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大工程背景下工程材料和机械制造基础系列课程存在的主要问题和解决方案

黄根哲1,朱振华1,于化东1,傅水根2

（1.长春理工大学,吉林长春130022；2.清华大学,北京100084）

摘要：本文针对大工程背景下工程材料与机械制造基础系列课程的有机整体与“分片包干式”的教学体制之间、“学时锐减与新知识点剧增”之间以及课程改革进程滞后于创新型人才需求之间的三种矛盾,提出了“顶层设计”下的优化课程体系理念；指明项目驱动下的教师引导学生主动探求知识的解决思路.为了提高学生的知识创新和能力创新素质,教师应当把科研亮点源源不断地凝练为生动的教学资源,实现科研的二次创新和“反哺”教学的重任.

关键词：工程材料与机械制造基础系列课程；教学理念；创新意识和创新能力；工程实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）32-0216-03

一、研究背景

“工程材料与机械制造基础”系列课程原名“金属工艺学”,该系列课程经过长期的建设和发展,其内容已从金工实习、金属材料、热加工以及冷加工工艺分别拓宽为“工程训练”、“工程材料”、“材料成形技术基础”以及“机械制造技术基础”等系列课程.到目前为止,该系列课程虽然已构建了较完整的理论、实践、知识、能力、素质教学体系,但随着科学技术的不断进步和大工程背景下“中国制造2025”的提出,现造业对高校培养出来的人才规格和能力有了新的要求.由此,产生了工程材料与机械制造基础系列课程的有机整体与“分片包干式”教学体制之间的矛盾、“学时锐减与新知识点剧增”之间的矛盾以及课程的改革进程滞后于当今创新型人才需求之间的矛盾.因此,如何在新形势下,培养和造就学生的创新意识和创新能力是摆在所有工科院校机械类专业教师面前无法回避的现实问题.

二、大工程背景下工程材料与机械制造基础系列课程存在的主要问题和解决方案

1.工程材料与机械制造基础系列课程有机整体与“分片包干式”教学体制之间的矛盾.在20世纪60~80年代,我国高等学校的工科类学生除了有相应的实验教学外,一般还要在校内的金工实习6~8周,在企业认识实习1周、生产实习4周和专业实习4周,以保证工科类学生工程素质的培养和工程能力的提高.而且金属工艺学课程是理论教学、实验与工程训练紧密结合的工程应用型课程.绝大部分高校的金属工艺学课程由来自研室的教师讲授,讲授工程材料及冷热加工的教师可方便地进行教学研究和探讨.另外,金工实习的时间、地点的选择与安排也符合工科院校学生“认知实习—理论学习—实践—再学习—再实践—探索性认知实践”这一工程知识的认知规律[1-3].但随着“九五”期间高校的扩招和高校对学生的知识与能力结构的拓展要求,绝大多数工科院校的金属工艺学理论课程（现在的工程材料与机械制造基础系列课程）已细分成工程材料、材料成形技术基础和机械制造技术基础等三门课程,而且分属于不同的学院或专业的教师讲授.这样,有些院校在课程内容的取舍和凝练过程中,因未充分理顺课程关系,存在知识体系分化、割裂、相互脱节现象；在组织形式上存在课程的学期安排不合理,未充分体现在知识传授上的由浅入深、能力培养上的由认知实践过程向创新实践过程的过渡；在主讲教师的所属关系上由于教师之间因不属于同一个教研室,甚至是不同学院,因此很难从行政角度组织相应的教学研究和教学探讨.即尽管这三门理论课程的内容是紧密相连、相互交叉渗透的,但讲授这门系列课程的教师之间业务联系少,少有教学经验的交流,出现了低效率的“分片包干式”教学管理体制.早在1998年,清华大学基础工业训练中心主任傅水根教授就指出[4],我国高等院校的教育教学改革是涉及培养人才的长远战略大计,也是一件十分艰巨和慎重的工作.课程的改革是整个教学改革中的一个局部,局部要服从于整体.而且,随着高等教育改革的不断向前推进和改革内涵的不断深入,人们从系统论的观点愈来愈清醒地认识到“局部优化”不等于“整体优化”.因此,不能从一两门课程的角度来探讨改革,而必须站在教育改革的全局上,站在21世纪需培养什么样高级科技人才的战略全局上来探讨改革.具体地说,从体制上,工程材料与机械制造基础系列课程应该与实践教学部分构成一个完整的教学体系,由学校或机械工程学院实施统一指导和管理,这样才有利于发挥教师的主导作用,才能确保工程训练和有关工艺性课程的有机结合,保证工程材料与机械制造基础系列课程的稳定发展.

2.解决方案.傅水根教授在多次的报告中指出[5],直到今天,在我国的高等工科教育中,“重理论轻实践、重设计轻工艺、重软件轻硬件”的传统习惯势力和偏见仍普遍存在.纵观国内外,任何先进的制造技术,最后都要落实在工艺方法和工艺装备上,落实在电子技术、计算机技术、信息技术与工艺装备硬件的集成上.没有普及的工艺教育,没有先进的工艺技术,现造技术只是一句空话.随着国家提出大工程背景下的“中国制造2025”以来,“教育回归工程,教学回归实践”成为当代高等工程教育改革的主流趋势[6-8].因此,我们应当摈弃“以理论课程教学为主、实践教学为辅”的传统教学思想[9],把工程材料与机械制造基础系列理论课回归到“工程实践”中去.这种回归有两层含义,一个是从教学管理“体制”上,应把与工程实践密切相关的课程群的任课教师的编制归到“工程训练中心”去,确保工程训练中心的人员由理论课教师、实践课教师、实践技术人员（高级技工）和管理人员构成.让工程训练中心发展成为名副其实的实践教学单位,而不是教辅单位.另外,把与工程实践密切相关课程群的课堂搬到工程训练中心的“实践教室”,这样,学生每次习得理论知识后,走出来就可感受、体验、领会、掌握课堂所学的知识.这不但会极大地提高学生的学习兴趣,而且对学生未来胜任现造业工作岗位有无可替代的作用.

3.工程材料与机械制造基础系列课程“学时锐减与新知识点剧增”之间的矛盾.新中国诞生后,中国高校的发展和探索前进的道路得到了前苏联的大力支持和帮助.而前苏联的高等教育更多地是与行业和工种的发展相联系,高校专业的设置和教学内容紧紧与具体的工种相结合.这样培养出来的大学生知识体系是“倒金字塔”型的,即越深入到专业课程,所学习的专业知识面越深且窄.在机械的集成化程度不高的上世纪十年代,这种教育模式培养出来的本科生基本能够满足当时的制造业要求.但随着计算机技术、信息技术以及智能制造的快速发展,制造技术已衍变为多学科交叉和综合的产物,许多学科乃至新兴学科的最新研究成果都有可能应用到现造领域中来.例如数控机床,它是机械、电机、电子和计算机结合的产物；超声波加工机床是机械、电机、电子和声学结合的产物；快速激光原型/零件制造机床是机械、电机、电子、计算机、材料科学和光学结合的产物.因此,高校的发展为了适应和迎合这种快速的现代工业发展,纷纷提出“拓展学生知识体系、淡化专业”的理念,即高校培养出来的人才知识和能力体系不再是针对就业为主的某一工种和行业,而是培养具有丰富的知识体系、具备“项目驱动式”综合能力的通识人才.在这种形势下,目前高校面对着课程的知识体系和能力体系不断纳新而学时却不断地缩减的严峻问题.

4.解决方案.解决工程材料与机械制造基础系列课程的学时锐减和“新材料、新技术、新工艺”内容剧增带来矛盾的关键是彻底改变“教”与“学”的传统教学理念[10].今后的教学不应该是以课堂教学为主导、以教师为主体的教学模式,而应该是“项目驱动下的教师引导、学生探求知识”的目标指向式教学.这样获取知识的过程可以改变学生被动地听、被动地接受知识的传统“填鸭式”学习习惯,而变成项目驱动下需要什么知识,学生“主动”地追寻和探求相关的知识.学习方式也不仅仅局限于课堂教学,而可以到图书馆查阅文献、与教师进行讨论式学习.学习内容也打破了传统的学校设置什么课程学生学什么课程,而是项目需要什么知识点和能力点,学生选修相关的课程学习.师生关系也不再仅仅是教与学的关系,而是面对同一个项目下的共同探讨者和引导者.

5.工程材料与机械制造基础系列课程的改革进程滞后于创新型人才需求之间的矛盾.通过比较全面地收集各高校的工程材料、材料成形技术基础、机械制造技术基础以及工程训练的教学大纲,并经深入分析和研究表明,反映当今现造的新材料、新技术、新工艺所占课程讲授比例,一般工科院校往往不足10%,重点高校一般较高,在10%~30%.部分地方工科院校至今还停留在“金属材料”而不是工程材料、“金属材料热加工”而不是材料成形技术基础、“机械加工技术基础”而不是机械制造技术基础的低层次阶段.说明我国相当一部分工科院校的知识传授和能力培养在一定程度上滞后于当今先进制造业的发展,对人才培养的先导性、基础性认识不足.而且,在很多院校中,工程材料与机械制造基础系列课程教学大纲的制定过程更多局限于各专业人才培养自身的特点和教学需求,一定程度上缺少基于工科和复合创新型人才培养所需的“顶层设计”和统一指导.这与“中国制造2025”、“华盛顿协议”和欧洲大陆工程教育互认体系组成的“博洛尼亚进程”[11]等国际工程教育认证[12]要求有一定差距.

6.解决方案.长期的教学经验表明,21世纪最重要的人才特征就是创新.因此,在大工程背景下,为了提高学生的创新意识和创新能力,有必要在保留工程材料与机械制造基础系列课程的传统核心知识体系并加以凝练的基础上,在工程材料课程上由金属材料发展为非金属材料、功能材料、复合材料、高分子材料、环保材料以及智能材料；针对材料成形技术基础课程,要在传统的铸锻焊成形工艺的基础上,增加新的表面工程技术、粉末冶金技术、高分子塑料成形技术以及快速成形技术等；在机械制造技术基础课上,增加数控加工技术、特种加工技术（包括电火花成形加工、电火花线切割加工、激光加工、电化学加工和超声波加工）等.在工程训练方面,毫无疑问,机械制造工程训练是工程材料与机械制造基础系列课程中的重要实践环节,也是工程训练中的核心内容.因此,必须协同用力才能促进工程材料与机械制造基础系列课程的发展与提高.总之,新的制造技术在课程中要不断得到体现,课程知识体系的更新与完善也要为机械制造实习不断提供新的训练内容,使其能持续为实践教学提供“活水”.

三、结论

1.针对工程材料与机械制造基础系列课程的有机整体与“分片包干式”的教学体制之间的矛盾,根据创新型人才培养的客观规律、培养规格和目标,学校和院级教学管理部门要从“顶层设计”或“统一思想”来系统地优化课程体系.

2.针对大工程背景下工程材料与机械制造基础课程“学时锐减与新知识点剧增”的矛盾,要彻底改变“教”与“学”的传统教学理念.今后的教学不应该是以课堂教学为主导、以教师为主体的教学形式,而应该是“项目驱动下的教师引导、学生探求知识”的知识创造过程.

3.针对工程材料与机械制造基础系列课程的改革进程滞后于当今创新型人才需求之间的矛盾,解决问题的关键是新的制造技术在课程中要不断得到体现,课程知识体系的更新与完善要为机械制造实习不断提供新的训练内容,使其能持续为实践教学提供“活水”.另外,教师应把创新过程中的最新科研成果源源不断地转化为生动的教学内容,实现科研的二次创新和“反哺”教学,使学生获取的知识始终是当代最前沿的创新知识,获得的能力也始终是当代最前沿的创新能力.

致谢：本文是在教育部机械基础课程教学指导委员会“工程材料与机械制造基础课程现状与存在主要问题”课程指导小组调研报告的基础上完成的（-GX-jy201401）.参加课题组的专家有黄根哲、于化东、张树仁、朱振华、徐颖、李学光、李晓舟.同时,清华大学傅水根教授对论文写作提出了宝贵意见,在此深表谢意.

参考文献：

[1]傅水根,武静.深化工程实践教学改革,全面促进可持续发展[J].实验技术与管理,2008,25（1）：7-11.

[2]刘思嘉,王冬.高等工程教育实践教学环节的意义与实施条件探究———于默会知识理论的视角[J].黑龙江高教研究,2011,（11）：179-182

[3]孙康宁,张景德,李爱菊.高校工程实践教学改革的探究与实践[J].山东高等教育,2015,（1 ）：38-43.

[4]傅水根,张学政.金工课程改革应处理好五个关系[J].教学与教材研究,1998,（3 ）：25-27

[5]傅水根,张学政,要家枢,张万昌.论“工程材料及机械制造基础”课程的深化改革与发展方向[C].探索工程实践教育,2007：159.

[6]李志华,陈正伟,朱建华.德国“双元制”模式在工程实践教学中的应用研究[J].实验技术与管理,2011,28（9）：172-174.

[7]周玲,孙艳丽,康小燕.回归工程服务社会：美国大学工程教育的案例分析与思考[J]. 清华大学教育研究,2011,32（6）：117-124.

[8]梁延德.我国高校工程训练中心的建设与发展[J].实验技术与管理,2013,30（6）：6-8.

[9]孙康宁,傅水根,梁延德,等.赋予实践教学新使命避免工科教育理科化[J].中国大学教学,2014,（6 ）：17-20.

[10]孙康宁,张景德,傅水根“. 工程材料与机械制造基础”课程知识体系研究[J].中国大学教学,2015,（5 ）：63-66.