强化工程实践能力与创新能力的培养

强化工程实践能力与创新能力的培养

——沈阳工业大学材料成型及控制工程专业改革与实践

常云龙　李荣德　袁晓光　王宗杰　李润霞

我校材料成型及控制工程专业由原焊接、铸造、热加工等老专业组成。虽然老专业厚重的历史积淀有利于新专业的发展，但面对国民经济和科学技术的迅猛发展，也存在如何紧跟学科前沿、适应新形势等一系列问题。因此，近年来我们在如何改造老专业特别是在如何强化对学生进行工程实践能力与创新能力培养等方面开展了一系列改革，取得了一定成效。

一、专业教学改革的背景

（1）随着国民经济和科学技术的迅猛发展，先进装备制造业对人才培养提出了新的要求。

①要求学生不仅要具有比较扎实的理论基础，有后劲，而且要具有比较强的工程实践能力和创新能力，上手要快，适应能力要强。这就要求高等学校在新形势下对人才的培养要由“知识型”向“能力型”转变，由“单纯强调实践能力”向“实践能力和创新能力并重”转变。

②要求学生不仅要掌握传统知识，而且要接触学科前沿，掌握更多的新知识。这就要求人才培养要由“知识技能传授型”向“传授与研究并重型”转变。

（2）由老专业改组而成的材料成型及控制工程专业面对新形势提出的要求存在许多不适应。

我校原焊接、铸造、锻造等老专业师资力量强，教学设施完善，教学过程严谨，科研工作活跃，但面对先进制造业对人才要求的变化往往反应比较迟钝。虽经历多次改革，仍存在重理论、轻工程实践的思想残余，对培养学生创新能力措施乏力，教师具有从事科研的积极性，但对科研促进教学缺乏足够的认识。这无疑会影响人才培养的质量。

二、强化工程实践能力和创新能力培养的专业教学改革

1.面向工程构建以工程为背景的专业实验课程体系

针对传统的专业实验课单纯为验证理论服务、与工程实际严重脱节的问题，我们实行专业实验课的工程化，即专业实验课以工程为背景，密切联系工程，围绕工程进行；针对传统的专业实验内容都被孤立地分散在各门专业课中、互不发生联系的状况，对实验内容进行筛选和整合，实现专业实验课的综合化。

（1）专业实验课程体系的构成（见图1）。

从材料成型及控制工程专业所包含的焊接、铸造、塑性成型三个专业方向分别选取一个典型产品为实验对象，所有实验都围绕这个典型产品进行。实验的目的也从验证理论的正确性转变为培养学生解决实际工程问题的能力。其中，铸造方向选择汽车后轮毂铸件作为实验对象，焊接方向选择储液压力容器作为实验对象，塑性成型方向选择管形挤压件作为实验对象。

图1　专业实验课体系的构成

（2）专业实验课体系的主线。

将尽可能多的专业实验内容从各门专业课中分离出来，按照工程实际，参照有关技术标准进行整合，形成一个个综合性实验，然后用一条主线把它们串起来，形成一个有机的整体。根据专业实验课以工程为背景的指导思想，我们将产品的生产工艺过程作为实验体系的主线。以焊接方向为例（见图2），就是以储液压力容器的焊接工艺过程作为主线，将分别隶属于焊前准备阶段、焊接施工阶段和焊后检验阶段的金属焊接性综合实验、焊接工艺评定综合实验、焊接失效分析综合实验和焊接产品质量检验综合实验串起来。虽然“解剖”的是一个“麻雀”，但“五脏俱全”，学生通过实验可以学到解决工程实际问题的一般方法，达到举一反三、触类旁通的目的。

图2　焊接方向实验体系的主线

（3）实验教学实施过程。

全过程分为四个阶段：第一阶段为讲课阶段，由教师讲授各个综合实验的基本原理和各个基本实验的实验方法；第二阶段为设计实验方案阶段，在这个阶段里，学生根据教师下达的实验任务，通过查阅技术标准和其他资料，自己设计实验方案，然后由教师集中讲评，指出存在的问题，确定一个实施方案；第三阶段为实验阶段，学生按照前面确定的实验方案做实验；第四阶段为考核阶段，教师根据所撰写的综合实验报告、平时的表现和笔试情况综合给出成绩。

2.以“学—看—干”为主线，构建新的专业认识实习教学体系

传统的专业认识实习常常流于形式，表现在：①实习缺乏必要的理论课作为依托，实习期间只参观，不讲课，学生对专业的认识只停留在一个肤浅的水平上；②学生实习只参观，不动手实际操作，不利于学生加深对专业的认识。

为了提高专业认识实习的教学效果，我们对传统的专业认识实习进行了改革。以“材料工程导论”课、专业认识实习和金工实习的热加工部分为基本单元，构建一个以“学—看—干”为主线的专业认识实习的教学体系。所谓“学”，就是通过讲授“材料工程导论”课，使学生学习一些与专业有关的基本理论；所谓“看”，就是通过到工厂企业实地观察，使学生将理论与实际挂钩，并获得感性认识；所谓“干”，就是通过参加金工实习的热加工部分，由学生亲自操作，进一步加深对专业的认识。该项改革对于提高专业认识实习的效果起到了重要作用。

三、强化对学生创新能力的培养

（1）在实验课中增加设计性环节，增设障碍性实验，以培养学生的探索和创新精神。

过去的专业实验课，实验前由教师规定好实验方案，然后由学生循规蹈矩地做各项实验，使学生处于一种机械、被动的状态。针对这种情况，我们增加了设计性环节和障碍性实验。所谓增加设计性环节，就是在专业实验中不给学生规定好实验方案，而是由学生自己选择实验方法，设计实验步骤。所谓增设障碍性实验就是实验前由教师人为地设置障碍，即制备有问题的试样，但不讲明有什么问题，让学生利用所学的知识，根据背景资料，自己设计实验方案，自己动手实验，最后找出存在的问题。例如“黏土湿型砂质量事故分析实验”就是一个典型的障碍性实验。实验前，由教师人为地配制七种有质量问题的型砂，标上流水号分给学生，由学生自己设计实验方案，自己做实验，找到存在的质量问题。增加设计性环节和增设障碍性实验大大地激发了学生学习的积极性，并培养了他们的探索精神。

（2）紧跟学科前沿，将科研引入教学。

针对过去教师搞科研是单纯为了出科研成果的状况，我们将科研成果引入课堂教学和实验教学中。

①科研成果进课堂。教学中把自己或他人的科研成果引入教学之中，能使传授的知识紧跟科学技术的发展，及时充实前沿知识，体现出教学内容的先进性。特别是教师在介绍自己的科研成果的同时介绍解决问题的思路和方法，谈自己的感想，还能使学生学到解决问题的思维方法。

②科研内容进实验。将科研内容纳入专业实验课教学既可以使学生接触到学科前沿，也能使学生学到从事科学研究的方法，例如将“863”项目“镁合金固态成型技术的研究”中的部分内容纳入塑性成型方向综合实验中，学生不仅得到了科研训练，而且还绘制了国内第一张AZ91D镁合金塑性图。

（3）提倡学生走进实验室，支持学生参加课外科技创新活动。

实验室不仅为学生进行科技活动提供了硬件支撑，如实验场地、实验设备仪器、实验材料等，而且提供软件支撑，如创新活动的管理、技术指导、咨询等，吸引了很多学生参加课外科技活动。因而在每年的国家级和省级的“挑战杯”大赛、全国铸造工艺大赛、全国焊接创新大赛等活动中，我校都有许多学生获奖。

四、创新点及特色

第一，构建了以工程为背景的专业实验课程体系和以“学—看—干”为主线的专业认识实习教学体系，强化了对学生工程实践能力的培养。

第二，在实验课中增设障碍性实验和设计性环节，在教学中实行科研互动并大力支持学生参加课外科技创新活动，强化了对学生创新能力的培养。

五、改革实践及取得的成果

该项教学改革从2000年开始实施，经过10年的实践，累计受益学生共10届60个班，总计1800人，并逐步推广到学院其他专业。相关改革思路还被学校其他专业借鉴。

多年来的教学改革与实践取得了以下重要成果：①材料成型及控制工程专业于2008年被批准为第三批高等学校国家级特色专业建设点（教高函［2008］21号文件）；②材料成型及控制工程专业于2007年被批准为辽宁省高等学校省级示范专业（辽教发［2007］105号文件）；③材料成型及控制工程专业教学团队于2007年被批准为省级教学团队；④轻金属材料与工程实验室、镁合金及其成形技术实验室、先进焊接技术及自动化实验室分别于2003、2005、2007年先后被批准为辽宁省重点实验室；⑤“材料成型工程综合实验”和“材料成型控制工程”课程分别于2004、2008年先后被评为辽宁省精品课；⑥项目组成员王宗杰、李荣德、常云龙分别于2003、2008和2010年先后被评为辽宁省教学名师；⑦“面向经济主战场深化教学改革，将老专业办出新特色——材料成型及控制工程专业教育教学改革与实践”于2009年获得辽宁省教学成果一等奖（编号：2009056）；⑧刘日芬等学生的“20mm铜铝自动焊接技术研究”课题于2007年获得第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖；⑨陈章等同学的作品“云杰磁控科技有限公司”，获得2010年第七届“挑战杯”一汽—大众中国大学生创业计划竞赛铜奖。

参考文献：

［1］陆小华.工程创新能力的认识和培养方法［J］.高等工程教育研究，2008（2）.

［2］钱健清.对材料成型专业认识实习的思考［J］.安徽工业大学学报（社会科学版），2008（6）.

（作者单位：沈阳工业大学；文章来源：《高等工程教育研究》2011年第4期）