高 尚*，郭晓光，董志刚，朱祥龙，康仁科
（大连理工大学机械工程学院 辽宁 大连 116024）
随着新一轮科技革命和产业变革的加速进行，全球制造业的产业结构、发展环境和制造技术正在发生深刻变化，中国制造面临着新的历史机遇与挑战[1]。国内各高校一贯重视学生的实践教学环节[2-3]，本文以大连理工大学机械学院为例，鼓励和支持本院教师利用大连理工大学的大学生创新实验项目进行本科生的创新实践教学活动，得到学生和老师的广泛好评，但因项目数量的限制，难以使更多的学生通过该项目参与创新实践活动。大连理工大学机械学院拥有精密与特种加工教育部重点实验室科研平台，为了充分利用机械学院在精密加工技术方面的科研硬件条件和师资力量，近年来一直在积极探索本科生创新实践教学的新模式新方法。例如：在精密加工等专业课中，安排学生分批参观实验室，使学生们能够对精密加工技术有直观的认识，并从中吸纳对科研有浓厚兴趣的同学作为科研助手。此外，实验室还为高年级本科生开展实践学习积极创造条件，本科生经实验室培训合格后，进入精密与特种加工教育部重点实验室，进行大学生创新实验项目和本科毕业设计试验等。其中，部分优秀的本科生从大二开始在创新实验项目支持下，与实验室研究生共同围绕不同零件的加工理论、工艺和工具等系统的研究，相关零件的加工和检测均在实验室完成，并发表论文等相关成果，使学生的创新和实践能力得到全方位锻炼。
本文以大连理工大学机械学院基于精密加工技术的开放性创新实验教学为例，介绍大连理工大学机械学院利用精密与特种加工教育部重点实验室在精密加工技术方向的科研资源，面向现代机械前沿行业人才需求，从教学模式、管理机制、资源重构等方面出发，开展基于精密加工技术的开放性创新实践教学模式和方法，提高学生分析和解决问题的实践能力和创新能力。
1.1 教学方案整体框架
通过分析国外高校较成熟的相关案例[4-5]，同时深入制造企业调查研究，使用调查问卷法和谈话法了解企业的人才需求和技术创新需求等，确立了开放式创新实践教学的整体框架。鼓励具有实验和教学双重经验、师德高尚的老师择优选择对科学研究有热情、乐于实践动手的学生“一对一”深度培养，精选适宜的小型科研项目，从相对独立的实验入手，以项目驱动教学，引导学生积极参与科研项目，与研究生共同协作攻关难题。在教学-实践的螺旋式学习过程中，针对学生的个性差异，因材施教，在实践积累的过程中，锻炼学生的创新能力。为表现突出、成绩优良的学生提供科研助手、实验室助理等岗位，鼓励学生在导师和高年级学长的协助下，研究加工测量原理，组队参加相关科技竞赛，培养实践类创新能力，引导和激励学生勇于创新，挖掘和培养优秀人才。
1.2 多元化教学模式建设
围绕“重视基础、反映前沿、交叉综合、突出实用”的课程建设原则，进行课堂教学与实验实践深度融合的课程建设。支持承担教学任务的教师广泛结合本领域前沿和实验室条件，取精用宏，浓缩讲授共性原理和基本方法，增加实践教学的比重，实施“课堂讲授+启发互动+创新实践”三体教学模式。针对关键的精密加工技术和测试工艺，以点带面，鼓励师德高尚、业务精湛的实验员开设课堂授课与实验一体化的专题微课。面向全校学生开设机械制造科学相关培训课程和专题讲座，设立实验室开放日，给学生提供观摩实验室、了解课题发展状况、操作仪器的机会。同时，围绕实践内容，根据企业实际需求和授课教师团队承担的科研项目，开设硬脆晶体基片超精密磨削技术、硬脆晶体基片研磨与抛光技术、蜂窝芯超声切削技术与装备、薄壁曲面零件椭圆振动切削加工等专题讲座激发学生的学习兴趣，提高学习的主动性。围绕教学内容和专题讲座，开展实验室实践教学，提升学生的科研意识和实践能力。此外，邀请企业专家走进课堂，讲解企业实际应用的超精密加工技术，让学生了解企业生产实际，增强对超精密加工领域的认识。
1.3 教学平台建设
从管理方法、设备投入、工艺安排等角度整合资源，优化开放创新环境。首先，现有的实验室管理运行模式是主要针对教师和研究生实施科研任务设立的，需要对此进行修正和完善管理方法，既要满足开放性创新实验需求，也要保证不影响正常的科研任务，还要考虑到安全性和仪器保管等多方面的问题。其次，部分实验周期长和实验费用高的环节，例如扫描电子显微镜、超精密磨床等，需要考虑代用方法，例如采用光学显微镜代替扫描电子显微镜进行检测、对国产磨削装备进行改造修复或对演示工艺进行浓缩等方案，使其能满足学生实践动手的需求。最后，针对本科生时间段分散、实验室接纳人数有限的问题，考虑重构实验室网络平台，增加实验预约、实验报告提交、实验查询、资料下载等功能，做到反馈及时、信息有效、渠道畅通。
1.4 过程式考核方法建设
针对开放性创新实验教学的目的，为了全面客观地评价学生的实践情况和调动学生的学习自主性，建立面向研究型教学的过程式考核方法。过程化考核方法将实践过程分为“理论自主学习报告、教师/企业专家讲座学习报告、现场实践报告、学习总结报告”四个环节，并按照学生表现在各环节打分，最终形成课程考核成绩，四个环节在考核总成绩中的占比分别为20%、10%、40%、30%。其中，自主学习报告由老师根据实践教学内容为学生提出开放性答案的课后作业，重点培养学生的自主学习能力和基础理论应用能力；
教师/企业专家讲座学习报告、现场实践报告、学习总结报告等由老师根据学生选定的实践教学题目对相关教学内容进行讲解，同时指导学生操作相关设备并完成指定零件的加工，重点考查学生在实践教学过程中的学习能力，培养学生的创新能力和实践能力。整个实践教学过程重点考查学生综合运用知识来分析、解决实际问题的能力，进而使学生从为了考试而学习向自主学习转变。
2.1 创新实践教学平台建设
近年来，大连理工大学机械学院创新实践教学团队以承担的国家自然基金重大/重点/面上项目、国家重点研发计划项目课题等国家级高水平课题为依托，在进行科研项目的同时，将科研成果与创新实践教学融合，转化为学生的创新实践教学课题，将为科研购置的工件旋转法超精密磨床、大口径基片研磨/抛光机、超声辅助磨削加工中心、五轴联动超精密车削机床、扫描电子显微镜、白光干涉轮廓仪、超景深显微镜等先进的加工与检测设备用于本科生的创新实践教学，实现了服务于开放性创新实践教学的实验平台建设。近三年来，以大连理工大学机械学院机械设计制造及其专业的本科生为对象，教学团队在创新实验教学平台上提供了硬脆晶体基片精密磨削加工技术、硬脆晶体基片精密研磨加工技术、硬脆晶体基片精密抛光加工技术、硬脆晶体基片精密加工表面/亚表面损伤检测技术、超硬晶体材料光电化学机械抛光技术、蜂窝芯超声辅助切削技术、薄壁曲面零件椭圆超声振动切削加工技术等10 个实践教学课题，机械学院在读本科生均可在开放性创新实验教学平台上选择自己喜欢的实验课题，每年参加开放性创新实践教学的学生超过200 人次，创新实践教学得到了学生的认可。
2.2 学生创新与实践能力
基于搭建的创新实践教学平台，依托于教学团队承担的科研课题，通过指导学生参与各类创新创业训练项目和各类科研课题，使学生自主或协助博士研究生完成创新性实验研究。经项目设计、项目实施、报告撰写、学术交流等过程，锻炼和提升学生的科技创新能力。近3 年，教学团队指导学生主持国家级创新实验项目6 项、省级创新实验项目12 项、校级创新实验项目70 余项。学生们通过基于超精密加工技术的开放性创新实验对精密加工技术有了深刻认识，开阔了知识视野，发掘了自己的学术兴趣，增强了学术功底，拓展了知识面，对今后的工作和深造学习均有很大的启发。此外，学生对于专题讲座和现场实践的学习兴趣最高，由于现场实践能够使课本上的教学变成“看得到，摸得着”的机械，学生对精密零件的加工过程也有了更加直观的见解，能够亲自操作机器也使学生增加了对学科的归属感，增强了学生的学习兴趣。最后，对开放性创新实验教学的总体教学评价还可以反映在学生的过程化考核成绩上，从最终的课程考核成绩来看，成绩高于80 分的学生人数达85%以上。
2.3 学生科技竞赛成绩
科技竞赛是检验学生创新和实践能力的有效方法，赛教融和能够有效检验创新实践教学的效果。互联网+，挑战杯、数字化三维设计大赛、机械创新设计大赛等科技竞赛均面向机械设计制造及其自动化专业的本科生。学生们依托于创新实践教学平台，结合不同科技竞赛的命题要求，自主组建参赛小组，在实践教学平台教学团队的指导下完成方案设计、零件材料和工具采购、加工参数优化、加工程序编写等工作，参赛成员协同完成参赛作品的加工与制造。近三年来，依托于精密加工技术创新实践教学平台，学生获得中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖2次、银奖1 次，辽宁省“互联网+”大学生创新创业大赛金奖3 次，“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛一等奖1 次、辽宁赛区一等奖2 次，辽宁省机械设计创新大赛一等奖3次，获奖学生达80 余人次，学生以第一发明人申请发明专利14 余项，发表SCI/EI 论文8 篇。基于精密加工技术的开放性创新实验教学，以科技竞赛为载体，培养了一批基础理论扎实、创新实践能力强的优秀学生。
面向我国集成电路、航空航天、国防武器等先进制造前沿行业对工科人才创新和实践能力的要求，以大连理工大学机械学院基于精密加工技术的开放性创新实验教学为例，研究了以理论教学为依托，以实验工程应用为基础的精密加工技术方向的创新实践课程体系，以及开放式创新实践教学的导师制人才培养机制。通过有效整合实验资源，完善实验室管理方法和网络化平台，建立了高效灵活的开放式创新训练软硬件环境，完成了教学与创新实践深度融合的课程建设，增加了启发式教学和实践教学的比重，形成了理论-实践的系列专题课程，实现了精密加工技术方向的科研成果快速向本科生创新实践教学资源转化，达到了提高教学质量、培育学生创新实践能力和提升机械专业学生就业竞争力的目的。
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