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    卓越機械工程師培養的實踐教學體系研究

    來源:UC論文網2018-08-27 07:50

    摘要:

      武漢科技大學機械工程及自動化專業已啟動“卓越工程師教育培養計劃”,其目的是為了培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量冶金機械工程技術人才。針對現有的實踐教學體系不能適應卓越工程師人...

      武漢科技大學機械工程及自動化專業已啟動“卓越工程師教育培養計劃”,其目的是為了培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量冶金機械工程技術人才。針對現有的實踐教學體系不能適應卓越工程師人才培養的要求,本文從實驗、課程設計和企業實踐教學環節以及企業實踐平臺的選擇等方面進行探討,建立了專門針對卓越機械工程師教育培養的實踐教學體系,加強學生的動手能力、基本實踐技能、分析問題及解決問題的能力、開發能力、工程綜合能力及創新能力的培養。


      關鍵詞:機械工程及自動化專業;工程教育;卓越工程師;實踐教學;


      作者簡介:孔建益,武漢科技大學校長,機械自動化學院教授、博士生導師;


      當前,教育部根據國家發展戰略的要求提出以“卓越工程師教育培養計劃”作為工程教育改革的突破口,其目標是培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才[1][2][3]。武漢科技大學成功申報并獲批成為我國第二批卓越工程師培養高校,機械工程及自動化專業(以下簡稱“機械專業”)已啟動該計劃。相比于大眾化教育背景下的一般本科生培養來說,卓越工程師培養更注重于學生工程實踐能力和創新能力的培養,因此現有的實踐教學體系不能適應卓越工程師人才培養的要求,必須對其進行改革,建立專門針對卓越工程師教育培養的實踐教學體系,從而進一步加強學生的動手能力、基本實踐技能、分析問題及解決問題的能力、開發能力、工程綜合能力及創新能力的培養。


      一、實踐教學環節的現狀


      目前,本科院校應用型人才培養的實踐環節存在的一些問題主要包括實踐基地建設、實踐教學的組織管理、實踐教學的考核和實踐內容的安排等[4]。我校機械專業原有實踐環節包括實驗、實習實訓、課程設計、畢業設計和科技創新等,就這些實踐環節來說,也存在著前述的相關問題。另外,從實踐環節的廣度和深度來說,現有實踐教學還達不到卓越工程師培養的要求,仍需進一步完善和豐富實踐教學環節以加強學生工程系統的思維訓練和工程實踐能力的培養。卓越工程師在實踐環節培養上相比于大眾化教育背景下本專業一般本科生來說要求更高,目前本專業在實踐環節方面的現狀主要存在以下一些方面的問題。


      1.企業實踐環節。


      企業實踐環節設置偏少,達不到卓越工程師實踐環節培養的要求。根據卓越工程師教育培養計劃的要求,學生在企業實踐環節的培養累計時長不能少于一年(約40周)。現有培養方案里,真正在企業(包括工程訓練中心)進行的實踐環節有機械制造技能實訓、認識實習、機械制造工藝實習、生產實習和畢業實習,共計12周,滿足不了卓越工程師培養所需的企業實踐環節的時長要求。因此,需設計一個滿足卓越工程師培養計劃要求的企業實踐培養體系,增加企業實踐環節,豐富企業實踐教學內容,加強學生實踐能力的培養。


      2.課程設計。


      現有的本專業課程設計包括機械原理、機械設計和機械制造工藝課程設計,三者之間缺乏緊密的聯系,課程知識點單獨分立,沒有從一個面上將知識綜合,也未能突出本專業的冶金特色。同時機械系列基礎課程與專業課程之間銜接不緊,這一缺陷產生的原因歸根到底是由于缺乏一個前后連貫的綜合性實踐環節將這一系列課程聯系起來。因此,需設計一個融合機械系列課程知識的面向冶金裝備的系統化課程,設計一個分階段實施的綜合設計實踐環節,每個課程設計以冶金裝備作為設計對象,促進知識的融合,培養學生分析問題和解決問題的能力、工程綜合能力及創新能力。


      3.實驗課程。


      原有實驗大都采用菜譜式教學方式,實驗環節中驗證性、演示性實驗偏多,綜合性、設計性實驗偏少,在實驗過程中學生缺乏積極思考和主動創新,沒有起到將課堂所學理論知識靈活應用,融合貫通,并加以提升強化的作用,不利于培養學生的工程實踐能力與創新能力等綜合素質的培養,無法適應新形勢下對卓越工程師綜合能力培養的需求。因此,需設計一個新的實驗培養體系,特別是加強自主創新實驗的設置,激發學生對實驗活動的參與熱情,培養學生的動手能力、基本實踐技能、工程綜合能力和創新能力。


      4.實踐基地的建設。


      實踐基地的建設不僅是對學生實施實踐教學的必要前提,也是確保實踐教學效果的有力保證。卓越工程師實踐環節的培養應主要以校外為主,另外,在實踐基地的選擇方面需結合我校機械專業的特點,選取行業優勢明顯、特色突出、合作關系密切的大中型和知名企業作為卓越工程師教育培養計劃實施企業。因此,需設計一個有效的校企合作模式,提高企業參與卓越工程師實踐環節培養的積極性,保障學生實踐環節培養的廣度和深度,開拓一條卓越工程師培養的實踐教學新途徑。


      本文將從以上幾個方面出發,建立科學完整的實踐教學體系,并針對存在的問題,進行實踐教學的改革,建立適應卓越工程師培養要求的、更注重于工程實踐教育的實踐教學體系,從而加強學生六個方面能力的培養。


      二、卓越工程師培養的實踐教學體系建立


      相比于大眾化教育背景下的本專業一般本科生實踐培養來說,本專業卓越工程師的培養更注重學生在實踐環節方面能力的培養,因此確立了卓越工程師實踐教育培養的總體思路:“依托教改環境,突出工程教育,重視工程實踐,建設一流基地”。構建了一個“三層次,‘5+5’模塊,雙平臺”的實踐教學架構(如圖1所示)。以三層次———基礎層次、綜合層次和創新層次計劃安排實踐環節,據“5+5”模塊———5個基本模塊和5個擴展模塊組織實踐教學,依雙平臺———學校實踐教學平臺、企業實踐教學平臺實施實踐教學,豐富實踐教學的內容,增強實踐動手訓練,培養學生六個方面的能力。其中:“5+5”模塊是指課程計劃內的5個基本模塊如實驗、課程設計、實習、實訓、畢業設計,以及課程計劃外的5個擴展模塊如專業能力系列競賽、科研訓練、企業見習、技能培訓與認證、素質拓展。針對實踐教學架構,本文重點對實驗教學、課程設計、企業實踐教學和企業實踐平臺展開研究。


      1.改革實驗教學體系,加強自主創新實驗設置。


      實驗課是機械專業卓越工程師實踐能力培養的重要環節,要從根本上改變原有教學體系中驗證性實驗多,綜合性、設計性實驗少的狀況,搭建一個以機械設計、機械制造、測控與仿真等三實驗主題為主線、分層次、個性化的矩陣式實驗教學體系。在低年級階段加強基本操作技能訓練,并適當安排與本學期內容相關的驗證性實驗;高年級階段將專業基礎課程和專業課程相結合,設計出一系列綜合性、設計性實驗課程,使實驗教學由被動模式轉變為主動模式,提高實驗的科技含量。


      為了達到卓越工程師實踐能力的培養目標,進一步設計開發自主創新實驗,實驗的過程、結果、具體目標等不是固定不變的,學生從實驗方案的構思(conceive)、實驗步驟的設計(design)、實驗過程的操作(implement),到實驗結果的評價(Evaluation),全流程主動參與。這種基于CDIE的自主創新實驗的目標就是培養學生的自主學習能力、知識應用能力、動手實踐能力以及系統掌控能力等。實驗改革的具體內容概述如下。


      (1)以國家精品課程機械原理和液壓傳動課程的實驗教學為突破口,促進實驗教學內容優化。強化實驗環節,實驗教學單獨設課——機械原理實驗課16學時(1學分),含7個實驗;液壓傳動實驗課16學時(1學分),含6個實驗。在這些實驗課內,包括了機構組合創新設計與仿真實驗、受控機構運動仿真與控制實驗、機構運動與動力參數測定實驗、可重組液壓回路實驗等一批自主創新實驗。出版《機械原理與機械設計實驗教程》、《機械制造實驗教程》、《液壓傳動實驗指導書》,參編《全國高校機械專業創新性實驗匯編》等,為自主創新實驗的開展奠定了堅實的基礎。


      (2)依托科研項目,開發冶金特色創新實驗項目。從科研項目成果中提取簡化,開發自主創新實驗項目,典型實驗包括:軋機力能參數測試及數值模擬實驗、金屬結構應力測試與仿真實驗、齒輪和軸承故障診斷實驗、靜電噴涂粒徑測量與涂油效果分析實驗、帶鋼表面缺陷檢測實驗、結晶器非正弦振動控制仿真實驗等。這些實驗以開放性實驗的形式開展,鼓勵學生提出申請,并就實驗中的方法、技術等積極思考,主動實踐,對實驗的結果評價總結。這些貼近工程實際的實驗項目培養了學生的綜合能力,并為以后的就業打下了良好的基礎。


      (3)依托國家級機械實驗教學示范中心,建立校企聯合實驗室,拓展實驗渠道與途徑。如與武鋼合作成立的武鋼-武科大鋼鐵聯合實驗室,給學生提供了一個了解鋼鐵生產流程與典型冶金設備的最佳平臺;與浙江中控公司合作成立的武科大———中控控制工程實驗室,開發了“鋼鐵生產流程的過程控制仿真”等多個實驗,為拓展學生的知識面,提高多學科知識的綜合應用能力提供了一個平臺。此外,建立卓越工程師創新實驗室,學生可以隨時驗證和實現自己的新想法,從而提高學生分析問題、解決問題的能力。


      2.拓展課程設計教學環節,開展多科綜合課程設計。


      課程設計是培養學生解決工程實際問題的一項重要實踐活動。本專業原有的課程設計包括機械原理、機械設計和機械制造工藝學課程設計。針對卓越工程師的培養,對原有課程設計體系結構進行再設計,增加機械制圖和冶金機械兩門課程的課程設計。并對這些課程設計內容進行優化整合,實施全貫通的多課綜合課程設計環節,以特定的冶金機械系統設計任務為目標,分階段完成設計任務,促進各門課程的知識融合,培養學生對知識的綜合應用能力與主動實踐能力。


      (1)機械制圖課程設計是完成冶金機械系統結構分析及機械零件測繪等工作,培養學生基本的結構分析、測繪、識圖和畫圖能力。


      (2)改革原有機械原理和機械設計課程設計的設計內容,針對給定的工藝參數對冶金機械設備進行包括機械運動方案的確定、運動學及動力學分析、尺度綜合、零件的強度和剛度的校核、裝配圖和零件圖的繪制、設計說明書的撰寫等內容。


      (3)機械制造工藝課程設計是完成冶金機械系統零部件的加工工藝與裝配方案,設計制造夾具等,掌握各種加工手段與加工工藝,編寫主要零件的加工工藝。


      (4)為了進一步加強學生工程意識和設計能力的培養,在相關專業課學習后,增加冶金機械課程設計。針對冶金企業生產中較為典型的機械裝備系統中重要的設備單元,在進行現場充分調研的基礎上,運用所學相關基礎和專業知識內容設計出合理的冶金機械設備單元,強化學生的工程設計和綜合能力。


      3.豐富企業實踐教學環節,實現實踐教學的廣度和深度。


      本專業卓越工程師的培養,更加注重企業實踐環節,因此,必須建立針對卓越工程師培養的企業實踐教學體系,并與企業工程技術和管理人員一起制定有針對性的卓越工程師企業培養方案,保障學生具有較寬的工程視野,拓寬學生的工程知識面,實現企業實踐教學的廣度和深度。


      本專業面向卓越工程師培養的在企業學習的幾個實踐環節包括:機械制造技能實訓、認知實習、機械制造工藝實習、冶金主體設備應用實訓、畢業實習與畢業設計等。制定每個環節的培養目標,使學生能夠在不同的工程環境下得到深入的實踐機會,獲得專門的工程知識與能力。其中機械制造技能實訓、認知實習、機械制造工藝實習與大眾化教育背景下本專業學生培養目標差別不大,下面著重介紹冶金主體設備應用實訓、畢業實習與畢業設計的培養目標和實踐要求。


      (1)冶金主體設備應用實訓:此實踐環節學時18周,本環節結合專業要求使學生對鋼鐵企業冶金生產流程、工藝及生產設備等有比較全面的了解,并對冶金企業各生產流程和相關設備的維修維護進行實訓(在各生產工段主要崗位進行跟班實訓),使學生通過現場實際,加深對冶金企業主體設備的使用、維修、維護管理等實踐知識的理解,培養學生解決工程問題的應用和分析能力。


      (2)畢業實習與畢業設計:此實踐環節學時18周,通過在企業全方位的學習,使學生具備綜合運用所學理論知識和相關技術手段分析并解決冶金機械及相關設備的工程實際問題的能力,培養學生進行系統開發與設計、技術改造與創新的初步能力。在此階段學生作為企業的技術研發人員參與企業的科技開發或技術攻關,采用校內指導教師和企業指導教師共同指導的方式完成本階段的學習。


      4.企業實踐平臺的選擇。


      實踐教學環節的實施,主要通過學校和企業兩個平臺,利用學校和企業兩種不同的教育環境和教育資源,培養出社會所需要的卓越工程師。在企業實踐教學中,讓企業參與大部分的實踐教學環節,把學校教學與企業生產實際緊密結合,保證學生直接進入企業進行實習實訓和畢業設計等,最后到相關企業就業。因此根據專業領域、企業實踐教學環境、企業的教師資源和以往校企合作情況,擇優選擇合作企業。結合我校機械專業的特點,選取行業優勢明顯、特色突出、合作關系密切的大中型和知名企業作為卓越工程師教育培養計劃實施企業,特別是與我校簽訂了戰略合作協議的鋼鐵集團公司。目前,與我校簽訂協議參與卓越工程師培養的實施企業分別在冶金機械、重型機械、工程機械等設計制造領域具有非常明顯的行業優勢和專業特點,并擁有國家級的技術中心和博士后流動站,具有非常良好的工程實踐條件,為本專業卓越工程師工程實踐能力的培養奠定了堅實的軟硬件條件。


      三、結語


      我校機械專業卓越工程師培養的實踐教學是培養學生理論聯系實際,充分運用所學知識進行冶金機械裝備設計、制造和維護,加強實踐技能和動手能力訓練的重要環節,也是培養學生獨立分析問題和解決問題的能力、開發能力、工程綜合能力及創新能力的重要實踐教學環節。本文對我校機械專業卓越工程師培養中的實踐教學體系進行了研究,據此培養出創新能力強、適應我國經濟社會發展需要的高質量冶金機械工程技術人才。


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