基于项目教学的《金工实习》教学模式研究与实践——以湖南科技大学机械类专业为例

唐皓, 潘阳, 高国强

(湖南科技大学 机电工程学院, 湖南 湘潭,411201)

作为一种以“以实践为先导”,“以综合能力培养为目标”的教学理念, 项目教学已越来越受到国内许多高校尤其是职业院校的重视。近10年来, 以“项目教学”为关键词在中国知网进行检索, 每年论文数量都超过1 000篇。然而, 尽管许多学者、教师都是根据各自研究实践或针对不同课程, 从不同的侧面提出了一些值得借鉴的策略、思路以及范式, 但在认知上仍“停留在概念和理念的认同, 缺乏真正意义上的行动支持”[1]。究其原因, 一是受客观条件限制。虽然各级领导都非常重视, 但教材及教改涉及的范围较广、经费投入较大、建设周期较长, 许多接近真实工作场景等硬件条件, 只能做到简单虚拟任务模仿。二是研究氛围不浓。就教学模式设计而言, 教师仍是主角。近年来各校教师状况, 尤其是地方高校, 部分老教师开始步入退休, 新教师(国内外名校博士)又缺乏实践经验, 新老教师理念沟通、融合不够, 结果是“一开始兴致盎然, 不久就偃旗息鼓”[2]。三是能力要求提高。项目教学突出的是“以实践为先导”, 幕后对教师有更高要求, 如行业收展把控、项目任务设计、项目活动引导以及实施效果评价等, 无形之中给教师带来新的压力[3]。四是尚未形成共识。普遍认为“项目教学”更适宜于职业院校和“工匠”培养, 事实上, 项目教学作为一种“教育理念”, 适宜于以职业能力为目标、以职业情境为前提的所有学习行动过程, 故普通高校尤其是以复合应用型人才培养为目标的地方高校也应积极参与。

当前, 随着国家经济的快速发展, 国内疫情防控以及国外围堵压力凸显,“科技自立自强”(即人才强和科技强才能产业强、经济强和国家强)已成为国家发展大局的根本支撑[4]。如何适应形势, 主动对接社会经济发展和区域产业升级, 满足企业日益增长的人才需求, 是地方高校必须面对的新的课题。

1 “项目教学”与《金工实习》

“项目教学”最初源于欧洲的工读教育。20 世纪中后期, 随着生产力发展和社会进步, 以工业社会和信息社会为特征, 大众化教育和职业需求为背景的教育方式“项目教学”理念应运而生。“项目教学”认为“教学就是要创设或者利用各种情境, 帮助学生利用先前的知识与己有的经验, 在现实情境中进行学习与认知。学生是知识意义的主动建构者, 而不是外部信息的被动接受者; 教师是学生主动建构知识时的指导者, 而不是理论知识的灌输者”[5-6]。区别于“以理论为先导”、“以知识体系构建为目标”的研究型人才的培养模式,“项目教学”强调的是“以学生为主体, 以职业需要为内容”,“以理论与实践相结合”的培养模式, 从而加速复合应用型人才培养进程[7-8]。此外,“项目教学”可大可小, 武汉大学原校长、中国工程院院士刘经南教授指出, 项目教学“低年级的时候可以把项目设计简单一点, 小一点; 到高年级的时候可以把项目设计大一点, 复杂一点”, 关键在于要“以项目倒逼学生去认识工程问题”, 促进学生“培养问题意识和工程能力”。

《金工实习》就是一门以学生为主体, 以实际操作为教学方式, 以帮助学生建构“工程意识”和提升“实践能力”为目标的工程应用类课程。由于课程内容涉及面非常广, 如金属及非金属、手动加工和机械加工、常规工艺、特殊工艺等, 国内许多高校多采用“单元模块”式教学。通常, 内容模块分“理论课”和“实践环节”。“理论课”模块有“工程材料及改性技术”、“材料成型技术”、“切割加工技术”、“拆卸与装配技术”及“数控机床失效”等[9]。“实践环节”模块有“机械加工”、“手动加工”、“数控加工”以及“特殊加工”等。将“理论课”模块与“实践环节”模块进行组合, 便可实施各单元的教学内容。这种“单元模块式”教学具有便于整合资源、便于组织教学、便于评价考核等优点。由此课题组认为, 以“项目教学”理念为先导,以建构“工程意识”和提升“实践能力”的“单元模块”为内容, 依照“资讯—计划—决策—实施—检查—评价”项目教学的行动模式实施课程教学, 无疑将促进《金工实习》课程教学质量的提升。

2 我校《金工实习》教学现状

湖南科技大学为省属普通型高校, 现有98 个本科专业, 覆盖11 个学科门类, 学生人数近4 万。由于70%以上的专业隶属于复合应用型专业, 按照教学大纲要求, 其“工程意识”和“实践能力”的提升多是通过《金工实习》课程来完成。目前, 我校《金工实习》由机电工程学院承担, 机械类专业采用的是“1+1”模式, 即大二第一学期初的“理论+实践”(50+96 学时,3 周)加上大四第一学期初的“创新实践”(2 周)。

第一个“1”的主要目的是帮助学生建构“工程意识”[10], 即通过理论、实践教学及独立操作, 让他们获得必要的机械制造工艺基础知识, 掌握一定的机械制造操作基本技能, 初步建构“实践意识”、“质量意识”、“成本意识”、“团队意识”、“安全意识”和“环保意识”, 为后续的课程学习和“创新实践”奠定基础。该环节为考查, 指导教师按实训项目质量打分, 其中实训操作占60%, 理论学习、实习报告占20%, 考勤情况及劳动纪律占20%, 考核结果分为优、良、中、及格和不及格5 个等级。

第二个“1”为“创新实践”环节, 此时学生已具备一定机械专业基础, 掌握了机械加工基本技术, 该环节的主要目的是引导学生结合实际开展“创新活动”, 全方位培养综合设计能力、成本控制能力和设备操作能力。在该环节, 学生是主体,3-5 人1 组, 自立项目, 自行设计、选材和确定加工工艺, 独立装配,直至完成“作品”。教师的任务主要是组织、引导、审核和督促。“创新实践”环节为时2 周, 考核由教师根据“作品”方案(25%)、图纸绘制(30%)、加工装配(30%)以及平时表现(15%)综合评定, 考核结果分为优、良、中、及格和不及格5 个等级。图1 为近几年来部分学生“创新实践”作品。

图1 部分学生“创新实践”作品

3 存在的主要问题

尽管机械类《金工实习》课程“1+1”模式可以让学生得到系统培训、规范操作和能力提升, 但是通过对学生现场调查了解发现, 其“实训”效果仍存在如下问题。

3.1 《金工实习》质量有所下滑

近20 年来, 湖南科技大学在上级相关部门大力支持下, 通过全校教职员工共同努力, 学校的各项事业尤其是科研水平取得了长足发展, 现归类于省属一流, 定位于教学研究型大学。也正因为学校全方位发展需要, 基础课及专业基础课教育教学改革力度减缓。加之部分教学骨干逐步进入退休年龄, 新生代教师(国内外名校博士)相对缺乏现场工作经验, 使得《金工实习》课程教师(尤其是实训教师)捉襟见肘, 投入的精力略显不足。随着社会需求的调整, 毕业生的就业压力进一步增加, 安排在大四的“创新实践”环节与他们“找工作”时间发生重叠, 使他们难于全身心投入《金工实习》课程学习, 致使课程教学质量开始出现滑坡。

3.2 “工程意识”构建有待加强

为考察《金工实习》“1”环节成效, 课题组面向学生进行了问卷调查。主要观测点有:(1) 理论课环节学习兴趣程度调查;(2) 实践环节学习兴趣程度调查;(3) 互动性与教学效果对比调查;(4) 教学条件满意度调查。通过对部分刚完成“1”环节学生的问卷调查、分析(7 个班, 有效样本201 份), 结果发现,8门“理论课”(《3D 打印》、《切削加工》、《常用金属、非金属材料加工》、《数控技术》、《毛坯选择及经济分析》、《材料成型工艺》、《工程材料》、《加工方法选择及经济分析》)“兴趣度”平均为59.02%;5 个“实践环节”(切削加工、数控加工、钳工、毛坯铸造+焊接、快速成型+激光内雕+热处理)“兴趣度”平均为66.57%; 与学生互动“响应度”平均为53.64%; 实训效果“满意度”平均为59.21%。由此可见,“工程意识”建构有待加强。

3.3 “创新实践”环节不够规范

将近几年学生“创新实践”环节的作品进行分析, 其内容大致分为3 类: 工程机械类(约60%)、趣味装置类(约30%)和参赛作品类(约10%), 见图1。工程机械类包括挖掘机机械臂、连杆凸轮机构、定位倾倒机构等; 趣味装置类包括摩天轮模型、旋转木马模型、飞机模型等; 参赛作品类包括重力升降装置、无碳小车、自行车停取装置等。虽然这些“创新实践”作品在一定程度上提升了学生综合设计能力、成本控制能力和设备操作能力, 但反映出的“工程机械类”和“趣味装置类”作品占比性较大、随意性较强以及可重复性不够等问题也非常突出，无法适应现场对技术日益变化的需求; 尽管部分“参赛作品类”作品拉近了学生与教师、学生与社会的距离, 学生也得到了充分锻炼, 但纵观所有“创新实践”作品, 实训过程明显不够规范, 与“将成熟的理论、工艺与技术应用于实践”的《金工实习》目标尚存差距。

4 对策与尝试

为帮助学生有效建构“工程意识”, 课题组尝试了在第一个“1”环节之前(大一寒假), 适时增加了一个“自立项目”环节。具体做法: 依据项目教学法的“资讯—计划—决策—实施—检查—评价”行动模式,有计划、抓时机、重效果, 鼓励学生“自立项目”。课题组所指的“自立项目”具有以下特点:(1) 与日常生活、学习和娱乐相关。如“厕所手动冲水阀”和“全自动雨伞”、“感控台灯”和“光电鼠标”、“跑步机”和“原声吉他”等, 目的是激发学生对“项目”的兴趣。(2) 有鲜明的项目特征。虽然“自立项目”大小、繁简没有要求, 但内容、格式必须规范、完整。即有名称、应用、结构、原理和功能, 有参照范本撰写的报告。目的是让学生对“项目”流程全面了解。(3) 教师需对报告认真点评。点评内容包括观察问题是否细致、结构原理是否清晰、撰写报告是否规范等。目的是让学生看到自身不足, 带着“问题”进入《金工实习》课程学习。为考察“自立项目”环节效果, 课题组经调研和讨论, 选择了一个自然班(机设专业共31 人)进行了“自立项目”试点, 将“自立项目”组与“正常进行”组(机设、车辆和机电专业7 个班共211 人)进行问卷调查和结果对比分析, 发现“自立项目”组相关数据明显优于“正常进行”组, 如8 门“理论课”的“兴趣度”平均为62.09%;5 个“实践环节”的“兴趣度”平均为79.31%; 与学生互动“响应度”平均为56.45%;实训效果“满意度”平均为64.51%。说明适时介入“自立项目”有助于学生“工程意识”的构建。

为有效避免“创新实践”环节的作品随意性较强、可重复性不够以及缺乏系统规范等问题, 课题组经广泛调研和认真讨论, 认为建立《金工实习》课程“项目库”是解决问题的有效途径之一。以下是课题组的具体做法。

(1) 基本原则: ①成熟性。入库项目应体现成熟的制造方法和工艺技术; ②时效性。入库项目能和区域经济发展及产业升级接轨, 项目过时, 应该移出; ③可操作性。项目设计应方便组织和操作、方便学生自主学习以及方便教师指导和监督。

(2) 项目类别: 入库项目确定为3类: 科研成果类(A)、基本技能类(B)和专项竞赛类(C)。

(3) 项目特征: 以学生为主体、与专业相衔接, 满足学生的职业需求。为彰显项目教学的优势, 依照“资讯—计划—决策—实施—检查—评价”行动模式来组织教学。防止将知识“碎片化”、过程“理想化”、概念“抽象化”和教师“保姆化”。

(4) 模块化管理: 考虑到校内教学资源和实训条件限制, 将“理论课”、“实践环节”以及“线上课堂”模块化, 针对不同的“项目”需求重新搭建。

实例: 表1为不同类别“项目库”项目“实践环节”组合, 本文以物理量精密测量为例。

表1 不同类别“项目库”的“实践环节”

所谓测量本质上就是对非量化实物进行量化的过程。在机械领域, 所有非量化实物都有标准(国家标准或行业标准), 测量的任务就是将实物量化值与标准量进行比较, 从而判断该实物是否满足使用要求。随着科学技术的发展, 高、精、尖产品(实物)层出不穷, 精密测量也应运而生, 涉及的内容不仅是传统的行业, 还有量子精密测量以及慧网络信息云存储安全等级测量等[11]。然而, 无论是普通测量还是精密测量, 其内容都离不开加工方法和测量方式, 离不开误差源和精度要求。因此, 了解并熟悉机械加工和工艺、误差产生和测定标准, 对毕业生适应今后的职业需求意义重大。

物理量精密测量的知识主要包括:(1) 尺寸误差(尺寸精度与尺寸公差)、形状误差(形状精度与形状公差)、位置误差(位置精度与位置公差);(2) 表面质量(表面粗糙度、加工硬度和残余应力);(3) 常用量具的使用;(4) 先进的加工方法和制造技术。

为此, 课题组制定了如下方案: 理论课除了面授还辅以线上学习和自主学习,“实践环节”主要工种为数控加工、精磨加工和量具使用; 辅助工种为切削加工、激光加工和钳工; 见习工种为表面加工、铸造加工和热处理。通过上述环节回炉操练, 学生得到了进一步的锻炼和强化, 能力得到明显的提升。通过实际检验, 成效显著[12]。说明《金工实习》的“创新实践”环节引入“精密测量”项目, 有利于学生综合能力的提升。

5 结语

作为培养复合应用型人才的地方普通高校,《金工实习》课程的教研教改永远在路上。本文基于“项目教学”理念, 结合目前机械类专业《金工实习》的培养模式, 就学生的“工程意识”建构以及“创新实践”环节存在的问题进行了思考。在此基础上, 围绕学生综合“能力提升”和主动“适应社会”进行实践探索,虽然取得了一些成效, 但还深感不足。一方面是因为自身的教育理论水平和专业学识水平还有待提高;另一方面也是在呼吁同类高校应高度重视《金工实习》课程教学模式改革。只有这样, 才能够满足国家对人才的需求。