王愛華， 余 艷， 霍國良， 戴一欣， 黃 亞

(武漢大學 大學生工程訓練與創(chuàng)新實踐中心， 武漢 430072)

0 引 言

工程訓練是高校本科實踐性教學的重要環(huán)節(jié)，也是高校培養(yǎng)大學生工程意識與創(chuàng)新意識的重要途徑，在提高大學生工程實踐能力與動手創(chuàng)新能力上發(fā)揮著重大作用[1-5]。隨著《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》與《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》的不斷落實，以及“科教興國戰(zhàn)略”與“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”等重大舉措逐步推出，亟需一大批工程實踐與創(chuàng)新能力強的高質(zhì)量各類型技術人才，工程訓練的作用愈發(fā)重要。國內(nèi)100多所高校相繼建立了自己的工程訓練中心，并開始逐漸探索實踐新型工程訓練教學模式[2]。

全開放的實踐教學模式是為了解決現(xiàn)有工程訓練模式中經(jīng)常出現(xiàn)的:鉗工、鈑金、焊接等諸多實踐項目中,學生有興趣的項目實訓時間不足，無法充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造力，較為枯燥的相關理論和基礎練習與學生興趣和個體能力不匹配等問題。同時也是為工程訓練整體效果，進一步發(fā)揮工程訓練的重要作用，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，全面提升本科人才培養(yǎng)質(zhì)量[3, 6-8]，凝練綜合性研究型大學本科教育的共性，滿足多學科的工程實訓與創(chuàng)新實踐要求[9-11]。

1 全開放型工程訓練實踐教學模式

全開放的實踐教學模式是改變以講解教材、傳授知識為主的傳統(tǒng)教學方式，采用注重學生的個性和特點，把關注人的發(fā)展作為首要目標；通過創(chuàng)造一個有利于學生自主創(chuàng)新、主動實踐的教學環(huán)境；提供給學生充分實踐的空間，從而促進學生在積極主動的實踐過程中，培養(yǎng)學生的實踐動手能力、創(chuàng)新精神和接受繼續(xù)教育能力；培養(yǎng)學生勇于實踐、勤于實踐、善于實踐的良好習慣，各方面素質(zhì)得到全面發(fā)展。全開放的實踐教學模式具有如下基本特征：

(1) 教學理念的開放性。傳統(tǒng)的教育理念以繼承為中心，注重知識、技能的傳授，輕視了學生自主學習的作用。全開放的實踐教學模式“以創(chuàng)新教育為核心，以人的發(fā)展為首要目標，注重學生的先天素質(zhì)和愛好特長，傳授知識與培養(yǎng)能力相統(tǒng)一”(見圖1)。

圖1 全開放實踐教學模式基本特征

(2) 教學過程的開放性。全開放的實踐教學模式的教學過程，堅持“以學生為中心”，通過各種方式讓學生學會知識掌握能力的目的。尊重學生的主體地位，充分發(fā)揮學生的主導性和主動性，通過示范、點撥、討論等方法，讓學生在教學中多參與、多實踐，增強學生的觀察力、想象力、判斷力和解決問題的能力。

(3) 教學內(nèi)容的開放性。全開放的實踐教學模式的教學內(nèi)容，要求改變傳統(tǒng)教學以教科書為基準的教學方式，擺脫課本的束縛，形成教科書、課外書、生活實踐、時代內(nèi)容的有效滲透。

(4) 教學空間的開放性。全開放的實踐教學模式的教學空間，不再只局限在教室，要向社會、網(wǎng)絡延伸，為學習多樣化創(chuàng)造條件。

(5) 教學手段的開放性。全開放的實踐教學手段，要求多樣化、現(xiàn)代化。以學生能力提高為前提，不依賴單一媒體。在教學過程中采用實物展示、模型、掛圖、教材、指導書、音頻視頻資料、觸摸屏和多媒體手段，讓學生認識到學習的方式不是唯一的，也不僅局限于課堂。鼓勵學生發(fā)揮主觀能動性，提高教學質(zhì)量。

(6) 教學評價的開放性。全開放的實踐教學模式的教學評價，注重發(fā)展學生的主動性和創(chuàng)造性，評價方式不再是傳統(tǒng)的考試，還可以采用調(diào)查報告、論文、實物作品、分組討論、幻燈演示等多種形式，也包括學生對課程及教師的評價。

2 典型傳統(tǒng)工程訓練內(nèi)容現(xiàn)狀

2.1 鉗工實訓

鉗工實訓是全國高校工程訓練過程中的重點訓練項目之一[12-13]，因其訓練設施投入少、占用場地少、危險性小、學生動手機會多、易實施等特點，成為傳統(tǒng)制造技術的主要訓練內(nèi)容。適合于機類、非機類專業(yè)，甚至是文理類專業(yè)學生的工程素質(zhì)和技能培訓。也是學生實訓結束后，能夠留下深刻印象、收獲最大、好評最多的訓練項目之一。但現(xiàn)實的鉗工實訓存在以下不足：① 體力消耗過大，特別是女學生，難以適應如此大的訓練強度；② 實訓作品單一，幾十年來全國的工程訓練(以至于原來的金工實習)，時間長的都是銼一個錘頭，時間短的就是銼一個螺帽，千篇一律、一成不變，教學理念、教學內(nèi)容無創(chuàng)新性。③ 教學方法上仍然沿用的是工廠師傅帶徒弟的方法，耗時長，培養(yǎng)效果事倍功半，教學過程的開放性不足。

2.2 鈑金實訓

2002年工程訓練中心成立，引入了“鈑金實訓”作為工程訓練的訓練內(nèi)容。鈑金制品與日常生活息息相關，鈑金在金屬殼體、金屬容器、金屬管道、金屬結構、日用五金、鐵藝制品和金屬雕塑等7大領域都有廣泛的應用[14-16]。許多鈑金制品適合作為工程訓練的訓練作品，學生的選擇性、創(chuàng)造性都可以得到極大發(fā)揮。通過多年的實訓實踐，鈑金實訓受到學生的廣泛熱愛和好評，只是苦于訓練時間太短(半天)，作品制造之前缺乏必要的基礎訓練，設施也比較簡陋，教學空間和教學手段的開放性嚴重不足，致使學生作品的復雜程度有限，完善度不高，難有精美作品產(chǎn)生。

2.3 焊接實訓

焊接實訓也是所有工程訓練過程中必修的訓練內(nèi)容，大多以手工電弧焊訓練為主[17]，時間稍長的適當增加氣焊、氣割訓練[18]內(nèi)容。其特點是訓練設施投入少、易實施，在日常生活中常見，學生動手機會多。但訓練耗材消耗大，有污染并有一定的危險性。通常以純技術性技能訓練為主，由于缺乏教學理念、教學過程、教學手段的開放性，沒有實際應用的作品相結合，學生學會了起弧、運條基本操作后，除焊接專業(yè)的學生外，大部分學生都很快失去興趣。訓練設施單一、落后，脫離于真正的工業(yè)應用環(huán)境，是制約焊接實訓發(fā)展的關鍵因素。當然更談不上教學評價的開放性了。

3 全開放的實踐教學模式的課程建設實踐

“機械手工作品設計與制造”課程是在鉗工、鈑金、焊接教學資源基礎上，重新規(guī)劃設計教學理念、教學方法、教學內(nèi)容，面向所有本科生開出的通識類工程訓練課程。課程組在深入研究鉗工、鈑金訓練內(nèi)容和方法的基礎上，形成了集合以鉗工、鈑金、焊接為主體的教學資源，“以工程應用為導向、以實踐動手能力培養(yǎng)為核心、以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為宗旨、以激發(fā)興趣為切入點、以科研促教學為指導”，采用“全開放的教學模式”開展教學活動的課程建設理念(見圖2)。通過創(chuàng)新、包容、靈活的方式，充分利用和調(diào)動課堂內(nèi)外教學資源，讓師生在教與學之間得以相互學習、提高。旨在培養(yǎng)提高學生的創(chuàng)造力和獨立性，充分體現(xiàn)以學生為中心，以學習為中心的教學理念。

(1) 設置課程網(wǎng)站。在課程網(wǎng)站上對課程大綱、課程內(nèi)容、教學方法、教學設施、學生優(yōu)秀作品，進行宣傳展示，讓有意選擇本課程的學生對課程有基本的了解，從決定選課開始就思考自己準備設計、制造作品的大致方向和輪廓，查找相關資料、學習必要的制圖技能為作品設計做準備。雖然課程并未開始，但是學生的學習過程已經(jīng)啟動，充分體現(xiàn)課程的開放性特點。

(2) 讓學生深入了解。課程開始就讓學生深入了解課程內(nèi)容、環(huán)節(jié)設置、評分規(guī)則、安全注意事項等，采用自愿報名和教師認定相結合的方式，每批(40人)選出5～8名學生與課程組教師一起成立“課程管理與成績評定小組”(簡稱：管評小組)。管評小組成員應盡可能照顧到不同年級、不同專業(yè)、不同性別，以體現(xiàn)其代表性。強調(diào)管評小組在課程運行過程中的服務性和奉獻精神，樹立公平公正的良好學習風氣，提高學生的自我管理能力，進一步提高課程的開放性。

(3) 自主選擇訓練項目。課程設立“之字形樣板制作”“梯形樣板制作”“水桶模型制作”“氬弧焊操作”“鉚接訓練”等基本訓練內(nèi)容，由學生根據(jù)興趣及產(chǎn)品制造的需要自主選擇訓練項目，掌握手工制造工具和設備的正確使用方法。已經(jīng)進行過工程訓練的學生可以申請免修這部分內(nèi)容，直接進入下一環(huán)節(jié)。也可以針對自己作品難以實現(xiàn)的零部件進行試加工，探求最佳的難點解決方案，從而深入體現(xiàn)課程的開放性。

(4) 提供設計方向。課程設計階段只向?qū)W生提供鈑金應用的7大領域作為設計方向，具體作品由學生根據(jù)興趣自主決定。強調(diào)通過該階段讓學生掌握研究型學習“選題、查閱文獻、擬定設計方案”的基本方法，形成文件性的初步設計方案。由管評小組對設計方案進行評定，選出10～15個優(yōu)秀作品設計方案，自由組合成立以設計者為組長的制造團隊(3或4人)，共同對作品的設計進行修改完善，特別是從作品的可制造性、零件之間的連接方式等方面進行細化設計。

(5) 培養(yǎng)團隊意識和協(xié)作精神。作品制造階段采用分工、協(xié)作的方式進行，此環(huán)節(jié)要充分利用課程提供的材料、設備、工具等資源為我所用，提倡制作一些對提升作品質(zhì)量有益的專用工裝夾具、模具。在粘接、螺栓螺釘連接、鉚接、烙鐵焊接、氬弧焊接、點焊等眾多的連接方式中，選用最適合自己作品的連接手段是學生的薄弱環(huán)節(jié)。因此，團隊成員之間、團隊與團隊之間的相互學習十分重要，重點培養(yǎng)學生的團隊意識、協(xié)作精神，逐步建立產(chǎn)品從原理、結構、設計到制造完整形成過程的認識。此外，少量利用中心的其他教學資源(3D打印機、數(shù)控機床、線切割機床、激光達標機等)對作品進行美化和功能完善，形成大機械、大制造、大工程的概念，同時對學生選修中心其他課程起到宣傳推廣作用。

(6) 綜合評價。由管評小組對各制造團隊最后完成的創(chuàng)新作品進行評價，選出具有“精妙的構思、精準的定位、精明的舍棄、精美的設計、精湛的手藝、精致的裝飾”的優(yōu)秀作品中心留存、展示。對優(yōu)秀作品的制造團隊頒發(fā)證書及作品照片。學生對課程內(nèi)容、環(huán)節(jié)設置，材料、工具設備配置等作出評價，提出意見和建議，為課程建設的持續(xù)改進注入活力。管評小組的優(yōu)秀成員將聘為助教，繼續(xù)參與該課程的教學工作。

(7) 打造全開放設計制造平臺。凡是通過“機械手工作品設計與制造”課程學習結業(yè)的學生，在校期間只要有需要都可以隨時利用課程資源開展活動，向指導教師尋求幫助，即課后的開放。結合課程教學的實際效果，不斷完善教學條件，進一步改進教學方法，提高教學質(zhì)量。使參與“機械手工作品設計與制造”課程學習的學生成為各類競賽團隊和科技、科研活動的骨干力量。吸引成熟的科研、競賽團隊長期入駐課程組，形成朋輩學習、具有傳承能力的全開放“機械手工作品設計與制造”平臺。

4 全開放工程訓練教學模式的教學應用

2017年4月，課程組將全開放工程訓練教學模式應用于“機械手工作品設計與制造”課程中，課程采用限定選修人數(shù)的方式，針對選修該課程的70名學生，分為兩班進行對比試驗(其中使用傳統(tǒng)教學模式的學生為參照班，使用全開放教學模式的為實驗班)，每班學生35人，分7組，每組5人，課堂教學時間均為36學時。

根據(jù)課程實際教學，對參照班、實驗班比照分析如表1所示。

表1 參照班和實驗班的課堂教學比較

由此可見，全開放教學模式與傳統(tǒng)模式相比，有如下一些改變：學生實際學習時間不再局限于課堂學習，而是課堂轉變?yōu)檎n內(nèi)外，且時間大大增加；課堂由知識傳授轉變?yōu)橹R啟迪；學生由被動式學習變?yōu)橹鲃邮綄W習；教學手段由單一模式變?yōu)槎鄻?；學習評價由結果評價轉變?yōu)檫^程和結果評價相結合等。課程結束后，通過對學生的作品評價、問卷調(diào)查和學生最終成績分析，參照班和實驗班的教學效果對比情況如表2所示。

表2 參照班和實驗班的課堂教學效果比較

由表2可見，采取了全開放教學模式的實驗班的教學效果明顯優(yōu)于參照班。其中，實驗班的學生要求指導數(shù)提升最為明顯，共指導學生52次，比參照班多了31次，說明在全開放的教學模式中，學生的學習興趣更濃，學習更加積極主動；在學生對課堂教學反饋的評分中，分數(shù)也提升了8.2分，說明學生對全開放教學模式更加認可；在班級平均成績中，上升了約7.7分，可見，全開放教學模式的應用對課堂教學效果的提升比較明顯；在創(chuàng)新類作品件數(shù)上，實驗班也明顯優(yōu)于參照班，平均每組至少有一件，甚至更多，而參照班基本是完成課堂實踐要求，大部分小組沒有創(chuàng)新作品。

2017年9月(第二期)仍采用限定選修人數(shù)的方式,對全開放的教學模式在"機械手工作品設計與制造"課程中進行了全面運行,課程教學效果及后期成果如表3所示。

表3 教學效果及后期成果跟蹤

5 結 語

全開放型工程訓練教學模式在“機械手工作品設計與制造”課程中成功應用，并取得了滿意效果，證明該模式對培養(yǎng)大學生的工程意識和創(chuàng)新意識，提高其創(chuàng)新能力是一種行之有效的教學模式。此外，在“機械手工作品設計與制造”教學模式改革上的實踐成果將直接反哺給工程訓練的鉗工、鈑金、焊接訓練模塊，從而大幅提高整個工程訓練的教學質(zhì)量。這對提高工程訓練指導教師的教學水平，激發(fā)學生學習工程技術的興趣和提高學生的綜合能力與創(chuàng)新思維具有極為重要的作用。

針對傳統(tǒng)工程訓練教學中存在的多種問題，創(chuàng)新性地提出了全開放型的工程訓練教學模式。這對培養(yǎng)當代大學生的工程能力，增強工程意識與基本技能，提升創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，以及促進我國由工程教育大國向工程教育強國轉變具有重大意義。