工程训练教学体系

工程训练的目的

     工程实践与训练是高等院校各专业教学计划中一个重要的实践性教学环节,是学生获得工程实践知识、建立工程意识、训练操作技能的主要教育形式;是学生接触实际生产、获得生产技术及管理知识,进行工程师基本素质训练的必要途径。其目的是:
   1)建立起对机械制造生产过程的感性认识,学习机械制造的基础工艺知识,了解机械制造生产的主要设备。
在实训中,学生要学习机械制造的各种主要加工方法及其所用主要设备的基本结构、工作原理和操作方法,并正确使用各类工具、夹具、量具,熟悉各种加工方法、工艺技术、图纸文件和安全技术,了解加工工艺过程和工程术语,使学生对工程问题从感性认识上升到理性认识,这些实践知识将为以后学习有关专业技术基础课、专业课及毕业设计等打下良好的基础。
   2)培养实践动手能力,进行工程师的基本训练。
工科院校是工程师的摇篮。为培养学生的工程实践能力,强化工程意识,学院安排了各种实验、实习、设计等多种实践性教学环节和相应的课程。工程基础训练就是其中一门重要的实践性教学课程;在实训中,学生通过直接参加生产实践,操作各种设备,使用各类工具、夹具、量具,独立完成简单零件的加工制造全过程,以培养学生对简单零件具有初步选择加工方法和分析工艺过程的能力,并具有操作主要设备和加工作业的技能,使学生成为具有创新意识和创新能力,会动脑、会实践、懂设计、懂操作的综合型、创新型、高素质工程技术人员,初步奠定工程师应具备的基础知识和基本技能。
    3)全面开展素质教育,树立实践观点、劳动观点和团队协作观点,培养高质量人才。
工程实践与训练一般在学院工程培训中心的现场进行。实训现场不同于教室,它是生产、教学、科研三结合的基地,教学内容丰富,实习环境多变,接触面宽广。这样一个特定的教学环境正是对学生进行思想作风教育的好场所、好时机。例如:增强劳动观念、遵守组织纪律、培养团队协作的工作作风;爱惜国家财产、建立经济观点和质量意识、培养理论联系实际和一丝不苟的科学作风;初步培养学生在生产实践中调查、观察问题的能力,以及学会理论联系实际、运用所学知识分析问题、解决工程实际问题的能力。这都是全面开展素质教育不可缺少的重要组成部分,也是工程实践与训练为提高人才综合素质,培养高质量人才需要完成的一项重要任务。


工程训练的教学改革思路

    工程训练应密切配合各专业基础系列课程教学改革与实践,启迪学生的创新思维、开发创新潜能、培养创新能力、强化工程训练、提高学生运用现代科学技术解决工程实际问题的能力和实践动手能力,构建集教与学为一体、理论教学与实践教学为一体、课内与课外教学为一体的实验基地。并通过校企合作等形式开展联合教学与培训,开展科学研究活动。
     工程训练要改革传统实习实训内容,体现多学科、综合性技能培训特点。实训内容包括:传统加工实习(车、铣、刨、磨、钻、钳、铸、焊、热处理等);数控加工技能培训(数控车、铣、数控线切割、加工中心、快速成型、CAD/CAM应用软件);特种加工技能培训(电火花加工、激光加工);工业自动化技术(电梯控制系统、起重机控制系统、三维机械手控制系统等);电工电子技能培训与实验(电路焊接、电器与仪表组装)、建筑工程测量实训、液压气动控制技能培训与实验、化工基本技能培训等。
     工程训练要与企业技术进步紧密结合,突出体现新技术的培训。如增加数控设备、快速成型设备等机电一体化的现代工程训练内容比重,使新技术、新工艺、新设备的实习内容达50%以上。将传统基础制造设备与高新技术加工设备按照现代制造技术体系重新整合,组建包括机械、电气、数控、信息、CAD/CAM 等多种高新技术集成的“数字化设计制造实训”,通过计算机局域网将实习车间的数控加工设备连接起来,以便实行网络化交互式产品设计和制造,提高CAD/CAM/CAPP的培训效率和先进设备的利用率,实现资源共享。
     工程训练要为大学生创新教育提供实践基地。以大学生创新项目立项为引导,充分利用工程训练中心的设备和加工能力优势进行创新设计和制造,将有创意的设计转变为产品。并经常开展创新设计与制造的竞赛活动,开放部分实践场所,使学生有机会利用课余时间在实验室中自主设计、自编工艺、自行加工,训练学生的创新意识和工程能力。
     工程实践训练中心是学校科技创新活动的重要阵地。学生在实习训练过程中,经过深入地了解现代机械设计与制造技术、通信与信息技术、现代控制技术、工程材料、特种加工技术以及计算机网络技术的最新方法与成果,通过综合性创新实践训练,可以逐步提高学生的操作技能、专业技能、综合实践能力。通过不断改进教学方法,激励学生开展科技创新,紧跟实践创新教育的发展方向,工程实践训练中心要为学生提供一个良好的教学创新的公共服务平台,有利于提高我院实践教学水平、保证教学质量。


工程训练中心的建设总目标

    1)树立“大工程”意识,建设一个涵盖完整的具有现代工业体系内容的、体现我院办学特色、可以同时容纳300-400人进行工程训练及部分专业基础实验教学的基地。中心面对全院学生,即要适合工科学生的实训,也接纳其它学科学生的培训,为全面提高大学生综合能力、学生创新教育提供场所,同时还具有面向社会服务的辐射作用。
     2)对学生技能的培训逐渐改变传统的讲课、实验、实习实训相分离的作法,逐步形成学前认知、课内实验、专业综合三位一体的实训模式。
     3)打破传统的专业划分界限,体现综合知识培养,按工业系统认知、传统制造技术、现代制造技术、工业自动化控制技术等建立统一、完整、综合的工程训练体系。
    4)改变传统的教学模式,从以教师为中心转向以学生为中心,增加综合性、创新性的训练项目的比例,提高大学生自主创新意识,为学生提供全开放的能力培训场所。
    5)建成符合国家标准的“工程训练教学示范中心。

工程训练教学体系的构建

     工程训练是高等工程教育过程中不可缺少的实践教学环节,是将知识、素质、能力和创新融为一体,使学生通过良好的训练提高综合素质,积极促进知识向能力转化的综合性训练课程。通过工程训练教学体系,有机结合各种教学要素,重视学生工程意识和实践能力的培养,重视学生创新能力的形成,最大限度地利用各种教学资源,全面提升实践教学的建设水平和教学质量。
     工程训练教学体系的构建目标是:转变教育思想,更新教育观念,以现代教育教学理念为指导,注重理论教学与实践教学相互渗透,注重工程训练教学内容与方法、手段的改革与创新,以改善工程训练教学条件为基础,以完善的工程训练教学管理体制为保障,不断创新人才培养模式,培养、提高学生的实践能力、创新意识和社会适应能力,提高学生的综合素质和科学素养,提高教育教学质量和人才培养质量。


工程训练教学体系的框架模块

      根据学院人才培养的定位和专业课程体系、实践教学体系建设要求,以大工程教育思想为指导,结合学科特点及工程训练自身的规律,集工程基础训练、先进制造技术训练、工业自动化技术训练、创新实践训练和综合素质训练为一体,针对培养应用型高素质工程技术人才的要求,以传授知识为目标、以能力培养为核心、以提高素质为目的,构建分层次、模块化的工程实践教学体系;以工程基础认识训练、工程基础能力训练、工程综合能力训练、工程创新能力训练为“四大工程训练平台”,融知识、能力、素质教育于一体,能力培养贯穿始终。
      工程训练中心为不同学科、不同专业、不同层次的学生设计了四个层次模块化的工程训练内容,分别面向全院28个专业学生的工程基础认识训练;面向机械类、近机类、电气类学生的工程基础能力训练;面向机械类、电气类学生的工程综合能力训练;面向具有专业特长学生的工程创新能力训练,不仅培养学生传统意义上的机械设计制造与应用能力,而且更注重于先进制造技术和工业自动化技术的应用能力与创新能力的训练,突出数字化网络化设计制造,有利于教学内容的更新和拓展及工程意识、创新能力,从而培养适应不同领域的工程技术人才。
      以机械设计方法与制造工艺、控制系统设计与自动化设备为两条主线,形成了服务全院26个专业学生的工程训练体系,实现了由内容单一的实验室向多学科、多专业、综合性的工程训练中心转变(四个层次如图所示)。

工程训练教学的层次

      根据学院人才培养的定位和发展需要,以大工程教育思想为指导,结合学科特点及实践教学自身的规律,集工程基础训练、先进制造技术训练、工业自动化技术训练、创新实践训练和综合素质训练为一体,以模块化的工程实践教学特色,工程训练中心为不同学科、不同专业、不同层次的学生设计了四个层次的工程训练内容,以机械设计方法与制造工艺、控制系统设计与自动化设备为两条主线,形成了服务全院28个专业学生的工程训练体系,实现了由内容单一的实验室向多学科、多专业、综合性的工程训练中心转变。

        “四大工程训练平台”:分别面向全院28个专业学生的工程基础认识训练;面向机械类、近机类、电气类学生的工程基础能力训练;面向机械类、电气类学生的工程综合能力训练;面向具有专业特长学生的工程创新能力训练。
       工程训练体系融知识、能力、素质教育于一体,不仅培养学生传统意义上的机械设计制造与应用能力,而且更注重于先进制造技术和工业自动化技术的应用能力与创新能力的训练,突出数字化网络化设计制造,更新和拓展教学内容,同时将工程意识、创新能力始终贯穿于大学四年,从而培养适应出不同领域的工程技术应用人才。

        第一层次工程基础认识实训:工程基础认识实训内容设5个模块,涉及10个主题,主要针对大一、大二年级学生的知识背景,结合入学专业教育和《机械工程导论》课程,通过实物、展柜、展板、多媒体课件等资源,以实训、动手拆装、现场演示等方式,着重让学生建立起工程系统概念,初步了解产品的传统的设计制造过程及现代机电产品的组成要素、控制方法。同时也为后续课程的学习提供工程背景,激发学生的求知欲和对专业的认同感,并面向工科类学生开设机械设计、机械制造、工业自动化技术、创新设计等课程提供现场教学和认识性实验。工程基础认识实训如下框图所示。 


       第二层次工程基本能力训练:工程基本能力训练以培养学生初步掌握工程能力和基本的实验技能为主要目标。工程基本能力训练主要包括传统制造技术训练、工业自动化初级训练、现代设计制造训练、实验技能基本训练4部分,4个模块,15个训练项目及学科基础实验。由《工程训练模块B》、《工程训练模块C》、《工程训练模块D》组成,该层次在教学内容、专业覆盖面中占有最大比例。学科基础实验是本科人才培养方案中“学科基础课”对应的实验课程。教学目标定位在了解基本实验测试方法以及仪器、仪表、设备的基本操作,学会通过观察、整理和归纳各种实验现象,分析问题和解决问题的方式方法,丰富自身的知识内涵,为后续相关专业课程综合性、设计性实验的训练打好基础。工程基本能力训练内容如下框图所示。

 

        第三层次工程综合能力训练:工程综合能力训练通过先进制造技术,运用先进的机电一体化装备,对学生进行综合性实训,包括数控机床操作与编程、机器人操作与编程、机器零部件性能测试与分析、检测与三维重建、现代控制技术等。 实训采用“项目牵引,任务驱动”模式,给学生下达项目任务书。学生按照要求自己动手设计,在实训中独立发现和解决问题,通过实践验证。重点为学生提供“主动实践”的环境,培养学生灵活应用知识、自我获取知识,以及动手能力。工程综合能力训练结合现代工程训练项目对学生进行系统的培养和训练。在工程图学、CAD技术、互换性与技术测量课程之后,开设零部件测绘和数字化测量与综合检测训练项目;在控制工程、测试技术、液压传动等课程之后开设机、电、气、液控制综合训练项目,在机械制造装备设计、数控技术、数控编程等课程之后开设数字化设计制造综合训练项目。现代工程项目训练以大工程、广义制造为背景,在虚拟生产环境中,以数字化工厂、多媒体教室、数控加工车间、工业自动化训练部等实习场所,为学生创造了一个良好的工程训练环境,如三维设计与制造系统(CAD/CAM)、计算机辅助工艺系统(CAPP)、数控加工系统(CNC)、现代控制技术(PLC、DCS)等为平台,实现CAD/CAPP/CAM一体化教学。通过采用“案例教学”进行工程项目综合实践,使学生掌握扎实的单元技术;通过不同单元的柔性组合,满足学生个性化学习的需要,培养学生系统、集成、科学地应用现代工程知识的能力和再创造能力。工程综合能力训练设置先进制造技术、检测与三维重建模块、现代控制技术模块3个模块,15个综合训练项目,如下图所示。

     第四层次工程创新能力训练:学生在完成第二和第三层次的工程训练之后, 发挥科研支撑与引领作用,从专业技能培养逐步进入学科前沿。工程创新能力训练设置研究创新型实验模块、工程创新模块,研究创新型实验和工程创新项目来自学生课外科技活动、各类竞赛、企业横向课题、创新基金、开放实验室项目、教师科研课题等。实验室全天开放,创新教学团队提供指导,鼓励学生跨学科、跨专业自主选题,达到“自行设计、自主研学、自由创造”的教学目标。

 

实训教学大纲与教学安排

    为了充分体现以学生为中心,以教师为主体,以能力培养为核心,以综合性、多学科知识融合为背景,注重培养学生的探索精神、科学思维、实践能力和创新能力,促进学生知识、能力和素质协调发展”的工程实践教学指导思想,坚持以学生为本,根据不同年级、不同学科工程训练的需要,制定《工程训练教学大纲Ⅰ》(适合机类)、《工程训练教学大纲Ⅱ》(适合近机类学生)、《工程训练教学大纲Ⅲ》(适合非机类学生)、《工程训练教学大纲IV》(适合自动化学生)、《创新训练教学大纲》等一系列有针对性的实践教学大纲,作为指导教师进行实践教学的纲领性文件,同时紧紧围绕学院的实践教学指导思想,对每一个训练项目的教学目的、教学进程,都根据不同学科的学生提出具体要求。在教学安排上,采用模块化、菜单式的教学模式。根据不同的工程训练形式,设置必修和选修两大模块,每个大模块中又设置分项,学生可以根据训练时间和个人兴趣自主选择并组合训练模块。在训练过程中,鼓励学生自主选择实践操作内容。例如,在数控车、数控铣、数控电加工等先进制造技术训练项目中,学生在学习了数控理论、编程方法、机床操作之后,可以自主设计加工零件,通过设计、编程、操作加工,使学生对数控加工技术能够更加全面掌握,有效地调动了学生的主观能动性,激发了参与工程训练的兴趣与热情。

 

工程训练考评方法

    工程训练课程的考核方式突出“重过程体验、重平时表现、重能力培养、重思维创新”的指导思想,根据不同的课程特点和训练要求,建立多元化的考核方法,见下表。通过采用多元化的考核方法,充分调动学生的主观能动性,激发学生参与工程训练的兴趣。

工程训练质量监控与评价

    为规范工程训练教学秩序,保证工程训练教学质量,规范实训教师的教学行为,在实践教学管理中建立学生评估、督导评估和同行评估的全方位教学质量监督体系,明确教学活动由谁做、谁查,过程怎样记录,如何分析、评价和持续改进等,有效保障教学质量管理过程始终在规范、优化、高效的状态下运行。信息反馈采用工程训练中心质量监督、教学督导和学生评教三方反馈渠道,及时传递管理部门和执行部门的双向信息。通过对反馈信息分析,及时纠正和采用预防措施,使工程训练教学的各个环节不断改进并形成良性循环的机制。工程训练中心根据自身的特点,制定相应的实训教学质量评价体系流程。

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