新工科背景下機械類專業(yè)實踐教學改革研究

陳雪輝，俞傳陽，景甜甜，劉 偉，雷經發(fā)

（安徽建筑大學 機械與電氣工程學院，安徽 合肥 230601）

近年來，為了積極應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，服務支撐“創(chuàng)新驅動發(fā)展”以及“中國制造2025” 等一系列國家戰(zhàn)略，教育部在積極推進的“新工科”建設[1]，而“新工科”建設的關鍵任務之一就是“工程實踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”，最終目的是為新時代的培養(yǎng)創(chuàng)新人才[2]。為了滿足建設創(chuàng)新型國家、滿足制造行業(yè)對工程創(chuàng)新人才的迫切需求，作為高素質、高層次人才培養(yǎng)重要承載體的高等學校，更是要積極順應時代發(fā)展要求進行變革，在教學活動中加強學生工程實踐素質和創(chuàng)新能力的鍛煉，極力培養(yǎng)復合型、創(chuàng)新型人才，全面提升本科畢業(yè)生的國際競爭力水平[3]。由于機械類專業(yè)是特別注重實踐性、創(chuàng)新性的工科專業(yè)，因此當前機械類專業(yè)實踐教學改革與發(fā)展所面臨的重要課題之一就是如何合理架構機械類專業(yè)學科的實踐教學體系，從而不斷切實提高實踐教學水平與質量。本文以安徽建筑大學近年來在新工科背景下對機械類專業(yè)實踐教學改革研究為例，總結介紹了在教學實踐改革過程中的一些做法和取得的一些成果。

1 構建“教學-科研-競賽”三位一體的人才培養(yǎng)模式，注重大學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力培養(yǎng)

建成機械類系列創(chuàng)新課程和多層次競賽活動平臺，形成“教學-科研-競賽”三位一體的人才培養(yǎng)模式，實施從一年級到四年級貫穿整個大學本科階段的項目式實踐教學，在此基礎上，采用“賽教融合、循序遞進”的工程實踐教學模式：課程實驗（培育）→綜合實踐（訓練）→項目實訓（催化）→企業(yè)實習（提高）[4]。具體如圖1所示的。

圖1 “賽教融合、循序遞進”的項目式實踐教學模式

在項目式工程實踐教學過程中，建立“零起點”的項目訓練模式：指導教師全程指導學生進行項目調研和選題、設計產品方案、生產應用實現以及市場成果轉化等；采用學科競賽的實際案例以及所涉及到的專業(yè)知識進專業(yè)課程教學，將學科競賽選題和教師個人科研項目合理分解作為科研訓練項目；基于學科競賽學習社團，建立了基于 KSA（Knowledge、Skills、Abilities ，知識、技能、能力）理論的“一體化”團隊協(xié)作訓練模式和高年級學長“傳、幫、帶”的輔導模式；建立“競賽+項目”的教學模式，以“學科競賽（項目）為主線、學生為主體、教師為主導”，規(guī)劃制定一系列典型、易操作的“競賽和項目”，通過 “廣泛撒網”（校級競賽）、“重點捕撈”（參加省賽）、“定向培養(yǎng)”（沖擊國賽），讓學生在完成“競賽、項目”過程中理解基礎理論知識、掌握工程技能和方法，培養(yǎng)學生的主動實踐能力，既從根本上解決了創(chuàng)新實踐活動不能惠及全部學生及能力培養(yǎng)效果不明顯的問題，又切實地使學生從傳統(tǒng)的“要我學”被動接受知識的教學模式改變?yōu)榉e極的“我要學”的主動學習知識的教學模式。

2 改革實驗教學技術與手段，構建全方位、多層次的創(chuàng)新人才實踐教學體系

遵循 “由淺入深，由低級到高級，梯次遞進”和“實踐、認識、再實踐、再認識”的科學規(guī)律，構建“工程認知”、“工程實踐”、“綜合創(chuàng)新”三個層次的機械類類專業(yè)技術人才培養(yǎng)的實踐教學體系[5]，如圖2所示，同時為了保障實踐教學質量，也制定了相應的教學質量監(jiān)控體系。

圖2 全方位、多層次的創(chuàng)新人才實踐教學體系

在強化課內理論知識傳授的基礎上，借鑒采用了如圖3所示“學科競賽驅動”的機械類學科專業(yè)分階段、模塊化和多層次、個性化相結合的實踐教學模式結構[6]，與課內理論教學相呼應，創(chuàng)造條件并且鼓勵、引導學生開展形式多樣的課外科學研究及工程實踐活動；在實驗課程教學活動中引入研討式、自助式和開放式教學模式，不僅在驗證型實驗學習中，而且在創(chuàng)新型、綜合型實驗教學學習中也強調體現學生的主體地位，學生可以自己提出實驗方案、設計實驗方案、經過實際動手操作后分析數據結果、得出結論，并且通過橫向對比，對不同方案得到結論和結果進行綜合評價，可以深刻理解課本理論知識及相應實驗原理，從而達到提高工程實踐能力和科研素養(yǎng)的目的；利用新技術、新手段改革實踐教學的方式方法，充分利用網絡教學資源、多媒體技術以及虛擬實驗教學資源等開展形式多樣的教學等，這種“虛實結合”的學習及教學方式可以極大促進理論知識向實踐應用的轉化，非常有助于學生的自主學習。

圖3 機械大類專業(yè)實踐教學模式結構

3 以本為本，強化專業(yè)基礎，開展基于OBE理念的實踐教學及考核，提升學生的實踐創(chuàng)新能力

OBE（Outcome based education），即成果導向教育，倡導以學生為中心，“清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學生獲得在未來生活中獲得實質性成功的經驗”[7]。因此，我們在工作中探索以學生為中心、以學生的能力培養(yǎng)為導向開展實踐教學的方式方法，加強工程教育與工業(yè)界的緊密結合，努力提升本科教育的教學質量，將機械專業(yè)知識與工程生產實踐緊密的結合起來，在課堂教學中引入行業(yè)工程實際的產品生產題材，根據典型的工程案例，講解理論基礎知識、傳授工程解決辦法，使學生能夠較為容易的將專業(yè)知識建立在相應的產品實物或者工程模型上；積極探索實踐教學環(huán)節(jié)多角度評價方法，鼓勵本科生參與到指導教師的項目課題組開展探索性、研究性的學習，鼓勵支持學生以發(fā)表論文、申請專利以及參加省級以上學科競賽獲獎等方式取得學校社會實踐與課外創(chuàng)新學分；實驗課程的成績評定強調過程與結果并重，每門實驗課程成績均由實驗預習、實驗過程具體操作、實驗報告以及總結反思等綜合評價構成；開展了部分課程設計以及畢業(yè)論文的多樣化改革，鼓勵支持學生將生產實踐、學科競賽、科技創(chuàng)新等工程實踐活動中取得的初步成果進一步深化形成課程設計或畢業(yè)論文的內容。

4 以“新工科”理念為牽引，將學科競賽與實踐教學相融合，全面提升本科教學質量

順應“培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才” 的“新工科”建設目標，將機械學科競賽對學生所需知識、能力以及素質要求分解到實踐教學的各環(huán)節(jié)中去，針對機械創(chuàng)新設計大賽以及工程訓練綜合能力競賽等機械學科競賽所依賴的基礎自然知識、工程知識、專業(yè)知識，利用現代教學理念、方式方法和教育技術手段強化機械工程專業(yè)基礎，將專業(yè)知識與工程生產實踐緊密聯(lián)系起來，在實踐教學環(huán)節(jié)中，始終貫穿 “提高工程素質”和“培養(yǎng)創(chuàng)新能力”這一主線；在校內利用相關學科的各級科研實驗室和實踐教學實驗室作為本科生工程實踐、科研訓練、創(chuàng)新型實驗項目以及學科競賽開展的平臺，在校外與安徽合力股份有限公司、合肥鍛壓集團有限公司、安徽建筑機械有限責任公司以及 中科院（合肥）技術創(chuàng)新工程院有限公司等建立校企合作實習實踐教育基地，增強理論與實踐的緊密聯(lián)系，夯實本科教學基礎，聯(lián)合培養(yǎng)各類復合型、學科交叉型的創(chuàng)新人才。

5 結束語

在機械類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，學生工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是及其重要的一個環(huán)節(jié)，本文針對這一現狀，根據新工科教育改革的要求，以提升本科教育為目標，以全國典型機械類學科競賽為載體，介紹了安徽建筑大學機械類專業(yè)實踐教學改革研究中所取得的一些心得體會和經驗總結。實踐表明，通過上述實踐教學改革的研究與實踐，可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，從課內到課外始終處于積極自覺、主動參與的學習氛圍中，較為明顯的提高了實踐創(chuàng)新能力和工程素質。