林勇傳
(廣西大學 機械工程學院,廣西 南寧 530004)
21 世紀的國際競爭日益激烈,國家間的經(jīng)濟、科技乃至綜合國力的競爭,實質(zhì)上是智力與人才的競爭。國家在“十四五”規(guī)劃下,正在打造新興產(chǎn)業(yè)鏈,推動傳統(tǒng)制造工藝高端化、智能化、綠色化,發(fā)展高層次服務(wù)型制造。這迫切需要培養(yǎng)大批具有國際視野的面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新人才,以響應(yīng)國家戰(zhàn)略需求,使他們成為我國由“制造業(yè)大國”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸圃鞓I(yè)強國”目標實施的中堅力量。
當前我國引導本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展還處于初始階段,為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、產(chǎn)教融合深化的需要,職業(yè)院校開展了一定程度的課程改革[1],但因“產(chǎn)教融合”這一提法近年才興起,對本科層次研究成果較少,缺乏區(qū)域經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級所需的高層次應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制。因此以企業(yè)人才需求為基礎(chǔ)對地方工科院校產(chǎn)教融合應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的研究有助于延伸高等教育層級,能有效推動本科層次的創(chuàng)新人才培養(yǎng),加快建立細致完善的機械工程先進制造工藝人才培養(yǎng)體系。
機械制造技術(shù)課程群是為機械專業(yè)開設(shè)的一系列專業(yè)基礎(chǔ)課程。開展面向機械制造技術(shù)課程群的產(chǎn)教融合研究是地方工科院校順應(yīng)時代發(fā)展潮流,基于國家及地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展需求的必然選擇。為此國內(nèi)知名高校紛紛開展先進制造領(lǐng)域課程內(nèi)容和應(yīng)用型創(chuàng)新引領(lǐng)人才培養(yǎng)模式的探索,如清華大學專門成立了機械工程人才培養(yǎng)實驗班,浙江大學開設(shè)有工程師研究院[4],加大教學過程的產(chǎn)教融合力度,能夠有力地提升我國學生解決實際工程科學問題的能力。
廣西地區(qū)制造業(yè)要想實現(xiàn)對重大技術(shù)裝備制造和新材料等生產(chǎn)工藝的高端化、智能化和綠色化,需要企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和學校創(chuàng)新鏈緊密對接,離不開產(chǎn)業(yè)界對高校人才培養(yǎng)的全面參與和支持。通過研究面向?qū)嶋H生產(chǎn)機械制造技術(shù)課程群的產(chǎn)教融合,可推動廣西大學本科及研究生層次的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)實踐,促進區(qū)域制造產(chǎn)業(yè)升級,有效形成人才培養(yǎng)與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展相互溝通、相互促進的良性循環(huán),進而為推動廣西其他地方高校轉(zhuǎn)型、特色發(fā)展起到借鑒推廣作用。
為此,在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,借鑒頂尖學校的經(jīng)驗,從廣西地區(qū)特色制造工業(yè)領(lǐng)域出發(fā),結(jié)合廣西大學發(fā)展要求,本研究積極探索“五化”教學法在機械教學中的應(yīng)用,探索出面向?qū)嶋H機械制造技術(shù)課程群的產(chǎn)教深度融合新機制,形成學校企業(yè)合作的產(chǎn)教一體、良性互動、持續(xù)發(fā)展的局面,以廣西大學機械工程學院2022 級“機械工程創(chuàng)新培養(yǎng)班”的改革為試點,經(jīng)過2 年的研究探索,逐步推廣到2023 年以后入學的機械工程學院的所有專業(yè)的本科生,其教學改革經(jīng)驗可供其他工科類教學借鑒,最終目的是提升學生面對實際生產(chǎn)工藝的應(yīng)用和創(chuàng)新能力。
廣西大學機械工程學院于2000 年開始開展多元化、多樣化、全程化創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探索與實踐,獲得了1 個國家級特色專業(yè),1 個國家級卓越工程師培養(yǎng)計劃試點專業(yè),1 個國家級工程實踐教育中心,1個國家級虛擬仿真實驗教學中心,改革成效顯著。但院內(nèi)面向機械制造技術(shù)課程群很大程度是通過上課、視頻、手冊、實習等傳統(tǒng)手段來培養(yǎng)人才,培養(yǎng)過程中企業(yè)參與度低,融合程度不夠、存在面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝的技術(shù)技能水平和創(chuàng)新能力不足等現(xiàn)實問題,與創(chuàng)新人才培養(yǎng)新要求還有較大的距離。
首先,機械制造技術(shù)課程涉及制造技術(shù),工藝技術(shù)等多個領(lǐng)域的相互融合,而現(xiàn)有的教材仍然是以理論學習為主導,教材內(nèi)容很難調(diào)動學生學習的主動性和積極性。其次,生產(chǎn)工藝總是不斷吸收各種前沿技術(shù)而進化,而現(xiàn)有的機械制造技術(shù)課程體系內(nèi)容過于陳舊,與時代嚴重脫節(jié)。再次,機械制造技術(shù)課程群涉及的內(nèi)容大多需要和實際生產(chǎn)相聯(lián)系,學生在學習機械制造技術(shù)課程中由于缺乏試驗平臺,提出的許多問題和想法無法及時通過試驗驗證,導致對這門課的學習理解深度不夠。況且,現(xiàn)有教學中許多機械設(shè)備已經(jīng)與時代落伍,例如教學中十分重要的數(shù)控機床設(shè)備,限于學校發(fā)展資金有限,很難及時更新?lián)Q代,基于這些設(shè)備教學實際已與企業(yè)實際使用的設(shè)備脫節(jié)。可見現(xiàn)有大多數(shù)課程內(nèi)容沒有進行專項專業(yè)內(nèi)容建設(shè),對于機械行業(yè)熱點技術(shù)的理解缺乏專業(yè)的解讀,這樣的課程教學理念與創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系仍有一定差距。
創(chuàng)新能力是一個優(yōu)秀工程技術(shù)人才的基本特征,由知識視野、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能和創(chuàng)新素質(zhì)等要素相互作用而形成,其中,創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能是最為核心的兩個部分[2]。培養(yǎng)具備持續(xù)性創(chuàng)新創(chuàng)造能力的當前人才培養(yǎng)的改革目標。首先,傳統(tǒng)的教學模式始終是以教師為中心,在課堂上,老師講授課程內(nèi)容,學生邊聽邊做筆記,這個過程中缺乏師生良性互動,課堂的活躍度不夠。這大大限制了學生的創(chuàng)造力和應(yīng)用能力,學生雖然理解了書本內(nèi)容,但是很難理解書本中理論帶來的實際生產(chǎn)意義。其次,機械制造技術(shù)課程群的工程實踐課仍缺乏一對一的實踐培訓,大多數(shù)老師仍然采用大班制開展教學,每個學生對于知識的消化能力有所區(qū)別,掌握情況也不同,這會導致學生的訴求得不到及時有效的解決。因此,在新工科背景下,機械制造技術(shù)課程群教學形式需要進行相應(yīng)變革,滿足新時代人才培養(yǎng)的要求[3]。
機械制造技術(shù)課程群實踐教學和理論教學同等重要,而現(xiàn)有教學體系雖然也涉及實踐教學,但往往僅停留在課本內(nèi)容方面的驗證性實踐,缺乏和前沿工程技術(shù)應(yīng)用方面結(jié)合的實踐。企業(yè)參與度也較低。多數(shù)企業(yè)參與學校人才培養(yǎng)的主要形式是提供實習條件,只有很少部分企業(yè)直接參與了高校人才培養(yǎng)和課程實踐環(huán)節(jié)的制定與實施。學生面對實際生產(chǎn)工藝的應(yīng)用能力差,最終使得在當前的人才培養(yǎng)與企業(yè)實際要求相脫節(jié)。同時,缺乏有實踐知識、經(jīng)驗和能力的師資。由于大量專業(yè)型技術(shù)人才涌入待遇較優(yōu)厚的企業(yè)中,導致機械實踐教學環(huán)節(jié)需要的教師嚴重缺乏,現(xiàn)有機械教學體系中的老師很多缺乏實踐經(jīng)驗且知識儲備陳舊,很難保證機械制造技術(shù)課程群的教學質(zhì)量。
所謂“五化”教學法就是針對國家戰(zhàn)略,結(jié)合廣西地區(qū)特色制造業(yè)發(fā)展需要,貼合學校發(fā)展定位,通過課程目標模塊化、課程體系系統(tǒng)化、工程實踐情境化、產(chǎn)教融合基地化、質(zhì)量監(jiān)控日?;鍌€方面來研究課程基于知識性問題、尋求意義的問題、尋求事物間關(guān)系的問題、評價性問題和尋求解決復雜制造工程問題等的教與學的模式改革。
(1)在課程組織中,以掌握生產(chǎn)工藝的基本理論與方法為主,引入機器學習、5G、大數(shù)據(jù)等先進輔助生產(chǎn)技術(shù),形成多學科交叉融合的先進制造技術(shù)理論,培養(yǎng)學生解決制造生產(chǎn)工藝前沿領(lǐng)域的復雜科學問題的能力。構(gòu)建機械制造技術(shù)的系統(tǒng)化課程體系。
(2)設(shè)定每個教學內(nèi)容模塊為針對某一生產(chǎn)工藝領(lǐng)域的理論與職業(yè)素質(zhì)內(nèi)容的組合,更針對工程科研實踐項目運行需求。
(3)通過工程案例、視頻等多媒體方式再現(xiàn)實際制造工程工藝過程,使學生深刻認知制造工藝技術(shù)及流程,其次利用虛擬技術(shù)和校內(nèi)工程實踐中心,構(gòu)建工藝情景化下的實際實訓操作和實踐場景,使學生進一步熟悉多種工藝下先進制造技術(shù)的應(yīng)用,最終在校外實習基地,根據(jù)實際制造工藝,讓學生融于在制造生產(chǎn)過程中,提升學生面向機械制造生產(chǎn)工藝技術(shù)的應(yīng)用能力,形成認知、熟悉、應(yīng)用的漸進式情景化工程實踐機制。
(4)采用課程學習和導師指導科學訓練的培養(yǎng)方式,利用學校企業(yè)產(chǎn)學研平臺,搭建面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝的情境化科學素養(yǎng)訓練平臺。通過成立學校、企業(yè)合作的雙導師指導團隊,參與到具體的情景化教學工作中,以學生為中心,在教師的引導下培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,以此來提升學生的實踐能力和實踐精神,提升學生面對實際生產(chǎn)工藝應(yīng)用中的專業(yè)水平和能力。
(5)日常監(jiān)控主要對課程教學實踐的過程、組織、紀律等日常工作和質(zhì)量進行監(jiān)控和評價。通過傳統(tǒng)集中監(jiān)控和日常監(jiān)控分別從宏觀和微觀兩方面對課程理論和實踐過程進行跟蹤、反饋與持續(xù)改進,形成常規(guī)教學秩序檢查監(jiān)控制度,完善教學模式改革措施。
根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)體系制造方法和制造業(yè)的“新四基”要求,確定以培養(yǎng)解決實際生產(chǎn)工藝應(yīng)用技術(shù)的研究、科技開發(fā)等領(lǐng)域的科學問題,從教學環(huán)境、教育資源、課程內(nèi)容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)等多方面對機械制造課程體系進行系列化特色建設(shè)。通過厚基礎(chǔ),寬口徑,重科研素養(yǎng)訓練及創(chuàng)新能力等培養(yǎng)模式,使學生成為最終的受益者。在產(chǎn)教深度融合機制下,優(yōu)化面向生產(chǎn)工藝的課程群內(nèi)容體系,探索機械生產(chǎn)工藝領(lǐng)域應(yīng)用創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案。
在人才培養(yǎng)方案的布局中,重點突出學生綜合應(yīng)用能力的提升以及養(yǎng)成終身學習的習慣。在機械生產(chǎn)工藝課本知識掌握方面,學生需要十分扎實的課本基礎(chǔ)知識,對于課本中涉及的材料、計算機等相關(guān)交叉學科的基本理論和應(yīng)用技術(shù),要充分調(diào)動學生對于新興技術(shù)的好奇心,充分發(fā)揮好學生自主調(diào)研學習的能力,能夠較深入的了解先進生產(chǎn)工藝的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。在分析問題方面,學生需要把課本中學習到的理論知識和解決實際工程應(yīng)用問題結(jié)合到一起,對于實際生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的復雜工程問題,學生能夠養(yǎng)成主動查閱相關(guān)文獻的習慣,并且能夠?qū)ο嚓P(guān)文獻進行歸集和分析,從而獲得有效結(jié)論和解決方案。在實踐能力方面,需要安排給學生一些項目和課題,讓學生掌握現(xiàn)代生產(chǎn)工藝流程和方法,具備完善制造生產(chǎn)工藝的能力,通過加入相關(guān)課題組,讓學生快速成長,讓學生在團隊中找到自己的角色,在團隊中鍛煉自己的表達能力、人際交往能力、組織管理能力。在學生對相關(guān)項目跟進的過程中,培養(yǎng)學生的社會責任感和工程職業(yè)道德,具有追求工藝創(chuàng)新的態(tài)度和意識,了解與機械制造工藝相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、研究與開發(fā)、和綠色制造等方面的方針、政策和法津、法規(guī),能正確認識機械制造工程對于客觀世界和社會的影響。
(1)建設(shè)與時代發(fā)展相符的課程理念。在面向“五化”的機械制造技術(shù)專業(yè)課程開設(shè)中,針對廣西大學機械制造專業(yè)人才培養(yǎng)需求,相繼引入了計算機集成制造、智能制造技術(shù)、生產(chǎn)信息技術(shù)等課程,內(nèi)容包含CAD、CAE 等機械制造中的數(shù)字化設(shè)計、機械行業(yè)先進技術(shù)、企業(yè)信息化管理等,除了必要的課本理論之外,還引入了世界制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢與前景,特別是與國家制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)的先進制造技術(shù),如智能制造導論,建設(shè)具有前沿視野的面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝的課程系統(tǒng)。
(2)彈性靈活的課程內(nèi)容。在已有的課程理論內(nèi)容基礎(chǔ)上,可由上課老師根據(jù)自身團隊課題研究方向,在適當增加課題研究相關(guān)課程內(nèi)容,豐富學生對先進機械制造技術(shù)的科研認識,充分利用好相關(guān)校企合作資源,有針對性的引入與課程內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的實踐教學案例,將工藝技術(shù)真正的應(yīng)用到教學中,在實踐教學環(huán)節(jié)中,應(yīng)當以學生為主導,教師主要給予解答和指導,在此過程中培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,要充分發(fā)揮學生的主觀能動性,充分利用好機械測試設(shè)備,引導和培養(yǎng)學生的科研興趣和創(chuàng)新意識。
(3)國際視野的學習與交流。通過學院內(nèi)部學生會組織,階段性地邀請前沿技術(shù)相關(guān)的一些專家和學者開展學術(shù)報告和講座,每年組織學生和教師與國內(nèi)外著名高校進行交流,組織學生定期到相關(guān)企業(yè)學習和實踐。
(4)校企深入融合的實踐教學體系。構(gòu)建以綜合性、應(yīng)用性為主,結(jié)合計算機繪圖大賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等課外科技活動、競賽、專業(yè)技能認證等,既有基本技能訓練,又有開發(fā)創(chuàng)新的實踐教學體系。改變實踐教學以驗證性、演示性實驗為主的現(xiàn)狀,建立系列課程或課程群起點上的具有一定柔性、實驗實習一體的獨立實訓環(huán)節(jié),建成基本技能、專業(yè)技能、工程創(chuàng)新與應(yīng)用能力訓練相結(jié)合的實踐教學體系[5]。同時通過引入先進企業(yè)參與到具體的教學工作中,以實際工程問題或課題為目標,滿足培養(yǎng)學生的面向?qū)嶋H工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力的需要。
(5)建立全開放實驗教學模式?;谝延械膰夜こ虒嵱栔行暮吞摂M仿真中心,采取相關(guān)實驗室改革措施,優(yōu)化實驗室教學內(nèi)容,加強理論教學與實踐教學之間的聯(lián)系,建立含生產(chǎn)工藝認知實踐和產(chǎn)品生產(chǎn)基礎(chǔ)工程訓練、生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)實驗和生產(chǎn)工藝綜合設(shè)計、生產(chǎn)工藝工程綜合實踐與工程研發(fā)創(chuàng)新實踐的分層次、模塊化、課內(nèi)和課外相結(jié)合、教學與研發(fā)相結(jié)合的、開放式的實驗教學體系。采用全開放式教學,通過簡單產(chǎn)品和機構(gòu)的生產(chǎn)工藝設(shè)計與制造技術(shù)訓練等方式,鍛煉學生的動手能力和創(chuàng)新能力[6]。
(6)提高實驗教學比重,完善校企合作等多種教學模式。通過課程改革,設(shè)置了更多課時和學分的實踐教學,專門設(shè)置了創(chuàng)新訓練課程,使學生都能加入到優(yōu)秀教師的科研項目中,并利用好校內(nèi)實驗中心等教學平臺和校外實踐教學基地,提升學生的綜合應(yīng)用能力。同時,為吸引先進的制造企業(yè)參與到校企合作中來,開設(shè)了面向工程應(yīng)用等方面的校內(nèi)選修課和行業(yè)精英教育等學術(shù)專題講座,讓企業(yè)的一線工程師擔任主講,推動其深入?yún)⑴c到高校的具體教學中來,促進課程理論內(nèi)容與實際生產(chǎn)工藝技術(shù)深入融合。
(1)樹立“以學生為中心的理念”。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂師生角色位置,采用更加現(xiàn)代化的啟發(fā)式教學模式,從“以教師為中心”的“傳道、受業(yè)、解惑”逐步走向“以學生為中心”的“悟道、求業(yè)、生惑”的新境界[7],激發(fā)學術(shù)志趣,授課教師需要提前做好課前準備工作,引導學生主動學習、主動實踐,鼓勵學生悟道、問道、尋道,啟發(fā)學生求是、求真、求業(yè),此外,教師還應(yīng)該提出一些課后問題留給學生,讓學生在此過程中產(chǎn)生更大的疑惑,以學習效果為導向,開展面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝問題的素養(yǎng)訓練,激發(fā)更大的激情,讓學生更好地成為自己,從而培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新引領(lǐng)人才。
(2)專兼結(jié)合的“雙師型”教師隊伍。加強應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的師資隊伍建設(shè),采取外引內(nèi)培結(jié)合、專兼結(jié)合的辦法,制定切實可行的引進、培養(yǎng)、外聘措施,聘請包括對口支援高校、國內(nèi)外知名高校的知名教授、知名制造企業(yè)的高級工程師擔任短期授課教師,建設(shè)一支由專任老師、國內(nèi)外知名高校兼職教師及高級工程師組成的教學能力、科研和實踐能力兼?zhèn)洌軡M足應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要的“雙師型”教師隊伍。
(1)平臺與導師團隊建設(shè)。利用校內(nèi)一些重點實驗平臺及相關(guān)優(yōu)質(zhì)實踐資源,建設(shè)涵蓋面向機械制造技術(shù)課程群的智能制造研究、智能測控技術(shù)研究、精益制造工藝研究等多個研究訓練平臺,并組建相應(yīng)的校企導師指導團隊,建立基于實際生產(chǎn)工藝工程問題的研發(fā)與應(yīng)用課程體系,學生自主選擇實踐訓練內(nèi)容和建立興趣團隊。
(2)導師制。加強企業(yè)和學校的聯(lián)系,吸引企業(yè)的高級技術(shù)人員參與課程教學和實踐內(nèi)容,全程實行雙導師制,包括學業(yè)導師和實踐導師。學生從課程開始可根據(jù)課程內(nèi)容進入各團隊學習,即進入導師科研團隊或?qū)嶒炇遥瑢W業(yè)導師指導學生進行科學研發(fā)訓練計劃,實踐導師依據(jù)實際生產(chǎn)工藝經(jīng)驗進行輔助指導。并且,根據(jù)實際生產(chǎn)工藝流程和研發(fā)需要,由學業(yè)導師和實踐導師團隊及合作平臺負責指導實踐訓練,并報學院備案以便學院進行質(zhì)量監(jiān)控與評價。導師制不僅能夠促進學校和企業(yè)之間的交流,還可以讓學生提前適應(yīng)科研環(huán)境,為以后無論是從事科研工作,還是投生企業(yè)攻堅克難奠定了良好的前期基礎(chǔ)。
(3)科研實踐訓練實施體系建設(shè)??茖W研究訓練是培養(yǎng)學生科研創(chuàng)新素養(yǎng)的必經(jīng)環(huán)節(jié),貫穿于整個課程學習期間。學生經(jīng)過項目創(chuàng)設(shè)、項目方案設(shè)計與實施、小組合作、項目匯報等環(huán)節(jié)系統(tǒng)化訓練,逐步提高學生的課程創(chuàng)新能力,有利于培養(yǎng)高素質(zhì)、具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ膭?chuàng)新引領(lǐng)人才。為了讓學生按照完整科研工作過程進行訓練,需要進行科研實踐訓練體系建設(shè),采集階段性數(shù)據(jù),對教學效果進行量化管理,確??蒲兴仞B(yǎng)訓練實施到位,利于質(zhì)量監(jiān)督和持續(xù)改善。
(4)質(zhì)量保障與評價體系建設(shè)。從學院層面調(diào)度各方資源,建立培養(yǎng)模式改革的質(zhì)量監(jiān)控體系,階段性采集實施數(shù)據(jù),對培養(yǎng)目標進行達成度分析;建立科研實踐實施項目庫,對項目實施過程進行跟蹤、反饋與持續(xù)改進;制定科研項目實施的管理規(guī)范和支持項目實施的專業(yè)培養(yǎng)方案,完善教學模式改革措施。
針對筆者所在的學校機械制造技術(shù)課程群教學問題,引入“五化”教學法進行教學改革,涉及目標、課程內(nèi)容、教師和平臺等內(nèi)容的改革。使其更符合新時代人才培養(yǎng)和企業(yè)需求。
“五化”教學法需要吸引區(qū)域先進制造企業(yè)深入?yún)⑴c到具體教學中,以激發(fā)學生應(yīng)用與研發(fā)志趣為導向,構(gòu)建面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝需求的產(chǎn)學研平臺和校企教師指導團隊,采用教師引導式實踐訓練和學生自主式創(chuàng)新實踐相結(jié)合,強調(diào)學生自主選擇實踐訓練內(nèi)容和建立興趣團隊,在實踐中成長。培養(yǎng)學生技能應(yīng)用、創(chuàng)新能力等多方面能力,多渠道實踐環(huán)節(jié)全面提升學生面向?qū)嶋H生產(chǎn)工藝問題的創(chuàng)新能力,以期培養(yǎng)具有國際視野和創(chuàng)新精神的機械制造工藝領(lǐng)域創(chuàng)新人才。