机械创新实践教学平台建设与实践

教改教法摘要层次化的创新实践教学平台与分级的实践教学培养方案相配套，包括以认知为主的初级实践环节和综合实训为主的高级实践环节两部分。层次化的创新实践基地建设，对于提升实验和实践教学在人才培养、学科建设中的地位有着重要意义，通过整合优化了现有实验、实践教学资源，特别是普及大型工程应用软件的使用、建设开放的以提升学生创新实践能力为核心的实践基地，可以有效地推动实践教学体系的整体优化，促进人才培养模式的改革。关键词机械工程创新实践教学平台建设与实践ConstructionandPracticeoftheInnovationandPracticeTeachingPlatformforMechanicalEngineering//WangHaihua,JiaoYonggang,ZhaoZengxuAbstractHierarchicalinnovationandpracticeteachingplatformismatchedwithagradedpracticalteachingandtrainingprogram,includingtwoparts,theprimarypracticepartbasedoncognitionandthehigh-levelpracticepartbasedoncomprehensivetrain-ing.Hierarchicalinnovationandpracticebaseconstructionisofgreatsignificanceinimprovingthestatusofexperimentalandpracticalteachingintalenttraininganddisciplineconstruction.Throughtheintegrationandoptimizationoftheexistingexperi-mentalandpracticalteachingresources,andinparticular,thepopularizationoftheuseoflarge-scaleengineeringapplicationsoftware,andtheconstructionofopenpracticebasescenteredbyimprovingstudents'abilityofinnovationandpractice,theoveralloptimizationofthepracticeteachingsystemcanbepromotedef-fectively,andthereformoftalenttrainingmodelwillbefacilitat-ed.Keywordsmechanicalengineering;innovationandpracticeteachingplatform;constructionandpractice对于工科院校,特别是机械工程学科的学生来说,实践知识的积累、动手能力和创新能力的培养是最重要的培养目标[1]。目前，机械工程更加注重机、电、液的综合交叉，因此机械工程的学科平台也应在这一形势下进行重新调整,其中的实践教学平台更是要集成多学科的优势，建设综合性、层次化机械工程学科的教学和科研平台。层次化的创新实践教学平台与分级的实践教学培养方案相配套，层次化的创新实践基地建设,对于提升实验和实践教学在人才培养、学科建设中的地位有着重要意义。整合优化了现有实验、实践教学资源,使设计性、综合性、开放性的实验和工程实践内容成为主体,特别是普及大型工程应用软件的使用、建设开放的以提升学生创新实践能力为核心的实践基地,可以有效地推动实践教学体系的整体优化,促进人才培养模式的改革[2]。1建设思路1.1突出“创新”这一主线创新平台的建设要围绕“创新”这一主线，创新资源的整合、创新项目的组织、在创新平台的建设、信息化技术和手段的应用、平台的运行和管理、指导队伍的建设等方面均要体现“创新”的元素和举措。1.2突出学生的创新主体性站在学生的角度思考创新实践平台的建设规划,通过有效的组织和引导,将资金、场地和时间落实到学生身上，使各项创新实践活动都尽可能地实现学生自主设计、自我管理。1.3实践教学平台建设与专业培养方案修订相适应传统的认识实习、金工实习、生产实习模式已经难以适应教育要面向现代化的这个大趋势。现代工业制造不仅包括传统的机加工设备和工艺方法,还要采用新技术与新工艺,如将数控技术、激光技术、线切割技术、3D打印、智能控制等应用于工业制造过程之中。所以,培养计划中工业制造实践环节应当是建立在现代新技术发展趋势之上的各种产品加工方法和技能的训练,其中应包括机电产品和非机电产品的制造方法训练。创新实践训练内容的建设要在专业培养方案修订的基础上进行。分级的实践教学培养方案是现在很多工科院校进行实践教学改革的主要思路[3]。2建设内容2.1机械综合虚拟仿真实训平台结合现有数控加工训练平台、材料成型训练平台、液压训练平台建设机械综合虚拟仿真实训平台。其中包括多轴数控仿真软件VERICUT，能够实现2轴车削、3轴铣削数控程序的仿真验证。华铸CAE11.0标准版，能够进行铸件的凝固分析、充型分析以及流动和传热耦合计算分析。液压Hyvos7.0、AutomationStudioEducation61仿真软件，可是实现液压、气动、PLC、电控等流体控制设计和仿真，以及对复杂结构的建模及几乎任何传动顺序和负载的仿真。通过现代大型工程软件,在虚拟、安全的环境内，对项目进行开发、测试和分析，完成构建、应用和维护，快速掌握学习内容；促使学生对先进的设计和制造技术的学习与训练，同时加强机械基础知识综合运用能力的培养。

机械创新实践教学平台建设与实践王海花焦永刚赵增旭（石家庄铁道大学机械工程学院河北·石家庄050043）

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16871/j.cnki.kjwhc.2018.07.024

基金项目：河北省高等教育教学改革研究项目资助（2016GJJG108，2017GJJG122）。作者简介：王海花（1974—），女，山西太原人，博士，副教授，研究方向为教学管理与创新实践教育。

50TheScienceEducationArticleCollectsTotal.429July2018（C）总第429期

2018年7月（下）

2.2先进制造加工实验室先进制造加工实验室包括数控加工中心、激光雕刻机、线切割以及通用机床等主要设备，以及与之配套的工具、刃具、量具、夹具等。数控加工实验室是小型零部件的加工基地,通过开放式的管理，学生可以自己动手,将自己所设计的部分零部件加工出来,使比较成功的创新设计成为产品或模型。另外也为教师、研究生的科研进行服务。数控加工实验室均为大型加工设备，实验室管理采用开放式管理模式，学生和老师均可在线提出加工申请，经实验中心批准后在实验室老师指导下使用加工设备。2.3机器人创新实验室实验室配备了“慧鱼机器人模型”、“创意之星”机器人套件，“博创”机器人套件，“大疆”无人机开发平台，学生可以利用各种机器人底盘、机械机构、电器元件等,搭接机器人操作模型，同时可以用微机联接智能接口板控制,开发相应的控制程序。使学生掌握机构的设计原理,对机电一体化的概念有感性的认识。创意机器人实验室使用门禁管理模式，由学院大学生创新协会的机器人小组管理使用。机器人小组负责人向实验中心提出工具、耗材等购置申请，由实验中心采购。同时实验中心定期对创意机器人实验室进行检查督促，保障实验室的正常使用秩序。2.4创意机械综合实训平台创意机械综合实训平台的一个基本理念就是以项目和作品为导引，突出学生的创新意识和自我学习意识。为此实验中心整合了几个模块：一是拆装训练模块，包括发动机、压缩机的拆装，并配合各种测量工具的使用。二是金属加工模块，包括5台小型数控车床、小型数控铣床、金属雕刻机、其他小型切割焊接设备等，学生可在老师指导下使用各种设备加工自己设计的零件或者作品。三是模型加工模块，整合了原有工业设计的模型制作实验室，增添了各种木工加工设备，包括木工车、锯、铣、刨等，还有木工雕刻机、砂光机、及各种工具。学生可以设计加工各种工艺作品或者简单的机械装置。四是现代的先进制作技术，主要是3D打印机，学生在老师指导下通过三维设计软件的学习，加工所需要的作品或者零部件。实训过程中要求学生完成所有的四种平台设备使用训练，同时分组设计加工实训作品，作品需包括两种平台设备以上的加工工艺。实训结束进行综合实训作品展及实训汇报会，通过实训过程、作品展示综合评定学生实训成绩。3建设效果3.1突出学生的创新主体性学生是创新实践基地各项活动的主体。通过有效的组织和引导,在制度管理、教学内容等方面，使各项创新实践活动都尽可能地实现学生自主设计、自行组织,从而使学生由以往的被动式学习转变为主动式学习。如创意机械综合实训平台、机器人组合实验室均由学院的大学生创新协会管理，学生通过实验信息管理系统预约，管理人员根据实际情况对预约信息进行处理。另外，为了保障学生自我管理的顺利实施，学院制定了“大学生创新活动实验室使用管理规定”、“实验室预约开放管理规定”、“大学生创新活动经费使用管理规定”、“实验室仪器、工具借用管理规定”等规章制度。3.2初步构建了层次化的创新实践平台大学生创新实践基地丰富了教学内容层次，保证了创新教育的有效实施，相关平台通过服务“全国机械创新大赛”、“挑战杯课外作品大赛”、“全国机器人大赛”等学科专业竞赛、“互联网+”创新创业训练等,积极促进了实践教学模式的改革与发展,取得了很好的实践效果。3.3教学资源得到充分的开发和利用由学生自我管理的创意机械综合实训平台、机器人创新实验室，通过教师指导使用的开放式数控加工实验室，以及由通过无线网络授权使用的机械综合虚拟仿真实训平台建设，促进了各种教学资源的有效整合,改善了新模式下的实践教学条件,有效提高了教学资源的利用率。3.4有力地保障了大学生创新实践活动大学生是创新实践基地进行学习和训练的主体,其实践动手能力、创新意识、团队协作精神等都取得了显著提高。在全国大学生机械创新设计大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、三维数字化创新设计大赛、全国虚拟仪器大赛等各种国家级赛事中，学院获奖学生逐年增加。4存在的问题通过大学生创新实践基地的初步使用，可以发现学生的创新意识和自主学习能力不是问题。结合专业特色的实践平台建设与配套管理制度相结合为学生创造自我学生自我实践的机会，很快就会激发学生的创新潜力，并取得很好的效果。但是通过实践也发现了制约大学生创新实践活动深入开展的因素。4.1适应创新实践训练的培养方案修订培养方案是人才培养的重要保障。2016年4月，《华盛顿协议》专家组建议接纳中国为正式成员，标志着我国工程教育的质量标准、认证标准、认证程序以及组织机构完全达到了《华盛顿协议》正式成员的标准，这就需要每一个任课老师自觉学习工程教育认证的理论和知识，积极探索新式教学模式，并将工程教育认证观念融合到课堂教学和实践教学之中。4.2创新实践训练指导教师队伍建设创新实践教学活动需要有科学合理的运行及管理机制与之配套,另外指导教师的积极性和学生主动性,是充分发挥创新实践基地的各项功能的保障。在工程教育认证背景下，大学生创新实践活动应该成为专业培养方案中重要的组成部分，应该被所有专业老师纳入专业课程的教学活动中。因此，理论上所有专业课老师均是创新实践训练指导教师。以此为理念，除了要以工程教育认证观念进行培养方案的修订之外，还需要所有老师进行相关的理论学习，包括外出培训，革新自己的教育理念，同时要首先提高专业老师的实践能力和素养，系统科学的进行工程背景培训。