基于工业设备的创新实践教学研究与实施

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  【摘 要】新版人才培养方案明确指出,高校要培养的是全社会最紧缺最急需的高层次、研究型和复合型人才,实践教学是极其重要的一环,必须加大实践课程体系、项目设置、教学方法等方面的改革力度,以提高实践教学质量达到培养目标。工业仪器设备在高校实践教学中具有重要地位,对其功能和技术的研究及应用,以跟踪行业技术的应用发展需求;本文透过对工业设备功能的研究和应用,以逆向工程技术实践课程阐明基于校企联合的工业背景,推进高校科研与教学一体化建设的教改工程,对培养创新型人才具有实际价值和意义。
  【关键词】实践教学 工业设备 校企联合 教学改革
  【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2009)07-0025-03
  
  高校的教学质量和科研水平是衡量一个学校办学水平的根本标志。实验室的仪器设备是保证教学质量和科研水平的基本物质条件之一。要有一流的教学质量和一流的科研水平,必须要有一流的仪器设备,并对设备进行深度研究和开发及应用。
  开放实验室是高校开展实践教学培养学生实践和创新能力、掌握实践技能的重要环境,而仪器设备功能的研究和应用则是保障实践教学顺进行成的必要条件。随着学科建设和专业的发展,人才的需求对学生能力素质要求不但从基本技能培养开始,而且逐步向综合能力、设计能力和研究能力培养发展,这种能力的培养不仅与实践教学内容、方法、手段有关,还与实验设备、实验装置的先进性、真实性有着密切联系。[1]
  在高校的教学改革中,新版的人才培养方案和课程的改革与调整,导致实践教学任务变化和实践项目更新转向综合性、设计性、创新性发展;所以,完成新的实践教学任务,就开放实验室而言,需要对工业仪器设备、实验装置进行系统的研究,进行全面的调整和改革,以适应新时期实践教学目标的要求。如何利用现有设备资源,建立校企联合背景下的实践课程平台,根据行业技术的需求形成专业技术项目,以团队方式开展实践教学,是解决实践教学质量问题的最佳途径。[2]
  
  一、基于工业设备创新实践教学课程体系建设和实施的框架流程
  
  基于工业设备创新实践教学注重设备功能好技术的研究,深入相关企业进行技术系统调研,结合社会发展的需求,从应用领域中获取技术需求形成技术专题,按照新版人才培养方案的要求,分解成为课程平台教学内容,以项目形式驱动教学,应对各个层次的需要实施和组织课程。建立过程管理考核标准化、规范化、格式化,注重个性化、系列化成果建立,推进创新实践教学、精英人才培养、教学资源优化和共享、科研与教学一体化工程建设,以形成校企联合信息平台、实践教学创新改革、设备供应商升级合作的可持续发展格局,流程框架如图1所示。
  
  二、创新实践教学课程体系建设和实施要进行几方面的工作
  
  1.基于行业需求形成专业技术题目充实和优化教学内容
  在传统实践教学中,实践课程主要依附于理论课程开设,由于内容陈旧,实验项目以验证、认知性实验为主,根本无法达到培养学生创新精神和创新能力的目的。[3]对于基于工业设备的实践教学,除了了解设备的功能和操作技术之外,必须深入应用领域的相关企业,结合设备的功能和工程技术需求建立一系列工程技术性、综合设计性、研究创新性的题目作为实践教学的课程内容。积极引导和帮助学生结合自身的兴趣和能力自主选择、自主安排,以团队方式开展研究创新性项目。一方面透过实践课程完成对基础技术的了解和掌握,另一方面可以结合未来的就业和深造展开基于专业技术和工程背景的实践研究,以实施团体项目的方式充实实践课程内容。高等工程教育已经跨越现有社会分工界限,学校要大力推进与企业、科研院所建立更加紧密的合作关系,利用现有的资源和技术优势,开发工业设备功能技术,以课程为平台,深入应用领域,大力开展科技创新,并将科技成果服务于社会。由于课程内容具有很强的工程技术背景,学生在参与实践课程中由于涉及很多的技术和知识需求,并紧密结合了学生自身的内在需求,从而激活了学生的求知和创新激情。
  


  2.开发工业设备的功能和技术并在应用领域中形成技术优势
  高校为教学和科研购置专业化的工业设备,具有很强的针对性,需要结合校企联合大工程的技术需求来深化开发设备的功能。
  在应用领域中,调研获取与时俱进的技术需求来展开定向性的研究。形成各个阶段和各个层次的研究数据和结果,总结设备功能的开发经验。
  设备相关的应用技术研究,以形成一个学科群,以逆向工程技术为例,三坐标测量机涉及到诸多技术,具有数据采集功能,主要完成工业产品逆向设计之前的数据采集工作。后续还涉及到数据处理技术、曲面和CAD模型重构技术、产品检测技术,是CAD/CAM/CAE一体化的数字化技术集成。实际上,一台工业设备在应用领域中所包含的是一个技术集群,而不是单纯的设备功能和技术本身,因而,研究和开发设备的功能,是形成行业及相关技术优势的必由之路,也是快速形成高校教师工程技术能力的快速通道。在解决大量工程技术问题的技术上凝练学科方向和研究专题,对于全面推进科研与教学一体化工作具有不可或缺的作用。
  3.实践教学的创新组织和实施(项目驱动式)
  “项目驱动式”实践课程,就是课程组织和实施过程中以各个层次具有明确需求的项目为主线贯穿始终,将课程中的知识点融入到项目中,学生以小组的形式完成项目,以技术问题为牵引,采用引导式、启发式教学方式来帮助学生逐步进入技术消化吸收和应用阶段,严格按照项目管理方式以节点推进课程的实施,以学生完成项目的质量来评定学生的成绩。有效地锻炼学生基于技术问题运用科学知识与方法解决实际问题的能力以及团结协作能力、独立工作能力等。实施过程中要结合专业特色、专业课程模块,采取完全开放性的模式,引导学生自主进行专业综合设计。加强学生工程概念和工程意识的同时,培养学生的工程素质,提高学生的综合应用能力和创新能力。
  在项目驱动式实践教学中,开设的每个实践技术项目,都要符合课程标准要求,同时要具有工程背景性。教师要分析项目必要性、可行性,评定技术指标和技术方案,审查计划和技术能力状况,确定研发经费,然后给予审批结论。不论采取什么样的审批形式,都要从实际出发,保证实践教学的顺利进行。教师对实践教学项目实施过程检查与管理,主要是检查实施的过程进度是否符合期限要求和经费支出是否规范等。另一方面是掌握研发项目的总体状况和在过程中存在的问题,以便给予支持和帮助,促进项目的顺利完成,同时帮助各个团队对技术经验进行总结,以丰富行业应用技术的经验,推进和提高教学质量。教学评价,是对基于工业设备的实践教学开发、研究项目的价值评判。结合项目技术特点和创新点,依据教学使用状况,通过相关指导教师或者督导组织形式进行评审,给出相应评价结论。评价过程,实际上是对实验人员研制开发工作的肯定,有利于激发实验人员教学、科研的积极性,同时也是考核实验人员工作能力的一个重要方面,所以,应加以重视评价工作。[4~6]
  为确保质量,必须抓住几个关键环节:①项目方案的制定;②综合设计阶段;③总结提高、小论文写作阶段;④开题和结题报告阶段。此项工作对指导教师也提出了更高要求,需要有专业综合能力、组织能力、控制和协调能力以及系统的技术经验总结和应用创新能力等。
  4.师生团队的深入互动建立个性化和系列化教学成果
  基于工业设备创新实践教学以工程需求凝练的技术题目为主线,针对各样不同的需求设定课程任务,进行个性化需求的研究,选择的研究载体各不相同,对应的研究结果也各自相异,这样每一轮课程的实施之后必会获得一系列的个性化创作和创新教学成果或作品。
  在“以学生为主体、教师为主导”的原则指导下,实践教学中,师生形成团队,一起设定研究目标和创作任务,研究关键技术实现方案,帮助组织管理和协调项目进程,共建科研与教学成果。师生团队共同形成从理论层面、技术层面、应用层面、操作层面、细节层面进行研究和应用,共建原创性的技术成果。团队成员之间建立了指导、互助的关系,让他们在学习过程中传递经验、互相学习。[7]系列化的教学成果正是建立在个性化成果积累、建设和整理基础上。因而,顶层规划和底层建设是一个全新的并行工程。
  5.校企资源的共享和深度开发推进双边人才培养和技术合作
  透过实践教学课程平台,基于校企合作进行的创新人才培养是技术合作的前提工作。创新实践教学模式建设规则和机制,以精英人才培养为目标,经过严格的过程成果数据管理和整理。在专业设备资源的开发、专题建立和深入研究及应用、关键技术的突破来促进科研和教学工作,促进校企互动进行人才培养和技术合作。
  新版人才培养方案中,实践教学体系已经发生了变化,主要体现在:①实践教学的运作的社会化。实践教学计划的制定以学校和相关企业、行业为主导;实践教学内容将以行业组织制定的职业能力标准或国家、国际通行证书所涵盖的内容为依据,做到双方的直接接轨。“订单式个性化培养”使企业充当了实践教学建设资金和设备的提供者支持和参与实践教学组织和实施。②实践教学运作的经营化。实践教学作为一种培养学生技术能力和综合素质的主要教学活动,其成果可以直接转换应用工程技术中,逐步形成系列技术解决方案;实践教学设备、设施可以用于开展科研,开发新产品,甚至直接介入生产,从而产生一定的经济效益。[8]
  高校与企业通过运行机制、内涵和表现形式等方面的创新,从人才培养到技术合作,体现“合作、双赢”,形成真正意义上的校企合作,才是解决设备先进性问题的科学的和有效的途径。实践教学的改革和发展离不开校企合作,在校企合作建设进程中,只有不断探索,不断创新,不断赋予校企合作以新的内涵和生命,才能有可持续的双赢,才能为社会输送创新的精英人才并促成长期的技术合作。[9]
  
  三、逆向工程技术及应用实践课程的建设和实施
  
  逆向工程技术及应用实践课程以柔性三坐标测量机INFINITE为基础,以培养大学生利用逆向工程技术解决工程问题的能力为目标。逆向工程技术是通过计算机技术及数据测量技术将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重构技术和产品先进制造技术的总称,与CAD/CAM/CAE形成一体化数字化设计技术,是现代先进设计和制造技术消化和吸收的最好手段。为提高实验教学质量,实验室在吸收科学和教学的新成果,更新实验内容,改革教学方法,通过实验培养学生理论联系实际的学风,严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力。根据承担的科研任务,积极开展科学实验工作。努力提高实验技术,完善技术条件和工作环境,以保障高效率、高水平地完成科学实验任务。开放实验室在保证完成教学科研任务的前提下,积极开展社会服务和技术开发,开展学术、技术交流活动。[10]
  通过两年多的努力,校企联合背景下研究和实施基于工业设备(三坐标测量机)的创新实践教学,哈尔滨工程大学工程训练中心与深圳比亚迪公司合作探索校企联合创新型人才培养模式,高校教师主动深入企业调研获取相关行业技术需求,结合逆向工程技术需求,形成了一系列相关的技术题目作为实践课程内容,课程成为一个平台,从高校延伸至应用领域的企业,工业设备作为一个技术载体,承载着教学与科研的工作任务。逆向工程技术及应用课程以项目驱动式教学模式开展和深化,形成了一个持续积累并不断深化应用技术的可持续发展格局。
  
  四、结束语
  
  在校企联合背景下展开基于工业设备的创新实践教学研究和实施工作具有实际的工程意义,通过实践获益匪浅,主要经验点:首先是充分认识到研发工业设备对科研和教学的促进作用和意义,主管部门要重视实验室对已有设备功能的研发工作以提高师资力量和水平,并予以落实。二是采取和制定科学合理的措施和制度,鼓励实验人员研发的积极性和创造性,并给予政策、经费支持和帮助(如:与职称评定挂钩、算工作量等),鼓励有条件和能力的教师主动走出去深入应用领域、结合工程技术需求展开技术合作。三是加强实验室设备研发工作的监管,要对实验室研发项目进行规范化管理,鼓励申报、严格过程、科学评价,真正使研发成果为教学服务。总之,实验室人员进行设备功能和技术开发,能够促进实验人员科研能力、工程技术与教学水平,是提高实践教学、科研能力、节约教学经费的重要举措,同时也是实验室工作的一项基本任务,在新版人才培养方案中应予以重视并落到实处。
  
  参考文献
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  3 李勇军、刘子建.研究型大学“四主线三层次”实践教学体系的构建[J].高等理科教育,2007(6):84~86
  4 洪 霞、徐钟林、陈建冰.实行项目管理的认识和实践[J].实验室研究与探索,2007.26(1):121~122
  5 郑春龙、鲁保富.实验室建设的项目管理法研究与探索[J].实验技术与管理,2004.21(6):130~131
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  9 杨 炜等.先进制造业技术人才培养的着力点[J].职业技术教育,2006(28):45~47
  10 《高等学校实验室工作规程》:第二章,第六、七、八条
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