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全面深化工程训练课程改革

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第29卷第6期 2016年12月 南京理工大学学报(社会科学版) Journal of Nanjing University of Science and Technology(Social Science Edition V0I|29 No.6 Dec.2016 全面深化工程训练课程改革 申小平,徐建成 (南京理工大学工程训练中心,江苏南京210094) 摘要:工程训练课程是实现工程人才培养目标的载体。经过近十年的建设,工程训练课 程的发展为深化改革奠定了良好的基础。但制约工程训练课程发展的学科单一性、教学内容 与企业需求脱节、教师工程能力经验缺失等深层次问题已经凸显。本文力图把握工程训练定 位,分析课程发展面临的深层次问题,提出全面深化课程改革的总体目标及主要思路,阐明改 革的重点及路径规划,给出南京理工大学工程训练中心的实践案例,为全面深化工程训练课程 改革提供参考和借鉴。 关键词:工程训练;教学改革;课程建设;实践案例 中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1008—2646(2016)06—0070—06 为了加强大学生工程实践能力,我国大多数 高校普遍加强工程训练中心建设。工程训练中心 大多源自“实习工厂”,主要承担金属工艺实习、 学生通过直接动手实践来建立对工业生产各个环 节的基本了解,以及对各种加工方法的初步训练, 获得工程素质的初步培养和创新精神的启迪。 20世纪9O年代,美国高等教育提出了“回归 工程”的教育理念,“大工程观”也成为工程训练 电子工艺实习等校内实习教学任务。从“实习工 厂”更名为“工程训练中心”,功能定位随着时间 的推移在发生深刻的变化。 改革的指导思想。工程教育不仅应该让学生学习 工程技术理论知识,还应该让学生接触到大规模 的复杂工程系统的分析和管理。这不仅是指对有 关学科理论及工程知识的整合,而且还包括在更 大范围内对经济、社会和技术系统日益增进的了 1998年《中国高等教育发展世行贷款项目指 南》提出初期定位:工程训练是工科高校本科生 必备的工程素质和技能教育。工程训练主要是为 一、二年级全体本科生进行工程技能和操作实践 而设计的。 近些年高校对工程训练功能定位有了再认 识:工程训练具有通识性基础工程实践特征,面向 解,这就要求工程训练的内容应重新进行调整和 综合,逐步迈人工程教育的大领域,成为高等工程 教育的重要组成部分,进入高等人才培养模式的 整体视野¨ 。 各专业,给大学生以工程实践的教育、工业制造的 了解和工程文化的体验。简单地说,工程训练是 学习工艺知识,了解工业制造过程,体验工程文 化。它是以综合性为特点,根据对学生的培养要 求,采用多样性工程集成思想对各种工程生产技 工程训练课程是实现工程人才培养目标的载 体。经过十几年的发展,工程训练在教学理念、课 程设置、教学改革等方面均有较大的突破。在继 续保持工程基础实践的基础上,数控技术实践教 学有了很快的发展,如把快速原型、线切割、激光 术进行精选,遵循教学规律,采用现代教育技术建 立起来的一个实践工程环境。在这样的环境下, 收稿日期:2016—06—22 加工等先进制造技术引人了课程,有的学校开设 作者简介:申小平(1963一),女,江苏盐城人,南京理工大学工程训练中心高级工程师;研究方向:工程实践教学及材料成 形研究。 一70— 了机电一体化、柔性制造技术等多学科综合类实 践课程。在教学方法上以国家创新性实验计划项 系统将制造业向智能化转型。工业4.0将改变整 个制造业的思维模式、创新模式与制造模式,这种 改变将大大加快现代学科之间的交叉渗透与整合 目、工程科技竞赛项目等为驱动,提高学生综合实 践能力。 但是,随着改革的深入,制约工程训练课程发 展的深层次问题已经凸显。工程训练往往局限于 机械制造学科,学科单一、缺乏多学科交叉、工程 综合与创新训练。工程训练教学的主体是工程训 练中心,相对独立,没有形成与学科专业的互联互 动良性发展机制,甚至出现了相互的背离与冲突。 工程训练的教学条件与现代化企业距离仍然很 大,教学内容相对落后,“闭门造车”现象较为普 遍。工程训练教师的工程经验、工程能力欠缺,不 能很好地服务于工程创新人才的能力培养。这些 问题相互牵制,变得错综复杂,增加了解决问题的 难度,只有全面深化改革,才能开创工程训练课程 发展的新局面。必须重新建立改革模式,从局部 性改革走向整体性改革,从增量式改革走向存量 与增量相结合的改革,从单一学科改革走向多学 科交叉融合改革。应将平台条件、教师队伍、课程 体系、教材、管理信息化等多方面进行协同创新, 开创工程训练课程发展的新格局。 一、深化改革的总体目标和主要思路 1.总体目标 在工业4.0背景下全面深化工程训练课程改 革,以大学生创新创业能力培养为核心,建设高水 平的工程创新实践平台和特色鲜明的工程训练课 程体系。学习工艺知识,增强实践能力,提高综合 素质,培养创新精神。 2.主要思路 (1)借助工业4.0发展大势,全面深化工程 训练教学改革。 当前世界制造业发展格局已发生重大变化, 制造业竞争日趋激烈,关乎到国家的前途和命运。 德国为了确保在全球制造业中的领先地位,提出 了工业4.0战略。通过工业4.0战略的实施,使 德国成为新一代工业生产技术(信息物理系统) 的供应国和主导市场,再次提升了全球竞争力。 为了加快中国制造业的发展,推出了中国版 的中国4.0——《中国制造2025》。《中国制造 2025))的目标是实现中国制造强国梦想。 工业4.0的核心就是智能化,通过信息物理 步伐,同时对高等工程教育的人才培养目标与培 养模式提出了前所未有的新挑战,也对学生的创 新意识和创新创业综合素质提出了更高要求。 (2)坚持问题导向,全面提高质量和核心竞 争力。 工程训练的发展仍然存在着以下较为突出的 问题: ①能够与国家发展战略需求方向保持一致 性,但面向工业4.0、中国制造2025内涵建设不 够,高端制造装备、物联网、移动互联网等教学条 件明显不足。 ②用改革提升质量的质量观初步形成,改革 取得了阶段性成果。但围绕大学生工程创新能力 培养,全员认识上高度统一、全员行动上积极主动 仍显不够。 ③工程基础实习内容较散,工种孤立,以项目 为载体的整合度缺乏,综合性不足。 ④师资能力跟不上工程训练课程改革的大步 伐,工程能力不足,工程经验尤其欠缺。 ⑤教材建设受到高度重视,但是教材内容却 偏重基础,系统性、逻辑性不强,总体水平不高。 ⑥重视信息化平台建设,但信息资源贫乏,教 师利用信息化手段改善教学质量需要加强,特别 是要加强虚拟仿真技术的应用。 ⑦学科专业整合度不够,在资源上复合的合 作课程不多。 ⑧校企合作进行工程训练课程建设有了良好 的开端,但校企合作机制不够健全,合作的深度、 宽度有待进一步提高。 ⑨中心的开放性不足,尚未形成明确的开放 计划,对学生创新创业活动的有效支撑方面需要 进一步加强。 ⑩随着教育国际化进程的加速,留学生全英 语教学压力加大,全面加强全英语工程训练课程 建设的任务尤为紧迫。 (3)实施“三突破”改革战略,全面提升课程 建设水平。 ①突破过去“金工实习单一课程”局部性改 革模式,开启以“通识性、专业性、创新性多重属 性的工程训练系列课程”的整体性改革模式。 一71— 现在,很多高校把金工实习课程改名为工程 训练。实际上过去的“金工实习”课程是大学生 进入专业课程学习的前导性课程,课程侧重点是 以技术技能训练为主。但是工程训练的内涵不能 用“金工实习”课程简单代替,必须建设体现现代 大工程观思想,与当代工业技术相衔接,构建“真 实的工程环境”,通过通识性、专业性、创新性的 工程训练系列课程,提高大学生工程综合素质与 创新创业能力。特别要重视跨学科工程创新教学 研究与实践,发挥在跨学科教育复合型人才培养 方面的显著作用。 ②突破过去“增加先进制造技术内容”的增 量改革模式,开启以“传统制造技术与现代制造 技术相融合”的存量与增量相结合的改革模式。 从90年代起,随着数控技术的发展,大多数 高校在金工实习课程中增加了数控加工的实习项 目。如数控车、数控铣、加工中心、特种加工、快速 原型等。同时另一矛盾也愈发突显,项目越来越 多,而课时不但没有增加,甚至有压缩的趋势,如 何处理成了棘手的问题。必须将增量与存量改革 相结合,注重基础与前沿、经典与现代相结合、虚 拟仿真与真实体验相结合,注重基本规范、基础能 力训练与创新能力培养相结合。 ③突破过去“机械制造技术技能”学科单一 性课程改革模式,开启以“产品全生命周期管理 (PLM)为主线”多学科、协同性的课程改革模 式”。 金工实习课程单一学科性特征明显,工程训 练界长期存在着“老金工思维”,“跳出金工看金 工”也一直是“金工人”想做到的。过去工程训练 课程建设的重点是增加CAD、数控加工等内容, 有的学校增加了自动控制技术的内容,但内容之 间割裂、分散、零乱现象依然严重,没有工程的系 统性、完整性。工程问题涉及多学科性,好的工程 师应有大工程观的视野,了解整个系统及多个环 节,同时,人文情怀也是大工程观的重要方面,要 关注社会重大问题。应当以工程训练中心为基 地,整合优质教育资源,建设多学科交叉融合课 程,推进工程训练中心与学院、企业的协作改革, 以产品全生命周期为主线,以工程项目为载体,让 学生完整体验工程设计、工程制造、工程管理、工 程文化。 一72一 二、深化改革的重点及路径 1.工程训练平台建设 面向我国先进制造业发展需求,重点建设3D 打印、无人飞行器设计、智能机器人、网络化协同 设计与制造、物联网、虚拟仿真等工程训练平台。 通过校企业合作、国际产学研合作等多元合作途 径,充分利用国际国内优质教育资源,不断提升工 程训练条件。 2.教学团队建设 坚持“能力为本”理念,建设“双师型”工程创 新实践教学团队,以先进制造技术人才和工程创 新项目教学团队建设为重点,促进师资队伍水平 的整体提升。通过引进与培养,在产品数字化设 计与制造、移动互联网技术、现代材料成型工艺等 高新技术方向上形成一支工程能力强、教学水平 高、综合素质好的教学梯队。通过与专业、企业联 合,以合作项目课程为载体,建设多学科交叉复合 的现代工程创新实践教学队伍。 3.工程训练课程体系重构 按照工程训练课程通识性、专业性、创新性的 教育属性要求,构建以工程认知训练、工程技能训 练、工程综合训练和工程创新训练四个层次的课 程体系。 (1)工程认知训练 工程认知训练的特点是以产品制造过程为主 线,让学生在一个真实的大制造环境中,了解制造 过程,体验工程文化,培养基本工程意识和工程素 质。通过讲课、展示、多媒体、现场示范讲解等方 式,结合实际操作体验,完成工程认知教学。 (2)工程技能训练 工程技能训练一般以实际产品为载体。根据 高校条件或专业偏重,选择一个或若干典型零件 (或产品),制定合理的加工工序路线和加工工艺 方法,使学生理解工程制造的过程,并初步具备相 关工业设备的基本操作技能。在项目设置过程中 应坚持“通过典型零件(产品)的制造工艺流程将 不同训练项目有机组合”的基本原则。 工程技fi ̄JII练使学生在掌握基本制造知识的 基础上具有一定的操作技能,了解新工艺、新技术 在现代制造中的地位和应用,初步建立起现代制 造工程的概念。让学生具备对简单零件进行工艺 分析和选择加工方法的能力,具备一定的应用先 进制造技术进行设计、制造、测量和检验的工程实 践能力,加深对制造技术的体验和理解,有利于后 续课程的学习。 训练中心的改革实践,主要体现在以下几个方面: 1.主动对接产业转型升级需求,构建现代化 工程训练课程发展平台 传统制造业关心的是产品制造过程,其形态 是企业竞争。而服务型制造是面向产品全生命周 (3)工程综合训练 工程综合训练是以项目或产品为载体,结合 工程实际提出问题、分析问题并解决问题,将多学 科的基础知识、专业知识融汇到工程实践,针对特 期,其形态是全产业链竞争。近几年来,我们紧紧 抓住上述变化这个“牛鼻子”,适应其形成与发展 定对象进行分析、设计、制造、实际运行的工程教 过程中对全产业链综合设计的引领,满足机械安 全、定制化服务、供应链管理产品、全生命周期管 学活动,同时培养团队合作与沟通、工程管理和工 程总结等工程能力。 (4)工程创新实践 根据大学生创意、创新和创业实践的需要,设 置创新实践课程,支持大学生创新性实验计划项 目、大学生科研活动和科技竞赛项目、校企合作项 目、国际合作项目、大学生创业实验计划项目等创 新实践活动。学生可提出项目建议书、组成项目 团队,进行概念设计、详细设计、实验研究、论文与 报告撰写、专利申报、样机制造与调试。要利用大 学生科技竞赛等教学环节,培养学生的创新意识 与能力,包括发现问题与解决问题能力、多学科团 队合作与沟通能力、建模与求解能力、科技写作能 力,增强职业道德以及知识产权责任与意识。 4.教材建设 工程训练课程教材的编写应当侧重三个方 面:一是践行大工程观,帮助学生建立和谐工程理 念。二是强化工程技术的系统性、完整性 ]。三 是突出工程训练系统的实践性、创新创业性。在 教材编写过程中,以“项目”为载体,融合理论教 学、科学研究,具有鲜明的实践特色。 5.信息化建设 推进信息技术与工程训练教学深度融合,加 强信息技术在教学过程中的广泛应用。拓展工程 实践体验、虚拟仿真实验教学等信息化教学资源, 建立统一的实验教学中心信息化管理平台,推动 课程管理、师生交流、教学评价的信息化,持续提 高工程训练教学队伍应用信息技术的能力。 三、南京理工大学工程训练中心改革实践 南京理工大学工程训练中心于2012年获批 “十二五”国家级工程创新综合实验中心、“现代 制造企业虚拟仿真实验教学中心”,2014年获国 家级虚拟仿真实验教学中心。南京理工大学工程 理、系统解决方案、信息增值服务等多学科知识背 景人才的需求,以工业化与信息化深度融合为战 略目标,以服务型制造教学平台建设为抓手,着力 打造并努力完善基于模型的企业(MBE)、增材制 造(3D打印)、机械安全、(智能机器控制)无人飞 行器、虚拟现实仿真(VR)、物联网应用以及云计 算为核心的现代工程训练课程发展平台。 (1)基于全产业链模型设计(MBE)的实践 平台 基于模型的企业代表了数字化制造的未来。 基于模型的企业实践教学平台,实现了以全产业 链为驱动的数字化协同设计、制造与服务,将原有 的MBD单一数据源形成一个集成和协同化的设 计环境,从而达到快速、联动设计、制造、服务产业 链的全过程。在高校中开设基于工程实践、利于 培养制造业高端人才的课程。 (2)增材制造(3D打印)实践平台 以3D打印为代表的数字化、智能化制造以 及新型材料的应用,将加快第三次工业革命的进 程。3D打印实验室目前拥有20台能够打印ABS 材料的3D打印机,2台金属和陶瓷材料打印机, 帮助学生了解最新的3D打印技术。 (3)机械安全实践平台 开展以实践为导向的机械安全教学,推动机 械安全技术、产品和标准进入高校、步人课堂、融 人教材。该平台的建设实现了国内与国际高等教 育相关实验室平台零的突破,促进了高素质人才 的培养。 (4)无人飞行器实践平台 中心紧跟国家战略需求,结合我校航空航天 相关学科的科研优势,建立了无人飞行器实践平 台。为学生提供飞行器概念论证、方案设计、加工 制造、飞行试验等全流程实践活动和项目实践教 学条件。 一73— (5)虚拟现实仿真(VR)实践平台 虚拟现实技术是工业4.0的主要支撑技术之 一。虚拟现实仿真平台,将虚拟现实仿真技术应 用于工程实践教学,有效地解决工程实践教学中 复杂系统结构原理、高危、高成本等实验难点,提 升学生的数字化设计、评价与优化能力。 (6)物联网应用实践平台 物联网是新一代信息网络技术的高度集成和 综合运用,是新一轮产业革命的重要方向。物联 网应用实践平台,目前已在无人机、智能车、仓储 物流等实习项目中开展了物联网技术的应用。 (7)云计算支撑平台 以惠普云管理CloudSystem Matrix为核心,整 合VMware、Ctrix等先进虚拟化软件,构建工程训 练实践教学云计算平台。平台根据课程需要搭建 了各种软件和应用,教师和学生随时随地可以通 过相应软件进行实验教学,实现移动实验教学。 2.依托现代化工程训练平台,建设工程训练 课程内容新体系 无论是我国的工业2025、德国工业4.0、美国 的工业互联网,还是日本的机器人战略,都强调信 息技术与制造技术的高度融合,构建资源、信息、 物品和人紧密联系的物流信息系统,实现制造业 产业链子系统的互联互通、协同运行,提升制造业 的服务体系能力。我们工程训练中心通过认真研 究“工业化与信息化深度融合”的国家发展战略, 主动响应产业转型升级需求,果断突破传统金工 实习、电子工艺实习桎酷,通过改革课程设置、调 整课程结构,逐步建设并完善工程训练课程内容 新体系,以此适应新的产业形态变革、服务型制造 业的需求,进一步提升学生综合工程实践能力。 目前已经形成通识教育课程、基础实习课程、卓越 工程师计划课程、全英语课程、公共选修与开放性 实验等新的工程训练课程体系。 (1)开辟通识教育课程 工程文化是工程与文化的融合剂,是促进工 程活动健康发展的重要因素和力量。现在面向全 校学生开设了通识教育核心课《工程文化》,课程 从①工程文化的基本内涵、现代工程价值观、工程 创新教育;②工程的历史发展及工程本质特征;③ 工程技术的演进;④工程设计文化;⑤企业文化; ⑥工程师文化;⑦工程安全文化等七个方面阐述 了工程文化的深刻内涵。 ~74一 (2)重构基础实习课程 在基础实习课程中,不断充实新材料、新技 术、新工艺、新装备内容,让学生了解和掌握当今 最新的技术、方法和手段,增强学生的资源集成能 力。增加了MBE、3D打印、机械安全技术、虚拟 现实等实习项目。 (3)设立卓越工程师计划课程 面向卓越工程师专业开设了工程综合实习, 基于MBE实践平台,以无碳小车项目为牵引,以 团队组合形式开展无碳小车的设计、制造与管理。 (4)优化选修类课程 利用现代化实训平台,对各类选修课、开放性 实验项目进行了优化,增设了“基于CERO2.0的 产品开发流程认知体验”、“基于MBD的Cero产 品数字化建模”、“拼装机器人的设计与开发”、 “逆向设计体验”、“挂件设计与3D打印”等公共 选修课、开放性实验。 (5)新增全英语课程 随着经济发展的全球化以及高等教育国际化 进程的快速发展,工程训练也在积极探索双语教 学,新增了全英语教学。面向本科生开设了《数 字化设计与制作体验[英]》跨学科和跨专业领域 的双语课程。结合学校国际化目标,目前面向留 学生六个专业开设了全英语《金工实习》课程,课 程内容突破传统金工实习内容,涉及工业设计、数 字化设计、制造及测量、3D打印、智能车、无人飞 行器等现代化内容。 3.建设跨学科团队,推动深层次改革 形成由机械、电子、通信、自动化、计算机、工 业设计和工业工程等多学科专业教授、工程技术 专家组成的跨学科项目教学团队。项目教学团队 注重工程创新教学改革与研究,承担了“改革工 程训练教学内容,提高大学生工程素质”和“强化 学生实践能力,拓展多元合作机制,构建工程人才 培养体系的研究与实践”等江苏省高等教育教改 研究立项“重中之重”课题2项,“卓越工程师企 业培养环节的校企合作培养机制研究与实践”等 一般性课题1项,在国际会议、学术期刊上发表教 学改革学术论文21篇。项目团队在加强改革的 同时注重实际成效,通过建立教学质量测评与反 馈制度,持续改善教学质量。近几年,学生对教师 教学水平、教学方法及学生能力提升等方面满意 度逐年提高,分别从2007年的94.15%、95.8%、 91.73%提升到2014年的96.7%、96.3%、96. 8%。项目团队取得了丰硕的教学改革成果。 关注建立在科学与技术之上的包括社会、经济、文 2011年,“‘大工程观’下的现代工程训练发展模 式研究与实践”获江苏省高等教育教学成果奖一 等奖。2012年9月,课题“改革工程训练教学内 化、道德、环境等非技术因素在工程创新中的作 用。重构教学内容,融工程文化、工程设计、工程 制造、工程管理四位一体。率先将“技术安全教 育”、“产品全生命周期管理”引进工程训练课堂。 容,提高大学生工程素质”通过江苏省教育厅主 持的成果鉴定,专家组认为达到“国内领先水 平”。2013年,“以能力提升为目标的工程创新项 四、结束语 全面深化工程训练课程改革是学校面向工业 目教学研究与实践”获江苏省高等教育教学成果 奖特等奖。“构建多学科交叉平台,实施项目教 学,提高大学生工程创新能力”获得国家级教学 成果奖。“工程文化”课程获国家级精品视频公 开课。 4.0、中国制造2025的战略需要,是工程训练课程 发展深层次问题的突破性变革。通过全面深化工 程训练课程改革,最终能使学生得到工程创新创 业能力的提升、工程文化的深刻体验,在创新型国 家建设中发挥重要作用。 参考文献 4.编写工程创新实践系列教材,不断优化课 程内容体系 2013年获得学校资助编写出版工程训练系 [1] 孙康宁,等.浅论工程实践教育中的问题、对策及通 识教育属性[J].中国大学教学,2011(9):l7—20. [2] 韩永杰,佟永祥,刘光宇.工程实践立体化教学资源 列教材。《现代制造工程基础实习》、《电子工程 基础实习》、《产品创新设计思维与方法》、《产品 开发流程实践》、(3D打印技术及其应用》、《数控 编程与加工技术》、《模具数字化设计与制造技 的研究与建设[J].中国现代教育装备,2009(9): 13l一133. [3] 陈亚玲.论跨学科能力培养与我国工程实践教育改 革——以南京理工大学为例[J].高教探索,2015 (10):73—76. 术》、《智能机器人技术》、《粉末冶金制造工程》、 《产品生命周期管理实践》、《机械安全设计与应 用》、《工程文化》共十二部,形成从基础工程到工 程综合创新课程群。 [4] 居里锴等.“大工程观”下工程实践教学改革的探索 与实践[J].中国大学教学,2013(10):68—70. 其中《现代制造工程基础实习》为第二版,列 为江苏省重点规划教材。教材从“大工程观理念 下的大学生工程实践能力培养目标”出发,更加 (责任编辑、校对:臧莉娟) Comprehensive and In——depth Reform of Engineering Training Courses SHEN Xiaoping,XU Jiancheng (Engineering Training Center,Nanjing University ofScience and Technology,Nanjing,Jiangsu,210094) Abstract:Engineeirng training courses serve the goal of training qualiifed engineers.After nearly ten years of construction,the development of engineering training COUrses has liad a good foundation for in—depth reform.However.problems restricting fur‘ ther development of engineering training courses become ever prominent,in terms of lack of course diversity,inconsistency with students’major ifelds and enterprise demands,and inferior qualiifcations of training staf.With an explicit explanation to the course orientation,this paper analyzes these curriculum design problems.It then puts forward the overall reform goals,speciic fmeasures.key points nd aimplementation outres.Speciifc practice cases from The Engineering Training Center of N帅jing Univer- sity of Science and Technology Can hopefully be taken for course reform references. Key words:engineering training;teaching reform;course construction;practice case 一75— 

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