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摘要:
在“大眾創業、萬眾創新”新形勢下，國家對創新型應用人才的迫切需求推動地方高校實驗教學改革不斷深化。借鑒德國應用技術大學在專業建設和人才培養中的成功經驗，在重構實驗教學體系、改革實驗教學內容、豐富實驗教學模式以推動創新實踐基地建設、師資隊伍建設以及機械元素校園文化氛圍建設等環節中深度融入“德國元素”，是打造機械工程專業特色，落實實驗教學人才培養質量的有效途徑。
關鍵詞:
高校;實驗教學;德國應用技術大學;教育理念;創新人才培養;機械工程
本文引用格式:
許洪斌，宋鹍，丁軍，等．融入德國應用技術大學工程教育理念的機械工程實驗教學創新探索與實踐［J］．重慶與世界，2016(6):80－84．
一、引言
實驗教學在高校人才培養質量與行業對人才能力和素養需求的有效對接中具有先天優勢，是公認的培養學生創新意識和工程實踐能力的重要途徑。近年來，在市場和行業需求的導向下，以及教育部主導的“國家級實驗教學示范中心”和“國家級虛擬仿真實驗教學中心”評選活動的推動下，高校實驗教學在人才培養中的作用日益凸顯，其相對于理論教學體系的獨立地位得到了普遍認可，國內各高等院校在實驗教學方面進行了大力度的建設與改革，教學實驗室的設備、環境和師資條件得到很大提升，部分高校在形式上已經形成了獨立的實驗教學體系。然而，由于實驗教學長期從屬于理論教學的慣性，以及其獨立出理論教學體系后的積累與沉淀不足，人才培養質量與其擔負的“培養學生創新精神和工程實踐能力”的目標尚有較大差距，無法滿足“大眾創新、萬眾創業”新形勢下國家對“創新型應用”人才的迫切需求，因此高校進一步深化實驗教學改革，加強實驗教學內涵建設意義重大、勢在必行。德國應用技術大學是在科學技術與經濟社會飛速發展、精英式高等教育無法滿足其對高素質專門人才在數量與質量上的要求、高等教育向大眾化階段邁進的過程中發展起來的，它以培養應用型人才為目標，為推進德國工業化進程，促進其經濟飛速發展，奠定世界制造業強國地位做出了巨大的貢獻，在世界范圍內享有盛譽。由于德國應用技術大學與我國地方高校在發展背景和兩國高等教育分類體系中的層次定位具有很大的相似性，其成功經驗對于我國地方高校具有特別的借鑒意義。近年來，重慶理工大學機械工程學院在機械工程專業建設中，結合學院實際情況，吸取德國應用技術大學機械工程專業建設的有益成分，大力推動實驗教學的創新改革與實踐，在重構實驗教學體系、改革實驗教學內容、豐富實驗教學模式推動創新實踐基地建設、師資隊伍建設以及機械元素校園文化氛圍建設等環節中深度融入“德國元素”，有效促進了實驗教學從傳統的“發展學生認知能力為主”向“培養學生創新精神和工程實踐能力為主”的轉變，培養出了適應性強、符合制造業需求的高級應用型優秀人才。
二、緊密結合地方經濟建設和行業發展需求，重構以典型機械產品生產過程為主線的機械工程專業實驗教學體系
“針對企業及市場的實際需求，依托企業實際工程技術和管理經驗適時優化培養體系，以達到培養面向企業型應用技術人才的目的”是德國應用技術大學專業建設的重要特征，行業協會和支持企業會全面參與專業培養目標、課程設計和研究方向等培養體系重要環節的設計。重慶理工大學機械工程學院已實現了專業實驗教學的獨立設課，為專業實驗教學改革的進一步深化奠定了制度保障，過往存在的問題是教學體系內項目多是原來理論課程附屬實驗，缺乏工程背景和項目間的有機聯系，客觀上其培養效果依然以發展學生認知能力、驗證理論知識為主，無法體現獨立設課的優勢，難以培養出市場和企業滿意的人才。近年來，通過學校“國家級實驗教學示范中心”建設項目的推動，學院堅持“產學研”有機結合的辦學特色，充分吸取德國應用技術大學工程技術專業建設和人才培養的成功經驗，結合學院自身實際情況，對機械工程專業實驗教學體系進行了深化改革，最大的特點是依托“重慶市高端裝備協同創新中心”“機器人及智能制造技術重慶高校市級重點實驗室”“重慶機器人產業技術創新研究院”等平臺建立了由機械工程學院與校內相關學院教授，以及協同創新平臺合作企業專家共同組成的實驗教學指導委員會，在委員會指導下重構了緊密結合地方經濟建設，適應行業企業對人才能力和素養需求，以典型機械產品生產過程為主線的機械工程專業實驗教學體系。該體系按照“生產與技術資料準備—毛坯制造—零件加工—部件裝配—產品調試與檢測”的線條設置了物流與工業工程實驗室、成型加工技術實驗室、金屬切削技術實驗室、金屬切削刀具與夾具實驗室、組合機床動力與傳動部件實驗室、特種加工技術實驗室、數控綜合實訓室、工業機器人實驗室、數控技術實驗室、機器人與智能制造技術虛擬仿真實驗室、裝配工藝與檢測實驗室等實驗室，盡可能以點線結合的形式一方面展現當前典型技術條件下機械產品工藝流程的全貌，一方面從技術發展層面上展現從傳動加工技術到融合信息、柔性制造等技術的先進制造技術的演變，同時有機嵌入當前行業企業的崗位標準和規范。指導委員會成員的全面性和合理性保證了其既能從專業人才培養和學科發展的層面對機械工程專業實驗教學體系的重構進行指導，同時也從學院培養畢業生的能力素質與當前制造業對人才能力和素養需求之間的差距的角度出發檢查體系的合理性，有輸入、有輸出、有反饋，從而從系統構成上保證了實驗教學體系的科學性、適應性和生命力，使其能夠跟隨當前制造業技術發展趨勢和產業對人才能力、素質的需求做出調整，保證專業實驗教學質量。
三、從企業典型崗位能力與素養要求出發優化實驗教學內容，建設既符合客觀認知
規律又貫徹行業標準與規范的實驗課程自教育部推動“國家級實驗教學示范中心”建設以來，促進實際工程項目和教師科研課題向實驗教學內容的轉化，多開發綜合型和創新型實驗項目以拓延學生工程視野，切實培養學生創新精神和工程實踐能力已形成共識，并將其視為實驗中心內涵建設的重要舉措。重慶理工大學機械工程學院在此方面進行了積極的探索，花了大力氣將部分合作企業項目和教師的縱橫向課題轉化為實驗項目，但在實際教學過程中卻沒有取得理想的效果。存在實驗難度過大，學生難以完成;行業標準和規范難以貫徹;項目間缺少有機聯系等問題。究其原因還是實驗課程建設過程中目標和指導思想不明確，沒有把握好創新與基礎之間的關系，沒有從行業需求和客觀認知規律出發開發實驗項目。德國應用技術大學雙元制專業的培養方案一般按照“分析工作崗位→調查資格能力要求→選定行動領域→推導出習領域→確定培訓內容→對相應工作崗位進行培訓”的流程進行，課程內容既有知識技能的具體內容培養專業實施能力，又有符合企業崗位的職業綜合素質的內容培養職業行為能力，確保人才培養與企業要求同步，并做到少而精、實用。借鑒此經驗，學院在長安集團、重慶機電控股集團、重慶水輪機廠、重慶機器人有限公司、重慶元創自動化有限公司、上海KUKA機器人有限公司等企業針對典型崗位的能力要求和必須遵守的規范和標準進行了深入調研，同時也走訪了清華大學工程訓練中心、太原理工、山東理工、中北大學、北京電子科技學院等高校，結合學校實際情況，將企業崗位能力和素養要求與實驗教學內容和教學環節的映射關系進行了全面梳理，淘汰了部分實驗項目，有針對性地選擇實際工程項目和教師科研課題進行轉化補充進了實驗課程體系，同時對留下的實驗項目內容進行了補充調整，尤其重視在實驗環節中融入企業崗位的職業素質要求和標準，通過此削支強干的手段，用生產實踐來確定實驗教學內容，既符合客觀認知規律，又自然融入了行業標準和規范，使學生能夠用較短的時間獲得必要的能力與必需的知識，將學到的專業知識很快運用于專業實踐，取得了理想的教學效果。
四、有效推進多樣化的實驗教學模式改革，推動創新實踐基地建設
德國應用技術大學的培養方式大致有“工學結合”“校企結合”“(政)產學研一體化”“國際聯合培養”“走向社區、服務社會”等方式。以實踐能力培養為本位，以市場需求為導向，密切聯系工程實踐的靈活的教學模式是德國工程教育取得成功的重要經驗。重慶理工大學歷來有緊密聯系地方經濟建設和行業發展需求開展“產學研”特色辦學的傳統，機械工程學院秉承此傳統在實驗教學方面借鑒德國經驗，發揚校企結合緊密的優勢，開展多樣化的實驗教學模式改革。一方面大力推動校內實驗教學平臺建設，采用項目式、案例式、引導式等多種“行動導向”教學方法開展實驗教學;一方面與長安集團、重慶水輪機公司、二汽發動機公司、重慶元創自動化公司等企業簽訂資源共享和就業實踐基地協議，部分實現了學生實驗教學過程與企業實際運作的無縫對接。2015年，學院在重慶市教委和九龍坡區政府支持下，與世界機器人領軍企業KUKA合作共建了重慶機器人產業技術人才培訓中心，全面引入德國職業技能培訓認證體系，為學生提供一個技術先進、高質量的實習和實訓工程環境。一方面學生可以在該中心參加初級、高級和專家級3個級別的工業機器人編程、電氣系統維修維護、機械系統維修維護、工業機器人協同焊接、工業機器人視覺與分揀、工業機器人打磨等項目的培訓，通過規范化的認證考核獲得行業廣泛認可的各級各類KUKA機器人官方認證;另一方面通過對照國際標準，探索國際化認證體系與教學環節有機融合的有效途徑，建立一套能夠持續推動實驗教學質量提升的有效機制，為構建符合國際工程教育專業認證標準的人才培養體系，促進實驗教學工作的改革創新奠定基礎。
五、打造結構合理、與企業密切聯系、具有國際視野的實驗教學師資團隊
與企業密切聯系的師資資源是德國應用技術大學師資隊伍的重要特征，德國應用技術大學要求教授通常必須具有博士學位，且須在專業領域的應用或開發方面具有至少5年的實踐工作經驗，其中至少有3年是在高校以外工作。因此，應用技術大學的教授通常都有企業的工作經驗并與企業保持著緊密聯系，他們可以積極地展開校企合作，幫助學生創造良好的實踐和就業機會，實現了教學內容與工程實踐的同步發展。除了全職教授，應用技術大學還有許多兼職的校外特聘講師。特聘講師大多來自企業及研究機構，其豐富的實踐經驗能夠加強對學生的職業能力的培養，有利于保證教學的實踐性。重慶理工大學機械工程學院吸取了德國應用技術大學師資隊伍建設的理念，在實驗教學師資團隊培養方面，一方面在學校支持下通過制度創新引入合作企業優秀人才參與實驗教學，建立校外師資專家資源庫，另一方面通過頂崗實習的方式，派遣青年教師到合作企業實習一年，實際參與企業產品開發流程，打造與企業密切聯系的核心教學團隊。此外，為了更全面地、更系統地引入德國工程教育元素，及時跟蹤國際先進的工程教育方法，學院依托“中德(重慶)汽車職業資格培訓與認證基地”與德國手工業協會合作，選派優秀青年教師赴德進行機電領域的高端專業技術培訓，培養了一批具有德國先進工程教育理念、標準和國際化教學視野，擁有較強科研能力和較強工程實踐能力的青年教師。通過上述措施，學院打造了一支結構合理、與企業密切聯系、具有國際視野的實驗教學師資團隊，為推動在實驗教學改革，培養高質量的應用型人才奠定了堅實的人力資源基礎。
六、大力加強機械元素校園文化氛圍建設
從創新人才成長過程來看，當前大學入口前(高校招生)環境、大學教育環境以及大學出口后(社會引納人才)環境都不利于創新人才的成長，環境失調在宏觀的社會環境和微觀的校園環境兩方面都存在。就高校內部環境而言，校園創新環境發展還不成熟甚至還沒有形成，從校園文化上來看，明顯缺乏一種創新的文化環境。先進的實驗教學條件、完善的實驗教學體系、工程經驗豐富的師資隊伍都是培養學生工程實踐能力和創新精神的外在條件，是促使學生成才的外因，而對機械的熱愛，開放的思想，積極主動、嚴謹負責的作風，團隊協作意識等心理因素是內因，外因要通過內因才能最大程度地發揮作用，因此在大力加強條件建設的同時不應忽視對學生內在素質的培養。校園環境是一種隱形的“激勵”，打造良好和諧的校園文化氛圍是培養學生內在素養，促使內、外因協同發揮作用的重要基礎，德國制造在世界范圍內享有盛譽，其嚴謹、標準和規范的社會環境對國人意識的潛移默化是其成功的關鍵。為此，機械工程學院以實驗室為載體凝聚人氣，采取了“拉”“導”結合的措施把學生的時間和精力引導到工程實踐和創新活動中，以學生為主體組織機械相關的人文和科研活動，在院內乃至校內形成了濃厚的機械元素文化氛圍，取得了較好的效果。
(1)各實驗室增加對其所屬領域具有巨大推動作用的科學家的相關介紹展板，比如流體力學實驗室增加伯努利的介紹展板，材料力學性能實驗室增加胡克、鐵木辛柯的展板等。
(2)建設機械工程學生創新實踐基地。該基地主要建設機械文化展示室、學生創新實踐設計室和學生創新實踐制作室3個實驗室。機械文化展示室通過面向全校學生介紹機械行業發展歷程和對機械學科發展具有重要推動作用的科學家、展示經典與復雜機構、陳列歷年學生科技競賽獲獎作品、舉辦機械文化節等措施，使學生對機械學科有總體性的了解，激發學生對機械行業的興趣，為培養學生創新精神以及下一步專業課程教學的開展打下堅實的基礎。學生創新實踐設計室和制作室為學生開展創新實踐活動提供場地、條件與師資，以機械作品設計為驅動，培養以老帶新的學生團隊，形成以創新實踐為核心的學生組織，激發學生的創造力，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生的實踐創新能力和團隊協作能力。
(3)吸收學生進入實驗室做助管，全面參與實驗室的日常運作和實驗教師的教學科研活動，鍛煉學生的綜合能力，同時又深化其對機械學科技術領域的認識。
七、結語
培養創新型應用人才是新形勢下我國經濟社會發展的必然需求，也是地方高校的立校之本。實驗教學作為培養學生創新精神和工程實踐能力的重要環節必須與時俱進，不斷加強內涵建設以適應市場和行業對人才培養質量日益提升的需求。應用技術大學作為德國高等教育體系的重要組成部分，其培養目標和高等教育分類體系中的層次定位與我國地方高校非常相似，借鑒其專業建設的成功經驗，結合自身實際情況，推動實驗教學改革的不斷深化是打造專業特色、培養創新型應用人才的有效途徑。
作者：許洪斌 宋鹍 丁軍 龔海峰 鄧明 單位：重慶理工大學機械工程學院
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