創新能力驅動的機械工程專業實踐教學改革

王亞良， 潘柏松， 董晨晨， 王 成

(浙江工業大學 機械工程學院， 浙江 杭州 310014)

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創新能力驅動的機械工程專業實踐教學改革

王亞良， 潘柏松， 董晨晨， 王 成

(浙江工業大學 機械工程學院， 浙江 杭州 310014)

闡述了機械工程專業實踐教學的重要性，以強化學生實踐能力、提升創新能力培養為目標，通過七方面對實踐教學進行改革，即“夯實基礎、能力核心、地方特色、項目載體、教研互融、共享開放、國際視野”。對實施過程中存在問題進行了分析并給出了相應對策，唯有實踐，才有創新。通過改革和實踐，使學生的創新能力和團隊協作得到較大提高，效果良好。

創新； 機械工程； 實踐教學

0 引 言

學生知識、能力的培養源于理論和實踐教學緊密結合，對于工科學生而言，實踐是創造性應用和發展理論的過程，是綜合能力形成的過程。同時實踐特別是工程實踐是形成工程思維、獲取工程經驗的極重要途徑和手段。如何培養學生實踐創新能力是工科院校機械類專業共同面對的問題。創新能力的培養主要通過實踐環節來實現，實踐教學是培養學生創新能力的切入點[1-2]。學生理論教學中獲取知識，在實踐中應用知識，同時質疑、探索、追求創新；只有立足于實踐，才能達到創新的目標[3-5]。

機械工程實踐教學基本手段和目標：以提升學生實踐能力特別是創新能力為目標，以提升實踐教學質量為抓手、以改革實踐教學方法為手段、以高效整合實踐教學資源為依托，探索滿足創新人才培養需要的實踐教學培養途徑，積極開展校企協同培養，完善實驗資源共享開放運行機制，逐步建立適應區域經濟和產業特征的機械工程實踐教學體系[6-7]。

1 構建機械工程實踐教學內容及體系

機械工程實踐教學內容及體系基本構架如圖1所示，硬件平臺由機械工程訓練實踐、機械基礎實驗教學、機械專業實驗教學、虛擬仿真實驗室、機械工程CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)實踐平臺等組成，而教研互融、共享開放、校企協同和中外合作是實踐教學內容的深化和運行機制的創新和探索[8-10]。

圖1 機械工程實踐教學體系框架

2 創新能力驅動的機械工程實踐教學

唯有實踐，才有創新。創新能力是國家科技進步的第一要素。對于大學、特別是理工類大學而言，培養學生的創新能力顯得尤為重要。創新能力在夯實理論基礎上，主要通過實踐環節來實現，在實踐中驗證理論并發現問題，進而探索、質疑、并在質疑、釋疑中得到提升，最終達到創新能力培養。文章以創新能力驅動為目標，以夯實基礎為前提，以培養能力為核心，結合地方特色產業、以實踐項目為載體，以科教互融為手段，以共享開放為機制和途徑切實做好實踐教學工作，以高等教育國際化為契機、多渠道開拓學生的國際視野。為學生創新和實踐能力培養營造良好的硬件、軟件和制度環境，激發學生工程意識和創新能力的培養，將知識傳授、能力培養、素質提高融為一體，進一步提升工科學生的人文素養和團隊協作能力[11-12]。

2.1 基礎夯實是實踐創新能力培養的基礎

學生基礎知識通過理論知識和基本的實驗/實踐學習得到，就實踐而言主要通過機械工程訓練實踐、機械基礎實驗教學、機械專業實驗教學來獲取。

機械工程訓練實踐包含基礎工程技術訓練和先進制造技術訓練：基礎工程技術訓練包括車銑刨磨、鉗工、鑄造等使學生了解傳統機械加工技術，初步掌握傳統機加工工藝及原理；先進制造技術訓練，通過數控車銑、加工中心等現代加工手段實現，實現產品/零部件的制作。機械基礎實驗教學通過整合理論課程(工程圖學、力學、工程材料、機械設計、機械原理、互換性與測量技術等主干課程)實驗項目，獨立開設實驗課程，優化實驗教學體系，使學生掌握機械產品的繪制和設計，具備對簡單結構及性能進行初步分析的能力。機械專業實驗教學通過微機原理、自動控制理論、工程測試技術、數字電路等核心課程的專業實驗項目訓練，讓學生深入了解機械產品制造全過程，能初步設計和制作功能相對完備的機械產品。對于那些難實易虛的實驗項目或單臺套價值大的實驗教學設備，可通過建立虛擬實驗室予以解決。

2.2 實踐創新能力的培養要結合地方特色產業(建立企業實踐基地，實現校企協同育人)

作為浙江省重點本科院校，應緊密結合產業集群，特別是浙江省產業集群的特色開展實踐教學工作，對于機械工程專業而言，與之相關的產業群主要有：五金產業群、低壓電器產業群、模具產業群、汽車產業群、家用電器產業群等。實踐教學要適應浙江省的國際化制造業的人才需求為目標，完善產學耦合機制。

通過多種渠道積極與相關的大中型企業建立了長期的良好合作關系，使學生在校期間得到企業實習、實踐鍛煉機會。建立企業實踐基地，按照企業實際的生產和服務要求參加工作實踐，從而獲取工作經驗和工程實踐能力，使學生在校期間就初步具備了用人單位所需的工作經驗。通過近幾年的校企協作培養，有效地提升了學生職業能力，使畢業生能快速實現由學生向社會人的角色轉變，真正實現校企協同育人。

2.3 以實踐項目為載體是開展創新活動的主要手段

機械工程CDIO實踐平臺建設獲財政部建設經費160萬元，以項目式教學方式為主導，以項目為載體，積極引入CDIO工程教學大綱理念。著力構建個人能力培養(工程問題發現與解決能力、創造性思維能力和工程創新能力)和團隊能力培養。強調學生自主式、開放式、協作式、探究式為主的實踐學習方式，促進學生個性化和創新能力的培養。實踐平臺實施項目式教學，即以實踐項目為中心，突出產學研結合和學生主動實踐兩個特點，組成項目實施團隊(倡導學生跨年級自由組合，達到學生特長互補)。在實踐項目實施過程中教師僅負責項目咨詢、技術支持、過程監控，即不參與或少參與學生主題項目的實施工作，實踐項目結果評定由教師和項目實施團隊共同完成。項目的實施將為學生提供更多的獨立思考和個性發展的空間，有利于培養學生具備良好的大工程觀的工程基本素養、工程項目的構思、設計、制造和實施能力以及團隊協作能力[8-9]。機械工程實踐項目的實施步驟如圖2所示，主要由學生自主選題、專家論證、方案設計與自主實施等環節組成。

2.4 做好實踐基地(時間、空間、內容和資源)的共享開放為學生的自主性、探索性學習創造條件

創新能力的培養主要通過實踐環節來實現，積極創造條件為學生的實踐環節提供保障。時間空間開放：對于基礎和專業實驗教學的實驗室及實驗項目做到預約開放，對于開設研究型實驗項目的實驗室做到常年定時開放(1天/周)，機械工程CDIO實踐平臺做到全天開放(12 h/d，如有需要可延長至16 h/d)。內容和資源開放：機械工程CDIO實踐平臺在開放時間內為學生提供通用的標準零配件和原材料，并提供必需的工具，如工具箱、示波器等，保持機加工設備的完好率，安排指導教師巡查，發現問題及時解決。

圖2 機械工程實踐項目實施的基本步驟

實踐基地/實驗室開放是實驗室生命力的源泉，是體現實驗室管理水平的重要標志，同時創新性人才培養需要實驗室的開放。

牢固樹立為學生服務的思想，運用現代科學管理辦法，加強實踐平臺建設的組織領導和協調服務，強化實踐平臺的組織和制度建設，以提升實踐平臺的開放服務質量為中心，不斷優化實踐平臺的開放機制[13]。

2.5 以工程能力培養為核心，不斷提高青年教師的實踐教學水平

工程能力分為教師的工程教學能力和學生工程實踐能力。在實踐教學過程中，教師的工程背景和能力顯得尤為重要，教師的工程能力和教學能力是開展實踐教學的前提和基礎，影響實踐教學的質量和效果；提高機械工程專業教師、特別是青年教師的工程能力，是提高學生實踐能力，進而培養創新型人才的重要著力點。開展青年教師的工程素質認證是解決工程能力問題的必要途徑，具體來講，青年教師可通過多種途徑獲得的工程素質認證。積極參與校企實踐基地建設，與企業工程師合作開發工業產品2項以上；學校鼓勵青年教師脫產進入大中型企業見習，見習時間應不少于6個月，并完成工程實踐報告；作為主要負責人承擔企業產品研發項目，并取得較好結果[8]。

2.6 以教研互融為手段，提高學生實踐項目的深度和廣度

教學科研良性互動，教學促進科研，科研反哺實踐教學，實現教研互融，為學生成長及創新能力的培養創造良好條件。將教師最新科研成果積極引入實踐教學，提高實踐教學深度和廣度，結合學?？蒲?、學科專業特色和地方產業，開發一批特色專業的研究型實踐項目(如激光加工，精密制造，機器人等)，提高研究創新型實驗項目的比例(研究創新型實驗是學生根據實驗題目，運用所學知識，開展創造性思維，確定實驗方案，獨立操作完成實驗，并進行綜合分析，研究創新型實驗在更高的層面上培養學生的創新能力、實際工程設計能力及初步的科研能力)；同時進一步開放高精尖的儀器設備，使學生初步掌握利用高端儀器解決工程實際問題的能力。

2.7 以高等教育國際化為契機，進一步開拓學生的國際視野

推進學生的國際化視野，主要從課程設置、特別是專業課程設置應緊跟國際前沿，師資隊伍建設的國際化(聘請海外學者來校授課、講學，提高外方教師授課的比例)，定期和不定期的國際交流機制(包含中外教師之間、中外師生之間和中外學生之間的各類渠道交流)，積極推動學生自主式的國際化論壇和嘗試畢業論文的全英文撰寫模式[14-17]。

3 機械工程專業實踐教學改革實施中存在的困境

以創新能力驅動為實踐教學改革中，主要圍繞夯實基礎、能力核心、地方特色、項目載體、共享開放等方面來達到改革目標和要求，從實施過程來看，在以下方面存在不足：

3.1 學生的學習自主性即自主實踐意識不強

創新能力驅動下的實踐應該在學生主動實踐的產物，缺乏學生自主性談創新能力培養很難。一方面工科學生在理論學習、就業、考研和出國等各種因素作用下，導致自主相對較少，花在自主實踐上的時間更少；另一方面對創新能力驅動下的實踐教學認識不足，自主實踐意識有待于進一步提高。近年來，由于國家對創新型人才培養的導向的進一步傾斜，各級各種機械設計大賽、挑戰杯等賽事的設置對于促進學生自主實踐，進而培養創新能力有著舉足輕重的作用；同時學校設立創新學分，達到規定要求的，可獲得該學分，鼓勵學生參與創新活動。

3.2 開展項目為載體的實踐中，團隊合作意識及項目管理知識缺乏

在開展以地方特色為主主題實踐項目實施過程，學生自由組成項目團隊，但項目團隊之間分工、配合不足。部分項目的進度、成本以及質量控制與預期出入較大，導致項目無法完成。項目團隊應創造一種開放和自信的氣氛，使全體團隊成員有統一感和使命感；團隊成員之間相互了解越深入，團隊建設就越出色，取得的效果會更加明顯。

進一步加強主題實踐項目的過程監控和完成評價，開設項目管理培訓課程，使學生能應用項目管理知識來管理實踐項目，項目進度、成本及團隊合作等方面取得較好效果。

3.3 開放共享機制有待于進一步完善

實驗室重視設備的購買，但對實驗室運行、維護和開放機制等不夠重視，缺乏對開放共享的評價和獎勵機制。開放共享機制對學生實踐能力的提升提供了良好的保障，但由于開放時間長，涉及面廣，工作量大；當前基本通過老師的義務和責任心來做好開放工作，應積極探索“學生自治為主，教師巡視為主”開放體制，進一步加強實驗室安全管理工作。設立創新學分(選修)為學生創新實踐提供制度保證，設立創新基金為學生開展主題實踐項目提供經費保障，健全開放共享運行機制為學生提供場地保障，為學生實踐活動的順利開展提供軟硬件支持；完善和優化面向實踐教學的網絡平臺建設，為學生自主選擇實踐項目提供便利；在條件允許的情況下，面向省內高校、甚至全國高校實行開放，提高設備利用率和示范性，建立以學生為中心的開放共享教學模式。

4 結 語

實踐是工程的本質，強化和重視實踐教學是今后教學改革的重點和難點。機械工程實踐教學改革為學生提升創新能力提供良好的硬件和軟件保證，努力提高學生受益面。目前開展以創新能力為驅動的實踐教學改革還存在不少困惑，但萬事開頭難，隨著實踐改革的深入，相信改革前景和效果將光明和璀璨。通過改革和實踐，培養出一批創新意識和創新能力強的機械工程專業學生，取得了較好成果；近年來，學生積極申報專利，獲得授權專利100余項，其中發明專利21項；在各類科技競賽中獲得省級以上獎項20余項。

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Practice Teaching Reform and Exploration of Mechanical Engineering Driven by Innovation

WANGYa-liang,PANBai-song,DONGChen-chen,WANGCheng

(College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

Practice is the essential characteristic of engineering, especially has the importance of mechanical engineering practice teaching. With the goal of strengthening the practical ability and the innovation ability of students, the paper proposes seven aspects of practice teaching reform, i.e., "tamp foundation, core ability, local characteristics, project carrier, teaching and research integration, the open sharing and international perspective”. The implementation process is analyzed and the corresponding countermeasures are given. Only practice can lead to innovation. Through reform and practice, the students' innovation ability and the team cooperation are greatly improved.

innovation; mechanical engineering; practice teaching

2015-05-28

浙江省高校實驗室工作研究項目(YB201405)；浙江工業大學本科教學改革項目(JG1310，JG1311)；浙江工業大學研究生教學改革項目(2014212)

王亞良(1977-)，男，浙江上虞人，高級實驗師，研究方向：機電工程、生產系統優化。

Tel.：13588467767； E-mail：wangyaliang@zjut.edu.cn

TH 11； G 642

A

1006-7167(2016)05-0192-05