純凈水制備及灌裝生產(chǎn)線的工程教育
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【摘要】根據(jù)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”對培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的要求，為構(gòu)造提高大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培育體系，綜合考慮各學(xué)科專業(yè)需求，湖南大學(xué)建設(shè)了純凈水制備及灌裝生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)。該實訓(xùn)系統(tǒng)參照實際工業(yè)生產(chǎn)線建設(shè)，并按照教學(xué)需求進行調(diào)整。根據(jù)機械、化工、電氣、軟件等不同專業(yè)，系統(tǒng)開設(shè)單元訓(xùn)練模塊和綜合實訓(xùn)模塊。綜合實訓(xùn)模塊采用產(chǎn)品導(dǎo)向的主動教學(xué)理念，以學(xué)生為主體，以產(chǎn)品開發(fā)的流程為依據(jù)，強調(diào)學(xué)生的工程實踐、設(shè)計開發(fā)、工程管理和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞工程教育；生產(chǎn)線；項目制教學(xué)；車間化教學(xué)環(huán)境
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目[1][2]。“卓越計劃”重在激發(fā)學(xué)生對實踐探索的潛能和興趣，增強學(xué)生的工程意識，提升工程設(shè)計、管理、實踐和創(chuàng)新能力，為國家的工業(yè)化發(fā)展培養(yǎng)造就一批工程實踐能力和創(chuàng)新能力強的高質(zhì)量人才[3]。工程訓(xùn)練是高等學(xué)校人才培養(yǎng)計劃中一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生了解社會、接觸生產(chǎn)實際，培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力，獲得本學(xué)科或本專業(yè)初步的生產(chǎn)技術(shù)和管理知識的一個非常重要的實踐教學(xué)過程[4][5]。傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練通常以金工實習(xí)為主，為培養(yǎng)卓越工程師提供硬件支撐，考慮到現(xiàn)實和未來發(fā)展的需求，湖南大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心建設(shè)了純凈水制備及灌裝生產(chǎn)線綜合實訓(xùn)系統(tǒng)。該平臺結(jié)合實際工業(yè)生產(chǎn)線系統(tǒng)和工程訓(xùn)練教學(xué)目標進行設(shè)計及建設(shè)，并對基于該系統(tǒng)工程訓(xùn)練的教學(xué)實踐模式進行探索。
1教學(xué)模式探索
純凈水制備及灌裝生產(chǎn)系實訓(xùn)系統(tǒng)涉及機械、材料科學(xué)與工程、化學(xué)工程與工藝、給排水科學(xué)與工程、化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、計算機科學(xué)與技術(shù)、通信工程、軟件工程、環(huán)境工程、生物技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)知識。平臺訓(xùn)練的內(nèi)容全面，學(xué)生受益面廣，除了可以按照企業(yè)標準進行正常的純凈水生產(chǎn)及灌裝外，各專業(yè)還可以在通用的實訓(xùn)平臺基礎(chǔ)上結(jié)合本專業(yè)特點來拓展實訓(xùn)項目，以滿足不同的需求。就如何充分利用該平臺實現(xiàn)最大的教學(xué)利用方面，我們在教學(xué)模塊設(shè)計、教學(xué)方式、教學(xué)環(huán)境及輔助資料等方面做了如下探索。
1.1模塊化的教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)置符合構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論，按照該理論，為有效完成知識的構(gòu)建，學(xué)生須轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒑椭R的主動構(gòu)建者，教師須從灌輸者變?yōu)閷W(xué)生的幫助者和促進者，從而實現(xiàn)生產(chǎn)線教學(xué)的參觀認知，轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑸a(chǎn)線相關(guān)項目的實踐中掌握課堂學(xué)習(xí)的專業(yè)知識點，并實現(xiàn)知識的遷移和能力提高[6]。純凈水制備及灌裝生產(chǎn)實訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊化思想設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，可根據(jù)各自專業(yè)需要開展單元專業(yè)訓(xùn)練模塊和綜合實訓(xùn)模塊。其中單元專業(yè)訓(xùn)練模塊包括工藝流程設(shè)計與安裝、濾芯材料的選擇與安裝、水泵的選型及安裝、殺菌器的工藝設(shè)計與安裝、水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測、傳感器的設(shè)計與安裝、PLC控制、氣動控制、自動檢測、步進/伺服電機、變頻調(diào)速、程序的編譯及測試、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。不同專業(yè)的理論課教師都可以進入該實訓(xùn)車間，直接結(jié)合專業(yè)教師隨時講，學(xué)生隨時實踐操作，使得一些空洞的理論教學(xué)有了實實在在的實踐對象。綜合實訓(xùn)模塊是在單元專業(yè)訓(xùn)練模塊的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)純凈水的生產(chǎn)及灌裝操作。該部分對學(xué)生要求較高，除能完成相關(guān)的單元訓(xùn)練外還需重點考察整個系統(tǒng)的連續(xù)運轉(zhuǎn)、異常故障分析處理、產(chǎn)品鏈的完整性及產(chǎn)品的合格檢測等。實訓(xùn)過程及實際工程生產(chǎn)的過程，在這一過程中，學(xué)生需要綜合利用化工、軟件、控制、生產(chǎn)管理和工程知識，綜合分析過程，科學(xué)合理判斷以解決實際工程問題。這一模塊的設(shè)置更多考慮學(xué)生綜合知識能力結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的綜合能力。目前該生產(chǎn)線實訓(xùn)平臺自2016年起，已對湖南大學(xué)機械學(xué)院、化工學(xué)院、電氣學(xué)院、材料學(xué)院、生物學(xué)院、環(huán)境學(xué)院等相關(guān)專業(yè)開設(shè)單元專業(yè)訓(xùn)練模塊和綜合實訓(xùn)模塊。
1.2項目化或產(chǎn)品化的教學(xué)方式
為滿足“卓越計劃”對培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力的要求，實訓(xùn)系統(tǒng)采用項目化[8][9]或產(chǎn)品化[7]的教學(xué)方式，引入主動式教學(xué)理念，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，將學(xué)生定義為項目開發(fā)工程師，按照教師提出的項目需求，由學(xué)生進行項目分析、設(shè)計、加工、調(diào)試等過程，并實現(xiàn)項目預(yù)設(shè)目標。通過項目開發(fā)過程中一步一步引導(dǎo)學(xué)生針對具體的項目問題進行對標分析、方案設(shè)計、加工試制，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力及產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力。下面以小型凈水器的設(shè)計與實現(xiàn)為例，說明如何利用該實訓(xùn)系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。實施過程：步驟1：教師提出項目的要求和目標。步驟2：學(xué)生通過實訓(xùn)系統(tǒng)熟悉了解純凈水生產(chǎn)的設(shè)備、工藝、控制系統(tǒng)及常見故障處理方法。步驟3：小型凈水器的設(shè)計：包括凈水工藝、主要裝置和傳感器等常規(guī)部件的篩選，非標準連接件的零部件加工圖紙設(shè)計，繪制工藝流程圖和自動控制電路圖。步驟4：小型凈水器的加工與裝配：按照設(shè)計圖紙及要求，進行零部件加工、主要裝置和傳感器的安裝及控制程序的編寫等。步驟5：成品的調(diào)試與測試：控制系統(tǒng)調(diào)試，凈水性能測試。步驟6：撰寫項目結(jié)題報告，產(chǎn)品使用說明書，完成答辯。實訓(xùn)項目要求學(xué)生通過查詢文獻和市場產(chǎn)品的信息掌握實際凈水產(chǎn)品的工作原理和使用方法，從而按照項目要求系統(tǒng)地設(shè)計出健康、安全、穩(wěn)定的產(chǎn)品。實訓(xùn)課程中學(xué)生以項目組的方式展開實訓(xùn)項目研究，項目組包括項目負責(zé)人和項目組成員，組員按照各自的優(yōu)勢或興趣點參與項目實施，分工明確又注重團隊協(xié)作能力培養(yǎng)。課程要求學(xué)生按照實際工程項目方案形式撰寫項目報告，具體包括：產(chǎn)品對標分析、產(chǎn)品設(shè)計、實施方案、調(diào)試/測試報告、產(chǎn)品說明書等。這種項目實訓(xùn)過程實際上就是模擬復(fù)雜工程問題的解決流程，學(xué)生通過課程訓(xùn)練，不僅了解凈水產(chǎn)品的開發(fā)流程，加深了專業(yè)認知感，更培養(yǎng)了學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、動手實踐能力、團隊協(xié)作能力。
1.3車間化的教學(xué)環(huán)境
實訓(xùn)系統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境車間化[10]，即教學(xué)環(huán)境條件與企業(yè)車間環(huán)境條件相融合。實訓(xùn)系統(tǒng)按照實際純凈水生產(chǎn)和灌裝企業(yè)的工藝流程建設(shè)生產(chǎn)線，同時依照企業(yè)實際生產(chǎn)環(huán)境要求對實訓(xùn)室進行車間化裝修和配套設(shè)施工，設(shè)置了材料準備區(qū)、控制操作區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、產(chǎn)品檢測區(qū)等工作區(qū)域，設(shè)立預(yù)處理工段、反滲透工段、殺菌消毒工段、拔蓋、外刷、內(nèi)沖洗、灌裝、收標等工段，每個工段按照實際操作需求設(shè)置操作工位，參照企業(yè)車間標準，所有實訓(xùn)或產(chǎn)管人員需按生產(chǎn)要求穿戴工裝。實訓(xùn)系統(tǒng)的管理模式工廠化[11]，即教學(xué)管理與企業(yè)車間管理模式相融合。實訓(xùn)系統(tǒng)教學(xué)組織形式按照企業(yè)生產(chǎn)運轉(zhuǎn)模式設(shè)立生產(chǎn)部門。指導(dǎo)老師為工廠的總經(jīng)理，負責(zé)工廠的總體運行工作，下設(shè)純凈水生產(chǎn)部、純凈水灌裝部、水質(zhì)檢測部、桶裝水輸送部、售后維修部，由學(xué)生選取小組長擔(dān)任各部門主管，各部門按照生產(chǎn)流程設(shè)置不同操作工位，如純凈水生產(chǎn)部下設(shè)控制柜操作工位、取樣送檢工位、參數(shù)記錄工位。學(xué)生擔(dān)任各工位員工，通過崗位模擬和輪換參與到純凈水制備及灌裝生產(chǎn)的全過程。學(xué)生需熟讀生產(chǎn)任務(wù)書、作業(yè)指導(dǎo)書等工藝文件，準確地填寫生產(chǎn)表格，排查生產(chǎn)過程的各種故障。
1.4過程監(jiān)控為核心的考核方式
對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進行科學(xué)合理的評價也是課程改革探索的重要環(huán)節(jié)之一。根據(jù)“卓越計劃”的培養(yǎng)目標，課程考核以調(diào)動學(xué)生的積極性和監(jiān)督學(xué)習(xí)過程為目的。為了加強對學(xué)生學(xué)習(xí)活動的監(jiān)控，引導(dǎo)學(xué)生和教師把更多精力投入到學(xué)與教的活動中，課程考核以過程監(jiān)控為核心，實施“過程累計+成品或作業(yè)評價”的考核方式。其中“過程累積”部分占總成績的70%，該部分成績由出勤情況、實施操作能力、團隊合作能力、思考和分析問題能力，解決問題能力、過程記錄和報告完成等多個方面構(gòu)成。成品或作業(yè)的內(nèi)容因模塊而異，主要內(nèi)容包括成品展示、成品相關(guān)文檔資料展示、基本操作知識、實踐過程中可能出現(xiàn)的問題等。
2結(jié)束語
近2年的教學(xué)實踐證明了純凈水制備及灌裝生產(chǎn)系實訓(xùn)系統(tǒng)的重要硬件支持作用，尤其是在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、實踐教學(xué)時，該平臺是保證教學(xué)質(zhì)量的重要條件，該系統(tǒng)強化了教學(xué)體系中的工程實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，使得學(xué)生在金工、電子電工實訓(xùn)過程中所學(xué)會的理論、實操知識在現(xiàn)代化生產(chǎn)線中得到應(yīng)用，為工科類專業(yè)的專業(yè)課程、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計提供相應(yīng)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，通過項目化或產(chǎn)品化的實踐訓(xùn)練，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、設(shè)計開發(fā)能力和工程管理能力。
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作者:楊靈芳 黃智 單位:湖南大學(xué)