回归工程实践的包装机械系列课程教学模式初探

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摘 要：基于“回归工程实践”的理念，引入以学生为中心的PBL及CDIO工程教育模式，以培养学生的工程专业能力为目标，近些年来，湖南工业大学国家级特色专业机械设计制造及其自动化专业围绕包装机械系列课程，不断推进工程教育改革。该专业实施多元化人才培养模式，构建面向工业界的知识结构和课程体系，改革工程教育教学模式和实践模式，逐步探索出一条卓有成效的包装机械设计工程师培养途径。

关键词：回归工程实践；工程教育；包装机械

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）22-0117-04

Abstract： Based on the idea of returning to engineering practice， introduction of the PBL and CDIO engineering educating pattern is student-centered pattern and takes it as the goal to cultivate the students" engineering ability. In recent years， mechanical design and manufacture and its automation， which is a national characteristic specialty of Hunan University of Technology， has been continually pushing the reform of engineering practice， surrounding the series course of packaging machine. It has built a structure of knowledge and curriculum system， which is geared to industrial community and reformed teaching and practice pattern， and tracked out an effective way to cultivate designing engineer for packaging machine step by step.

Keywords： returning to engineering practice； engineering education； packaging machine

前言

工程的基本屬性在于它的实践性。美国MIT提出的“回归工程”和“工程教育必须更密切地回到工程实践的根本上来”中的工程实践包括：工程教育面向工程专业实践的原则立场；理论书本以及工程科学研究与工程专业实践所关注的真实问题的紧密结合；让学生学会参与工程专业与人和社会打交道的第一手实践活动，尤其是设计、制造活动和营销活动。回归工程实践是当前我国工程教育课程改革的指南针。高等工程教育课程改革应以工程观、人才观和课程观为理念指导，回归工程实践，着重构建“工程范式”的课程。工程范式的课程应从理念更新、目标重建、内容重组、结构优化、学习经验设计和教学模式选择等要素进行重构[1]。

我校机械设计制造及其自动化专业是具有包装机械显著特色的国家级特色专业，以培养具有创新精神和实践能力的包装机械领域应用型高级专门人才为目标。该专业一直围绕包装机械系列课程，把握理论与实践、知识与能力、技术与非技术的平衡，大力改革课程体系和教学形式：宽度上，强调能力的包容，体现工程的产业性和时代特征；深度上，强调集成的工程知识，体现工程的知识基础性和实践特征；空间上，开展校企合作培养，为课程实施提供真实的工程情境，让包装机械工程教育回归工程实践本质[1]。

一、包装机械系列课程教学模式改革

我国大学的工程课程，普遍以掌握系统的学科知识作为主要的课程目标，忽视工程专业能力培养在课程中的重要地位。基于“回归工程实践”理念的课程目标之一为毕业生预期的工程专业能力，包装机械系列课程的设计、实施与评价围绕该目标来设计与实施。根据包装机械的特点，以学生为中心，将CDIO和PBL（基于问题或项目的学习）工程教育理念，建立知识、能力和素质的培养体系，重新考虑与设计教学目标、课程框架体系及相应教学活动，形成回归工程实践的人才培养的新教学模式，图1所示，其具体课程实施如图2所示[1，2]。

（一）抓住包装机械特点，重构课程体系

包装机械种类繁多，更新换代快，并且机构多而且运动复杂，目前包装机械正向高速化、自动化方向发展，控制系统广泛采用机电光液气综合技术、微电子技术、电子计算机技术、机器人技术、控制与驱动技术等高新技术。根据包装机械以上特点，在修订培养方案时，作了以下调整：将原来的《包装工艺学》改为《包装工艺与设备》，以突出包装机械结构和工作原理的介绍；注重工程设计能力的培养，保留《包装机械设计》；加强跨专业、跨学科的复合型人才培养，增设了《包装自动控制》，以加强包装机械控制方面的知识。

（二）紧跟时代步伐，更新教学内容

通过每年派遣包装机械系列课程的任课老师参加包装机械方面博览会，并与包装设备生产企业保持良好联系等途径，密切关注工程学科、包装机械的发展动向，把握经济全球化对包装机械工程人才的根本要求，了解经济社会迅速发展对包装机械工程人才要求的动态变化，更新能够满足国际化和未来需求的教学内容，融入前沿工程学科知识，保证课程的先进性和有效性以及教学内容的前沿性。

（三）接轨国际教学理念，改革教学方法

以学生为中心的教学方式体现了工程实践的本质特性，以学生为中心是课程改革的关键。该专业开展了基于项目的参与式学习、基于问题的探究式学习和基于案例的讨论式学习，在团队中学习，基于经验的学习，代表了问题解决、项目实施、团队合作和实践经验等工程实践的本质特性[2-4]。教师是课程内容资源的提供者，团队工作进程的推动者，学生学习激情和成功喜悦的分享者，与学生共同进步的学习者。教师的作用是引导进程，而不是领导进程；监控质量，而不干涉过程；激励学习动机；提出建议和评价；教师要把自己当成团队中学生的一员[1]。

理论教学和实践教学以项目、问题、案例或课题为载体，以团队的形式进行。如理论课程授课方式采用三种方式：以教师宣讲为主的传统授课方式、以学生研讨为主的研讨型授课方式和以学生汇报项目或课题成果三种。

如讲授《包装工艺与设备》课程时，根据每次授课内容设置紧扣授课内容的汇报课题，如图1所示，共设置了17个分组汇报课题，保证每堂课至少有1个汇报课题，要求汇报内容涉及国际上先进设备及最新技术。课程开始之初，将班级分成若干个小组，一般以6-8人为一组，并将课题分配到小组，同时建立包装机械QQ交流群。小组在课余时间进行资料的查询和整理，同期利用QQ交流群同学们和老师对小组的PPT汇报材料提出修改意见。在每节课开始的前5-10分钟小组派一个代表作汇报。在这个过程中培养了学生国际化视野、锻炼了学生搜索资料、沟通交流和团队合作能力。

《包装机械设计》是一门实践性较强的课程。探索基于项目的团队学习的“CDIO做中学”的教学模式，课程的推进采用设计任务驱动模式，课堂教学引入工程设计案例，将相关的教学知识点融入到课程的教学项目中。根据课程教学进度，设置7个设计项目，以小组为单位完成项目。学生在课后以小组学习和讨论交流的方式进行设计，最后在课堂上以小组为单位进行项目汇报。在整个设计项目过程中，学生以团队内协作、团队间协作加竞争的方式进行自主探究式学习，贯彻了CDIO在做中学的理念，培养了学生主动学习和团队合作能力，提高了工程意识和设计能力。

（四）融入先进设计方法，培养学生的创新设计能力

结合包装机械设计理论和现代设计方法培养学生的创新能力和实践能力，注重设计理论的掌握，并要求设计理论联系运用到项目中。如进行包装机械关键部件的设计时，如采血针升降机构和块状物品供送机构，利用已有理论公式或推导的理论公式，采用工程计算软件matlab进行参数计算和分析，同时利用运动学动力学分析软件adams进行机构运动学分析、设计，用以上两种方法相互验证设计的正确性，最后利用三维软件pro/E进行结构设计。

二、基于CDIO理念的产学合作工程教育模式

构思（Conceive）——设计（Design）——实施（Implemen

t）——运行（Operate），是现代工程产品、过程或系统生命周期的4个阶段，应当作为工程教育的真实背景。以行业企业的工程项目设计与实施需求为导向，为学生提供真实的工程情境，以培养个人能力（包括自学能力和创新能力、团队能力和系统调控能力）为主要目标，促使学生完一次构思——设计——实施——运行全过程，这种分阶段的项目使学生面对过程开发的所有阶段，获得管理项目产品的整个生命周期的经验[1]。

该专业积极开展校企合作培养，在校企合作过程中，教师和学生直接了解企业的需要，深入企业生产一线，帮助企业解决实际生产问题。如课程设计的其中一个题目“采血针升降机构”来源于我校省级实习基地——湖南千山制药机械股份有限公司的采血针产品，大学生研究性学习和创新性实验计划项目“磁兼容功率车的设计”和2个有关防护门的毕业設计课题来源于株洲合力电磁技术有限公司。合作单位方面提供技术和市场专家、其他硬件设施，甚至潜在的就业机会；学校方面配备指导教师。企业导师、学校导师都会给予充分的指导和帮助。为保证团队的专业性和责任感：1.团队的项目主管每周要向企业呈交进度报告，确保项目最终实现目标；2.团队每两周进行一次设计评论，通过答辩的形式取得企业导师和学校导师的反馈意见。

产学研项目为期一年至两年，要求在有限条件和真实的工程环境下设计产品并制作出来，并测试其性能，并评价自己设计的产品。在校企合作的模式下进行CDIO的学习，给学生提供了一种崭新的学习平台。通过该平台，学生在完成产品周期的全过程中，建立起工程的概念，体会到工程师应具备的能力，认识到集体的智慧与每个人的价值，对学生工程能力的培养与个性的塑造具有重要意义[5]。

三、改革传统的考核方式，探索多种评价指标

长期以来，我国高等工程教育的学习评价还没有突破理论考试“一统天下”的困境，最大问题是过分强调终结性的书面评价，而过程性的表现性评价远远不够，制约了课程实施的效果与质量。如该专业的理论课程成绩一般由两部分组成：卷面成绩占总成绩的70%；平时成绩，占总成绩的30%。平时成绩包括出勤、作业、课堂表现等，如有课程内实验，还包括实验。这与现代工程实践特性和工程学习机制极不协调，既不能有效衡量学生的学习效果，也无法促进学习质量的持续提高。为应对21世纪工程实践的挑战，学习评价的观念和行动都需要重构，否则课程面向工程实践的质量难以保证。

为此，学习评价在以下几个方面进行革新和探索：1.树立以学生学习为中心的评价观念；2.评价内容紧密结合课程目标中的知识、技能与态度；并突出对技能的评价，尤其是团队合作、沟通交流、工程设计、解决问题等工程核心技能；3.评价形式采用与工程学习特点相吻合的多元化形式，例如面试、笔试、团队表现、设计审查、项目进展汇报、产品功能演示、学习日志等。每个项目或课题的评价包括6个要素：问题和过程分析能力、沟通交流能力、合作学习能力、团队工作与冲突协调能力、项目管理能力、时间和资源计划与管理能力[1，2]。

调整理论课程成绩的评定标准，降低卷面分的比例，特别注重过程性评价中的学生自我评价和同伴评价。完善实践教学环节的规章制度，实现考核和管理上的科学化、规范化、程序化和制度化。

目前学生对参加竞赛和项目的主动性和积极性很高，建议在制订人才培养方案时，将专利发明、学术论文、课外科技活动、高校科研项目以及个人的社会实践等，以学分的形式纳入到实践教学环节。另外包装机械系列课程实行小班化有利于回归工程实践教学的开展。

四、结束语

以工程专业能力为目标、以项目为载体的“回归工程实践”的包装机械工程技术人才培养模式将理论知识融于丰富的实践活动，对学生工程创新能力的提高效果是显而易见的。学生从传统被动的学习模式逐渐转变为适应并遵循更加适合创新性培养要求的包装机械工程领域的思考模式。改变主要体现在三个方面，分别为学生沟通交流能力的大幅提高、团队合作意识得以增强及项目设计能力的提高。

参考文献：

[1]崔军.回归工程实践：我国高等工程教育课程改革研究[D].南京：南京大学，2011.

[2]林健.高校“卓越工程师教育培养计划”实施进展评析（2010～2012）（上）[J].高等工程教育研究，2013（4）：1-12.

[3]于晓琳.基于CDIO的“机械工程控制基础”课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2016（35）：75-77.

[4]朱泓，李志义，刘志军.高等工程教育改革与卓越工程师培养的探索与实践[J].高等工程教育研究，2013（6）：68-71.

[5]郭丽萍，韩良.国外工科新生教学实例分析与人才培养模式探讨[J].高等工程教育研究，2013（1）：170-176.

[6]陶建华，庾在海，萧仲敏.“卓越工程师”培养模式的思考[J].高教学刊，2016（23）：186-187.

[7]曾宪群，邹琼.卓越工程师学生培养调查研究[J].高教学刊，2017（17）：160-162.