賀兵，吳吉平，廖翠姣，邱顯焱

摘 要：基于“回歸工程實踐”的理念，引入以學生為中心的PBL及CDIO工程教育模式，以培養(yǎng)學生的工程專業(yè)能力為目標，近些年來，湖南工業(yè)大學國家級特色專業(yè)機械設計制造及其自動化專業(yè)圍繞包裝機械系列課程，不斷推進工程教育改革。該專業(yè)實施多元化人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建面向工業(yè)界的知識結(jié)構(gòu)和課程體系，改革工程教育教學模式和實踐模式，逐步探索出一條卓有成效的包裝機械設計工程師培養(yǎng)途徑。

關(guān)鍵詞：回歸工程實踐；工程教育；包裝機械

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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實踐性。美國MIT提出的“回歸工程”和“工程教育必須更密切地回到工程實踐的根本上來”中的工程實踐包括：工程教育面向工程專業(yè)實踐的原則立場；理論書本以及工程科學研究與工程專業(yè)實踐所關(guān)注的真實問題的緊密結(jié)合；讓學生學會參與工程專業(yè)與人和社會打交道的第一手實踐活動，尤其是設計、制造活動和營銷活動?；貧w工程實踐是當前我國工程教育課程改革的指南針。高等工程教育課程改革應以工程觀、人才觀和課程觀為理念指導，回歸工程實踐，著重構(gòu)建“工程范式”的課程。工程范式的課程應從理念更新、目標重建、內(nèi)容重組、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、學習經(jīng)驗設計和教學模式選擇等要素進行重構(gòu)[1]。

我校機械設計制造及其自動化專業(yè)是具有包裝機械顯著特色的國家級特色專業(yè)，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的包裝機械領(lǐng)域應用型高級專門人才為目標。該專業(yè)一直圍繞包裝機械系列課程，把握理論與實踐、知識與能力、技術(shù)與非技術(shù)的平衡，大力改革課程體系和教學形式：寬度上，強調(diào)能力的包容，體現(xiàn)工程的產(chǎn)業(yè)性和時代特征；深度上，強調(diào)集成的工程知識，體現(xiàn)工程的知識基礎(chǔ)性和實踐特征；空間上，開展校企合作培養(yǎng)，為課程實施提供真實的工程情境，讓包裝機械工程教育回歸工程實踐本質(zhì)[1]。

一、包裝機械系列課程教學模式改革

我國大學的工程課程，普遍以掌握系統(tǒng)的學科知識作為主要的課程目標，忽視工程專業(yè)能力培養(yǎng)在課程中的重要地位?；凇盎貧w工程實踐”理念的課程目標之一為畢業(yè)生預期的工程專業(yè)能力，包裝機械系列課程的設計、實施與評價圍繞該目標來設計與實施。根據(jù)包裝機械的特點，以學生為中心，將CDIO和PBL（基于問題或項目的學習）工程教育理念，建立知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)體系，重新考慮與設計教學目標、課程框架體系及相應教學活動，形成回歸工程實踐的人才培養(yǎng)的新教學模式，圖1所示，其具體課程實施如圖2所示[1，2]。

（一）抓住包裝機械特點，重構(gòu)課程體系

包裝機械種類繁多，更新?lián)Q代快，并且機構(gòu)多而且運動復雜，目前包裝機械正向高速化、自動化方向發(fā)展，控制系統(tǒng)廣泛采用機電光液氣綜合技術(shù)、微電子技術(shù)、電子計算機技術(shù)、機器人技術(shù)、控制與驅(qū)動技術(shù)等高新技術(shù)。根據(jù)包裝機械以上特點，在修訂培養(yǎng)方案時，作了以下調(diào)整：將原來的《包裝工藝學》改為《包裝工藝與設備》，以突出包裝機械結(jié)構(gòu)和工作原理的介紹；注重工程設計能力的培養(yǎng)，保留《包裝機械設計》；加強跨專業(yè)、跨學科的復合型人才培養(yǎng)，增設了《包裝自動控制》，以加強包裝機械控制方面的知識。

（二）緊跟時代步伐，更新教學內(nèi)容

通過每年派遣包裝機械系列課程的任課老師參加包裝機械方面博覽會，并與包裝設備生產(chǎn)企業(yè)保持良好聯(lián)系等途徑，密切關(guān)注工程學科、包裝機械的發(fā)展動向，把握經(jīng)濟全球化對包裝機械工程人才的根本要求，了解經(jīng)濟社會迅速發(fā)展對包裝機械工程人才要求的動態(tài)變化，更新能夠滿足國際化和未來需求的教學內(nèi)容，融入前沿工程學科知識，保證課程的先進性和有效性以及教學內(nèi)容的前沿性。

（三）接軌國際教學理念，改革教學方法

以學生為中心的教學方式體現(xiàn)了工程實踐的本質(zhì)特性，以學生為中心是課程改革的關(guān)鍵。該專業(yè)開展了基于項目的參與式學習、基于問題的探究式學習和基于案例的討論式學習，在團隊中學習，基于經(jīng)驗的學習，代表了問題解決、項目實施、團隊合作和實踐經(jīng)驗等工程實踐的本質(zhì)特性[2-4]。教師是課程內(nèi)容資源的提供者，團隊工作進程的推動者，學生學習激情和成功喜悅的分享者，與學生共同進步的學習者。教師的作用是引導進程，而不是領(lǐng)導進程；監(jiān)控質(zhì)量，而不干涉過程；激勵學習動機；提出建議和評價；教師要把自己當成團隊中學生的一員[1]。

理論教學和實踐教學以項目、問題、案例或課題為載體，以團隊的形式進行。如理論課程授課方式采用三種方式：以教師宣講為主的傳統(tǒng)授課方式、以學生研討為主的研討型授課方式和以學生匯報項目或課題成果三種。

如講授《包裝工藝與設備》課程時，根據(jù)每次授課內(nèi)容設置緊扣授課內(nèi)容的匯報課題，如圖1所示，共設置了17個分組匯報課題，保證每堂課至少有1個匯報課題，要求匯報內(nèi)容涉及國際上先進設備及最新技術(shù)。課程開始之初，將班級分成若干個小組，一般以6-8人為一組，并將課題分配到小組，同時建立包裝機械QQ交流群。小組在課余時間進行資料的查詢和整理，同期利用QQ交流群同學們和老師對小組的PPT匯報材料提出修改意見。在每節(jié)課開始的前5-10分鐘小組派一個代表作匯報。在這個過程中培養(yǎng)了學生國際化視野、鍛煉了學生搜索資料、溝通交流和團隊合作能力。

《包裝機械設計》是一門實踐性較強的課程。探索基于項目的團隊學習的“CDIO做中學”的教學模式，課程的推進采用設計任務驅(qū)動模式，課堂教學引入工程設計案例，將相關(guān)的教學知識點融入到課程的教學項目中。根據(jù)課程教學進度，設置7個設計項目，以小組為單位完成項目。學生在課后以小組學習和討論交流的方式進行設計，最后在課堂上以小組為單位進行項目匯報。在整個設計項目過程中，學生以團隊內(nèi)協(xié)作、團隊間協(xié)作加競爭的方式進行自主探究式學習，貫徹了CDIO在做中學的理念，培養(yǎng)了學生主動學習和團隊合作能力，提高了工程意識和設計能力。

（四）融入先進設計方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力

結(jié)合包裝機械設計理論和現(xiàn)代設計方法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，注重設計理論的掌握，并要求設計理論聯(lián)系運用到項目中。如進行包裝機械關(guān)鍵部件的設計時，如采血針升降機構(gòu)和塊狀物品供送機構(gòu)，利用已有理論公式或推導的理論公式，采用工程計算軟件matlab進行參數(shù)計算和分析，同時利用運動學動力學分析軟件adams進行機構(gòu)運動學分析、設計，用以上兩種方法相互驗證設計的正確性，最后利用三維軟件pro/E進行結(jié)構(gòu)設計。

二、基于CDIO理念的產(chǎn)學合作工程教育模式

構(gòu)思（Conceive）——設計（Design）——實施（Implemen

t）——運行（Operate），是現(xiàn)代工程產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)生命周期的4個階段，應當作為工程教育的真實背景。以行業(yè)企業(yè)的工程項目設計與實施需求為導向，為學生提供真實的工程情境，以培養(yǎng)個人能力（包括自學能力和創(chuàng)新能力、團隊能力和系統(tǒng)調(diào)控能力）為主要目標，促使學生完一次構(gòu)思——設計——實施——運行全過程，這種分階段的項目使學生面對過程開發(fā)的所有階段，獲得管理項目產(chǎn)品的整個生命周期的經(jīng)驗[1]。

該專業(yè)積極開展校企合作培養(yǎng)，在校企合作過程中，教師和學生直接了解企業(yè)的需要，深入企業(yè)生產(chǎn)一線，幫助企業(yè)解決實際生產(chǎn)問題。如課程設計的其中一個題目“采血針升降機構(gòu)”來源于我校省級實習基地——湖南千山制藥機械股份有限公司的采血針產(chǎn)品，大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目“磁兼容功率車的設計”和2個有關(guān)防護門的畢業(yè)設計課題來源于株洲合力電磁技術(shù)有限公司。合作單位方面提供技術(shù)和市場專家、其他硬件設施，甚至潛在的就業(yè)機會；學校方面配備指導教師。企業(yè)導師、學校導師都會給予充分的指導和幫助。為保證團隊的專業(yè)性和責任感：1.團隊的項目主管每周要向企業(yè)呈交進度報告，確保項目最終實現(xiàn)目標；2.團隊每兩周進行一次設計評論，通過答辯的形式取得企業(yè)導師和學校導師的反饋意見。

產(chǎn)學研項目為期一年至兩年，要求在有限條件和真實的工程環(huán)境下設計產(chǎn)品并制作出來，并測試其性能，并評價自己設計的產(chǎn)品。在校企合作的模式下進行CDIO的學習，給學生提供了一種嶄新的學習平臺。通過該平臺，學生在完成產(chǎn)品周期的全過程中，建立起工程的概念，體會到工程師應具備的能力，認識到集體的智慧與每個人的價值，對學生工程能力的培養(yǎng)與個性的塑造具有重要意義[5]。

三、改革傳統(tǒng)的考核方式，探索多種評價指標

長期以來，我國高等工程教育的學習評價還沒有突破理論考試“一統(tǒng)天下”的困境，最大問題是過分強調(diào)終結(jié)性的書面評價，而過程性的表現(xiàn)性評價遠遠不夠，制約了課程實施的效果與質(zhì)量。如該專業(yè)的理論課程成績一般由兩部分組成：卷面成績占總成績的70%；平時成績，占總成績的30%。平時成績包括出勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)等，如有課程內(nèi)實驗，還包括實驗。這與現(xiàn)代工程實踐特性和工程學習機制極不協(xié)調(diào)，既不能有效衡量學生的學習效果，也無法促進學習質(zhì)量的持續(xù)提高。為應對21世紀工程實踐的挑戰(zhàn)，學習評價的觀念和行動都需要重構(gòu)，否則課程面向工程實踐的質(zhì)量難以保證。

為此，學習評價在以下幾個方面進行革新和探索：1.樹立以學生學習為中心的評價觀念；2.評價內(nèi)容緊密結(jié)合課程目標中的知識、技能與態(tài)度；并突出對技能的評價，尤其是團隊合作、溝通交流、工程設計、解決問題等工程核心技能；3.評價形式采用與工程學習特點相吻合的多元化形式，例如面試、筆試、團隊表現(xiàn)、設計審查、項目進展匯報、產(chǎn)品功能演示、學習日志等。每個項目或課題的評價包括6個要素：問題和過程分析能力、溝通交流能力、合作學習能力、團隊工作與沖突協(xié)調(diào)能力、項目管理能力、時間和資源計劃與管理能力[1，2]。

調(diào)整理論課程成績的評定標準，降低卷面分的比例，特別注重過程性評價中的學生自我評價和同伴評價。完善實踐教學環(huán)節(jié)的規(guī)章制度，實現(xiàn)考核和管理上的科學化、規(guī)范化、程序化和制度化。

目前學生對參加競賽和項目的主動性和積極性很高，建議在制訂人才培養(yǎng)方案時，將專利發(fā)明、學術(shù)論文、課外科技活動、高?？蒲许椖恳约皞€人的社會實踐等，以學分的形式納入到實踐教學環(huán)節(jié)。另外包裝機械系列課程實行小班化有利于回歸工程實踐教學的開展。

四、結(jié)束語

以工程專業(yè)能力為目標、以項目為載體的“回歸工程實踐”的包裝機械工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式將理論知識融于豐富的實踐活動，對學生工程創(chuàng)新能力的提高效果是顯而易見的。學生從傳統(tǒng)被動的學習模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應并遵循更加適合創(chuàng)新性培養(yǎng)要求的包裝機械工程領(lǐng)域的思考模式。改變主要體現(xiàn)在三個方面，分別為學生溝通交流能力的大幅提高、團隊合作意識得以增強及項目設計能力的提高。

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