機械類專業實踐教學改革與實踐

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摘要：文章在“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”、“新工科”等國家重大戰略的背景下，分析了我國工科專業面臨的形勢。以西安理工大學機械類專業為例，提出了在新工科背景下機械類專業實踐教學改革方案，將機械類專業實踐教學改革與創新創業教育深度融合，分別從課程實驗、教學實習、課程設計、畢業設計和創新創業活動等方面，闡述了采取的具體改革措施以及成效，為推動新工科建設步伐提供參考。

關鍵詞：新工科；機械類專業；實踐教學改革；創新創業教育

高等工程教育在我國高等教育中占有重要的地位。深化工程教育改革、建設工程教育強國，對服務和支撐我國經濟轉型升級意義重大[1]。2016年6月，我國工程教育專業認證體系實現國際實質等效，為深化工程教育改革提供了良好契機。當前，國家推動創新驅動發展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”等重大戰略，以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創新[2-4]。為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略。2017年2月教育部高等教育司了關于開展新工科研究與實踐的通知，之后先后形成“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養主旋律，開拓了工程教育改革新路徑[5-9]。全國各高校紛紛通過開設大數據、云計算、人工智能、虛擬現實、智能科學與技術等新專業，以智能制造、云計算、人工智能、機器人等來改造升級傳統工科專業，培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才，以滿足未來新興產業和新經濟的需要[10]。西安理工大學探索符合學校實際的多學科多方協同交叉融合培養的新理念，圍繞立德樹人根本任務，依托學校多年來在裝備制造、水利水電等方面業已形成的特色優勢，基于卓越工程師教育培養計劃、工程教育專業認證等改革的豐富經驗，與大學生創新創業教育改革緊密結合，瞄準“智能制造”和“智慧水利”等新經濟、新產業未來發展需求，一方面主動設置和發展一批新興工科專業，另一方面推動現有工科專業的改革創新。樹立創新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，構建新興工科和傳統工科相結合的學科專業“新結構”，探索實施工程教育人才培養的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質量”，建立完善中國特色工程教育的“新體系”，積極探索新工科專業建設改革試點工作。西安理工大學機儀學院為推動本院新工科建設步伐，探索新工科背景下機械設計制造及其自動化專業改造升級路徑，將機械類專業實踐教學改革與創新創業教育深度融合，并取得了明顯成效。

一、機械類專業傳統實踐教學體系

目前，大部分高校機械類專業傳統實踐教學體系如圖1所示。從層次方面說，機械類專業實踐教學可以分為基礎實踐、專業實踐、綜合實踐和創新實踐四類。機械類專業實踐教學的各個環節都要與課堂理論教學相輔相成，并貫穿于整個大學階段，使學生所學的基礎課程和專業課程等理論知識在實踐教學中得到驗證。西安理工大學針對機械類專業各個實踐教學環節，特別注重學生創新創業能力的培養，已經形成了比較完善的、系統的、合理的、標準化的實踐教學體系。

二、新工科背景下機械類專業實踐教學體系改革方案

筆者在西安理工大學機械專業從教以來，參與過課程實驗、教學實習、課程設計和畢業設計等實踐教學環節，指導學生參加機械創新、挑戰杯、“互聯網+”、大學生創新創業計劃項目等各級各類競賽項目40余項，指導學生申請專利10余項，有著豐富的實踐教學和雙創教育經驗。在此基礎上，提出一種融入創新創業教育的機械類專業實踐教學體系改革方案，如圖2所示。機械類專業實踐教學改革整個過程以學生為主體，教師為主導，充分體現了“以學生為本”的教學理念。將創新創業教育融入到理論教學和實踐教學環節之中，貫穿于大學四年教育全過程。學生通過在理論教學和實踐教學中受到的創新創業教育，可以萌生出創新創意，進而形成相應的創新作品。在此基礎上，學生可以將去參加各種創新創業競賽，沖刺各種獎項。之后，學生可以這些創新成果進行轉化，根據成果類型可以申請相對應類別專利，可以發表學術論文，甚至可以尋求企業的創業投資。在整個改革過程中需要學校各類平臺的支持。

三、改革具體措施及成效

（一）課程實驗方面。在原有課程實驗體系基礎上增設了一定數目的設計性實驗，同時保留了經典的驗證性和演示性實驗。比如針對《機械制造裝備設計》課程實驗，除了開設經典的普通車床幾何精度檢驗試驗、車床主傳動系統空載功率的測定等驗證性實驗外，增開了與機床裝備應用相關的設計性實驗———機床動態性能實驗。該實驗首先由實驗教師介紹與本實驗有關的背景知識以及已知的實驗條件，提出具體實驗要求。本實驗的實驗要求如下：要求學生查閱有關機床動態性能對加工質量的影響、識別機床薄弱環節的方法以及提高機床動態性能的方法的資料，提交不少于5000字的調研分析報告，要求參考文獻不少于15篇；查閱常用實驗設計及數據處理方法，根據現有實驗條件采用正交試驗方法設計實驗方案。學生根據實驗要求查閱有關振動對機床加工質量影響及減振方面的資料，了解應用鋼球進行機床減振的工作原理，學習正交實驗設計方法及數據處理分析方法，按時完成撰寫調研分析報告，根據已知實驗條件完成實驗方案設計。實驗設計方案通過實驗教師同意后，各實驗小組預約各自實驗時間，由實驗小組成員按照實驗設計方案獨立完成實驗。實驗結束后，要求學生對實驗結果進行計算和分析，得出實驗結論，最后進行實驗總結和撰寫個人心得體會。實驗結果主要包括不同實驗參數條件下測試獲得的機床動態性能曲線及提取出的相關數據，針對正交實驗結果要進行極差分析，獲得各因素對減振效果的影響曲線和影響大小順序，最終獲得最佳減振方案。要求實驗報告按照科技論文格式進行書寫。通過該設計性實驗的實施，使學生掌握了提高機床動態性能的方法和正交試驗設計與分析方法，深入學習了機床整機動態性能檢測儀器的使用方法、動態性能的測試項目及識別機床薄弱環節的方法，深刻體會到了提高機床動態性能對加工精度及加工效率的重要意義，提高了學生文獻檢索能力，培養了學生創新意識和創新能力。在2016年我校機械專業工程認證過程中，該設計性實驗得到了認證專家的高度評價。另外，我校機械專業還開設了開放性實驗環節，我校機械工程實驗中心和機械設計實驗中心對學生實行開放制度。根據實驗室內已有的實驗條件，學生可以自主制定實驗內容和實驗方案，并獨立完成整個實驗過程，進行創新性研究和探索。通過開放性實驗環節，使實驗室真正成為知識運用、知識融合、知識創新的基地，更有利于提高學生綜合實踐能力和創新創業能力。（二）教學實習方面。為了增強學生的動手實踐能力，我校機械專業不僅開設了金工實習（金工基礎訓練的“金工Ⅰ”）、認知實習和生產實習環節，還增開了以工藝設計和自主加工為目的“金工Ⅱ”實踐環節，該環節在我校工程訓練中心進行。在“金工Ⅱ”實踐環節，學生可以結合機械創新、挑戰杯等各類創新創業競賽主題自主選擇課題，自行完成設計、加工、調試環節。該實踐環節加工出的作品可以直接參加相對應的創新創業競賽。為了避免學生生產實習時走馬觀花，增強實習效果，我校機械專業對生產實習模式進行了改革，除了大部分學生去十堰東風汽車、中國一拖、天水星火機床等國有大型企業進行參觀實習外，還嘗試了讓少部分學生利用大三暑假在富士康、海爾等企業以頂崗的模式實習2個月。通過頂崗實習，不但對學習過的專業知識進行了驗證，還幫助企業發現和解決實際問題。比如今年實習的幾位同學對企業生產線存在的問題進行了分析和優化，通過優化布局更加合理，生產效率得到了很大的提高，得到了實習企業的一致好評。通過實習，學生可以為后續課程設計以及畢業設計找到合適的題目。通過發現和解決實際企業中存在的技術問題，還可以參加各類創業挑戰賽，獲得企業的創業投資。總之，該實習模式取得了良好的成效，在今后幾年將大面積在本專業推廣。（三）課程設計方面。目前大部分高校機械類專業的課程設計都編制有自己的指導書，題目相對固定而且數量較少，容易造成學生相互抄襲的現象。比如機械制造技術課程設計指導書中給出幾個典型零件，常見的有撥叉、連桿等，零件數量少，由于學生較多，往往多個學生設計同一個題目，造成相互抄襲現象的發生。針對課程設計中存在的這些問題，我校機械專業對課程設計模式進行了調整，鼓勵學生在課程設計大綱要求下自行命題。一方面，學生可以通過查閱相關文獻資料、市場調查等多種途徑提出與生產實際相關的設計題目，特別是學生可以在生產實習環節找到相關設計題目，由指導教師進行題目審查，篩選出符合要求的課程設計題目。另一方面，學生可以結合各類創新創業競賽主題，自主選擇合適的課程設計題目。這種課程設計模式得到了學生的一致認可，既能幫助相關企業解決一些實際問題，也能為學生后續參加各類創新創業競賽，奠定良好的基礎。（四）畢業設計方面。目前大部分高校機械專業畢業設計題目都是由校內指導老師指定，這類題目往往是針對已有的機械裝置結構設計、夾具設計或控制系統設計等，設計內容缺乏創新性和新穎性。學生對此類題目興趣不大，主動設計的積極性不高，往往通過上網搜索與自己題目相似的資料之后，參考原文中的內容，甚至全文抄襲，結果是論文缺乏分析和獨特見解，在畢業答辯時出現學生對自己設計的東西講不清楚的現象。加上，近幾年大多數高校本科畢業設計實行制度，很多學生過程中重復率極高。針對機械專業畢業設計中存在的諸多問題，采取了下面幾項措施：1.以教師科研課題內容作為畢設題目。讓學生參與到教師的科研課題中去，通過教師的指導，學生不但如期完成了畢業設計論文，也能為教師課題的順利完成做出一份貢獻。在此過程中，學生的科研能力得到了提高，所以這類題目特別適合于保送研究生和已經考取研究生的同學，可以為后續研究工作鋪平道路。2.聘請企業導師，實行校企聯合指導。我校機械專業，近年來聘請了大量如秦川機床、寶雞機床、中航工業等大型企業的高級工程技術人員作為企業導師，由企業給定題目，企業導師和校內導師共同指導。3.以各類競賽題目作為畢業設計題目。部分競賽主題一般提前已經給出，可以讓部分學生以這類競賽的主題作為畢業設計內容。通過畢業設計過程，學生產生一些好的創意和想法，不但為后面參加競賽做準備，也可以申請專利等。4.鼓勵已就業學生到企業中做畢設。針對很多學生已經找到工作，而且將要從事的工作與所學專業非常對口這種情況，鼓勵這些學生到所就業企業做畢業設計。在此過程中，不但可以有效激發學生畢業設計的積極性，而且可以提前熟悉自己將要從事的工作。5.畢設選題實行雙向選擇、因材施教。每年春節前，在畢業設計選題系統中公布題目及任務書，學生可以自由選擇老師和畢設題目，老師也可以選擇自己滿意的學生，充分調動了教師和學生的積極性。通過以上措施的實施，使我校機械專業畢業設計環節質量大大提高，參與畢業設計答辯的企業導師對學生的畢業設計成果給予了極高的評價。在2018年舉行的第二屆中國機械行業卓越工程師教育聯盟“恒星杯”畢業設計大賽中我校獲得優秀獎和佳作獎各3項。（五）創新創業活動方面。為了提高機械類學生的創新創業能力，筆者所在學院制定了創新學分認定辦法，要求機械類專業本科生在校學習期間每學年必須取得1個創新學分，畢業時未取得4個創新學分者按結業處理，若超過4個時，超出的學分可替代校級任選課學分。參加創新創業活動取得各種獎項的學生，還可以獲得相應的創新成果獎，在保研以及評獎學金過程中可以加分。這些政策的出臺，極大促進了學生參加創新創業大賽的積極性，近年來參加創新創業大賽的人數逐年增多，而且取得了顯著的成績。比如我校在2018年第八屆機械創新設計大賽陜西賽區大賽上，獲得一等獎7項、二等獎10項、三等獎3項的好成績，在同年的全國大賽中我校獲得一等獎1項、二等獎2項的優異成績，其中參與的學生大部分都是機械專業學生。

四、結束語

2018年西安理工大學獲批3項教育部首批新工科研究與實踐項目，其中機械專業獲批1項。通過融入創新創業教育的機械類專業實踐教學改革方案的實施，我校機械類學生的工程實踐能力和創新創業能力得到了極大的提高，有效促進其自主創業、自主就業，緩解就業壓力，對實現“以實踐促創新，以創新促創業，以創業帶就業”的目標具有重要意義，對推動我校新工科建設起到了促進作用。

作者:楊振朝 李言 李淑娟 高新勤 王權岱 單位:西安理工大學