彭麗泓，伍 權，徐衛(wèi)平＊，伍凱峰

（1.貴州師范大學 機械與電氣工程學院，貴陽 550025；2.浙江大學 教育學院，杭州 310000）

0 引言

“工業(yè)4.0”的提出，要求利用信息化技術促進產業(yè)變革，大數據及智能化，導致地方高校機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)越來越不能適應行業(yè)的轉型升級的要求?！靶鹿た啤崩砟钕碌摹靶聶C械人”，從某種意義上來講，就是一種“全人”的教育理念，倡導實施工具理性和價值理性融合的工程教育，培養(yǎng)兼具工程技能和工程素養(yǎng)的綜合型工程人才。具備工程技能是要求學生具有知識遷移能力，工程創(chuàng)新設計、實踐、問題分析能力及解決復雜工程問題能力等；具備工程素養(yǎng)是要求學生具備團隊合作、溝通表達能力、工程管理與決策能力、職業(yè)道德、社會責任感等[1-2]。

高校是人才培養(yǎng)的主體，課程是人才培養(yǎng)的載體。地方高校作為“新工科”建設的重要力量，應按照社會需求和自身特點，明確定位，改革和建設“新工科”專業(yè)課程體系和課程，創(chuàng)新教學模式，培養(yǎng)適應經濟社會發(fā)展的卓越工程人才[2]。為此，基于“新工科”背景剖析地方高校機械工程專業(yè)實踐類課程教學方法與問題，探討并提出了“機械綜合能力實踐”課程的設計構建與實踐創(chuàng)新。

1 地方高校機械工程專業(yè)實踐類課程教學方法與問題

傳統(tǒng)的實踐教學課程，因教學時數、教學模式、教學內容等限制，學生很難在有限的時間和空間內提升自己實踐和創(chuàng)新能力，難以對畢業(yè)要求中“解決復雜工程問題”能力形成有效的支撐[3]。

實踐類課程教學課時少、教學模式單項化。大多是地方高校在工程教育上普遍存在理論課時占比多于實踐課；相關的實踐課程呈現“層狀”隔開，缺少基于問題式的“網狀”融合[4]。實踐類課程多是單項模塊化技能的訓練，缺少綜合多項技能鍛煉的平臺，導致學生工程實踐能力獲得感不足。

實踐類課程內容陳舊，沒有融入新知識。具體表現為：（1）實踐訓練理論與實踐的融合性不足，往往是單一的動手能力鍛煉和簡單的工程設備的使用運行，忽視了對工程背景、工業(yè)流程、產業(yè)系統(tǒng)的理解和掌握[5]；（2）課程設計多為沿用已久的驗證性的教學內容，缺乏契合當前及未來產業(yè)發(fā)展實際的綜合性、設計性、研究性的課題；（3）學生到企業(yè)的生產實習深度不足，甚至是走馬觀花，流于形式，缺乏任務感、責任感[5-6]。這樣的實踐課程難以達到實踐訓練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標，無法滿足企業(yè)對工程人才所期盼的實際需求。

基于上述弊端，面向“未來的綜合型工程人才”培養(yǎng)，提出了“新工科”理念的“機械綜合能力實踐”課程改革。

2 “機械綜合能力實踐”課程建設

2.1 課程介紹

為貫徹“新工科”發(fā)展理念，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，將人才的培養(yǎng)與產業(yè)發(fā)展緊密結合，積極推進“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”[7]。為此，貴州師范大學機械與電氣工程學院經過10年的實踐探索，由淺入深、循序漸進，優(yōu)化機械類課程之間的結構、整合內容，面向“機械工程專業(yè)”的學生開設“機械綜合能力實踐”課程，培養(yǎng)兼具工程技能與工程素養(yǎng)的綜合型工程人才[8]。

“機械工程專業(yè)”基于6學期內完成理論知識的學習，7學期完成綜合實踐，8學期完成畢業(yè)設計的人才培養(yǎng)模式。通過優(yōu)化整合原有的教學體系內專業(yè)課程，開設以專業(yè)特色為導向的“機械綜合能力實踐”課程，該課程具有承上啟下的過渡功能[3]。通過第7學期的集中性實踐教學環(huán)節(jié)，不僅能夠融會貫通6學期內所學知識，有效提升學生工程技能，而且直接聯動后續(xù)畢業(yè)設計的質量。

2.2 課程設置

（1）構建“一體系、兩目標、兩模塊”課程結構

“新工科”背景下對未來機械工程人才的需求，結合地方高校機械工程人才培養(yǎng)目標，以服務地方產業(yè)、促進就業(yè)為出發(fā)點，培養(yǎng)學生工程綜合能力[8]?！耙惑w系”是指“機械綜合能力實踐”課程結構體系以該課程為載體，探索人才培養(yǎng)途徑、優(yōu)化教學內容、創(chuàng)新教學方法，完成教學目標。“兩目標”指培養(yǎng)的綜合型工程人才包括工程技能與工程素養(yǎng)兩方面的能力?！皟蓚€模塊”指實踐能力提高模塊和創(chuàng)新與素質拓展模塊，注重培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，旨在提高學生的綜合素質?！皺C械綜合能力實踐”課程培養(yǎng)目標及途徑如圖1所示。

（2）注重學科的交叉和融合

為適應“新工科”的發(fā)展需求，應加強機械工程類課程與產品創(chuàng)新設計、職業(yè)倫理、經濟學與管理學等其他學科的交叉融合。目前地方高校機械工程專業(yè)課程設置偏向傳統(tǒng)工科，專業(yè)課程內容陳舊，導致培養(yǎng)的學生難以適應區(qū)域經濟發(fā)展變化。因此面向機械工程人才培養(yǎng)，需要提升學生的綜合素養(yǎng)，不僅是技術層面的對工程問題的解決，還包括人文層面上對工程的情感、態(tài)度和價值觀。此外，培養(yǎng)的工程人才大多都是面向企業(yè)，需要完成更多的管理協(xié)調工作，因此有必要在課程體系中加入包括企業(yè)運行管理與決策等相關課程[8]。

圖1 “機械綜合能力實踐”課程培養(yǎng)目標及途徑

2.3 創(chuàng)新教育方法

以學生為中心，采用MOOC、微課等教學手段，滿足學生個性化學習需求。課程采用線下課堂實踐教學為主、線上創(chuàng)新與素質知識拓展為輔的混合教學模式。

（1）課堂引入CDIO模式，實施項目化實踐教學

基于產品生命周期的CDIO模式是以產品研發(fā)到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動及實踐的方式學習工程，包含了工程活動的4個新階段，即構思-設計-實施-運行。教師提供項目需求與相關背景，組織學生分組合作，以項目為載體，按照CDIO式將項目分為構思、設計、實施、運行四個階段的小項目，學生小組自主分配任務，真正做到“以學習者為中心”[9-10]。教師在此過程中負責實時跟蹤學習動態(tài)、指導協(xié)助、及時反饋與評價，從而把控教學節(jié)奏，完成整個設定的任務。項目選擇是影響項目化教學效果的關鍵環(huán)節(jié)，因而必須遵循3個原則：①項目須來自于企業(yè)實際問題，旨在培養(yǎng)學生解決實際問題的能力；②項目具有一定的綜合性和復雜性，鍛煉學生分析解決問題能力；③項目須緊扣理論知識、難度要適中[2]。

（2）以現代化信息技術為手段，建立豐富完善的線上教學資源。通過微課的形式為學生拓展工程創(chuàng)新與素質知識，強化學生在課堂實踐中對工程素養(yǎng)內涵的認識。如以企業(yè)項目為載體實施教學，需要涉及一些有關項目管理、企業(yè)戰(zhàn)略、運行管理等跨學科領域的知識，筆者在MOOC選取優(yōu)質教學資源（如工程經濟與管理課程）推送到在線學習平臺，供學生自主學習，教師實時跟蹤學習動態(tài)。同時增設一些有關產品創(chuàng)新設計、模擬仿真、工藝分析、加工制造等多個案例分析視頻，防止學生在實踐中發(fā)現對知識理論知識構建不完善或有所遺忘，遇到知識盲區(qū)可以有針對性地進行知識點的回顧與理解，一定程度上滿足了個性化教學，提高學習效率。

2.4 課程實施

整個課程的執(zhí)行過程中，以項目周期形式管理實踐教學過程，采用CDIO模式將一個大項目轉化為構思、設計、實施、運行四個階段的小項目[9-10]，這些小項目環(huán)環(huán)相扣，最終形成一個完整的大項目，基于CDIO模式項目化實踐教學活動如圖2所示。具體實施如下：

（1）構思階段：主要培養(yǎng)學生“需求”思維和“批判性”思維。以產品功能和性能需求中心，采用“問題式”教學方法，將學生置于復雜且有意義的問題情境中，通過教師指導或者小組合作探究的方式進行方案分析、討論，多次頭腦風暴，提出設計方案，質疑并改進設計方案。構思階段的階段是學生自主、解決問題及掌握隱含在問題背后的科學知識的階段，著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和解決實際問題能力。

（2）設計階段：培養(yǎng)學生“優(yōu)化”思維—成本意識、創(chuàng)新思維、外觀美感。產品設計中一般以成本最小化為目標，以性能指標為約束條件，求解最優(yōu)設計方案。一般分兩步走：①定性優(yōu)化設計，即先產生系列可行方案，再根據評估標準，分析產生最優(yōu)方案；②定量優(yōu)化設計，即優(yōu)化設計數字模型，獲得設計最優(yōu)解，反復驗證最優(yōu)解后確定最優(yōu)方案。確定優(yōu)化方案后，進行仿真模擬分析，評估機械產品性能，如位移、速度等，實現“預測”的功能。

（3）實施階段：培養(yǎng)學生“產品加工制造分析”思維和“成本”思維。制造分析包括產品加工工藝分析、數控編程與成本分析。加工工藝分析主要包括選材、工藝尺寸鏈計算、加工精度分析。從虛擬制造分析到零件成型等整個制造工藝鏈過程，學生能夠切實感知產品從無到有的設計制造步驟，系統(tǒng)全面地提高學生動手實踐操作技能和工程問題分析能力。

（4）運行階段：培養(yǎng)學生“質檢”意識和項目完成時間意識。零件制造完成后，學生需進行裝配、調試，從而引導學生觀察、分析、檢測產品是否達到規(guī)定要求。

項目實施運行的每個階段定期進行節(jié)點匯報，展示階段性的項目成果，包括三維建模、工程圖、工藝卡片、成品、性能測試報告、結題報告等。

圖2 基于CDIO模式項目化實踐教學活動

2.5 教學評價

（1）建立多元化的評價體系。實踐教學無法僅用成績衡量，實踐環(huán)節(jié)考核要綜合考慮學生的過程表現等方面。根據課程培養(yǎng)目標以及多層次遞進式的實踐教學方式，創(chuàng)新評價方式，建立多元化考核體系[10]。課程成績由平時成績、方案構思成績、方案設計成績、方案實施成績、方案運行成績五個部分組成，不僅考查學生的日常表現，同時對學生的創(chuàng)新設計能力、工程實踐能力、團結合作能力、職業(yè)道德感等多方面進行評價。這既發(fā)揮了評價的導向和激勵作用，又能全方位多角度地評價學生，促進學生全面發(fā)展。根據考核內容設置不同的考核方法，包括觀察法、教師點評、學生自評等，實現評價主體多元化[10]。學生通過自評或他評對自己有全面的認識，從而有針對性地加強學習；教師也能有效地對學生進行相應的指導，幫助學生不斷改進、獲得發(fā)展。

（2）學生能力的自我評價調查分析。學生作為評價的主體，更關注學生學習過程的研究，通過學生的自我感知與評價來研究學生的能力增值與賦能。本研究通過設計問卷的方式，對兩個班級（各班級人數30人）相同專業(yè)的學生對自身能力發(fā)展水平的滿意程度調查，共發(fā)放了60份問卷，在工程技能與工程素養(yǎng)兩個維度從“非常不滿意”到“非常滿意”分成5級，分別計為1～5分，然后從這兩個維度分析學生的能力。A班級學生未參與本探索的課程；B班級學生參與此課程，兩個班級學生在工程素養(yǎng)維度對比見圖3；工程技能維度對比見圖4。

圖3 工程素養(yǎng)

圖3和圖4數據顯示，工程素養(yǎng)與工程技能兩方面能力滿意度調查，B班級學生比A班級學生各方面能力的平均分都顯著性提高，尤其在工程素養(yǎng)方面，B班學生各方面能力比A班分值差距明顯。綜上所述，通過兩班級的教學實踐表明，“機械綜合能力實踐”課程獲得良好的反饋效果，有效地提高了實踐教學質量。課程設計期間選拔了一支優(yōu)秀隊伍的實踐項目《低溫冷風切削裝置》代表我校參加“第十二屆全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”比賽，榮獲二等獎并申請了實用新型專利。

3 結語

“新工科”建設對工科學生的工程實踐能力不斷提出新的要求，傳統(tǒng)的機械工程教育給予學生實踐和創(chuàng)新空間非常有限，同時單一固化的專業(yè)知識架構很大程度上制約了跨學科的工程創(chuàng)新能力?；诖耍P者構建探索的“機械綜合能力實踐”課程，真正做到以學生為中心，引導學生從“做中學”，培養(yǎng)兼具工程技能與工程素養(yǎng)的綜合合型工程人才，以滿足地方區(qū)域經濟社會發(fā)展變化對工程人才的需求。

圖4 工程技能