)練教學(xué)嘗試，深受學(xué)生歡迎，同學(xué)們都表現(xiàn)出極大的熱情，課堂踴躍發(fā)言，自由討論，老師隨機(jī)與學(xué)生討論探索，同學(xué)們都深深感覺到了理論在實(shí)踐中靈活運(yùn)用后的巨大價(jià)值，思維能力得到了很好的訓(xùn)練，收獲頗豐。該工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容和方法突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]巫世晶，宋鳳蓮，潘衛(wèi)平，王曉筍，宋崇杰.工程實(shí)踐（第二版）[J].中國電力出版社，2011，12：77.

[2]盧秉恒，李滌塵.增材制造（3D打?。┘夹g(shù)發(fā)展[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2013，42（04）：1-4.

[3]宋健.發(fā)展中國的工程教育[J].清華大學(xué)教育研究，2000（1）：4-5.

[4]朱高峰.面向21世紀(jì)的工程教育發(fā)展與改革[J].高等工程教育研究，2000（1）：3-8.

[5]涂善東.全面工程教育的探索與實(shí)踐[J].中國高等教育評(píng)估，2007（4）：29-32.