新工科背景下综合性实践训练环节改革与探索

初红艳　刘志峰　程强　张彩霞

摘要：新工科背景下，适应制造业新形势的传统机械工程专业的改革与创新，一个重要方面就是课程体系重构与课程建设，其中制造与信息技术相融合的实践环节在培养学生综合实践能力方面具有重要作用。论文以面向本校全体机械工程专业本科生的一门综合性实践训练课程——机械制造训练为例，从融合多门课程知识的训练内容，“线上与线下”相结合、“虚拟与实际”相结合、全流程管理的训练方式，以及两个层次的训练结果考核和基于量规的训练效果评价等方面，探讨面向新工科的实践环节建设改革与创新。

关键词：新工科;课程建设;综合训练;虚拟仿真

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）16-0220-04

新工科建设，一方面要设置和发展一批新兴工科专业，另一方面要推动现有工科专业的改革创新，探索符合工程教育规律和时代特色的新培养模式[1]。近年来，围绕新工科建设，国内各高校、企业都在开展深入的研究与探索。汕头大学建立了由课程教育体系、去“非工程化”实践教育体系、支撑体系、评价体系、统筹发展体系等构成的融合创新体系模型[2];重庆大学在面向新工科人才培养方面进行了实践与初步探索，以跨专业联合毕业设计为抓手，推进本科生跨界培养[3];河北农业大学从课程目标、课程结构、课程组织方式、考核评价几个方面进行了新工科背景下机械类基础课程体系的构建[4];大唐电信杨毅刚则指出新工科要培养能解决“跨界”“复杂工程问题”的人才[5]。

机械工程是传统的工科专业，在国民经济社会发展中发挥着重要的作用。当前新经济与新技术的发展，尤其是“德国工业4.0”以及以智能制造为核心的“中国制造2025”的提出，对机械行业从业人员提出了新的要求。论文围绕北京工业大学机械工程专业面向新工科建设的实践类课程改革与探索，以机械制造训练为例，从训练内容、训练方式、训练结果的考核与评价等方面，探讨了如何通过综合性实践训练环节培养学生的工程师素养及解决复杂工程问题的能力。

一、新工科建设对综合性实践训练环节的需求

现行的各高校课程体系中，实践环节主要包括课程实验、单独设置的实验课、课程设计、毕业设计以及实习等。其中的课程实验、实验课、课程设计等主要是围绕某一门课程，以加深课程知识的理解和掌握为目的，锻炼运用课程所学知识解决实际工程问题的能力，其存在的主要问题是课程割裂，实践教学内容仅按课程要求进行设计，没有考虑前后课程之间的有机集成，知识点的应用只限于某一门课程，缺少课程之间或学科之间的交叉融合，很难将系统的概念输送给学生，导致学生综合运用基础课程和专业课程所学知识和技能解决实际问题的能力较弱，能解决“跨界”“复杂工程问题”的人才不足，本科人才培养与经济社会发展要求不相适应。

由上述分析可知，构建融合多门课程知识，注重学生知识、能力、素养的综合培养，实现对“跨界”“复杂工程问题”能力培养的综合性实践训练环节，在新工科背景下的工科专业课程体系建设中具有重要的作用。

以北京工业大学为例，其机械工程专业具有健全的实践教学体系，既包括理论力学、材料力学等课内实验，也有机械原理、机械设计等单独设置的实验课，还包括工程图学、机械原理、机械设计、电工电子技术、传感与测试等课程设计。这些实践环节，在加深和巩固对课程知识的理解，综合运用课程知识解决工程实际问题等方面起到很大作用。但是这些实践环节存在的一个重要问题是，实践的内容都是围绕一门课程开展，内容相对独立，学生在实践过程中无法串联起各门课程的知识，专业知识在学生头脑里形成不了完整的体系，不利于新工科背景下学生工程与创新能力的培养。而综合性实践训练环节——机械制造训练，则很好地承担起了这个任务，它打通了课程之间的界限，通过一门综合性实践课程，串联起若干门理论与实践课程，达到知识、能力与素养的综合培养，在课程体系中具有重要的作用。

二、机械制造训练的内容与目的

（一）机械制造训练的目的

狭义的制造是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程，而广义的制造则包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。

机械制造训练是以广义的制造为背景，通过典型机械产品的结构设计、工艺设计、生产准备、加工制造、检测与装配以及生产过程管理、原材料与标准件采购等环节，使学生掌握产品的开发流程，培养解决复杂机械工程问题的能力。

（二）机械制造训练的内容

机械制造训练面向机械工程专业本科生，在第6学期开设，学生在校内机械工程训练中心，辅以适当的外协加工，以小组为单位完成一个自行设计的典型机械产品的加工、装配、檢验。先修课程包括工程图学、机械原理、机械设计、互换性与公差配合、机械制造技术基础、工程材料与成形技术基础等机械专业主干课程。训练内容包括如下4个方面。

1.零部件结构工艺性及加工工艺流程训练。以典型机械产品中关键零件的工艺设计为训练内容，了解零件结构工艺性对其生产及使用、质量及成本的重要影响，掌握结构工艺性的分析方法以及改进原则;掌握各种加工设备所能达到的经济精度，了解材料、加工方法、机床、刀具、夹具等对零件结构工艺性的基本要求;制定零件的加工工艺卡片，安排相应的热处理工序以获得所需的产品性能。

2.毛坯的材料选择及成形工艺流程训练。以典型机械产品中铸造毛坯的材料选择及成形工艺设计为训练内容，了解生产批量对成形方法选择的影响，分析产品的性能要求，选择正确的材料及绘制毛坯的铸造工艺图，并制定铸造产品的加工工艺流程。

3.加工技能训练。以普通加工、数控加工、特种加工等为训练内容，掌握普通加工设备的安全操作规程、加工参数的确定及使用，掌握数控加工、特种加工等现代加工技术的原理、设备、主要参数、适用范围;掌握相关软件使用方法、编程技术及设备的一般维护方法。