教学工程设计培训

机械制造基础系列课程实践教学方法研究——“工程训练”课程

潘晓弘　周继烈　徐志农　傅建中　唐任仲
　机械工程学系

一、课程简介

1.课程类别

大类课程

2.学科类别

工学—机械工程

3.课程目标和教学内容

（1）课程目标:工程训练是大学本科生的必修课，是工科和非工程类学生建立工程概念、进行创新活动的工程素质培养课程。课程以技术训练为基本手段，围绕工业生产和制造过程，进行技术基础理论知识学习和制造工程基本技术及工艺方法实践，使学生体验工业生产制造的过程、原理和方法，逐步培养机械、机电一体化等工程应用能力和综合创新能力，树立正确的经济、环保、效率、质量等现代工程意识，提高学生的工程素质。

（2）教学内容:机械零件的常用加工方法及主要设备的工作原理和典型结构，工、夹、量具的使用及安全操作技术；对简单零件初步具有选择零件材料、毛坯、加工工艺方法和基本工艺分析的能力；对制造领域中数控技术、计算机辅助制造技术、特种加工等先进制造方法和装备有较系统的了解；掌握机械制造常用主要设备的操作能力；掌握简单测量工具的使用技能；了解一般机械制造的全过程；初步了解工业制造企业的管理方法。

4.教学对象

大一至大三年级学生。一般每学期开设20个教学班，每班人数约80人。

5.课程学时与教学场景

（1）课程学时:每周3学时，共51学时。

（2）教学场景:理论教学在多媒体教室，实践教学在各相关教学车间。

二、课程教学重点解决的问题

工程训练课程作为承担工程教育实践教学的重要载体，既要适度涵盖现代工业领域包括机械、能源、化工、食品、药品、纺织、电子、信息、冶金等方面的涉及设计、生产、购销、检验、维护、报废、回收等全生命周期的基本过程和基本内容，又要以符合学生知识和能力渐进发展的规律进行教学方法编排，即在传授中满足知识和能力从基础和认知性向拓展和综合性发展的要求，缓解教学课时数相对紧张的现状。

在本课程的教与学过程中普遍存在的问题有:

（1）作为建立在深度分化学科基础上的大类课程教学内容，其教学方法与综合性和普适性兼备的人才培养目标还有差距。在当前学科交叉程度日益增长的形势下，培养目标的模糊导致现有工程训练内容的局限，也使教学方法精炼困难；培养的学生欠缺大工程观下的基本工程意识和能力。

（2）如何在课程学习阶段持续激发学生兴趣，为后续专业选择和发展奠定基础。作为涉及知识面宽广的大类基础课，课程的教学方法应适应知识的传授，使学生体验到制造过程的有机性、整体性以及技术基本理论对实践指导的重要性。

（3）课程中传承的经典项目与先进制造技术知识结构各有侧重，实习设备台套数和师资力量也在动态发展，在技术、工艺、制造方法等理论与实践项目上如何权衡教学重点、整合应用相关教学手段，是教学方法迫切需要解决的问题。

三、教学方法改革

1.教学实施策略与方法

（1）学科知识和能力分析提炼与教学实施有机整合的策略。

通过对交叉背景下工程学科共性的、基础性的工程知识和能力培养的要素分析及提炼整合，从教学内涵、教学内容、教学模式和教学方法等方面对课程进行了改革，开展了基于大工程观的工程训练教学，培养了学生的大工程素养和能力。其实施策略是建立由简单到复杂、由感性到理论、由基础到综合的循序渐进层次化教学模式，采用“点面结合”、“集中讲授和自主式学习相结合”、“课内课外”等参与式、启发式和开放式相结合的教学方法予以实施。

（2）坚持从实践教学入手兼顾理论基本知识学习的启发式教学。

通过大工程背景下的生产类别及各层次教学项目的分类，采用理论与实践相结合来进行具有传承意义的经典制造加工和先进制造加工训练，辅之以市场调研、开发、设计、安全生产、质量保证、经营管理、成本核算、绿色环保以及回收再生产等产品全生命周期的系统级制造基本概念、原理和方法的理解及应用，起到事半功倍的效果。

（3）贯穿兴趣驱动的自主式参与式学习。

工程训练课程有别于普通理论和实验教学的特点在于:第一，通过实际操作工艺和设备奠定学习要点和基础理论基础，应用所学理论知识拓展深化综合的工程应用能力；第二，课程的生命力在于实践过程中的学习和创新，以适度的作品激发学生学习兴趣；第三，工程训练过程既要贴合工业生产环境，又要符合学校教学实际过程。所以，教学方法要能突破课时数、设备台套数等局限；理论知识与加工方法的关联度既不宜过少也不可能过于直接；既要培养学生的工作严谨性和规范性，又要使学生的主观能动性和积极性得到充分的发挥。兴趣驱动的自主参与式学习、综合多媒体素材的虚拟学习平台与现场实物平台综合的情景式教学方法等均应兼容并蓄。

（4）课内向课外延伸的开放式教学及评价。

运用各种虚实相间的网络教学和教务手段，通过课内向课外延伸的教学实践过程互联互通，进行点面结合的教学，教学方法的改革不仅体现在教学内容的知识点设置，也体现在具体教学方法实施以及对知识点的掌握进行教学过程形成性评价考核。如开放式教学既可以通过团队合作、案例教学等方法予以有效实行，还可以进行全过程考核。

2.具体实施方法举例

（1）学科知识和能力分析提炼与教学实施有机整合的策略举例。

教学方法的分类实施，确定了工程认知、工程基础能力实践和工程拓展综合实践等层次化的教学内容和教学手段。

工程认知教育项目主要采用自主学习的方式，通过实物、网络课件、宣传画册、展板和视频展示等情景式教学，结合讨论法了解工业发展史、典型工业过程和工程伦理等应具备的基本工程素质。

基础实践项目提供共性的工程训练手段，面向大一大二学生，是所有工科学生的必修项目。其主要采用实验法与讲授法相结合等教学方式，结合过程考核完成项目的形成性评价。

拓展训练项目提供个性化的教学手段，主要面向大二大三学生，对机械机电类学生均为必修项目，其他类别学生可以根据专业特色和兴趣爱好选修合适的项目。在个性化项目中进行自主和参与综合的合作式教学，具有开放和研究式学习的特点，通过过程考核与综合考核相结合作出评价。

（2）坚持从实践教学入手兼顾理论基本知识学习的启发式教学举例。

工程训练课程由具有传承意义的基本制造方法和体现当代主流加工技术的先进制造方法组成。细分单元知识点，以实践对象作为启发式教学切入点，以加工基本理论为抓手，在理论和实践能力培养上各有侧重是启发式教学的关键。

在内容学习上，以现场情景式教学启发学生的学习兴趣。热加工侧重于体验毛坯成型方法及对材质的影响、成型工艺参数及控制等；在冷加工中，侧重于制造设备的构成、成型运动分析、加工参数、精度等基本要素的学习；先进制造加工方法的重点则是数控技术的基本和多样化应用。

在能力获取上，分类进行项目的启发式教学。对具有传承的成型和加工方法项目，学生应理解工艺条件对制造方法和成品质量评价指标的要求，具有学习相关技术理论知识的愿望，用问答教学法释疑；先进制造方法的重点在于学生学习数控技术应用、数控系统与本体的关系等系统的综合认识和能力培养方面，加工方法工艺本身则相对次要，可结合多媒体素材和情景教学方式；铸—锻或锻—焊等综合工艺知识点可由基于问题的学习（PBL）或案例教学法（CBL）作启发式教学。

（3）贯穿兴趣驱动的自主式参与式学习举例。

按项目层次和教学内容进行教学编排和内容传授，将理论学习和操作实践合理分布在教学平台诸环节。如为提高学习积极性，在多个教学环节，由学生参与或研究设计加工作品，作为自主学习的激发点，同时将加工基本要求、制造工艺规范以及相关的理论基本知识进行虚拟或实际演示，先由学生参与进行分段式操作演示，最后自主设计、操作设备完成全部作品的制造。以结合兴趣性产品设计的参与式教学培养学生的创意构思及应用工具软件的能力，使学生的实践能力得到有效激发。

（4）课内向课外延伸的开放式教学及评价举例。

在训练项目上，设计学生参与度比较高的项目，进行点上突破。如CAD/ CAM、逆向工程激光加工、电火花线切割精密加工等。学生需在课前通过课程网站，了解项目要求、基本知识，设计初稿，课内在教师指导下深化设计、改进和制作，还可以保存自己的作品以作纪念。教学开放性和学生参与度的提高，强化了创新意识。又如在综合拓展层，设计了基于案例的团队合作研究性训练项目:模具、LED台灯、电风扇等装置的设计制作。这些项目具有部件级或系统级的基本概念，所需知识面更广，综合性更强，以开放性学习的方式进行教学，学生还可以撰写创新思维报告，学生的想象力、个性和潜能得以挖掘，工程能力得到充分培养，实现了“面”上的创新。

课内向课外延伸还体现在学习效果测评和绩效管理上。如在关键项目前要求预习相关基础知识，完成项目训练后通过自主式学习完成工程训练报告，通过网络考试组卷和在线自测系统，及时评价理论和实践知识的掌握情况。

3.教学方法特点分析

工程训练授课学生面广量大，学时数紧；教学目标要求学生知识、能力、素质兼备。其主要教学特点如下:

（1）启发式教学有利于自主学习和项目的团队合作进行:在实践教学中采用自主学习和团队合作的启发式教学，既培养学生的自主学习能力，部分解决了课时紧的问题，又通过师生互动和生生互动增长知识和能力，使得学生的学习紧张有序、趣味十足。同时，教学方法的多方位改革使学生能应用所学理论进行实践活动，或通过实践为以后学习相关理论知识做好充分准备。学科交叉背景下的共性基础性工程制造知识在多种教学方法和教学手段的交互实施下，理论和实践能力的增长呈现齐头并进的态势。

（2）构建了层次化培养中由参与到自主的多模式教学方法:教学方法适应不同年级、不同知识结构、不同需求的学生要求；点面结合的讲授、问答和讨论向案例教学以及基于问题的学习等方法逐步发展。综合运用这些教学法，使学生的素质和能力培养由课内向课外延伸，能拓展学生知识面，以及有针对性地展开教学。高层次的训练模式通过在项目中设置创新环节，实现“点”上突破，激发学生的创新意识。在拓展层建设一批创新训练项目，实现“面”上创新。

（3）建设了开放高效的课程教学及考核完整评价方法:以工程训练课程网站、中心网站、中心教务管理系统和课程网络考试系统为核心的信息化平台，可以实施网上教学，包括课程预习、各类课件、课程复习、网上答疑等，还可以进行在线考试、训练报告、习题释疑、网上互动等教学工作。从教学手段和教学方法上全面实现了参与式、开放式、合作式教学，有效延伸了课内向课外的实践教学，提高了教学和管理效果。

四、课程考核方法和支撑手段

1.课程考核方法

考核方法以平时成绩与考试成绩相结合，实践操作考核和理论考核相结合，基本技能和综合创新评价相结合的方式进行。还考核学生的工作纪律、工作态度、安全操作、质量意识等方面，对学生工程素质的提高起到有效的促进作用。

学生成绩的的评价原则是理论和实践并举，注重实践，注重平时，注重理论的实际应用。其中:工程训练课程中基础训练模块学生实践操作成绩占总成绩的50%，理论考核成绩占50%；综合训练模块学生操作成绩占总成绩的70%，理论考核成绩占30%；创新实践训练模块学生作品成绩占60%，创新性占20%，小论文或总结报告占20%。

学生实践操作成绩由指导老师对其在该项目的操作技能、工艺应用能力等进行考核（包括综合创新），每个项目评分严格按照评分标准给出成绩。理论成绩包括平时训练报告（基本每个项目后均须完成该项目报告）、创新思维报告和小论文、在线考试、卷面成绩等综合进行评分。表1所示是训练的单项评分标准示例。

表1　单项训练评分标准示例

2.支撑手段

建立了训练项目的实践成绩考核方法、考核标准以及各项成绩记录数据库。对于课程的阶段性教学评价，建有网络在线考试系统，既可以平时预习自测，也可以进行阶段分类考试。

五、教学效果和推广性分析

1.教学效果

从2004年起，随着课程教学建设和教学方法改革的持续深入，工程训练课程已完成国家级精品课程建设，工程训练中心已通过国家级实验教学示范中心验收，以项目组成员为核心成员的机械制造基础实践教学团队被评为国家级优秀教学团队。

近十年来，除了本校每年3000名左右的学生进行工程训练课程学习外，还有本省其他高校约600名学生进行本课程学习。

学生在学习体会中广泛谈到了工程训练课程对自身实践能力和理论联系实际能力的提高以及对学习的促进作用见表2同学的评价。

表2　学生的体会和评价

续表

2.推广性分析

工程训练课程教师牵头华东地区和浙江省工程训练的学会工作，组织探讨全省工程训练课程的教学方法改革和研究。我校的工程训练课程建设和教学方法研究已得到同行们的认可。组织编写了《金工实习》、《机械制造工程实训》（“十一五”国家重点建设教材）、《工程训练实训教程》（浙江省重点教材）等教材，并多次再版，全省已有浙江大学、浙江工业大学、宁波大学等十余所高校采用。

六、课程教材及实验参考书

［1］周继烈，姚建华.机械制造工程实训（“十一五”国家重点建设教材）.北京:科学出版社，2005

［2］周继烈，姚建华.工程训练实训教程（浙江省重点教材）.北京:科学出版社，2012

［3］课程网站和工程训练中心网站:http://www.zjuitc.com