蔡曉君， 劉湘晨, 竇艷濤, 張建軍, 郭 煒

(北京石油化工學院 機械工程學院, 北京 102617)

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機械基礎(chǔ)實踐教學新體系的改革與實踐

蔡曉君， 劉湘晨, 竇艷濤, 張建軍, 郭 煒

(北京石油化工學院 機械工程學院, 北京 102617)

作為以培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才為主的二類本科院校，北京石油化工學院機械基礎(chǔ)教學與實驗中心自2006年成立以來，針對以北京市生源為主的學生普遍存在的問題，在教學中實踐中運用“激而學、激而動、激而創(chuàng)”的實踐教學模式，以全方位培養(yǎng)鍛煉學生的工程素質(zhì)、工程技能和創(chuàng)新能力為目標。經(jīng)過幾年來的探索與實踐，在實踐教學體系、實踐教學工程內(nèi)涵及社會應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面進行了深入的改革，實施了一系列行之有效的舉措，構(gòu)建了以工程能力培養(yǎng)為核心的機械基礎(chǔ)多元化實踐教學體系，在課程建設(shè)、教材建設(shè)和人才培養(yǎng)方面取得了豐碩的成果，是普通應(yīng)用型高校全面進行教學改革和實踐，滿足社會對人才的需求，全方位培養(yǎng)學生的技術(shù)、技能和創(chuàng)新能力的有益嘗試。

機械基礎(chǔ)； 實踐教學體系； 改革與實踐

0 引 言

機械基礎(chǔ)實踐教學是機械工程教育的重要內(nèi)容，在工程教育領(lǐng)域具有基礎(chǔ)性和廣泛性的雙重重要性。北京石油化工學院機械基礎(chǔ)教學與實驗中心自2006年起在北京市高等教育學會“十一五”專項規(guī)劃重點課題“構(gòu)建具有工程特色的機械基礎(chǔ)實踐教學新體系的改革與實踐”和北京石油化工學院教改重點項目“機械基礎(chǔ)實踐教學的改革與實踐”的大力支持下，針對以北京市生源為主的一般類本科院校學生存在的:① 學習目標模糊、學習動力不足；② 思維活躍，但缺乏主動探求的精神；③ 工程能力薄弱，與先進工程技術(shù)脫節(jié)、社會適應(yīng)性差等問題，項目組全體教師圍繞機械基礎(chǔ)系列課程的教學體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學模式等進行了系統(tǒng)深入的研究和實踐，提出了以能力培養(yǎng)為核心，以功能設(shè)置實驗室，構(gòu)建了理論與實踐互通、課內(nèi)與課外互補、必修基礎(chǔ)性實驗與選修個性化實驗互融、實驗技能與工程能力互長的機械基礎(chǔ)多元化實踐教學體系，在教學中運用了“激而學、激而動、激而創(chuàng)”的實踐教學模式，全方位培養(yǎng)鍛煉學生的工程素質(zhì)、工程技能和創(chuàng)新能力。該成果理念先進、在學生培養(yǎng)中成效顯著，2011年12月獲得由北京市教育委員會和北京市高等教育學會頒發(fā)的“十 一 五”專項規(guī)劃重點課題優(yōu)秀教學成果一等獎，2012年獲北京市教學成果二等獎[1-3]。

圖1所示為具有工程特色的機械基礎(chǔ)多元化實踐教學體系實施構(gòu)架圖。

1 改革的目標和改革思路

探索在機械基礎(chǔ)實踐教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的途徑與實施效果；圍繞工程能力培養(yǎng)建立了適應(yīng)時代，貼近工程、融合貫通、交叉滲透的機械基礎(chǔ)多元化實踐教學體系，編寫適合我校機械基礎(chǔ)實踐教學改革目標的教材和講義。

(1) 充分利用中央財政項目對機械基礎(chǔ)教學與實驗中心建設(shè)的強有力支持，加強實驗中心設(shè)備的投資力度，在完善現(xiàn)有實驗設(shè)備配套的基礎(chǔ)上，購置先進的教學設(shè)施，為綜合設(shè)計性實驗項目和具有工程背景的實踐項目的開發(fā)實施創(chuàng)造條件。

(2) 以多學科緊密合作為基礎(chǔ)，突出綜合型、工程性和設(shè)計創(chuàng)新性實踐項目在人才培養(yǎng)方面的作用，在機械基礎(chǔ)實驗課程中增加綜合設(shè)計性實驗的比例，配合各專業(yè)培養(yǎng)計劃的實施，設(shè)置不同層次、不同內(nèi)容、不同實施方案的實驗項目，提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

(3) 注重社會對工程應(yīng)用型人才需求的反饋，注重學生工程素質(zhì)工程能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，實踐教學與工程訓(xùn)練結(jié)合、與科技創(chuàng)新結(jié)合，創(chuàng)造學生主動實踐、探索創(chuàng)新的環(huán)境和氛圍[4-5]。

2 改革的主要內(nèi)容

2.1 橫向聯(lián)系縱向貫通，建立符合各專業(yè)培養(yǎng)目標的、分層次的機械基礎(chǔ)實驗課程體系

將“工程材料與成型技術(shù)” 、“理論力學”、“材料力學”、“機械原理”、“機械設(shè)計”、 “互換性技術(shù)”、“機械制造”7門機械基礎(chǔ)課程的實驗環(huán)節(jié)有機融合并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)了各學科實踐教學的橫向聯(lián)系和縱向貫通，使之成為一個既獨立，又與理論課有機結(jié)合的實踐教學體系。

(1) 為了突出各專業(yè)教學特色與培養(yǎng)目標，在實驗項目的設(shè)置上進行了精心安排，實驗項目分層次形成模塊化。在相同的學時條件下，可以進行不同實驗項目的合理調(diào)配，從而有效地提高了各專業(yè)的教學質(zhì)量。

(2) 加大基本實驗規(guī)范化、標準化，淘汰部分知識老化、內(nèi)容重復(fù)的實驗項目，設(shè)置一批經(jīng)典、具有嶄新理念的實驗項目。開設(shè)如“材料檢測綜合設(shè)計實驗”、“機械運動測試分析實驗”等綜合型實驗，強化實驗體系中多學科的應(yīng)用與滲透，強化學生工程動手能力的訓(xùn)練。

(3) 結(jié)合近年來實驗項目、實驗技術(shù)及實驗裝置大力度更新的實際情況，對原有講義進行重新編寫及整理出版，編寫出版了《機械基礎(chǔ)實驗技》等8本教材，其中獲北京市精品教材2本、北京市精品教材立項1本、《機械基礎(chǔ)實驗技術(shù)》1本入選教育科學“十一五”國家規(guī)劃課題機械類應(yīng)用型本科系列規(guī)劃教材。教材的編寫與新實驗裝置緊密配合，在實驗教學過程中應(yīng)用良好。與紙質(zhì)教材配套的電子版教材、多媒體課件、實驗課用PPT文件等均作為實驗教學中心的教學資源，可供學生網(wǎng)上下載參考，方便學生課外自主學習。

(4) 為學生頒發(fā)儀器、設(shè)備使用上崗證書，鼓勵學生通過機械基礎(chǔ)實驗教學熟悉其工程背景，掌握其工程技能，提高其工程素質(zhì)。5年來有95%的學生獲得實驗中心頒發(fā)的儀器儀表使用合格證書，極大激發(fā)了學生參加實踐教學的興趣。

實驗課程教學目標管理的清晰性與合理性、實驗課程內(nèi)容的新穎性、綜合性、工程性以及可選擇性，以生為本，使學生從被動的知識接受者，變成積極的知識信息的加工者，從而有效激發(fā)了學生自身對“知識”的渴求，實現(xiàn)了“激勵而主動學”的目標[6-8]。

2.2 實施機械產(chǎn)品設(shè)計全過程訓(xùn)練，有效提高學生的自我效能

工程材料與成型技術(shù)、理論力學、材料力學、互換性技術(shù)、機械原理、機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計、機械制造、機械制造實踐等十門機械基礎(chǔ)必修課程是工科院校機械類專業(yè)培養(yǎng)學生綜合機械設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的重要的理論和實踐教學環(huán)節(jié)，是教學中理論聯(lián)系實際，促使知識向能力轉(zhuǎn)化，提高學生綜合素質(zhì)的有效途徑，在人才培養(yǎng)中占有重要地位。為此，在理論與實踐課程的教學中教師以工程項目設(shè)計為主線，所有教學環(huán)節(jié)都圍繞項目而展開，并與這個核心融合在一起，形成一個有機的、系統(tǒng)的整體，使機械基礎(chǔ)系列課程的教學內(nèi)容呈現(xiàn)“連續(xù)化”。此外教師的講授以一種嶄新的“遞進式”教學方式進行教學，采?。孩?引入工程概念,② 引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)工程問題,③ 引出求知欲,④ 引進工程理論殿堂?！斑f進式”教學方式完全以學生為主，以滿足學生對知識的渴求為出發(fā)點，使學生能用所學能解釋工程現(xiàn)象，解決工程問題，從而調(diào)動學生學習的熱情，提高學生應(yīng)用理論知識的能力和實踐動手的能力。

在實施機械產(chǎn)品實現(xiàn)全過程體驗中，學生通過典型真實機械產(chǎn)品設(shè)計、加工、制作全過程的訓(xùn)練，切實體驗現(xiàn)實工程中機械學科理論知識的具體應(yīng)用與解決實際問題的各個環(huán)節(jié)，通過經(jīng)歷一個機械產(chǎn)品或機械系統(tǒng)全過程的基本訓(xùn)練，將所學的理論知識在這一過程中得到具體的實際應(yīng)用和工程訓(xùn)練。

設(shè)計題目由3部分組成(見圖2)。

以往學生完成了理論設(shè)計任務(wù)后，常常有一種錯誤的直覺，認為設(shè)計已經(jīng)完成，而在實施機械產(chǎn)品設(shè)計制作的全過程實踐訓(xùn)練中，許多學生才知道更艱巨的任務(wù)才剛剛開始。市場調(diào)研—購買配件—加工零件—組裝裝配—修改設(shè)計—安裝調(diào)試等等環(huán)節(jié)，這些實踐活動沒有現(xiàn)成的書本可作參照，需要學生調(diào)動自我潛能去發(fā)現(xiàn)市場、聯(lián)系廠家、動手制作，實驗室里的小設(shè)備學生是最經(jīng)常的訪客。這種學習是帶著問題的學習，學生常常是追著教師請教答案。

學生們正是通過親歷這種基于產(chǎn)品實現(xiàn)全過程的設(shè)計訓(xùn)練，使其在大學階段學到了“活”的知識和技能, 并具備了在實踐中解決工程問題的能力，從而有效提高了個體面向工程實際的自我效能，實現(xiàn)了“激勵而動手做”的目標[9-10]。

2.3 拓展機械基礎(chǔ)實踐教學內(nèi)涵，開設(shè)貼近工程具有職業(yè)特色的技能訓(xùn)練

“機會永遠只留給有準備的人”。機械基礎(chǔ)教學與實驗中心以“讓每一個學生必有一技能”為目標，相繼開設(shè)了見習機械設(shè)計師學習計劃、機械CAD軟件學習計劃和職業(yè)技能訓(xùn)練計劃。

2.3.1 見習機械設(shè)計師學習計劃

在國內(nèi)外日益重視行業(yè)工程師資格認證的大趨勢下，實驗中心于2004年4月申報成為中國機械工程學會機械設(shè)計分會認可的見習機械設(shè)計師培訓(xùn)考試基地，正式啟動了見習機械設(shè)計師培訓(xùn)認證?？荚囃ㄟ^的學生可獲得見習機械設(shè)計工程師證書、Solidworks公司發(fā)放的“機械設(shè)計師”證書和Ansys分析師證書，通過率達77%。尤其值得一提的是，許多畢業(yè)離校的學生由于工作需要，紛紛回到學校參加見習機械設(shè)計師認證考試。

2.3.2 機械CAD設(shè)計軟件學習計劃

機械CAD的廣泛應(yīng)用，為機械行業(yè)產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，也為機械行業(yè)的發(fā)展注入了嶄新的推動力。掌握一至兩種CAD軟件是每一位機械設(shè)計工程師必備的基本技能，也是本科生提高其自身競爭力的重要手段。

自2003年起，中心教師基于大量的社會調(diào)研，精心設(shè)計開設(shè)了代表目前國際機械CAD設(shè)計軟件主流技術(shù)的系列課程(見圖3)，有效提高了學生的社會競爭力。

2002年5月，實驗中心通過了國家制造業(yè)信息化產(chǎn)業(yè)基地考核，成為國家信息化制造產(chǎn)業(yè)部的三維培訓(xùn)基地；中心與著名軟件公司合作，舉辦UG、SolidEdge、SolidWorks、Autocad等軟件的國際認證考試，與清華大學合作舉辦Pro/E的培訓(xùn)和認證工作，每年收益人數(shù)600余人。

CAD軟件的學習訓(xùn)練激發(fā)了學生學習的積極性主動性，為實施學生“激勵而創(chuàng)新” 奠定了必要的能力儲備。

2.3.3 職業(yè)技能訓(xùn)練計劃

順應(yīng)市場需求，以機械類學生就業(yè)熱點為導(dǎo)向，提供學生開展職業(yè)生涯必備的技能訓(xùn)練。開設(shè)“Pro/E -NC數(shù)控加工技術(shù)”、“逆向工程模具設(shè)計技能訓(xùn)練”、“特種加工技術(shù)”、“機械創(chuàng)新設(shè)計實驗”、“測繪與材料分析訓(xùn)練”、“產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計實踐”6門具有創(chuàng)新思想和工程實踐背景的開放性實踐選修課程，優(yōu)化學生的知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、提高學生的綜合素質(zhì)，突出學科交叉創(chuàng)新的時代特征。

“機械創(chuàng)新設(shè)計實驗”課程以慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)為平臺，采取靈活多樣的形式，鍛煉學生綜合運用機械設(shè)計、計算機控制、軟件編程、機電一體化等方面的知識。

“產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計實踐課程”要求學生根據(jù)機械設(shè)計基本原理，采用創(chuàng)新設(shè)計理念，自行設(shè)計、改進并完成產(chǎn)品的加工制造。這種以產(chǎn)品生產(chǎn)過程為主線的訓(xùn)練模式，全面綜合地培養(yǎng)了學生解決實際問題的能力，提高其工程素質(zhì)。課程安排了“雕刻機設(shè)計創(chuàng)意實驗”、“線切割平面產(chǎn)品設(shè)計制作實驗”、“三維雕銑創(chuàng)意實踐” 、“Working Model 軟件創(chuàng)意設(shè)計實驗”和“優(yōu)耐美微型機床設(shè)計加工產(chǎn)品實驗”等項目，學生興趣濃厚，根據(jù)實驗項目組成工作小組，既滿足了個性化教育的需求，又激發(fā)了學生主動學習的熱情。

職業(yè)技能訓(xùn)練計劃以先進設(shè)計制造技術(shù)為手段，以產(chǎn)品設(shè)計為主線，綜合地、全面地培養(yǎng)學生運用先進設(shè)計手段解決實際問題的能力，實現(xiàn)了學生“知其不足而主動學習”的目標[11-13]。

2.3.4 實施開放式、個性化的創(chuàng)新人才培養(yǎng)，實踐教學與科技訓(xùn)練相得益彰

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要創(chuàng)新的機制與創(chuàng)新的沃土。中心從2004年起就充分利用中央財政和北京市財政項目的支持，高水平、高起點規(guī)劃建設(shè)實驗室，為開展實踐教學和科學研究奠定了良好的軟硬件基礎(chǔ)，并從政策上鼓勵相關(guān)教師積極承擔科研項目，實現(xiàn)了教學科研的相互促進和共同提高。近5年來，中心教師先后主持或參與完成了國家863計劃項目、國家自然科學基金項目、北京市自然科學基金項目、北京市教委發(fā)展計劃項目等各級科研課題多項，與此同時，通過科研項目和學科競賽等途徑積極組織、動員學生參與大學生研究訓(xùn)練(URT)計劃，通過學生身體力行進行設(shè)計、參與科學研究、制作機械作品等活動，實施開放式、個性化的創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

設(shè)計研究以小組為單位，采取課內(nèi)培育—課外追蹤—課后延續(xù)化培養(yǎng)模式，并對設(shè)計任務(wù)制定分階段考核目標，學生在每一個實踐環(huán)節(jié)既要有階段成果，產(chǎn)品制作完成又要有最終成果。課內(nèi)成果記為課內(nèi)成績，課外成果記為創(chuàng)新學分。課程后的延續(xù)化跟蹤培養(yǎng)與工程實踐緊密結(jié)合，與課外科技活動相輔相成，與科學研究項目相得益彰，在突出了開放式與個性化的人才培養(yǎng)的同時，實現(xiàn)了“激勵而創(chuàng)新”的目標，如圖4所示為創(chuàng)新能力培養(yǎng)實施框圖[14-15]。

中心每年有10余位教師設(shè)立20余項大學生課外研究訓(xùn)練計劃(URT)項目，累計研究項目100余項，組織學有所長的學生從事URT計劃的實施。每年參加學習訓(xùn)練的學生達200人，完成URT訓(xùn)練計劃出色的學生可獲得相應(yīng)的實踐課程學分或獎勵。

從2006～2014年中心組織學生多次參加了“首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽”、“全國過程裝備專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計大賽”、“全國三維數(shù)字設(shè)計大賽”、“機器人大賽”等，不同年級的學生利用多種途徑和形式多樣的創(chuàng)新實踐活動提高其工程素質(zhì)和工程設(shè)計能力，培養(yǎng)出了一大批具有專業(yè)素質(zhì)和實踐技能的社會應(yīng)用型人才，取得較好的社會效果。獲得國家級二等獎2項、三等獎8項；北京市特等獎1項、北京市一等獎4項，二等獎21項、三等獎30項，教師多次獲優(yōu)秀組織獎和優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎。學生申請國家新型實用專利20項，授權(quán)16項，學生發(fā)表學術(shù)論文20余篇。在2011年舉辦的CDIO國際大會上機械工程學院陳思源和宣國芹就他們的體會進行了精彩的發(fā)言，獲得了與會國際人士的好評。2009年、2012、2014年學校組織的第一屆、第二屆、第三屆優(yōu)秀大學生科技成果評選中，課程組共有22項成果獲獎[16]。

3 特色與創(chuàng)新點

(1) 機械基礎(chǔ)實踐教學體系內(nèi)涵“拓展”創(chuàng)新。建立的以培養(yǎng)學生工程能力為目標，具有工程特色的機械基礎(chǔ)多元化實踐教學體系，為基礎(chǔ)實踐教學與學生工程素質(zhì)培養(yǎng)搭建了貫通的橋梁，使實踐教學、工程訓(xùn)練與科技創(chuàng)新相互促進、良性發(fā)展，使學生在大學4年工程能力訓(xùn)練不間斷，課內(nèi)培育—課外追蹤—課后延續(xù)化培養(yǎng)，實踐教學體系既滿足學生的基本要求，又有利于優(yōu)秀學生脫穎而出，對普通高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有較好的借鑒作用。

(2) 機械基礎(chǔ)實踐培養(yǎng)模式“激勵”創(chuàng)新。實施的“激而學、激而動、激而創(chuàng)”的實踐教學模式結(jié)合我校生源特點，針對性強，教學效果好。在實踐教學內(nèi)容

上激勵學生“我要學”，在實踐教學手段上激勵學生“我要做”，在實踐教學機制上激勵學生“我要創(chuàng)”。

(3) 機械基礎(chǔ)實踐教學內(nèi)容“延伸”創(chuàng)新。順應(yīng)時代，貼近工程，延伸基礎(chǔ)實踐教學內(nèi)涵，開設(shè)具有工程職業(yè)特色的技能訓(xùn)練，優(yōu)化學生的知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、提高學生的綜合素質(zhì)，突出學科交叉創(chuàng)新的時代特征。

4 結(jié) 語

機械基礎(chǔ)實踐教學新體系的改革與實踐注重以學生為本，實踐改革理念先進，既有教的設(shè)計，又有學的收獲，實施效果顯著，對二類本科院校高級工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有較好的借鑒作用。

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Reform and Practice of New Teaching Practical System for Mechanical Foundation

CAIXiao-jun,LIUXiang-chen,DOUYan-tao,ZHANGJian-jun,GUOWei

(Mechanical Engineering Department, Beijing Institute of Petrochemical Technology， Beijing 102617, China)

As training application-oriented talents in second type colleges, Beijing Institute of Petrochemical Machinery has established the teaching and practice center since its inception in 2006. The students of the institute mainly is Beijing-based. In the practical application of teaching we apply the practice teaching model of "shock and science, shock and move, shock and create" for those students. The model takes the goal of training full range of engineering students quality, engineering skills and innovation. After several years of exploration and practice, in terms of practical teaching system, teaching contents and applied talents cultivation reforms deeply. We implement a series of effective measures, construct practice teaching system to enhance the core ability of mechanical engineering, and achieve fruitful results in terms of curriculum development, materials development and personnel training. The teaching reform and practice meet the demands of talents, develop students' all-round technology, skills and innovation capability.

mechanical foundation; system of teaching practice; reform and practice

2014-01-17

蔡曉君(1963-)， 女， 上海人， 碩士，教授，機械基礎(chǔ)教研室主任， 主要研究方向 機械設(shè)計。

Tel.:13611057250; E-mail：caixiaojun@bipt.edu.cn

TH 11； G 642.423

A

1006-7167(2015)01-0210-05