金字塔教学体系在机械设计的运用

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一、引言

“卓越工程师教育培养计划”是为了贯彻落实党的十七大关于走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署而提出的高等教育重大改革计划，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[1]。但是，当前高等工程教育依然存在偏理论、轻实践，以及实践教学投入不足，实践设备陈旧落后，或者未能充分创造实践条件和实践环境等一系列问题[2]，导致培养的受过高等教育的毕业生虽然掌握了丰富的理论知识，但是实践动手能力很差，缺乏主动创新意识和创造精神，不符合“卓越工程师”的培养要求，达不到企业的工作标准。为了培养素质全面、实践创新能力突出的机械设计工程师，在“回归工程”理念指导下[3]，针对机械设计实践教学教学，设计了金字塔式实践教学体系[4]，重构了与实践教学体系匹配的教学课程体系，并将其应用到机械设计实践教学中，取得了良好的效果，显著提升了学生的实践创新能力。

二、金字塔实践教学体系

按照培养工程机械卓越工程师的教学要求，遵循理论教学与实践教学“两条线路、独立开课、同步推进、相互支持”的原则，采用标准定制与个性定制相结合的手段，设计了金字塔式实践教学体系，并制定了相应的质量标准以及评价方法，其主要内容包含以下几个方面，如图1所示。图1金字塔式实践教学体系标准定制验证性实践包括：认知实验和课程实验两部分，主要在大一和大二两个阶段开展。主要根据课程内容讲授的需要，通过在企业或学校实验室开展标准实验以验证课程内容的方法，是课堂内容讲授的有益补充，有利于对课程知识的理解和加深。标准定制项目实践主要在大二下学期和大三上学期两个阶段开展，本着学科交叉融合、工程实践综合训练的思想，将多个传统课程设计转变成一个多学科的综合课程设计环节，籍以营造真实的工程设计环境，这种改革不仅可以提高学生的综合实践能力、数字化设计能力及撰写科研论文的能力，更能因课程设计环节总学时数的减少而促进集成化课程体系的建立。个性化定制拓展实践环节则主要在大三下学期和大四两个阶段开展，主要面向就业需求，依托现有的省级实践示范中心、地方中央共建项目及校企人才培养基地的开放实验室环境和条件，鼓励学生根据自己的专业能力和未来就业的定位，自己选定实践项目（既包含本专业实践项目同时又可包括诸如：管理、人文、理学等相关学科专业的实践项目），通过实践项目的训练夯实专业基础，完善综合素质，提高就业竞争力和就业适应度。金字塔式实践教学体系根据工程机械教育特点，先从基础性、验证性实践开始，逐步过渡到需要应用多门学科的综合性项目实践，采用循序渐进的方式培养学生的动手能力和创新思维，为后续激发学生创造潜能，开展个性化拓展实践奠定了基础。

三、实践教学课程体系

为了充分发挥金字塔实践教学体系的作用，提高学生的实践创新能力，重构了与其相匹配的机械设计实践教学体系，主要由计划内必修实践环节和课外选修实践环节两部分构成。主要必修环节有：工程制图测绘、CAD上机、电工电子实习、专业认知实践、金工实习、机电传动控制课程设计、机械产品设计实践、机械制造技术实践、机械设计生产实习、机械产品综合设计，综合实践和毕业设计等，如图2所示。

四、具体应用措施

实践教学包括教和学两部分，既要有经验丰富、循循善诱的专业教师，又要能激发学生的学习探索兴趣，教学相长，才能取得事半功倍的效果[5]。因此从教和学两方面采取了一系列措施，保证金字塔实践教学体系能够贯彻实施到具体教学过程中。主要采取的措施包括以下几方面：（1）鼓励教师到生产、建设、管理、服务第一线进行专业实践和考察，或到学校实训基地和产、学、研三结合基地进行锻炼（或工作），使教师跟上工程设计制造技术快速发展的步伐，促进教师加大从学科专业型向专业与技能综合型转变的力度，鼓励并培养青年教师参与各类横向课题，锻炼工程应用能力。（2）改进实验教学方法。在实验教学中，改变过去只能按照“实验指导书”进行简单操作的方法，首先根据课程内容，告知学生某实验的目的和要实现的目标，由学生个人或自由组合构成若干小组，拟定实验方案，确定实验方法，再分别在课堂上介绍和讲解，与大家共同讨论方案的先进性、可行性等；随后，再根据现有的实验条件来分析具体可开发出实验的原理和方法，对于最终实验结果也是以组为单位进行讲解分析，充分调动学生参与的积极性和能动性。（3）开发特色化实践项目。突出知识能力的共性化要求，强调个性化发展的项目驱动式团队课程设计改革。项目课程实施贯穿整个学年或学期，1个班级分成5-7个团队，分别由不同的教师指导。学生成绩由团队成员互评、答辩、指导教师综合初步评定成绩，经班级各团队公开讲演答辩后，决定最终成绩。教学过程中，已经完成了踝关节康复机器人的设计及制作、面向助力机器人的液压驱动装置的设计以及输电塔攀爬机器人越障机构的设计与制作等5个项目的技能实训。这些团队化特色化实践项目的展开培养了学生独立思考缜密分析的素质，塑造了“人人为我，我为人人”的团队精神，实物模型的加工制造也增强了他们的实际动手能力，受到学生的欢迎。（4）完善毕业设计管理体系。为进一步提高本专业本科毕业设计(论文)质量，并针对和纠正以往教师指导学生不均衡等问题，同时充分考虑学生的个性成长与专业兴趣，应用网络化管理平台，重点对整个毕业设计(论文)过程管理中的审题选题的方式方法、过程检查与管理以及答辩过程管理、优秀指导教师评选等进行了全面、大幅度、全方位的系统性、综合性改革，并制订了一套本专业优秀毕业设计(论文)指导教师考核评价体系与办法。（5）鼓励指导学生参加各种比赛，创造条件培养学生的创新能力。在国家实施科教兴国和人才强国的战略部署下，国家、社会以及学校等都给大学生提供了一定的科研项目竞赛，比如全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等竞赛。在第十届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛中，我院参赛师生不仅勇夺机械类最高奖项———团体一等奖，还荣获机械类个人全能一等奖2项、二等奖2项,建模一等奖3项、二等奖1项。（6）加强校企合作，实践与生产相结合。以项目为载体，将实践教学贯穿于整个培养全程，强化实践教学的系统性、工程性、探究性和有效性。通过南京康尼、上海立新、苏州创力、南京康翔等企业签订实践协议，推进与所建立的实践平台、校外导师间的实质性合作，并进一步实施校外实践环节的实践内容、形式和考核方法改革，有效实现课内与课外、校内与校外的交替互补。

五、结语

按照培养“卓越工程师”的知识能力和素质要求，制定了金字塔实践教学教学体系，并作为指导思想制订了与之配套的实践教学体系和一系列实践教学措施，对于全面提升学生综合素质，切实加强学生工程意识和实践能力起到了良好效果，使学生既能了解学科发展前沿又能掌握服务社会的必要技能，为日后成为一个合格的工程技术人员打下了坚实基础。

参考文献：

[1]肖春.面向卓越工程师培养的学科竞赛体系探索[J].浙江工业大学学报:社会科学版,2011(2):205-209.

[2]陈召君.关于提高大学生机械创新能力的思考[J].山东工业技术,2015(12):194-194.

[3]闫国栋,冯勇,张长东,等.基于“回归工程”理念的机械设计实践教学研究[J].课程教育研究,2016(19).

[4]胡湘娟,杨毅.“金字塔”实践教学体系建构[J].科技风,2015(3):215-215.

[5]王燕燕,张军峰,张东生.大学生机械创新设计能力培养的研究与探索[J].西部素质教育,2015,1(15):39-39.

作者:闫国栋 冯 勇 高成冲 贾丙辉 单位:南京工程学院