构建综合工程实践能力培养体系的探讨

张乃龙?赵京

摘要：培养大学生的工程实践能力和创新能力是当前高等教育的重要任务。针对当前高校工程实践能力培养环节存在的问题，基于机械课程实验和机械创新设计基金项目，构建综合工程实践能力培养体系，以机械创新设计大赛为目标，强调课堂与实践结合，实验课堂为实践训练服务，进行系统的、连续的实践锻炼，建立项目指导制度，指导老师进行项目的跟踪和阶段指导，逐步完成对学生创新精神和创新意识的培养、工程设计能力和工程技能的训练、团队合作精神的培养，使学生真正成为具有综合工程实践能力的应用型人才。

关键词：创新训练；创新能力；实验教学；工程实践能力

作者简介：张乃龙（1976-），男，山东郯城人，北京工业大学机电学院，讲师。（北京 100124）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0023-02

在当前快速发展和激烈竞争的经济环境下，创新是企业发展的根本，而大学毕业生是企业的新生力量，企业对学生的工程实践能力和团队合作精神的要求也越来越高，因此如何培养具备较强的工程实践技能和良好的团队合作精神的学生受到各工科院校的重视。当前机械类学生的工程实践能力距离合格的机械类工科专业人才要求尚有一定的距离。如何培养学生的工程实践能力和创新精神，培养大批适应时代需要具有创新意识、创新思维、创新能力和工程实践能力的高素质工程技术人才，就显得更为迫切。针对综合工程实践能力培养要求，各高校都开展了相关研究，主要包括调整实验教学内容[1，2]，构建实践教学体系[3-5]，加强实践教学基地建设[6]，构建不同的工程训练体系与方案[7-8]和加强产学研合作[9，10]等，为学生提供实践锻炼机会，如机械创新设计大赛对大学生综合工程能力的培养具有很好的效果。[11-12]但如何如课堂教学相结合，进行长期的系统的创新意识的培养和工程实践能力的训练，还有待深入探讨。

一、当前教学环节和学生培养存在的问题

一是教学环节偏离实际。为了适应现代教学要求，雖然学校采取多项措施增加学生的工程实践训练机会，但绝大数训练停留在理论层面，教学方式以模拟操作或参观为主，学生真正动手的机会较少，缺乏结合实际的训练。

二是片段式实践导致学习不系统。当前的多数实践培养环节是结合课堂教学计划进行，实践内容仅限于课程内容，学生在实践过程中不能体会到前期设计对当前工作的影响，也就不会考虑当前工作对后期工程的影响，因此训练过程中随意性较强，以完成任务为目标，而不考虑结果的可行性和经济性。

三是创新意识不强。课堂实践训练环节由于每年重复进行，可参考性较强。学生训练过程中一方面对所学知识缺乏灵活运用，缺乏创新意识；另一方面对设计结果缺乏探求为什么的主动性，满足于模仿和生搬硬套，缺乏创新的主动性。

四是缺乏团队协作精神。当前大学生绝大多数是独生子女，个性都非常强，不擅于处理同学矛盾，难于和别人长期合作。而现有培养环节更强调个体知识和个体能力的培养，且时间相对较短，难以有效培养和训练团队合作意识和团队精神。

二、工程实践能力培养教学体系构建

为了有效提高学生的综合工程实践能力，北京工业大学结合自身成功承办多届首都高校机械创新设计大赛的经验和指导学生参加大赛的组织和管理经验，构建以创新工程能力训练为导向的工程实践能力培养体系。大学生综合工程实践能力的培养和训练，包括创新意识和创新精神培养，创新设计训练、工程设计能力（三维仿真设计、零部件设计、工程图纸设计）、工程技能（零部件加工和装配）等环节的培养。工程实践能力教学体系基于机械类专业课程和创新实践训练基金项目构建，创新项目的实施过程贯穿机械原理、机械设计和机械制造教学的整个过程，探索让学生在课堂上学习，在项目中实践，同时在项目中发现问题，回到课堂解决问题的培养模式。整个体系力求各环节紧密衔接，保证学生训练的连续性和完整性。该体系强调实践培养与课堂教学紧密结合，相辅相成进行。

该体系要求在机械原理开课初期学生自由组建项目团队，共同学习和完成一项创新项目，在项目的实施过程中，逐步培养学生综合工程能力和团队协作精神。系统框架如图1所示。

三、工程实践能力培养教学体系实施

工程实践能力培养重点要求实践教学环节满足实践训练需要，课堂教学以传授基础理论知识为主，保持原有内容不变，实验课程突出与实践相关内容的教学，为创新项目的实施打好基础。体系的实施以创新项目为导向，课堂教学为主体，实验课程为辅协调开展，具体实施内容如图2所示。

1.建立创新训练基金，明确学生培养任务

为了解决学生参加实践训练的积极性问题和学生实践培养连续性问题，基于学生创新科技活动平台，以参加机械创新设计大赛为目标，设立院校两级创新实践基金项目，学生组建课题研究小组承担创新基金项目，在项目选拔、执行过程中严格进行过程跟踪和阶段考核，学生通过实验室提供的设备进行创新项目的研究，项目考核内容包括创新性、设计合理性、图纸规范性和图纸质量、零部件加工质量、作品功能等多方面。通过各环节的具体要求，逐步培养学生的创新能力和创新意识、工程图纸设计能力、零部件加工能力等工程实践技能。

2.完善机械原理及机械设计实验教学

改革实验教学方法和教学要求，以引导实验教学方式为主，增加学生主动动手实践机会，增强主动思考、主动参与的意识，在实验中逐步了解和掌握基本工程技能。针对项目实施过程所需技术，实验课程中添加Triz创新理论教学、基本科研工具Matlab和Adams教学、三维建模软件SolidWorks培训和工程图纸设计基础公差配合教学等内容。

3.完善机械设计课程设计改革，提高工程制图技能

目前公差配合的内容被分散穿插到其他课程内进行讲解，由于缺少系统的学习和锻炼，学生难以掌握公差配合的标注和使用，在课程设计过程中照搬书本上的标注，根本不理解为什么。为了解决“为什么”的问题，我们开发了一套公差配合教学设备，通过设备的演示让学生更好、更直观理解。在课程设计中增加公差配合实验环节，提高学生对公差配合的认识和使用技能，并利用机械设计课程设计环节对学生进行锻炼和考核。

4.建全创新基地管理体制，建立基地正常运行机制

在综合工程实践能力培养体系的实施过程中，逐步建立完善的创新基地管理体制，确立基地正常运行机制，保证每一届学生都有机会到创新基地锻炼。基地内建立完整的项目申报、评审、日常管理、过程考核、培训、结题等流程制度，重点强调过程技术培训和过程管理与考核，确保学生在项目执行过程中，主动动手、主动操作解决自己的问题。

5.培养团队合作意识和团队精神

通过团队合作申请创新基金项目和共同协作完成项目，让学生了解单打独斗很难取得成功；在项目合作过程中，引导学生正确处理组员之间的关系和矛盾，解决成员分工协作等问题，逐步锻炼和培养学生的团队合作意识和合作精神。

四、创新训练项目实施

创新项目实施过程见图3。通过创新基金设置，调动学生参与基地创新科技活动的积极性。创新基金与校学生星火基金关联，通过创新基金评审的题目推荐到校学生星火基金给予资助。每年通过专家讨论设置一定数量的创新题目，由学生选择，学生也可自主选题，经专家组讨论可行后，进行资助。

在机械创新设计大赛举办年度，根据大赛主题确定创新题目，然后进行选拔，推荐学生参加首都高校机械设计大赛。

在课题执行期间，每个题目指定一名教师进行指导，基地为学生提供活动所需设备、常用加工材料和场地。每个课题的执行按照创新设计、详细设计、模型制作及功能验证、零部件加工、零部件精度检测和产品装配等系环节进行，使学生在各个环节都能够获得锻炼。对于成绩优秀的作品可以深入完善，并推荐参加首都高校机械创新设计大赛、挑战杯和ASME大学生机械设计竞赛。

五、总结

通过建立系统性的综合实践能力培养体系，把日常实验教学和工程能力培养相结合，把实践教学和创新项目相结合，做到目标明确，项目实施过程中指导老师进行过程跟踪、实时指导及过程管理，实现了在实验中学习、在项目中锻炼，教学和实践锻炼得到较好的结合，为学生综合工程实践能力的培养提供了良好的平台。

参考文献：

[1]陆天炜，张文桂，陈燕灵，等.构建个性化实验教学平台，促进创新能力及工程实践能力培养[J].实验技术与管理，2008，（8）：129-131.

[2]郭虹.基于创新能力培养的机械设计实验教学改革[J].中国教育技术装备，2012，（36）：137-138.

[3]袁剑波，郑健龙.工程实践能力：培养应用型人才的关键[J].高等工程教育研究，2002，（3）：35-37.

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[5]谭平.地方高校应用型人才工程实践能力的培养[J].实验室研究与探索，2009，（5）：93-96.

[6]张春梅，王晶，黄宝娟，等.工程实践教学的创新与实践[J].教育教学论坛，2012，（36）：51-53.

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[9]缪宪文.应用型工科高校应重视学生工程实践能力的培养[J].实验室研究与探索，2012，（7）：304-306.

[10]郭勇义，韩如成.加强实践教学改革 培养学生工程实践能力[J].中国高等教育，2009，（8）：27-28.

[11]高中庸，大学生机械创新设计竞赛指导模式的创新[J].高教論坛，2007，（4）：31-32，67.

[12]索双富，等.机械创新设计大赛的实施与体会[J].实验技术与管理，2005，（10）：127-131.

（责任编辑：刘辉）