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卓越机械工程师培养的实践教学体系研究

来源:UC论文网2018-08-27 07:50

摘要:

  武汉科技大学机械工程及自动化专业已启动“卓越工程师教育培养计划”,其目的是为了培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量冶金机械工程技术人才。针对现有的实践教学体系不能适应卓越工程师人...

  武汉科技大学机械工程及自动化专业已启动“卓越工程师教育培养计划”,其目的是为了培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量冶金机械工程技术人才。针对现有的实践教学体系不能适应卓越工程师人才培养的要求,本文从实验、课程设计和企业实践教学环节以及企业实践平台的选择等方面进行探讨,建立了专门针对卓越机械工程师教育培养的实践教学体系,加强学生的动手能力、基本实践技能、分析问题及解决问题的能力、开发能力、工程综合能力及创新能力的培养。


  关键词:机械工程及自动化专业;工程教育;卓越工程师;实践教学;


  作者简介:孔建益,武汉科技大学校长,机械自动化学院教授、博士生导师;


  当前,教育部根据国家发展战略的要求提出以“卓越工程师教育培养计划”作为工程教育改革的突破口,其目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[1][2][3]。武汉科技大学成功申报并获批成为我国第二批卓越工程师培养高校,机械工程及自动化专业(以下简称“机械专业”)已启动该计划。相比于大众化教育背景下的一般本科生培养来说,卓越工程师培养更注重于学生工程实践能力和创新能力的培养,因此现有的实践教学体系不能适应卓越工程师人才培养的要求,必须对其进行改革,建立专门针对卓越工程师教育培养的实践教学体系,从而进一步加强学生的动手能力、基本实践技能、分析问题及解决问题的能力、开发能力、工程综合能力及创新能力的培养。


  一、实践教学环节的现状


  目前,本科院校应用型人才培养的实践环节存在的一些问题主要包括实践基地建设、实践教学的组织管理、实践教学的考核和实践内容的安排等[4]。我校机械专业原有实践环节包括实验、实习实训、课程设计、毕业设计和科技创新等,就这些实践环节来说,也存在着前述的相关问题。另外,从实践环节的广度和深度来说,现有实践教学还达不到卓越工程师培养的要求,仍需进一步完善和丰富实践教学环节以加强学生工程系统的思维训练和工程实践能力的培养。卓越工程师在实践环节培养上相比于大众化教育背景下本专业一般本科生来说要求更高,目前本专业在实践环节方面的现状主要存在以下一些方面的问题。


  1.企业实践环节。


  企业实践环节设置偏少,达不到卓越工程师实践环节培养的要求。根据卓越工程师教育培养计划的要求,学生在企业实践环节的培养累计时长不能少于一年(约40周)。现有培养方案里,真正在企业(包括工程训练中心)进行的实践环节有机械制造技能实训、认识实习、机械制造工艺实习、生产实习和毕业实习,共计12周,满足不了卓越工程师培养所需的企业实践环节的时长要求。因此,需设计一个满足卓越工程师培养计划要求的企业实践培养体系,增加企业实践环节,丰富企业实践教学内容,加强学生实践能力的培养。


  2.课程设计。


  现有的本专业课程设计包括机械原理、机械设计和机械制造工艺课程设计,三者之间缺乏紧密的联系,课程知识点单独分立,没有从一个面上将知识综合,也未能突出本专业的冶金特色。同时机械系列基础课程与专业课程之间衔接不紧,这一缺陷产生的原因归根到底是由于缺乏一个前后连贯的综合性实践环节将这一系列课程联系起来。因此,需设计一个融合机械系列课程知识的面向冶金装备的系统化课程,设计一个分阶段实施的综合设计实践环节,每个课程设计以冶金装备作为设计对象,促进知识的融合,培养学生分析问题和解决问题的能力、工程综合能力及创新能力。


  3.实验课程。


  原有实验大都采用菜谱式教学方式,实验环节中验证性、演示性实验偏多,综合性、设计性实验偏少,在实验过程中学生缺乏积极思考和主动创新,没有起到将课堂所学理论知识灵活应用,融合贯通,并加以提升强化的作用,不利于培养学生的工程实践能力与创新能力等综合素质的培养,无法适应新形势下对卓越工程师综合能力培养的需求。因此,需设计一个新的实验培养体系,特别是加强自主创新实验的设置,激发学生对实验活动的参与热情,培养学生的动手能力、基本实践技能、工程综合能力和创新能力。


  4.实践基地的建设。


  实践基地的建设不仅是对学生实施实践教学的必要前提,也是确保实践教学效果的有力保证。卓越工程师实践环节的培养应主要以校外为主,另外,在实践基地的选择方面需结合我校机械专业的特点,选取行业优势明显、特色突出、合作关系密切的大中型和知名企业作为卓越工程师教育培养计划实施企业。因此,需设计一个有效的校企合作模式,提高企业参与卓越工程师实践环节培养的积极性,保障学生实践环节培养的广度和深度,开拓一条卓越工程师培养的实践教学新途径。


  本文将从以上几个方面出发,建立科学完整的实践教学体系,并针对存在的问题,进行实践教学的改革,建立适应卓越工程师培养要求的、更注重于工程实践教育的实践教学体系,从而加强学生六个方面能力的培养。


  二、卓越工程师培养的实践教学体系建立


  相比于大众化教育背景下的本专业一般本科生实践培养来说,本专业卓越工程师的培养更注重学生在实践环节方面能力的培养,因此确立了卓越工程师实践教育培养的总体思路:“依托教改环境,突出工程教育,重视工程实践,建设一流基地”。构建了一个“三层次,‘5+5’模块,双平台”的实践教学架构(如图1所示)。以三层次———基础层次、综合层次和创新层次计划安排实践环节,据“5+5”模块———5个基本模块和5个扩展模块组织实践教学,依双平台———学校实践教学平台、企业实践教学平台实施实践教学,丰富实践教学的内容,增强实践动手训练,培养学生六个方面的能力。其中:“5+5”模块是指课程计划内的5个基本模块如实验、课程设计、实习、实训、毕业设计,以及课程计划外的5个扩展模块如专业能力系列竞赛、科研训练、企业见习、技能培训与认证、素质拓展。针对实践教学架构,本文重点对实验教学、课程设计、企业实践教学和企业实践平台展开研究。


  1.改革实验教学体系,加强自主创新实验设置。


  实验课是机械专业卓越工程师实践能力培养的重要环节,要从根本上改变原有教学体系中验证性实验多,综合性、设计性实验少的状况,搭建一个以机械设计、机械制造、测控与仿真等三实验主题为主线、分层次、个性化的矩阵式实验教学体系。在低年级阶段加强基本操作技能训练,并适当安排与本学期内容相关的验证性实验;高年级阶段将专业基础课程和专业课程相结合,设计出一系列综合性、设计性实验课程,使实验教学由被动模式转变为主动模式,提高实验的科技含量。


  为了达到卓越工程师实践能力的培养目标,进一步设计开发自主创新实验,实验的过程、结果、具体目标等不是固定不变的,学生从实验方案的构思(conceive)、实验步骤的设计(design)、实验过程的操作(implement),到实验结果的评价(Evaluation),全流程主动参与。这种基于CDIE的自主创新实验的目标就是培养学生的自主学习能力、知识应用能力、动手实践能力以及系统掌控能力等。实验改革的具体内容概述如下。


  (1)以国家精品课程机械原理和液压传动课程的实验教学为突破口,促进实验教学内容优化。强化实验环节,实验教学单独设课——机械原理实验课16学时(1学分),含7个实验;液压传动实验课16学时(1学分),含6个实验。在这些实验课内,包括了机构组合创新设计与仿真实验、受控机构运动仿真与控制实验、机构运动与动力参数测定实验、可重组液压回路实验等一批自主创新实验。出版《机械原理与机械设计实验教程》、《机械制造实验教程》、《液压传动实验指导书》,参编《全国高校机械专业创新性实验汇编》等,为自主创新实验的开展奠定了坚实的基础。


  (2)依托科研项目,开发冶金特色创新实验项目。从科研项目成果中提取简化,开发自主创新实验项目,典型实验包括:轧机力能参数测试及数值模拟实验、金属结构应力测试与仿真实验、齿轮和轴承故障诊断实验、静电喷涂粒径测量与涂油效果分析实验、带钢表面缺陷检测实验、结晶器非正弦振动控制仿真实验等。这些实验以开放性实验的形式开展,鼓励学生提出申请,并就实验中的方法、技术等积极思考,主动实践,对实验的结果评价总结。这些贴近工程实际的实验项目培养了学生的综合能力,并为以后的就业打下了良好的基础。


  (3)依托国家级机械实验教学示范中心,建立校企联合实验室,拓展实验渠道与途径。如与武钢合作成立的武钢-武科大钢铁联合实验室,给学生提供了一个了解钢铁生产流程与典型冶金设备的最佳平台;与浙江中控公司合作成立的武科大———中控控制工程实验室,开发了“钢铁生产流程的过程控制仿真”等多个实验,为拓展学生的知识面,提高多学科知识的综合应用能力提供了一个平台。此外,建立卓越工程师创新实验室,学生可以随时验证和实现自己的新想法,从而提高学生分析问题、解决问题的能力。


  2.拓展课程设计教学环节,开展多科综合课程设计。


  课程设计是培养学生解决工程实际问题的一项重要实践活动。本专业原有的课程设计包括机械原理、机械设计和机械制造工艺学课程设计。针对卓越工程师的培养,对原有课程设计体系结构进行再设计,增加机械制图和冶金机械两门课程的课程设计。并对这些课程设计内容进行优化整合,实施全贯通的多课综合课程设计环节,以特定的冶金机械系统设计任务为目标,分阶段完成设计任务,促进各门课程的知识融合,培养学生对知识的综合应用能力与主动实践能力。


  (1)机械制图课程设计是完成冶金机械系统结构分析及机械零件测绘等工作,培养学生基本的结构分析、测绘、识图和画图能力。


  (2)改革原有机械原理和机械设计课程设计的设计内容,针对给定的工艺参数对冶金机械设备进行包括机械运动方案的确定、运动学及动力学分析、尺度综合、零件的强度和刚度的校核、装配图和零件图的绘制、设计说明书的撰写等内容。


  (3)机械制造工艺课程设计是完成冶金机械系统零部件的加工工艺与装配方案,设计制造夹具等,掌握各种加工手段与加工工艺,编写主要零件的加工工艺。


  (4)为了进一步加强学生工程意识和设计能力的培养,在相关专业课学习后,增加冶金机械课程设计。针对冶金企业生产中较为典型的机械装备系统中重要的设备单元,在进行现场充分调研的基础上,运用所学相关基础和专业知识内容设计出合理的冶金机械设备单元,强化学生的工程设计和综合能力。


  3.丰富企业实践教学环节,实现实践教学的广度和深度。


  本专业卓越工程师的培养,更加注重企业实践环节,因此,必须建立针对卓越工程师培养的企业实践教学体系,并与企业工程技术和管理人员一起制定有针对性的卓越工程师企业培养方案,保障学生具有较宽的工程视野,拓宽学生的工程知识面,实现企业实践教学的广度和深度。


  本专业面向卓越工程师培养的在企业学习的几个实践环节包括:机械制造技能实训、认知实习、机械制造工艺实习、冶金主体设备应用实训、毕业实习与毕业设计等。制定每个环节的培养目标,使学生能够在不同的工程环境下得到深入的实践机会,获得专门的工程知识与能力。其中机械制造技能实训、认知实习、机械制造工艺实习与大众化教育背景下本专业学生培养目标差别不大,下面着重介绍冶金主体设备应用实训、毕业实习与毕业设计的培养目标和实践要求。


  (1)冶金主体设备应用实训:此实践环节学时18周,本环节结合专业要求使学生对钢铁企业冶金生产流程、工艺及生产设备等有比较全面的了解,并对冶金企业各生产流程和相关设备的维修维护进行实训(在各生产工段主要岗位进行跟班实训),使学生通过现场实际,加深对冶金企业主体设备的使用、维修、维护管理等实践知识的理解,培养学生解决工程问题的应用和分析能力。


  (2)毕业实习与毕业设计:此实践环节学时18周,通过在企业全方位的学习,使学生具备综合运用所学理论知识和相关技术手段分析并解决冶金机械及相关设备的工程实际问题的能力,培养学生进行系统开发与设计、技术改造与创新的初步能力。在此阶段学生作为企业的技术研发人员参与企业的科技开发或技术攻关,采用校内指导教师和企业指导教师共同指导的方式完成本阶段的学习。


  4.企业实践平台的选择。


  实践教学环节的实施,主要通过学校和企业两个平台,利用学校和企业两种不同的教育环境和教育资源,培养出社会所需要的卓越工程师。在企业实践教学中,让企业参与大部分的实践教学环节,把学校教学与企业生产实际紧密结合,保证学生直接进入企业进行实习实训和毕业设计等,最后到相关企业就业。因此根据专业领域、企业实践教学环境、企业的教师资源和以往校企合作情况,择优选择合作企业。结合我校机械专业的特点,选取行业优势明显、特色突出、合作关系密切的大中型和知名企业作为卓越工程师教育培养计划实施企业,特别是与我校签订了战略合作协议的钢铁集团公司。目前,与我校签订协议参与卓越工程师培养的实施企业分别在冶金机械、重型机械、工程机械等设计制造领域具有非常明显的行业优势和专业特点,并拥有国家级的技术中心和博士后流动站,具有非常良好的工程实践条件,为本专业卓越工程师工程实践能力的培养奠定了坚实的软硬件条件。


  三、结语


  我校机械专业卓越工程师培养的实践教学是培养学生理论联系实际,充分运用所学知识进行冶金机械装备设计、制造和维护,加强实践技能和动手能力训练的重要环节,也是培养学生独立分析问题和解决问题的能力、开发能力、工程综合能力及创新能力的重要实践教学环节。本文对我校机械专业卓越工程师培养中的实践教学体系进行了研究,据此培养出创新能力强、适应我国经济社会发展需要的高质量冶金机械工程技术人才。


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