王愛華， 余 艷， 霍國良， 戴一欣， 黃 亞

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

0 引 言

工程訓(xùn)練是高校本科實踐性教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是高校培養(yǎng)大學(xué)生工程意識與創(chuàng)新意識的重要途徑，在提高大學(xué)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(qiáng)的高質(zhì)量各類型技術(shù)人才，工程訓(xùn)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(xùn)練中心，并開始逐漸探索實踐新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式[2]。

全開放的實踐教學(xué)模式是為了解決現(xiàn)有工程訓(xùn)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(xué)生有興趣的項目實訓(xùn)時間不足，無法充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，較為枯燥的相關(guān)理論和基礎(chǔ)練習(xí)與學(xué)生興趣和個體能力不匹配等問題。同時也是為工程訓(xùn)練整體效果，進(jìn)一步發(fā)揮工程訓(xùn)練的重要作用，培養(yǎng)大學(xué)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(xué)本科教育的共性，滿足多學(xué)科的工程實訓(xùn)與創(chuàng)新實踐要求[9-11]。

1 全開放型工程訓(xùn)練實踐教學(xué)模式

全開放的實踐教學(xué)模式是改變以講解教材、傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式，采用注重學(xué)生的個性和特點(diǎn)，把關(guān)注人的發(fā)展作為首要目標(biāo)；通過創(chuàng)造一個有利于學(xué)生自主創(chuàng)新、主動實踐的教學(xué)環(huán)境；提供給學(xué)生充分實踐的空間，從而促進(jìn)學(xué)生在積極主動的實踐過程中，培養(yǎng)學(xué)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(xué)生勇于實踐、勤于實踐、善于實踐的良好習(xí)慣，各方面素質(zhì)得到全面發(fā)展。全開放的實踐教學(xué)模式具有如下基本特征：

(1) 教學(xué)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(xué)生自主學(xué)習(xí)的作用。全開放的實踐教學(xué)模式“以創(chuàng)新教育為核心，以人的發(fā)展為首要目標(biāo)，注重學(xué)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(xué)模式基本特征

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

(3) 教學(xué)內(nèi)容的開放性。全開放的實踐教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容，要求改變傳統(tǒng)教學(xué)以教科書為基準(zhǔn)的教學(xué)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(xué)空間的開放性。全開放的實踐教學(xué)模式的教學(xué)空間，不再只局限在教室，要向社會、網(wǎng)絡(luò)延伸，為學(xué)習(xí)多樣化創(chuàng)造條件。

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

(6) 教學(xué)評價的開放性。全開放的實踐教學(xué)模式的教學(xué)評價，注重發(fā)展學(xué)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(xué)生對課程及教師的評價。

2 典型傳統(tǒng)工程訓(xùn)練內(nèi)容現(xiàn)狀

2.1 鉗工實訓(xùn)

鉗工實訓(xùn)是全國高校工程訓(xùn)練過程中的重點(diǎn)訓(xùn)練項目之一[12-13]，因其訓(xùn)練設(shè)施投入少、占用場地少、危險性小、學(xué)生動手機(jī)會多、易實施等特點(diǎn)，成為傳統(tǒng)制造技術(shù)的主要訓(xùn)練內(nèi)容。適合于機(jī)類、非機(jī)類專業(yè)，甚至是文理類專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)和技能培訓(xùn)。也是學(xué)生實訓(xùn)結(jié)束后，能夠留下深刻印象、收獲最大、好評最多的訓(xùn)練項目之一。但現(xiàn)實的鉗工實訓(xùn)存在以下不足：① 體力消耗過大，特別是女學(xué)生，難以適應(yīng)如此大的訓(xùn)練強(qiáng)度；② 實訓(xùn)作品單一，幾十年來全國的工程訓(xùn)練(以至于原來的金工實習(xí))，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(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容無創(chuàng)新性。③ 教學(xué)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(xué)過程的開放性不足。

2.2 鈑金實訓(xùn)

2002年工程訓(xùn)練中心成立，引入了“鈑金實訓(xùn)”作為工程訓(xùn)練的訓(xùn)練內(nèi)容。鈑金制品與日常生活息息相關(guān)，鈑金在金屬殼體、金屬容器、金屬管道、金屬結(jié)構(gòu)、日用五金、鐵藝制品和金屬雕塑等7大領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[14-16]。許多鈑金制品適合作為工程訓(xùn)練的訓(xùn)練作品，學(xué)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(xùn)實踐，鈑金實訓(xùn)受到學(xué)生的廣泛熱愛和好評，只是苦于訓(xùn)練時間太短(半天)，作品制造之前缺乏必要的基礎(chǔ)訓(xùn)練，設(shè)施也比較簡陋，教學(xué)空間和教學(xué)手段的開放性嚴(yán)重不足，致使學(xué)生作品的復(fù)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(xùn)

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

3 全開放的實踐教學(xué)模式的課程建設(shè)實踐

“機(jī)械手工作品設(shè)計與制造”課程是在鉗工、鈑金、焊接教學(xué)資源基礎(chǔ)上，重新規(guī)劃設(shè)計教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容，面向所有本科生開出的通識類工程訓(xùn)練課程。課程組在深入研究鉗工、鈑金訓(xùn)練內(nèi)容和方法的基礎(chǔ)上，形成了集合以鉗工、鈑金、焊接為主體的教學(xué)資源，“以工程應(yīng)用為導(dǎo)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(diǎn)、以科研促教學(xué)為指導(dǎo)”，采用“全開放的教學(xué)模式”開展教學(xué)活動的課程建設(shè)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(xué)資源，讓師生在教與學(xué)之間得以相互學(xué)習(xí)、提高。旨在培養(yǎng)提高學(xué)生的創(chuàng)造力和獨(dú)立性，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)理念。

(1) 設(shè)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(xué)方法、教學(xué)設(shè)施、學(xué)生優(yōu)秀作品，進(jìn)行宣傳展示，讓有意選擇本課程的學(xué)生對課程有基本的了解，從決定選課開始就思考自己準(zhǔn)備設(shè)計、制造作品的大致方向和輪廓，查找相關(guān)資料、學(xué)習(xí)必要的制圖技能為作品設(shè)計做準(zhǔn)備。雖然課程并未開始，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程已經(jīng)啟動，充分體現(xiàn)課程的開放性特點(diǎn)。

(2) 讓學(xué)生深入了解。課程開始就讓學(xué)生深入了解課程內(nèi)容、環(huán)節(jié)設(shè)置、評分規(guī)則、安全注意事項等，采用自愿報名和教師認(rèn)定相結(jié)合的方式，每批(40人)選出5～8名學(xué)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(yīng)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(qiáng)調(diào)管評小組在課程運(yùn)行過程中的服務(wù)性和奉獻(xiàn)精神，樹立公平公正的良好學(xué)習(xí)風(fēng)氣，提高學(xué)生的自我管理能力，進(jìn)一步提高課程的開放性。

(3) 自主選擇訓(xùn)練項目。課程設(shè)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(xùn)練”等基本訓(xùn)練內(nèi)容，由學(xué)生根據(jù)興趣及產(chǎn)品制造的需要自主選擇訓(xùn)練項目，掌握手工制造工具和設(shè)備的正確使用方法。已經(jīng)進(jìn)行過工程訓(xùn)練的學(xué)生可以申請免修這部分內(nèi)容，直接進(jìn)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(jìn)行試加工，探求最佳的難點(diǎn)解決方案，從而深入體現(xiàn)課程的開放性。

(4) 提供設(shè)計方向。課程設(shè)計階段只向?qū)W生提供鈑金應(yīng)用的7大領(lǐng)域作為設(shè)計方向，具體作品由學(xué)生根據(jù)興趣自主決定。強(qiáng)調(diào)通過該階段讓學(xué)生掌握研究型學(xué)習(xí)“選題、查閱文獻(xiàn)、擬定設(shè)計方案”的基本方法，形成文件性的初步設(shè)計方案。由管評小組對設(shè)計方案進(jìn)行評定，選出10～15個優(yōu)秀作品設(shè)計方案，自由組合成立以設(shè)計者為組長的制造團(tuán)隊(3或4人)，共同對作品的設(shè)計進(jìn)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(jìn)行細(xì)化設(shè)計。

(5) 培養(yǎng)團(tuán)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(jìn)行，此環(huán)節(jié)要充分利用課程提供的材料、設(shè)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(diǎn)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(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)。因此，團(tuán)隊成員之間、團(tuán)隊與團(tuán)隊之間的相互學(xué)習(xí)十分重要，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識、協(xié)作精神，逐步建立產(chǎn)品從原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計到制造完整形成過程的認(rèn)識。此外，少量利用中心的其他教學(xué)資源(3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、線切割機(jī)床、激光達(dá)標(biāo)機(jī)等)對作品進(jìn)行美化和功能完善，形成大機(jī)械、大制造、大工程的概念，同時對學(xué)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(tuán)隊最后完成的創(chuàng)新作品進(jìn)行評價，選出具有“精妙的構(gòu)思、精準(zhǔn)的定位、精明的舍棄、精美的設(shè)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(tuán)隊頒發(fā)證書及作品照片。學(xué)生對課程內(nèi)容、環(huán)節(jié)設(shè)置，材料、工具設(shè)備配置等作出評價，提出意見和建議，為課程建設(shè)的持續(xù)改進(jìn)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(xué)工作。

(7) 打造全開放設(shè)計制造平臺。凡是通過“機(jī)械手工作品設(shè)計與制造”課程學(xué)習(xí)結(jié)業(yè)的學(xué)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(dǎo)教師尋求幫助，即課后的開放。結(jié)合課程教學(xué)的實際效果，不斷完善教學(xué)條件，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。使參與“機(jī)械手工作品設(shè)計與制造”課程學(xué)習(xí)的學(xué)生成為各類競賽團(tuán)隊和科技、科研活動的骨干力量。吸引成熟的科研、競賽團(tuán)隊長期入駐課程組，形成朋輩學(xué)習(xí)、具有傳承能力的全開放“機(jī)械手工作品設(shè)計與制造”平臺。

4 全開放工程訓(xùn)練教學(xué)模式的教學(xué)應(yīng)用

2017年4月，課程組將全開放工程訓(xùn)練教學(xué)模式應(yīng)用于“機(jī)械手工作品設(shè)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(xué)生，分為兩班進(jìn)行對比試驗(其中使用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生為參照班，使用全開放教學(xué)模式的為實驗班)，每班學(xué)生35人，分7組，每組5人，課堂教學(xué)時間均為36學(xué)時。

根據(jù)課程實際教學(xué)，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(xué)比較

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

由表2可見，采取了全開放教學(xué)模式的實驗班的教學(xué)效果明顯優(yōu)于參照班。其中，實驗班的學(xué)生要求指導(dǎo)數(shù)提升最為明顯，共指導(dǎo)學(xué)生52次，比參照班多了31次，說明在全開放的教學(xué)模式中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更濃，學(xué)習(xí)更加積極主動；在學(xué)生對課堂教學(xué)反饋的評分中，分?jǐn)?shù)也提升了8.2分，說明學(xué)生對全開放教學(xué)模式更加認(rèn)可；在班級平均成績中，上升了約7.7分，可見，全開放教學(xué)模式的應(yīng)用對課堂教學(xué)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(xué)模式在"機(jī)械手工作品設(shè)計與制造"課程中進(jìn)行了全面運(yùn)行,課程教學(xué)效果及后期成果如表3所示。

表3 教學(xué)效果及后期成果跟蹤

5 結(jié) 語

全開放型工程訓(xùn)練教學(xué)模式在“機(jī)械手工作品設(shè)計與制造”課程中成功應(yīng)用，并取得了滿意效果，證明該模式對培養(yǎng)大學(xué)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(xué)模式。此外，在“機(jī)械手工作品設(shè)計與制造”教學(xué)模式改革上的實踐成果將直接反哺給工程訓(xùn)練的鉗工、鈑金、焊接訓(xùn)練模塊，從而大幅提高整個工程訓(xùn)練的教學(xué)質(zhì)量。這對提高工程訓(xùn)練指導(dǎo)教師的教學(xué)水平，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程技術(shù)的興趣和提高學(xué)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(xùn)練教學(xué)中存在的多種問題，創(chuàng)新性地提出了全開放型的工程訓(xùn)練教學(xué)模式。這對培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生的工程能力，增強(qiáng)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(jìn)我國由工程教育大國向工程教育強(qiáng)國轉(zhuǎn)變具有重大意義。