王麗潔 張燕飛 徐德凱

［摘 要］從以學(xué)生為中心的教育理念出發(fā)，以全面提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力為目的，依托西安理工大學(xué)工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源與高水平學(xué)科平臺，通過搭建以智能制造為核心的大學(xué)生綜合實踐教學(xué)平臺，構(gòu)建集“教學(xué)實踐、綜合實踐與自主實踐”于一體、基于CDIO理念的“三級項目”實踐教學(xué)體系，以此提升大學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］智能制造；項目式教學(xué)；實踐教學(xué)體系；協(xié)同創(chuàng)新

［中圖分類號］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）09-0014-05

新一代信息通信技術(shù)、人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，開啟了智能制造新領(lǐng)域，給制造業(yè)帶來新的理念、模式、技術(shù)和應(yīng)用，智能制造成為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新方向新趨勢[1]。制造業(yè)的巨大變革也帶來了本科教育理念上的轉(zhuǎn)變，亟須培養(yǎng)智能制造工程領(lǐng)域大量實踐能力強、綜合素質(zhì)高的高層次創(chuàng)新人才和緊缺人才。

面對日益激烈的國際競爭，要深化教育改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，努力形成有利于創(chuàng)新人才成長的育人環(huán)境。當(dāng)前我國工程教育仍存在以教育教學(xué)為主、發(fā)展不均衡的情況 [2]，主要表現(xiàn)為部分學(xué)生數(shù)理及專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實、邏輯思維能力強但工程思維能力、綜合運用能力、團(tuán)隊合作溝通與交流能力不足。如何提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力是對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出的新要求。

本文以智能制造工程專業(yè)為研究對象，依托西安理工大學(xué)（以下簡稱學(xué)校）工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源與高水平學(xué)科平臺，通過搭建以智能制造為核心的大學(xué)生綜合實踐教學(xué)平臺，構(gòu)建集“教學(xué)實踐、綜合實踐與自主實踐”于一體、基于CDIO理念的“三級項目”實踐教學(xué)體系，實現(xiàn)大學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力提升的目標(biāo)。

一、搭建以智能制造為核心的大學(xué)生綜合實踐教學(xué)平臺，構(gòu)建綜合工程訓(xùn)練體系

參照智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，依托學(xué)校工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心現(xiàn)有的實踐教學(xué)平臺，整合資源，搭建以智能制造為核心的大學(xué)生綜合實踐教學(xué)平臺，為大學(xué)生參與“科創(chuàng)”活動提供基礎(chǔ)技能、專業(yè)知識綜合應(yīng)用的訓(xùn)練。該平臺在支撐載體、培養(yǎng)體系、制度措施、創(chuàng)新文化等方面為學(xué)生創(chuàng)新實踐及專業(yè)發(fā)展提供保障。

工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心為學(xué)校獨立建制的教學(xué)單位，采取全面開放的運行機制。依托傳統(tǒng)制造、現(xiàn)代制造、電工電子技術(shù)、機電系統(tǒng)測試分析四大平臺及一個云計算中心，根據(jù)本科生理論教學(xué)進(jìn)程及學(xué)生能力培養(yǎng)的階段性特點，構(gòu)建了“培養(yǎng)學(xué)生基本工程素質(zhì)的基礎(chǔ)工程實踐課程群，使學(xué)生具備初步工程綜合應(yīng)用能力的綜合工程實踐與應(yīng)用課程群，以及培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新意識和能力的專業(yè)技術(shù)特色與創(chuàng)新實踐課程群”的分層次、多模塊綜合工程訓(xùn)練體系。整個綜合工程訓(xùn)練體系采用課內(nèi)外相結(jié)合的模式，課內(nèi)依托獨立設(shè)置的工程實踐課程實施教學(xué)，并根據(jù)綜合工程訓(xùn)練體系劃分為基礎(chǔ)工程實踐、綜合工程實踐與應(yīng)用、特色與創(chuàng)新實踐三個課程群，覆蓋全校所有專業(yè)，滿足學(xué)生創(chuàng)新實踐及專業(yè)發(fā)展的需求；課外活動通過學(xué)生科技競賽、創(chuàng)新實踐項目、科技社團(tuán)與興趣小組活動進(jìn)行。工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心工程綜合工程訓(xùn)練體系如圖1所示。

二、構(gòu)建基于CDIO理念的“三級項目”實踐教學(xué)體系

創(chuàng)新實踐教學(xué)方法，構(gòu)建基于CDIO理念的項目式實踐教學(xué)體系——“三級項目”實踐教學(xué)體系。項目式實踐教學(xué)循序漸進(jìn)，貫穿本科四年的教學(xué)活動。

（一）實踐教學(xué)體系構(gòu)建原則

實踐教學(xué)課程體系構(gòu)建應(yīng)遵循以下基本原則：（1）特色性原則。特色是學(xué)校生存和發(fā)展的原動力，與時俱進(jìn)的人才教育培養(yǎng)模式是實踐教學(xué)體系構(gòu)建遵循的原則。（2）實用型原則。實踐教學(xué)體系的構(gòu)建要充分體現(xiàn)專業(yè)崗位的要求，與專業(yè)崗位群發(fā)展緊密相關(guān)。（3）混合型原則。體現(xiàn)在教師類型混合、理論教學(xué)和實踐教學(xué)混合、教室與實驗室混合等多方面，打破原來按學(xué)科設(shè)置的傳統(tǒng)布局，對實踐教學(xué)設(shè)施進(jìn)行重新整合，形成一體化混合實踐教學(xué)模式。

（二）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），CDIO 模式把培養(yǎng)目標(biāo)融入整個課程體系中，將每一個能力點要求具體落實到課程教學(xué)和課外活動中[3]。CDIO以全過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，包括工程科學(xué)和技術(shù)知識、終身學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊交流能力和大系統(tǒng)調(diào)控能力等，進(jìn)而提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

（三）“三級項目”實踐教學(xué)體系

依據(jù)智能制造工程專業(yè)課程體系以及核心知識體系，構(gòu)建以項目式教學(xué)為載體的實踐教學(xué)體系——“三級項目”實踐教學(xué)體系。

在“三級項目”實踐教學(xué)體系中，三級項目為課內(nèi)項目。通過教學(xué)使學(xué)生具備運用本門課程理論知識解決一般工程問題的能力，加深學(xué)生對課程理論知識的理解，例如“智能移動小車控制”可以作為單片機及嵌入式系統(tǒng)課程的項目式實踐教學(xué)案例。

二級項目為課程組聯(lián)合項目。通過開展課程組聯(lián)合項目，培養(yǎng)學(xué)生解決較為復(fù)雜的工程問題，例如“面向任務(wù)應(yīng)用的智能機器人系統(tǒng)設(shè)計”可以作為三門相關(guān)課程——單片機及嵌入式系統(tǒng)、智能裝備設(shè)計、機器人技術(shù)及應(yīng)用的課程組聯(lián)合項目。

一級項目為畢業(yè)項目，即畢業(yè)設(shè)計。引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合與智能裝備制造領(lǐng)域、科學(xué)研究、系統(tǒng)規(guī)劃、應(yīng)用開發(fā)和運營管理等方面的實際案例開展畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生學(xué)會綜合運用所學(xué)知識技能、各種工具、手段和資源，解決實際生產(chǎn)中復(fù)雜的工程問題。

按照上述構(gòu)建原則，建立了智能制造工程專業(yè)“三級項目”實踐教學(xué)體系。圖2為“三級項目”實踐教學(xué)體系案例。

（四）“三級項目”實踐教學(xué)體系實施方案

“三級項目”實踐教學(xué)體系在實施中是結(jié)合學(xué)校工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心的特色與創(chuàng)新實踐要求展開的。通過開展專業(yè)技術(shù)特色實踐和學(xué)生自主創(chuàng)新實踐，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力、專業(yè)特長、自主學(xué)習(xí)能力、綜合能力的目的。

特色與創(chuàng)新實踐包括專業(yè)技術(shù)特色實踐和學(xué)生自主創(chuàng)新實踐，專業(yè)技術(shù)特色實踐對應(yīng)專業(yè)課程，即實踐教學(xué)體系中的三級項目；學(xué)生自主創(chuàng)新實踐對應(yīng)課程組聯(lián)合項目，即實踐教學(xué)體系中的二級項目。

目前，學(xué)校工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心開設(shè)的專業(yè)技術(shù)特色實踐包含四大類，涵蓋智能制造工程專業(yè)課程體系的實踐能力要求，為課內(nèi)活動；學(xué)生自主創(chuàng)新實踐通過課外科技競賽、創(chuàng)新實踐項目、科技社團(tuán)與興趣小組活動的方式進(jìn)行，為課外活動。結(jié)合工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心的特色與創(chuàng)新實踐要求，確保“三級項目”實踐教學(xué)體系的有效實施，以課內(nèi)、課外項目實施為主線，以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，通過團(tuán)隊合作的方式完成項目，培養(yǎng)學(xué)生解決實際生產(chǎn)中復(fù)雜工程問題的能力?！叭夗椖俊睂嵺`教學(xué)體系實施方案如圖3所示。

（五）項目式實踐教學(xué)文件

項目式實踐教學(xué)的實施步驟通常包括提出教學(xué)項目、組建項目團(tuán)隊、制訂項目方案、組織項目實施、進(jìn)行項目評價等環(huán)節(jié)[4]。因此，教學(xué)文件的規(guī)范對項目式實踐教學(xué)的順利實施至關(guān)重要。通過“以落實為途徑”的教學(xué)大綱、“以規(guī)范為原則”的統(tǒng)一制式化課程教學(xué)文件，進(jìn)行相關(guān)項目式實踐教學(xué)案例的設(shè)計，完成項目式實踐教學(xué)文件的編寫。項目式實踐教學(xué)文件包括項目教學(xué)大綱、項目任務(wù)說明書、項目課程教案、項目實施流程等。

在進(jìn)行項目式實踐教學(xué)文件編寫中，要根據(jù)不同項目案例的特點，制訂詳細(xì)的實施流程。通過可執(zhí)行的實施方案，將項目式實踐教學(xué)落到實處，并便于開展過程考核。例如，某二級項目的實施流程基本框架可以設(shè)計為資料查閱方案設(shè)計→三維設(shè)計仿真分析→電路設(shè)計軟件編程→零件加工裝配調(diào)試→團(tuán)隊競賽匯報講演。

（六）多元化考核方式

項目式實踐教學(xué)評價應(yīng)堅持能力本位，注重過程評價，考核目標(biāo)從知識掌握轉(zhuǎn)向綜合能力提升，評價重點從個人考核轉(zhuǎn)向團(tuán)隊評價，評價主體從教師為主轉(zhuǎn)向教師、學(xué)生和企業(yè)多方參與[5]。采用多元化考核方式，加強過程考核，改變單一考核模式，制定過程化考核評分細(xì)則，強化能力測評。例如，某二級項目的考核可以從項目研究、講解表達(dá)能力、團(tuán)隊合作能力、知識掌握與運用情況、實踐操作情況、平時表現(xiàn)等多方面進(jìn)行最終考核結(jié)果的評定。

三、實現(xiàn)協(xié)同培養(yǎng)

實現(xiàn)協(xié)同培養(yǎng)，即多學(xué)科專業(yè)間的協(xié)同培養(yǎng)、工程實踐能力與研究能力的協(xié)同培養(yǎng)、校際創(chuàng)新人才的協(xié)同培養(yǎng)、不同教育階段的協(xié)同培養(yǎng)。

（一）多學(xué)科專業(yè)間的協(xié)同培養(yǎng)

智能制造工程專業(yè)具有機械工程、控制科學(xué)與工程、計算機科學(xué)等多學(xué)科交叉背景。學(xué)校通過“優(yōu)化理論課程體系，結(jié)合新理論與新技術(shù)、科研實踐中的工程實際案例等更新課程內(nèi)容，建設(shè)優(yōu)質(zhì)信息化課程資源；開展基礎(chǔ)工程實踐—綜合工程實踐與應(yīng)用—專業(yè)技術(shù)特色與創(chuàng)新實踐的分級漸進(jìn)綜合工程訓(xùn)練課程教學(xué)；開展教材與教學(xué)內(nèi)容的協(xié)同性研究，將教學(xué)成果、科研成果寫入教材，為實施研究性教學(xué)提供知識載體；創(chuàng)新實踐教學(xué)方法，構(gòu)建基于CDIO理念的項目式實踐教學(xué)課程體系”等多種方法，達(dá)到了多學(xué)科專業(yè)間協(xié)同培養(yǎng)的目的。

（二）工程實踐能力與研究能力的協(xié)同培養(yǎng)

學(xué)?，F(xiàn)有教育部數(shù)控機床及機械制造裝備集成重點實驗室、陜西省機械制造裝備重點實驗室、陜西省現(xiàn)代裝備綠色制造協(xié)同創(chuàng)新中心、唐仲英大學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)基地等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源與高水平學(xué)科平臺，工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心采用課內(nèi)課外相融合、基礎(chǔ)與創(chuàng)新相貫通的訓(xùn)練方式，以及預(yù)約與開放相結(jié)合的靈活運行機制，吸引了學(xué)生的廣泛參與，實現(xiàn)學(xué)生工程實踐能力與研究能力的協(xié)同培養(yǎng)。同時以多層次科技競賽為牽引，積極構(gòu)建國際化學(xué)生創(chuàng)新實踐平臺，開展自主性、個性化、研究性科技創(chuàng)新活動。

（三）校際創(chuàng)新人才的協(xié)同培養(yǎng)

工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心的創(chuàng)客教育基地聯(lián)盟、眾創(chuàng)空間—西理工/工創(chuàng)匯以“雙創(chuàng)”社團(tuán)為依托，服務(wù)于學(xué)校各類工作與交流合作活動（科技競賽、招生宣傳、集聚資源、媒體宣傳等）。近幾年，學(xué)生“雙創(chuàng)”成果與項目成果在西安市科技活動周、中國·大西安國際創(chuàng)客節(jié)、西安教育博覽會等重要活動中得到展示，成為學(xué)校“雙創(chuàng)”實踐成果的亮點，提升了學(xué)校的社會影響力，相關(guān)成果在40余所高校得到推廣應(yīng)用。西理工/工創(chuàng)匯已成為國家級科技企業(yè)孵化基地、陜西省和西安市的高校眾創(chuàng)空間，加強了校內(nèi)各部門、各學(xué)科專業(yè)、高校與高校的協(xié)同合作，實現(xiàn)校際創(chuàng)新人才的協(xié)同培養(yǎng)，形成了良好的“雙創(chuàng)”生態(tài)。

（四）不同教育階段的協(xié)同培養(yǎng)

積極推動國內(nèi)外交流，通過開展科技節(jié)活動、面向中小學(xué)生的科技創(chuàng)新夏令營等社會服務(wù)活動，使中學(xué)生進(jìn)一步了解智能制造領(lǐng)域的科學(xué)問題和工程技術(shù)難題，激發(fā)他們的興趣，為以后其進(jìn)行專業(yè)選擇、學(xué)業(yè)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。同時，本科生通過參加多層次科技競賽及項目課程學(xué)習(xí)，其工程實踐能力得到了提升，為其研究生階段開展研究打下基礎(chǔ)。通過進(jìn)行高中生—本科生—研究生無縫銜接培養(yǎng)體系的探索，實現(xiàn)不同教育階段人才培養(yǎng)的協(xié)同。

四、結(jié)語

學(xué)校以提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力為目標(biāo)，根據(jù)工程教育對人才培養(yǎng)的要求，整合理論教學(xué)與工程訓(xùn)練的內(nèi)容，基于CDIO理念，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，通過“三級項目”實踐教學(xué)體系的構(gòu)建，讓學(xué)生以主動的方式學(xué)習(xí)工程，并在實施過程中總結(jié)項目執(zhí)行中的經(jīng)驗。依托學(xué)校工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心現(xiàn)有的實踐教學(xué)平臺，整合資源，構(gòu)建以智能制造為核心的大學(xué)生綜合實踐教學(xué)平臺，營造協(xié)同創(chuàng)新文化環(huán)境。

智能制造作為一個系統(tǒng)工程，強調(diào)數(shù)字化設(shè)計與制造、智能裝備、智能機器人、物聯(lián)網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等關(guān)鍵技術(shù)的集成，涉及機械工程、控制科學(xué)與工程、計算機科學(xué)等多個學(xué)科。本文面向智能制造工程專業(yè)，在實踐教學(xué)平臺搭建等方面進(jìn)行了多項實踐和探索。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 陳柳，姜華，薛韓玲，等.CDIO?OBE階梯式專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建和實施[J].科技與創(chuàng)新，2023（1）：178-180.

[2] 王桂林，李方偉.近五年我國高等工程教育的研究現(xiàn)狀與發(fā)展建議：基于2012—2016年研究論文的量化分析[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報，2018，35（2）：101-105.

[3] 汝驊.“三目標(biāo)取向、三課堂聯(lián)動、三層次遞進(jìn)”實踐教學(xué)體系構(gòu)建與實施路徑研究[J].高教學(xué)刊，2023，9（3）：21-24.

[4] 張安富.項目化教學(xué)是提高工程型人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效之法[J].高等工程教育研究，2019（3）：166-169.

[5] 鄭立星，吳彥麗，王峰，等.“雙碳”背景下新工科多元立體化創(chuàng)新實踐教學(xué)探索：以山西大學(xué)能源與動力工程專業(yè)為例[J].大學(xué)教育，2023（10）：28-30.

［責(zé)任編輯：蘇祎穎］