机械类专业实践教学改革与实践

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摘要：文章在“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”、“新工科”等国家重大战略的背景下，分析了我国工科专业面临的形势。以西安理工大学机械类专业为例，提出了在新工科背景下机械类专业实践教学改革方案，将机械类专业实践教学改革与创新创业教育深度融合，分别从课程实验、教学实习、课程设计、毕业设计和创新创业活动等方面，阐述了采取的具体改革措施以及成效，为推动新工科建设步伐提供参考。

关键词：新工科；机械类专业；实践教学改革；创新创业教育

高等工程教育在我国高等教育中占有重要的地位。深化工程教育改革、建设工程教育强国，对服务和支撑我国经济转型升级意义重大[1]。2016年6月，我国工程教育专业认证体系实现国际实质等效，为深化工程教育改革提供了良好契机。当前，国家推动创新驱动发展，实施“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”等重大战略，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对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创新[2-4]。为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略。2017年2月教育部高等教育司了关于开展新工科研究与实践的通知，之后先后形成“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，构成了新工科建设的“三部曲”，奏响了人才培养主旋律，开拓了工程教育改革新路径[5-9]。全国各高校纷纷通过开设大数据、云计算、人工智能、虚拟现实、智能科学与技术等新专业，以智能制造、云计算、人工智能、机器人等来改造升级传统工科专业，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才，以满足未来新兴产业和新经济的需要[10]。西安理工大学探索符合学校实际的多学科多方协同交叉融合培养的新理念，围绕立德树人根本任务，依托学校多年来在装备制造、水利水电等方面业已形成的特色优势，基于卓越工程师教育培养计划、工程教育专业认证等改革的丰富经验，与大学生创新创业教育改革紧密结合，瞄准“智能制造”和“智慧水利”等新经济、新产业未来发展需求，一方面主动设置和发展一批新兴工科专业，另一方面推动现有工科专业的改革创新。树立创新型、综合化、全周期工程教育“新理念”，构建新兴工科和传统工科相结合的学科专业“新结构”，探索实施工程教育人才培养的“新模式”，打造具有国际竞争力的工程教育“新质量”，建立完善中国特色工程教育的“新体系”，积极探索新工科专业建设改革试点工作。西安理工大学机仪学院为推动本院新工科建设步伐，探索新工科背景下机械设计制造及其自动化专业改造升级路径，将机械类专业实践教学改革与创新创业教育深度融合，并取得了明显成效。

一、机械类专业传统实践教学体系

目前，大部分高校机械类专业传统实践教学体系如图1所示。从层次方面说，机械类专业实践教学可以分为基础实践、专业实践、综合实践和创新实践四类。机械类专业实践教学的各个环节都要与课堂理论教学相辅相成，并贯穿于整个大学阶段，使学生所学的基础课程和专业课程等理论知识在实践教学中得到验证。西安理工大学针对机械类专业各个实践教学环节，特别注重学生创新创业能力的培养，已经形成了比较完善的、系统的、合理的、标准化的实践教学体系。

二、新工科背景下机械类专业实践教学体系改革方案

笔者在西安理工大学机械专业从教以来，参与过课程实验、教学实习、课程设计和毕业设计等实践教学环节，指导学生参加机械创新、挑战杯、“互联网+”、大学生创新创业计划项目等各级各类竞赛项目40余项，指导学生申请专利10余项，有着丰富的实践教学和双创教育经验。在此基础上，提出一种融入创新创业教育的机械类专业实践教学体系改革方案，如图2所示。机械类专业实践教学改革整个过程以学生为主体，教师为主导，充分体现了“以学生为本”的教学理念。将创新创业教育融入到理论教学和实践教学环节之中，贯穿于大学四年教育全过程。学生通过在理论教学和实践教学中受到的创新创业教育，可以萌生出创新创意，进而形成相应的创新作品。在此基础上，学生可以将去参加各种创新创业竞赛，冲刺各种奖项。之后，学生可以这些创新成果进行转化，根据成果类型可以申请相对应类别专利，可以发表学术论文，甚至可以寻求企业的创业投资。在整个改革过程中需要学校各类平台的支持。

三、改革具体措施及成效

（一）课程实验方面。在原有课程实验体系基础上增设了一定数目的设计性实验，同时保留了经典的验证性和演示性实验。比如针对《机械制造装备设计》课程实验，除了开设经典的普通车床几何精度检验试验、车床主传动系统空载功率的测定等验证性实验外，增开了与机床装备应用相关的设计性实验———机床动态性能实验。该实验首先由实验教师介绍与本实验有关的背景知识以及已知的实验条件，提出具体实验要求。本实验的实验要求如下：要求学生查阅有关机床动态性能对加工质量的影响、识别机床薄弱环节的方法以及提高机床动态性能的方法的资料，提交不少于5000字的调研分析报告，要求参考文献不少于15篇；查阅常用实验设计及数据处理方法，根据现有实验条件采用正交试验方法设计实验方案。学生根据实验要求查阅有关振动对机床加工质量影响及减振方面的资料，了解应用钢球进行机床减振的工作原理，学习正交实验设计方法及数据处理分析方法，按时完成撰写调研分析报告，根据已知实验条件完成实验方案设计。实验设计方案通过实验教师同意后，各实验小组预约各自实验时间，由实验小组成员按照实验设计方案独立完成实验。实验结束后，要求学生对实验结果进行计算和分析，得出实验结论，最后进行实验总结和撰写个人心得体会。实验结果主要包括不同实验参数条件下测试获得的机床动态性能曲线及提取出的相关数据，针对正交实验结果要进行极差分析，获得各因素对减振效果的影响曲线和影响大小顺序，最终获得最佳减振方案。要求实验报告按照科技论文格式进行书写。通过该设计性实验的实施，使学生掌握了提高机床动态性能的方法和正交试验设计与分析方法，深入学习了机床整机动态性能检测仪器的使用方法、动态性能的测试项目及识别机床薄弱环节的方法，深刻体会到了提高机床动态性能对加工精度及加工效率的重要意义，提高了学生文献检索能力，培养了学生创新意识和创新能力。在2016年我校机械专业工程认证过程中，该设计性实验得到了认证专家的高度评价。另外，我校机械专业还开设了开放性实验环节，我校机械工程实验中心和机械设计实验中心对学生实行开放制度。根据实验室内已有的实验条件，学生可以自主制定实验内容和实验方案，并独立完成整个实验过程，进行创新性研究和探索。通过开放性实验环节，使实验室真正成为知识运用、知识融合、知识创新的基地，更有利于提高学生综合实践能力和创新创业能力。（二）教学实习方面。为了增强学生的动手实践能力，我校机械专业不仅开设了金工实习（金工基础训练的“金工Ⅰ”）、认知实习和生产实习环节，还增开了以工艺设计和自主加工为目的“金工Ⅱ”实践环节，该环节在我校工程训练中心进行。在“金工Ⅱ”实践环节，学生可以结合机械创新、挑战杯等各类创新创业竞赛主题自主选择课题，自行完成设计、加工、调试环节。该实践环节加工出的作品可以直接参加相对应的创新创业竞赛。为了避免学生生产实习时走马观花，增强实习效果，我校机械专业对生产实习模式进行了改革，除了大部分学生去十堰东风汽车、中国一拖、天水星火机床等国有大型企业进行参观实习外，还尝试了让少部分学生利用大三暑假在富士康、海尔等企业以顶岗的模式实习2个月。通过顶岗实习，不但对学习过的专业知识进行了验证，还帮助企业发现和解决实际问题。比如今年实习的几位同学对企业生产线存在的问题进行了分析和优化，通过优化布局更加合理，生产效率得到了很大的提高，得到了实习企业的一致好评。通过实习，学生可以为后续课程设计以及毕业设计找到合适的题目。通过发现和解决实际企业中存在的技术问题，还可以参加各类创业挑战赛，获得企业的创业投资。总之，该实习模式取得了良好的成效，在今后几年将大面积在本专业推广。（三）课程设计方面。目前大部分高校机械类专业的课程设计都编制有自己的指导书，题目相对固定而且数量较少，容易造成学生相互抄袭的现象。比如机械制造技术课程设计指导书中给出几个典型零件，常见的有拨叉、连杆等，零件数量少，由于学生较多，往往多个学生设计同一个题目，造成相互抄袭现象的发生。针对课程设计中存在的这些问题，我校机械专业对课程设计模式进行了调整，鼓励学生在课程设计大纲要求下自行命题。一方面，学生可以通过查阅相关文献资料、市场调查等多种途径提出与生产实际相关的设计题目，特别是学生可以在生产实习环节找到相关设计题目，由指导教师进行题目审查，筛选出符合要求的课程设计题目。另一方面，学生可以结合各类创新创业竞赛主题，自主选择合适的课程设计题目。这种课程设计模式得到了学生的一致认可，既能帮助相关企业解决一些实际问题，也能为学生后续参加各类创新创业竞赛，奠定良好的基础。（四）毕业设计方面。目前大部分高校机械专业毕业设计题目都是由校内指导老师指定，这类题目往往是针对已有的机械装置结构设计、夹具设计或控制系统设计等，设计内容缺乏创新性和新颖性。学生对此类题目兴趣不大，主动设计的积极性不高，往往通过上网搜索与自己题目相似的资料之后，参考原文中的内容，甚至全文抄袭，结果是论文缺乏分析和独特见解，在毕业答辩时出现学生对自己设计的东西讲不清楚的现象。加上，近几年大多数高校本科毕业设计实行制度，很多学生过程中重复率极高。针对机械专业毕业设计中存在的诸多问题，采取了下面几项措施：1.以教师科研课题内容作为毕设题目。让学生参与到教师的科研课题中去，通过教师的指导，学生不但如期完成了毕业设计论文，也能为教师课题的顺利完成做出一份贡献。在此过程中，学生的科研能力得到了提高，所以这类题目特别适合于保送研究生和已经考取研究生的同学，可以为后续研究工作铺平道路。2.聘请企业导师，实行校企联合指导。我校机械专业，近年来聘请了大量如秦川机床、宝鸡机床、中航工业等大型企业的高级工程技术人员作为企业导师，由企业给定题目，企业导师和校内导师共同指导。3.以各类竞赛题目作为毕业设计题目。部分竞赛主题一般提前已经给出，可以让部分学生以这类竞赛的主题作为毕业设计内容。通过毕业设计过程，学生产生一些好的创意和想法，不但为后面参加竞赛做准备，也可以申请专利等。4.鼓励已就业学生到企业中做毕设。针对很多学生已经找到工作，而且将要从事的工作与所学专业非常对口这种情况，鼓励这些学生到所就业企业做毕业设计。在此过程中，不但可以有效激发学生毕业设计的积极性，而且可以提前熟悉自己将要从事的工作。5.毕设选题实行双向选择、因材施教。每年春节前，在毕业设计选题系统中公布题目及任务书，学生可以自由选择老师和毕设题目，老师也可以选择自己满意的学生，充分调动了教师和学生的积极性。通过以上措施的实施，使我校机械专业毕业设计环节质量大大提高，参与毕业设计答辩的企业导师对学生的毕业设计成果给予了极高的评价。在2018年举行的第二届中国机械行业卓越工程师教育联盟“恒星杯”毕业设计大赛中我校获得优秀奖和佳作奖各3项。（五）创新创业活动方面。为了提高机械类学生的创新创业能力，笔者所在学院制定了创新学分认定办法，要求机械类专业本科生在校学习期间每学年必须取得1个创新学分，毕业时未取得4个创新学分者按结业处理，若超过4个时，超出的学分可替代校级任选课学分。参加创新创业活动取得各种奖项的学生，还可以获得相应的创新成果奖，在保研以及评奖学金过程中可以加分。这些政策的出台，极大促进了学生参加创新创业大赛的积极性，近年来参加创新创业大赛的人数逐年增多，而且取得了显著的成绩。比如我校在2018年第八届机械创新设计大赛陕西赛区大赛上，获得一等奖7项、二等奖10项、三等奖3项的好成绩，在同年的全国大赛中我校获得一等奖1项、二等奖2项的优异成绩，其中参与的学生大部分都是机械专业学生。

四、结束语

2018年西安理工大学获批3项教育部首批新工科研究与实践项目，其中机械专业获批1项。通过融入创新创业教育的机械类专业实践教学改革方案的实施，我校机械类学生的工程实践能力和创新创业能力得到了极大的提高，有效促进其自主创业、自主就业，缓解就业压力，对实现“以实践促创新，以创新促创业，以创业带就业”的目标具有重要意义，对推动我校新工科建设起到了促进作用。

作者:杨振朝 李言 李淑娟 高新勤 王权岱 单位:西安理工大学