创新能力驱动的机械工程专业实践教学改革

王亚良， 潘柏松， 董晨晨， 王 成

(浙江工业大学 机械工程学院， 浙江 杭州 310014)



创新能力驱动的机械工程专业实践教学改革

王亚良， 潘柏松， 董晨晨， 王 成

(浙江工业大学 机械工程学院， 浙江 杭州 310014)

阐述了机械工程专业实践教学的重要性，以强化学生实践能力、提升创新能力培养为目标，通过七方面对实践教学进行改革，即“夯实基础、能力核心、地方特色、项目载体、教研互融、共享开放、国际视野”。对实施过程中存在问题进行了分析并给出了相应对策，唯有实践，才有创新。通过改革和实践，使学生的创新能力和团队协作得到较大提高，效果良好。

创新； 机械工程； 实践教学

0 引 言

学生知识、能力的培养源于理论和实践教学紧密结合，对于工科学生而言，实践是创造性应用和发展理论的过程，是综合能力形成的过程。同时实践特别是工程实践是形成工程思维、获取工程经验的极重要途径和手段。如何培养学生实践创新能力是工科院校机械类专业共同面对的问题。创新能力的培养主要通过实践环节来实现，实践教学是培养学生创新能力的切入点[1-2]。学生理论教学中获取知识，在实践中应用知识，同时质疑、探索、追求创新；只有立足于实践，才能达到创新的目标[3-5]。

机械工程实践教学基本手段和目标：以提升学生实践能力特别是创新能力为目标，以提升实践教学质量为抓手、以改革实践教学方法为手段、以高效整合实践教学资源为依托，探索满足创新人才培养需要的实践教学培养途径，积极开展校企协同培养，完善实验资源共享开放运行机制，逐步建立适应区域经济和产业特征的机械工程实践教学体系[6-7]。

1 构建机械工程实践教学内容及体系

机械工程实践教学内容及体系基本构架如图1所示，硬件平台由机械工程训练实践、机械基础实验教学、机械专业实验教学、虚拟仿真实验室、机械工程CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)实践平台等组成，而教研互融、共享开放、校企协同和中外合作是实践教学内容的深化和运行机制的创新和探索[8-10]。

图1 机械工程实践教学体系框架

2 创新能力驱动的机械工程实践教学

唯有实践，才有创新。创新能力是国家科技进步的第一要素。对于大学、特别是理工类大学而言，培养学生的创新能力显得尤为重要。创新能力在夯实理论基础上，主要通过实践环节来实现，在实践中验证理论并发现问题，进而探索、质疑、并在质疑、释疑中得到提升，最终达到创新能力培养。文章以创新能力驱动为目标，以夯实基础为前提，以培养能力为核心，结合地方特色产业、以实践项目为载体，以科教互融为手段，以共享开放为机制和途径切实做好实践教学工作，以高等教育国际化为契机、多渠道开拓学生的国际视野。为学生创新和实践能力培养营造良好的硬件、软件和制度环境，激发学生工程意识和创新能力的培养，将知识传授、能力培养、素质提高融为一体，进一步提升工科学生的人文素养和团队协作能力[11-12]。

2.1 基础夯实是实践创新能力培养的基础

学生基础知识通过理论知识和基本的实验/实践学习得到，就实践而言主要通过机械工程训练实践、机械基础实验教学、机械专业实验教学来获取。

机械工程训练实践包含基础工程技术训练和先进制造技术训练：基础工程技术训练包括车铣刨磨、钳工、铸造等使学生了解传统机械加工技术，初步掌握传统机加工工艺及原理；先进制造技术训练，通过数控车铣、加工中心等现代加工手段实现，实现产品/零部件的制作。机械基础实验教学通过整合理论课程(工程图学、力学、工程材料、机械设计、机械原理、互换性与测量技术等主干课程)实验项目，独立开设实验课程，优化实验教学体系，使学生掌握机械产品的绘制和设计，具备对简单结构及性能进行初步分析的能力。机械专业实验教学通过微机原理、自动控制理论、工程测试技术、数字电路等核心课程的专业实验项目训练，让学生深入了解机械产品制造全过程，能初步设计和制作功能相对完备的机械产品。对于那些难实易虚的实验项目或单台套价值大的实验教学设备，可通过建立虚拟实验室予以解决。

2.2 实践创新能力的培养要结合地方特色产业(建立企业实践基地，实现校企协同育人)

作为浙江省重点本科院校，应紧密结合产业集群，特别是浙江省产业集群的特色开展实践教学工作，对于机械工程专业而言，与之相关的产业群主要有：五金产业群、低压电器产业群、模具产业群、汽车产业群、家用电器产业群等。实践教学要适应浙江省的国际化制造业的人才需求为目标，完善产学耦合机制。

通过多种渠道积极与相关的大中型企业建立了长期的良好合作关系，使学生在校期间得到企业实习、实践锻炼机会。建立企业实践基地，按照企业实际的生产和服务要求参加工作实践，从而获取工作经验和工程实践能力，使学生在校期间就初步具备了用人单位所需的工作经验。通过近几年的校企协作培养，有效地提升了学生职业能力，使毕业生能快速实现由学生向社会人的角色转变，真正实现校企协同育人。

2.3 以实践项目为载体是开展创新活动的主要手段

机械工程CDIO实践平台建设获财政部建设经费160万元，以项目式教学方式为主导，以项目为载体，积极引入CDIO工程教学大纲理念。着力构建个人能力培养(工程问题发现与解决能力、创造性思维能力和工程创新能力)和团队能力培养。强调学生自主式、开放式、协作式、探究式为主的实践学习方式，促进学生个性化和创新能力的培养。实践平台实施项目式教学，即以实践项目为中心，突出产学研结合和学生主动实践两个特点，组成项目实施团队(倡导学生跨年级自由组合，达到学生特长互补)。在实践项目实施过程中教师仅负责项目咨询、技术支持、过程监控，即不参与或少参与学生主题项目的实施工作，实践项目结果评定由教师和项目实施团队共同完成。项目的实施将为学生提供更多的独立思考和个性发展的空间，有利于培养学生具备良好的大工程观的工程基本素养、工程项目的构思、设计、制造和实施能力以及团队协作能力[8-9]。机械工程实践项目的实施步骤如图2所示，主要由学生自主选题、专家论证、方案设计与自主实施等环节组成。

2.4 做好实践基地(时间、空间、内容和资源)的共享开放为学生的自主性、探索性学习创造条件

创新能力的培养主要通过实践环节来实现，积极创造条件为学生的实践环节提供保障。时间空间开放：对于基础和专业实验教学的实验室及实验项目做到预约开放，对于开设研究型实验项目的实验室做到常年定时开放(1天/周)，机械工程CDIO实践平台做到全天开放(12 h/d，如有需要可延长至16 h/d)。内容和资源开放：机械工程CDIO实践平台在开放时间内为学生提供通用的标准零配件和原材料，并提供必需的工具，如工具箱、示波器等，保持机加工设备的完好率，安排指导教师巡查，发现问题及时解决。

图2 机械工程实践项目实施的基本步骤

实践基地/实验室开放是实验室生命力的源泉，是体现实验室管理水平的重要标志，同时创新性人才培养需要实验室的开放。

牢固树立为学生服务的思想，运用现代科学管理办法，加强实践平台建设的组织领导和协调服务，强化实践平台的组织和制度建设，以提升实践平台的开放服务质量为中心，不断优化实践平台的开放机制[13]。

2.5 以工程能力培养为核心，不断提高青年教师的实践教学水平

工程能力分为教师的工程教学能力和学生工程实践能力。在实践教学过程中，教师的工程背景和能力显得尤为重要，教师的工程能力和教学能力是开展实践教学的前提和基础，影响实践教学的质量和效果；提高机械工程专业教师、特别是青年教师的工程能力，是提高学生实践能力，进而培养创新型人才的重要着力点。开展青年教师的工程素质认证是解决工程能力问题的必要途径，具体来讲，青年教师可通过多种途径获得的工程素质认证。积极参与校企实践基地建设，与企业工程师合作开发工业产品2项以上；学校鼓励青年教师脱产进入大中型企业见习，见习时间应不少于6个月，并完成工程实践报告；作为主要负责人承担企业产品研发项目，并取得较好结果[8]。

2.6 以教研互融为手段，提高学生实践项目的深度和广度

教学科研良性互动，教学促进科研，科研反哺实践教学，实现教研互融，为学生成长及创新能力的培养创造良好条件。将教师最新科研成果积极引入实践教学，提高实践教学深度和广度，结合学校科研、学科专业特色和地方产业，开发一批特色专业的研究型实践项目(如激光加工，精密制造，机器人等)，提高研究创新型实验项目的比例(研究创新型实验是学生根据实验题目，运用所学知识，开展创造性思维，确定实验方案，独立操作完成实验，并进行综合分析，研究创新型实验在更高的层面上培养学生的创新能力、实际工程设计能力及初步的科研能力)；同时进一步开放高精尖的仪器设备，使学生初步掌握利用高端仪器解决工程实际问题的能力。

2.7 以高等教育国际化为契机，进一步开拓学生的国际视野

推进学生的国际化视野，主要从课程设置、特别是专业课程设置应紧跟国际前沿，师资队伍建设的国际化(聘请海外学者来校授课、讲学，提高外方教师授课的比例)，定期和不定期的国际交流机制(包含中外教师之间、中外师生之间和中外学生之间的各类渠道交流)，积极推动学生自主式的国际化论坛和尝试毕业论文的全英文撰写模式[14-17]。

3 机械工程专业实践教学改革实施中存在的困境

以创新能力驱动为实践教学改革中，主要围绕夯实基础、能力核心、地方特色、项目载体、共享开放等方面来达到改革目标和要求，从实施过程来看，在以下方面存在不足：

3.1 学生的学习自主性即自主实践意识不强

创新能力驱动下的实践应该在学生主动实践的产物，缺乏学生自主性谈创新能力培养很难。一方面工科学生在理论学习、就业、考研和出国等各种因素作用下，导致自主相对较少，花在自主实践上的时间更少；另一方面对创新能力驱动下的实践教学认识不足，自主实践意识有待于进一步提高。近年来，由于国家对创新型人才培养的导向的进一步倾斜，各级各种机械设计大赛、挑战杯等赛事的设置对于促进学生自主实践，进而培养创新能力有着举足轻重的作用；同时学校设立创新学分，达到规定要求的，可获得该学分，鼓励学生参与创新活动。

3.2 开展项目为载体的实践中，团队合作意识及项目管理知识缺乏

在开展以地方特色为主主题实践项目实施过程，学生自由组成项目团队，但项目团队之间分工、配合不足。部分项目的进度、成本以及质量控制与预期出入较大，导致项目无法完成。项目团队应创造一种开放和自信的气氛，使全体团队成员有统一感和使命感；团队成员之间相互了解越深入，团队建设就越出色，取得的效果会更加明显。

进一步加强主题实践项目的过程监控和完成评价，开设项目管理培训课程，使学生能应用项目管理知识来管理实践项目，项目进度、成本及团队合作等方面取得较好效果。

3.3 开放共享机制有待于进一步完善

实验室重视设备的购买，但对实验室运行、维护和开放机制等不够重视，缺乏对开放共享的评价和奖励机制。开放共享机制对学生实践能力的提升提供了良好的保障，但由于开放时间长，涉及面广，工作量大；当前基本通过老师的义务和责任心来做好开放工作，应积极探索“学生自治为主，教师巡视为主”开放体制，进一步加强实验室安全管理工作。设立创新学分(选修)为学生创新实践提供制度保证，设立创新基金为学生开展主题实践项目提供经费保障，健全开放共享运行机制为学生提供场地保障，为学生实践活动的顺利开展提供软硬件支持；完善和优化面向实践教学的网络平台建设，为学生自主选择实践项目提供便利；在条件允许的情况下，面向省内高校、甚至全国高校实行开放，提高设备利用率和示范性，建立以学生为中心的开放共享教学模式。

4 结 语

实践是工程的本质，强化和重视实践教学是今后教学改革的重点和难点。机械工程实践教学改革为学生提升创新能力提供良好的硬件和软件保证，努力提高学生受益面。目前开展以创新能力为驱动的实践教学改革还存在不少困惑，但万事开头难，随着实践改革的深入，相信改革前景和效果将光明和璀璨。通过改革和实践，培养出一批创新意识和创新能力强的机械工程专业学生，取得了较好成果；近年来，学生积极申报专利，获得授权专利100余项，其中发明专利21项；在各类科技竞赛中获得省级以上奖项20余项。

[1] 李培根, 许晓东, 陈国松. 我国本科工程教育实践教学问题与原因探析[J]. 高等工程教育研究, 2012(3):1-6.

[2] 刘宏升, 刘晓华, 王 正, 等. 精英人才培养模式下创新实践基地的建设与探索[J]. 实验技术与管理, 2011,28(10): 156-158.

[3] 于化东.加强实践教学环节提高大学生创新实践能力[J].中国高等教育，2010(21): 23-25.

[4] 王浩程, 冯志友, 王文涛. 基于工程创新教育的实践教学体系探索[J]. 实验室研究与探索, 2014,33(1): 182-185.

[5] 王亚良，梁利华，董晨晨，等. 创新人才培养导向的机械类实验教学改革[J]. 实验室研究与探索，2015,34(2) : 188-191.

[6] 李 琳，陈京京，王 杰. 面向卓越工程人才培养的产学研深度合作模式[J]. 高等工程教育研究,2013(1):66-70.

[7] 王平祥. 深化人才培养模式创新实验区建设的思考[J]. 中国大学教学,2014(1):34-37.

[8] 王亚良, 张 烨, 陈 勇, 等. 基于CDIO的实验项目开发与实践[J]. 实验技术与管理, 2010 (2):119-121.

[9] 顾学雍. 联结理论与实践的CDIO—清华大学创新性工程教育的探索[J]. 高等工程教育研究, 2009(1):11-23.

[10] 潘柏松, 王亚良, 胡 珏. 机械工程CDIO实验室建设与研究[J]. 实验室研究与探索, 2012,31 (4): 368-370, 374.

[11] 刘梦琴，邝代治，冯泳兰，等. 以创新能力培养为核心构建多元化实践教学体系[J]. 实验室研究与探索, 2014,33 (3): 189-193.

[12] 朱昌兰, 欧阳林娟, 钟 蕾. 培养创新能力为核心的农学类实验教学体系构建[J]. 实验室研究与探索, 2013,32(6):124-127.

[13] 陈 文，张 民. 基于“卓越计划”的大学生工程能力提升策略研究[J]. 黑龙江教育(高教研究与评估)，2014( 1) : 72-74.

[14] 杜月林．构建多层次全方位实验平台体系培养高素质创新型人才[J]. 实验室研究与探索，2013，32( 3) : 202-204.

[15] 王忠民，康 卉，陆根书，等. 西部高校中外合作办学新模式、新机制探索-西安交通大学与香港理工大学合作的通理项目案例研究[J]. 高等工程教育研究, 2013(1):84-90.

[16] 陈壹华，廖素娟. 国际化应用型人才实践教学模式[J]. 实验室研究与探索，2012,31(8) : 352-356,363.

[17] 肖凤翔，尚宇光. 高等教育国际化的实质及其经济动因[J]. 天津师范大学学报(社会科学版)，2012(6) : 68-72.

Practice Teaching Reform and Exploration of Mechanical Engineering Driven by Innovation

WANGYa-liang,PANBai-song,DONGChen-chen,WANGCheng

(College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

Practice is the essential characteristic of engineering, especially has the importance of mechanical engineering practice teaching. With the goal of strengthening the practical ability and the innovation ability of students, the paper proposes seven aspects of practice teaching reform, i.e., "tamp foundation, core ability, local characteristics, project carrier, teaching and research integration, the open sharing and international perspective”. The implementation process is analyzed and the corresponding countermeasures are given. Only practice can lead to innovation. Through reform and practice, the students' innovation ability and the team cooperation are greatly improved.

innovation; mechanical engineering; practice teaching

2015-05-28

浙江省高校实验室工作研究项目(YB201405)；浙江工业大学本科教学改革项目(JG1310，JG1311)；浙江工业大学研究生教学改革项目(2014212)

王亚良(1977-)，男，浙江上虞人，高级实验师，研究方向：机电工程、生产系统优化。

Tel.：13588467767； E-mail：wangyaliang@zjut.edu.cn

TH 11； G 642

A

1006-7167(2016)05-0192-05