以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案

2010年第12期(总第100期)

☆一等奖☆

以项目教学为载体制订先进制造技术

*

卓越工程师培养方案

汪木兰 周明虎 李建启

南京工程学院 江苏南京 211167

摘 要:针对应用型先进制造技术卓越工程师的培养标准和知识能力的具体要求,采用专业能力进阶培养和项目教学法的先进理念,构建出了核心专业知识模块、理论教学课程体系、实践教学体系、人文与职业素质培养体系、整个课程体系鱼骨图以及相应的学分要求等,然后对大学四年级实施的企业顶岗实习培养计划和毕业设计环节的具体要求进行了阐述,最后还对组织双师型结构教学团队的有效途径和方法进行了分析,以期通过实施本工作方案可以培养出具有大工程意识的先进制造技术高级工程技术人才。

关键词:项目教学法;先进制造技术;卓越工程师;培养方案

项目教学法是以工程实践为导向、充分体现现代教育理念的教学方法,在西方国家特别是德国被广泛应用并成效显著。

项目教学法是通过完成一个完整的“项目”工作而进行的实践教学活动,将多门课程所涉及的知识和技能通过一个明确的“项目任务”布置给学生,学生根据任务要求,运用所学的知识和技能,通过“确定项目任务—制定工作计划—组织项目实施—检查考核评估—总结评比归档”等5个阶段,采用“团队学习”的方法,动脑、动手、交流和合作,最终完成项目任务并以成果的形式予以展现。

2009年底,教育部计划在部分高校试点“卓越工程师”培养工作。工程师类型主要分为应用型、设计型和研究型3种。应用型工程师主要是在现场从事产品的生

产、营销、服务或工程项目的施工、运行和维护;设计型工程师主要从事产品或工程项目的设计与开发;研究型工程师主要从事复杂产品或大型工程项目的研究、开发以及工程科学的研究。应用型工程师建议主要在本科阶段培养,设计型工程师建议主要在硕士阶段培养,研究型工程师建议主要在博士阶段培养。本文主要针对应用型卓越工程师,介绍了采用项目教学法为指导思想,制订先进制造技术卓越工程师培养的工作方案,以期为这项教改工程的推进做出一份贡献。

一、专业背景和培养目标及知识能力

1.专业背景

先进制造技术卓越工程师的培养隶属于机械设计制造及其自动化专业,主要由我校先进制造技术工程中心承担,生源均为江苏省中等专业学校经过选拔对口单招的学生。

南京工程学院先进制造技术工程中心起源于20世纪80年代原机械工业部发文的机械工业南京数控培训中心。中心于1997年与德国西门子公司合作组建成立了“西门子(南京)自动化技术培训中心”,其后于1998年与德国政府合作共建“南京自动化高等职业技术教育培训中心”项目(简称BAN),学习借鉴德国高等工程和高等职业教育理念和经验,结合我国国情开展应用型高等

作者简介:汪木兰,硕士,教授。周明虎,本科,高级工程师。李建启,硕士,教授。

*本文系江苏省教育科学“十一五”规划重点资助课题(B-a/2008/01/008);“十一五”国家课题“我国高校应用型人才培养模式研究”子课题(FIB070335-A7-02)。

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教育的探索和实践,通过互派教师和交流学生等方式,实践德国“3+1”教学模式,采取“校企合作、项目教学、理实一体”的教学手段,取得了很好的成效。

先进制造技术工程中心的办学指导思想为:学以致用、因材施教、能力为本、就业为上。其中“学以致用”是我校的办学理念,是所有专业制订培养方案的“纲”;“因材施教”主要针对“对口单招”生源“踏实勤奋学习、数理和英语基础相对较弱、动手操作能力相对较强”的主要特点,制订科学合理的人才培养和课程教学计划;“能力为本”着重打造学生拥有先进制造的工程应用和综合实践能力,培养工程意识强的现场制造工程师;“就业为上”检验了人才培养的效果和质量,先进制造技术工程中心独特创新的培养模式受到了机械制造行业及相关企业的普遍认可,多年来本专业毕业生一次性就业签约率在全校名列前茅。

2.培养目标

培养面向工业现场的高级应用型机械制造工程师,侧重于先进制造技术的综合运用,不过分强调理论基础的系统化,但要求掌握较宽厚的专业基础知识,能力和素质协调发展,德、智、体、美全面发展,具备较强的专业适应能力,具有跟随技术进步,不断自我完善和长远发展的潜力。

先进制造技术卓越工程师旨在培养机械制造及其自动化领域从事计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术应用、数控加工工艺、数控加工编程、数控机床设备电气设计和安装调试、加工操作及故障诊断、数控机床维护和维修的应用型卓越工程技术人才。

3.知识能力

培养先进制造技术卓越工程师的学校标准可以综合为知识、能力与素质等9项具体要求:

(1)基础科学知识。(2)核心工程基础知识。(3)高级工程基础知识。

(4)解决专业领域实际工程问题的能力。(5)实验中探寻知识及文献查阅的能力。(6)创新精神与职业道德。(7)人际交往与团队合作的能力。(8)交流能力。

(9)项目的构思、设计与实施的能力。

上述9项要求可以进一步体现为知识与能力结构,包括基础知识、专业技能和综合素质3个方面:

(1)掌握先进制造技术有关的一般性数理知识、外语交流能力、电子技术与计算机知识,机械基础和专门的工程技术基础知识,合理运用现有技术,及时了解新

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兴技术。

(2)掌握较宽厚的与先进制造技术有关的系统化专业知识,拥有解决工程实际技术问题的能力方法和操作技能,了解先进制造技术的发展现状与发展趋势。

(3)具有过硬的政治觉悟和良好的职业素质,体现出对职业、社会和环境的责任,具有较强的交流沟通能力和团队协作精神。

二、工作方案制订的出发点

1.专业能力进阶培养与项目教学法

根据学校实施“卓越工程师”的总体方案,结合先进制造技术卓越工程师培养的上述专业标准,打破传统的“基础课—专业课—工程实习”三段分割的教学模式,以如图1所示的“专业能力进阶”培养方式对应用型先进制造技术卓越工程师的教学计划进行科学合理安排,全过程采用多年实践已经逐渐完善的“项目教学法”,多维度、交错融合、螺旋式提升学生的综合工程实践能力,通过项目内容侧重点的差异来实现因材施教

和个性化能力培养。

图1 “专业能力进阶”培养方式结构示意图2.核心专业知识模块

从狭义上理解可以将一个机械零件的制造过程当作

一个“项目”,涉及的核心专业知识模块如图2所示。图2 机械零件的制造过程

et

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从广义上理解可以将一台设备的制造过程当作一个

“项目”,则可以分解成如图3所示的制造过程。

图3 机器设备的制造过程

现紧紧围绕每一个任务节点制订应用型先进制造技术卓越工程师培养的实施方案,并设置相应的主干专业课程:工程制图(含AutoCAD)、机械设计基础、数控加工技术、数控加工工艺与夹具、数控机床机械结构、金属切削原理与刀具、CAD/CAM、机床电气与PLC、数控原理与系统、特种加工与先进制造技术,等等。

3.理论教学课程体系

应用型先进制造技术卓越工程师培养的理论教学课程体系分模块(类)表示如图4所示,具体包括3大平台课程:公共基础平台课程、专业基础平台课程和专业方向

平台课程。

图4 理论教学课程体系3大平台结构4.实践教学体系

校内的实践教学体系可以划分为基础实践、工程认识、综合实践和创新实践4个层次。

基础实践层次主要包括工程制图测绘、大学物理实验、电工实习、电子实习、金工实习等,目的是深化学生对基础理论、基础知识的初步理解,培养最基本的感

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性认识和技能。

工程认识层次主要包括机床测绘实习、机械设计基础课程设计、微机原理及应用课程设计、数控加工工艺与夹具课程设计、机床电气与PLC课程设计等,主要针对专业基础知识及专业基本技能,培养基本的工程意识和工程实践技能。

综合实践层次主要包括数控加工实习、CAD/CAM实习、数控机床安装调试实习、数控机床故障诊断实践和先进制造技术综合实践等,主要针对专业方向的核心能力要求,培养专业技能和工程实践能力。

创新实践层次主要包括课外创新训练项目、学术讲座、职业技能证书和数控操作竞赛等,在前面3个实践训练层次的基础上,进一步培养学生的综合专业素质和创新能力,以拓宽专业知识面及综合技能,从而增强就业竞争力。

5.人文与职业素质培养体系

学生的政治思想、人文与职业素质的培养贯穿了整个大学4年,包括3年校内学习和1年企业顶岗实习(含毕业设计),可以采用多种多样的形式,灵活安排实施。

三、课程体系鱼骨图

基于“专业能力进阶”的培养方式,全过程采用“项目教学法”,现将各个教学节点、知识模块和各门课程之间的逻辑关系,按时间轴表示为鱼骨图形式(如

图5所示)。

图5 专业设置的主要课程之间逻辑关系鱼骨图

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四、学分要求

对于参加先进制造技术卓越工程师培养计划的学生,在4年学习期满毕业时,至少修满185学分,具体要求如下:

(1)公共基础课(含必修和选修):54学分。(2)专业基础课(含必修和选修):48学分。(3)专业课(含必修和选修):至少20学分。(4)校内实践环节:27学分。(5)企业培养:20学分。(6)毕业设计:16学分。

五、企业培养计划

1.企业实习单元分配

第一至第六学期主要是校内实习,也就是充分利用校内实训基地、校企共建实验室等实践平台完成培养方案中规定的基本技能实训环节。具体包括:金工实习、电工实习、电子实习、机床测绘实习、数控操作实习、三座标测量与逆向工程实习等。

第七学期主要是企业顶岗实习,也就是利用一个学期时间(共20周),计划以4周作为1个实习单元,安排5个企业(岗位)的顶岗实习,具体如下:

第一个实习单元:计算机数控系统(南京华兴数控技术有限公司);

第二个实习单元:树脂铸造工艺过程(南通国盛铸造有限公司);

第三个实习单元:精密钣金生产(南通国盛精密钣金有限公司);

第四个实习单元:电加工机床(苏州中谷机电科技有限公司);

第五个实习单元:数控机床制造(南通国盛机电集团有限公司)。

第八学期主要是毕业设计,也就是在企业或学校完成与企业生产现场实际紧密结合的毕业设计(论文),题目由企业、学校和学生共同拟定。

2.企业实习阶段培养要求

企业实习环节是先进制造技术卓越工程师培养计划的重要教学环节,关系到整个计划的成败。主要学习内容包括:机械制造工程专业领域职业道德规范、机械制造基本知识、技术文件查阅与撰写、设备操作技能、设备维护技能和现代企业管理理念等。培养过程应由具有一定的理论知识和经验丰富的各行业(工种)工程师带教,集中或穿插在实践过程中结合实际现场和实际操作进行实习培训。

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在企业实习过程中的考核以实践总结报告为主,学

生在机械制造企业不同岗位(工种)轮流实习,在进入下一个实习单元之前必须完成1篇内容详实的实习报告。学生应根据所学专业基础理论知识和生产实践知识着重评述生产工艺制造流程、主要生产设备的操作使用及其管理模式,分析讨论生产过程中碰到的主要技术问题及其解决办法,进而提出自己的创新想法和合理化建议。要求每天及时整理、核实和完善当天的实习日志。在每一个企业、车间(或工段)实习结束后应及时整理笔记,并撰写该企业、车间(或工段)的实习报告,交给企业实习指导工程师和校内指导教师评阅。

六、毕业设计

1.毕业设计形式及原则

毕业设计(论文)可以采取多样化的方式进行,学生可以根据他们在企业实习中发现的工程实际问题进行研究,也可以根据企业工程师或校内指导教师的相关科研课题进行研究,还可以到毕业后的工作单位完成毕业设计。但选题必须具有一定挑战性和创新性,并且源于生产实际现场,不能做理论研究和数值模拟的论文课题,其目的在于培养和加强学生的综合工程能力。

2.毕业设计的基本要求

(1)学习掌握工程制图、工程设计、工程测量和工程应用等的基本原理和基本方法。

(2)学会查阅文献资料和编制设计文件、综合报告、开发文档等设计文件的基本技能。

(3)对于工程设计类毕业设计的基本要求是侧重于工程设计的基本训练,包括工程设计、工程计算和绘图能力的培养。

(4)对于工程应用类毕业设计的基本要求是侧重于工程应用能力的基本训练,包括精密测量、计算机辅助建模、曲线曲面造型以及数控编程和数控加工等工程实践能力的培养。

(5)对于电气电子控制类毕业设计的基本要求是侧重于机电设备的电气、电子控制系统设计、参数计算、绘图技能以及安装调试能力的培养。

(6)对于软件类毕业设计的基本要求是结合实际科研项目或技术攻关进行本专业工程领域内的计算机应用软件开发,侧重于本专业知识技能和计算机使用综合能力的培养。

七、双师结构教学团队

1.校内教师工程能力培养及教学团队

组织一支质量上能够满足应用型卓越工程师教育、

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数量上与学生规模相适应的师资队伍,对保证本工作方案的顺利实施、达到预期的效果至关重要。根据应用型本科教学的特点,既可以从高校引进一些具有工作经历的硕士和博士,也可以从科研院所和机床制造企业引进一些理论素质较高、又有实践经验的工程技术人员来任教。

为执行这次“先进制造技术卓越工程师”方案,工程中心优选了18名具有丰富工程实践经验、职称、学历、专业结构合理的“双师型”师资队伍担任专业基础和专业课程的教学工作。

2.企业兼职导师聘请方案及指导团队

先进制造技术工程中心根据教学需要,从联合培养卓越工程师的合作企业中聘请了30名理论基础扎实、工程实践能力强和富有较强责任心的生产一线工程师担任企业实习指导教师或毕业设计指导教师,并按学校的规定给兼职工程师计算和发放课时津贴,让他们的价值得到体现,还调动了他们指导学生的积极性。

这些兼职教师一方面辅导学生第七学期的企业实习,另一方面部分工程师还将指导学生第八学期的毕业设计。当然,为了保证教学质量和教学理念的延续性,在第六学期结束时组织实习企业工程师到学校与任课教师进行深层次的教学交流与研讨,双方建立联系和互信,并将联合制订切实可行的、更具可操作性的企业训练计划,以使学生的企业实习达到真正的预期效果。

为了防止学校和企业之间由于理念不同而导致出现意见分歧的现象,学校牵头组织成立一个领导协调小组,每个月集中研讨一次碰到的新问题,以确保整个培养方案的顺利执行。

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[7]罗运虎,邢丽冬,王勤,等.基于项目教学法的课程设计改革[J].电气电子教学学报,2009,31(6):14~15132

[4]汪木兰,徐开芸.电工电子教学体系和实验平台的构建[J].中国现代教育装备,2005,11:5~8

[5]曹德跃.项目教学法在专业课程教学中应用的探索[J].中国现代教育装备,2009,1:101~103

[6]胡力勤,马福军.以项目教学法为导向的实训体系构建研究[J].中国现代教育装备,2008,7:119~越工程师培养的工作方案,而在后续的具体实施过程中可能还会涉及学校的办学定位、生源特点、动态管理机制、顶岗实习企业经营状况、学生毕业后社会的认同度,以及我国教育体制改革和创新等层面的问题,这些都有待于今后在“探索—总结—完善—实施”的过程中稳步推进,最终目标是为我国各行业培养大批卓越工程师人才。

参考文献

[1]李坤,赵阳,宁静.德国职教项目教学法的理论研究与实践及推行策略[J].吉林工程技术师范学院学报,2005,4:38~40

[2]王令其,汪木兰.构建高层次工程应用型人才培养的新模式[J].大学教育科学,2005,4:38~40

[3]王令其,左健民,汪木兰.大工程观与应用型工科教学改革[J].理工高教研究,2009,28(2):130~

八、结束语

以上详细介绍了初步拟定的应用型先进制造技术卓

Development of the training program for excellent advanced manufacturing

technology engineers by project-teaching method

Wang Mulan, Zhou Minghu, Li Jianqi

Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

Abstract:According to the training standard and the demands of knowledge ability for the excellent advanced manufacturing technology engineers, the advanced thoughts of ladder training for professional ability and project-teaching method are employed. The kernel professional knowledge modules, theoretical teaching curriculum system, practice teaching system, cultural and professional quality training system, the curriculum system of fish bone diagram and the corresponding credit requirements are constructed. Then the training plan of the fourth-grade in the enterprise workshop and the specific requirements of the graduation project are described in detail. Finally,the effective organization method of teaching team acting as teacher and engineer is analyzed. Senior engineering and technical personnel of advanced manufacturing technology with integrated engineering consciousness are trained through the implementation of the proposed work program.

Key words: project-teaching method; advanced manufacturing technology; excellent engineers; training program

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