基于工程教育的機械裝備專業(yè)實踐教學探索

任素波　張興中　金昕　任廷志　許志強　白明華

[摘要]工程教育認證對本科生的畢業(yè)能力提出了新要求，并在認證標準中明確提出了“解決復雜工程問題”的要求。機械裝備專業(yè)以工程教育專業(yè)認證為契機，對本專業(yè)的實踐教學改革提出了一種新做法，將以往分散的實踐教學以一個綜合實物項目的形式串聯(lián)起來，給學生提供了一個綜合運用所學知識與技能進行工程實踐的應用平臺，激發(fā)了學生的學習興趣，深受學生好評，取得了良好教學效果。

[關鍵詞]工程教育；實踐教學；教改

[中圖分類號]G642.0 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-4634（2016）04-0105-04

0 引言

工程教育認證是當前國內(nèi)高校都高度重視的工作之一。開展工程教育專業(yè)認證，是為了進一步深化中國工程教育改革，使中國工程教育領域與國際化接軌，實現(xiàn)中國與國際工程教育專業(yè)間的實質(zhì)性互認，提升國際競爭力?！度A盛頓協(xié)議》是世界上最具影響力的國際本科工程學位互認協(xié)議，其宗旨是通過雙邊或多邊認可工程教育資格及工程師執(zhí)業(yè)資格，促進工程師跨國執(zhí)業(yè)。該協(xié)議提出的工程專業(yè)教育標準和工程師職業(yè)能力標準，是國際工程界對工科畢業(yè)生和工程師職業(yè)能力公認的權威要求。2013年6月，中國成為該協(xié)議組織的第21個成員。我國從2006年開始開展工程教育認證，現(xiàn)有14 000多個工程教育專業(yè)布點數(shù)，占高等學校專業(yè)總布點數(shù)的1/3，工程專業(yè)類在校生超過300萬人，占全國本科總數(shù)的1/3，畢業(yè)生超過100萬人，占全國本科畢業(yè)生總數(shù)的1/3。開展工作9年來，工程教育認證對構建我國高等工程教育質(zhì)量保障體系，推動高等工程教育改革，密切工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系，促進工程教育國際化，提高工程教育質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

2012年，燕山大學機械設計制造及其自動化專業(yè)參加中國工程教育專業(yè)認證，通過學校自評、專家組現(xiàn)場考查、分委員會（試點工作組）審議、認證結(jié)論審議委員會審議等程序，順利通過了此次認證，有效期為三年。2015年4月，向中國工程教育認證協(xié)會提交了本專業(yè)第二輪的自評報告，并獲得通過。

以燕山大學工程教育認證為契機，結(jié)合專業(yè)特點，機械裝備專業(yè)在本科生實踐教學環(huán)節(jié)嘗試新模式下教學改革與探索。機械裝備專業(yè)是學校的傳統(tǒng)專業(yè)，自專業(yè)成立至今為各大企業(yè)、科研院所，尤其是冶金設備行業(yè)培養(yǎng)了眾多人才。多年來，我專業(yè)就發(fā)展定位和人才培養(yǎng)規(guī)格的討論和探索，始終沒有停息。隨著社會進步與工業(yè)技術的不斷發(fā)展，廣大企業(yè)對高素質(zhì)專業(yè)技術人才的需求不斷增長，而且對專業(yè)人才的知識水平和實踐能力要求也愈來愈高。作為一個歷史久遠的傳統(tǒng)專業(yè)，如何與社會發(fā)展和科技進步相結(jié)合，與時俱進，培養(yǎng)適合當今企業(yè)需求的精英人才是專業(yè)在發(fā)展進程中要解決的重大問題。這些都對機械裝備專業(yè)人才培養(yǎng)模式提出了新要求。

1 實踐教學改革思路

中國工程教育認證通用標準列出了本科生應達到的12項基本要求，其中第3條指出：“設計/開發(fā)解決方案：能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識”，該條強調(diào)了要解決的是“復雜工程問題”，并要有系統(tǒng)性，包括設計方案、工藝流程等多個環(huán)節(jié)，同時強調(diào)創(chuàng)新。為了鍛煉本科生的實踐動手能力，使之達到上述要求，本專業(yè)經(jīng)過系統(tǒng)研究，結(jié)合專業(yè)特點提出了名為“典型冶煉設備的設計與實物制作（二級項目）”的專業(yè)實踐教學改革項目，并獲得了學校的教改立項和資助。本項目以提倡學生的主動學習和實踐為核心的“做中學”教學理念為指導原則，結(jié)合機械裝備專業(yè)學生的培養(yǎng)目標，通過設計制定科學合理的執(zhí)行計劃，結(jié)合鋼鐵冶煉設備的設計、應用和研究，給學生提供一個實踐鍛煉平臺，充分發(fā)揮其主觀能動性，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，能夠更加適應當前冶金行業(yè)對高層次人才的需求。

2 項目的實施方案

本教改項目立足于機械裝備專業(yè)的核心專業(yè)課《機械裝備及設計》，實物制作的原型均來自該課程，為保證本項目的順利完成，主講教師對該課程的教學內(nèi)容中涉及實物制作模型的部分章節(jié)及時進行授課方式的調(diào)整，在授課過程中結(jié)合課程特點、學生掌握的基礎知識以及實驗室條件有針對性地進行講解，為項目奠定理論基礎。項目的最終實施方案由教研室老師經(jīng)過多次研討后確定，結(jié)合項目執(zhí)行周期設計合理的考核節(jié)點、向?qū)W生下達任務書，相關理論課的任課教師為指導教師，由項目負責人進行有關事項的組織和協(xié)調(diào)，安排實驗室教師和任課教師對學生的加工、安裝和實驗調(diào)試進行技術指導。根據(jù)專業(yè)學生人數(shù)，通常4～5人為一個小組，每組設組長1名。每個小組完成一部專業(yè)設備（圓筒混合機或部圓盤造球機）的設計與制作，小組中每名成員均有明確的設計任務，包括零部件的設計、仿真、加工與采購等，組長負責任務的分配和協(xié)調(diào)，并組織組內(nèi)成員最終完成設計仿真、安裝調(diào)試等任務。學生制作部分具體的實施過程分以下幾個階段。

1）設計方案的可行性分析。各小組首先進行資料搜集與整理，通過觀看圓筒混合機和圓盤造球機的現(xiàn)場錄像和查閱相關設計資料，了解所設計設備的基本情況和現(xiàn)狀，使學生掌握這兩種設備的結(jié)構及工作原理，根據(jù)實驗條件對設備結(jié)構進行必要的簡化和優(yōu)化，對各自的設計方案進行可行性分析和論證。

2）設備結(jié)構、工藝參數(shù)計算及計算機仿真。對設備的結(jié)構和工藝參數(shù)進行理論設計、計算和校核，運用三維設計軟件對圓筒混合機和圓盤造球機進行三維建模與仿真，檢驗設計方案的完整性和正確性，最后進行所設計設備的全套工程圖紙的繪制。

3）加工零部件。根據(jù)所設計的圓筒混合機和圓盤造球機工程圖紙，進行零部件的加工制作。除標準件進行外購以外，其他各零部件的加工均由學生在實驗教師的指導下獨立完成，讓學生全程參與完成零部件的加工制作，增加學生的實踐能力。

4）設備的安裝與調(diào)試。將所加工和采購的零部件進行安裝，之后再按照生產(chǎn)工藝進行調(diào)試試驗，掌握所設計設備的工作特點，確保其能夠達到設計目標。

5）答辯驗收。為充分調(diào)動學生的積極性，項目驗收采取小組競賽+答辯+設計說明書的方式進行。除了提交各組的設計說明書和工程圖紙外，由項目負責人組織學生進行答辯和小組競賽，從設備結(jié)構創(chuàng)新、產(chǎn)品質(zhì)量、成本以及工作效率等多個方面進行評比，最終確定各組成績。

3 項目的執(zhí)行過程

項目落實后，對燕山大學11級機械裝備專業(yè)本科學生進行了項目式培養(yǎng)的第一輪實踐教學改革嘗試，要求每個小組獨立完成一部圓筒混合機或一部圓盤造球機的整體設計工作。

1）人員分工。依據(jù)現(xiàn)有條件及學生的實際情況，進行了項目組織規(guī)劃。11級機械裝備專業(yè)學生分2個班，共53人，按照最初設想的4～5人一組，并結(jié)合學生各自的特長和實際情況共分為11組。每組設指導教師1名，由熟悉所選設備的專業(yè)教師擔任，負責指導各小組完成方案設計，幫助各小組解決在方案設計、仿真以及校核等過程中遇到的問題。安裝調(diào)試階段由實驗教師全程參與，處理實際加工過程中的各種問題，項目負責人負責全局工作，協(xié)調(diào)各個環(huán)節(jié)。

2）時間節(jié)點分配。本輪項目執(zhí)行周期為2個月。為確保各小組及時、順利地完成實物制作任務，在項目開始前向各小組下達了項目任務書，明確了時間分配以及各個考核節(jié)點。具體如表1所示。

3）實物制作過程與驗收。所有學生在整個項目執(zhí)行過程中都特別認真努力，踏實肯干，表現(xiàn)出了良好的創(chuàng)造性和團隊精神。在方案論證階段，各小組都進行了充分的資料搜集與整理，所提出的方案經(jīng)過反復修改與完善，并經(jīng)過計算機三維造型與仿真，對所設計的方案進行多角度論證，確保其可行性。某小組設計的圓盤造球機三維仿真效果見圖1所示。

在實物制作階段，各小組團結(jié)合作，充分發(fā)揮個人特長，分工明確。凡是在實驗室條件能夠完成的零件均有學生動手制作，其他采購件也從結(jié)構、價格等方面對多家進行對比選擇，最終在保質(zhì)保量完成設備制作的基礎上，將生產(chǎn)成本降到最低，圖2是某小組所設計的圓盤造球機最終外觀。

設備組裝完成后，進入最后的調(diào)試階段，學生們的熱情空前高漲，為了能在最后的競賽中取得好成績，各小組的成員各盡所能，將自己設計的設備性能調(diào)整到最佳狀態(tài)。圖3是各小組采用圓盤造球機生產(chǎn)出的最終產(chǎn)品——元宵。由圖3可見，各小組之間的實力可以說是勢均力敵，最后由專業(yè)教師組成的評委會從產(chǎn)品外觀、粒度均勻性、顆粒強度以及生產(chǎn)效率等多個方面進行綜合評價后確定成績。

4 結(jié)束語

由于實物項目是初次進行，實施經(jīng)驗不夠，在項目開展過程中暴露了一些不足之處，比如：零部件加工條件有限，加工質(zhì)量差；方案設計耗時較長，導致實物加工、安裝調(diào)試階段略顯緊張；經(jīng)費不足等。但通過實物項目的開展，雖然時間較短，還是取得了一些成果，具體表現(xiàn)在如下幾方面。

1）通過實物項目，使學生深刻理解了專業(yè)設備特色；

2）通過方案制定和可行性論證，使學生掌握了工程設計的基本流程：

3）鍛煉了學生工藝參數(shù)計算與校核的實際運用能力：

4）使學生理解了三維建模仿真技術在工程設計中的作用；

5）使學生工程制圖能力得到了鍛煉和提高；

6）通過零部件的加工制造，提高了學生的動手能力、聯(lián)系實際能力；

7）通過購置設備制作原材料，增加了學生的實踐能力：

8）通過小組合作，提高了學生相互協(xié)作、溝通、交流的能力。

綜上所述，項目式教學作為課程教學的一種特殊形式，注重理論與實踐相結(jié)合，周期短，見效快，可控性好，充分體現(xiàn)了“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”的特點，彌補了課堂教學中理論性強、知識集中，但往往“教師講，學生聽”的被動接受局面，與課堂教學、討論課、實驗課等一起構成了完整的課程教學體系，豐富了課程教學對學生實踐能力培養(yǎng)的執(zhí)行手段。通過本項目的開展，綜合鍛煉了學生的各項能力，特別是實踐動手能力，將以往分散到多門理論課中的實驗、專業(yè)技能訓練、課程設計等這些割裂的階段性成果以一個綜合項目的形式串聯(lián)起來，成為有實用價值的一個完整系統(tǒng)，讓學生能夠有機會綜合運用所學的機械制圖、機械設計、三維仿真設計與優(yōu)化、互換性與測量技術、工程材料、機械制造等多門知識與技能去解決一個“復雜工程問題”，順應了當今時代工程教育對本科學生的畢業(yè)要求，對于加強學生創(chuàng)造性設計能力的培養(yǎng)具有重要的實際意義。