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基于“反射强化理论”的工程实践教学改革研究论文

发布时间:2019-12-12 14:07:08 文章来源:SCI论文网 我要评论














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摘要:遵循国家教育部“加快振兴本科教育,构建高水平人才培养体系,全面提高高校人才培养能力”和加快发展“新工科”的精神,针对机械设计制造及其自动化专业学生工程实践与应用能力的培养,应用斯金纳(Skinner)的操作性条件反射学习理论,提出了强化实践教学的总体思路、实施策略,并在实践教学的改革与实施方面进行了一些探索:完善实践教学体系、加强校内实践之间的衔接、提高专业实习的参与度、强化毕业设计过程等。

关键词:实践教学;反射强化理论;改革;实践

本文引用格式:蔡明山,等.基于“反射强化理论”的工程实践教学改革研究[J].教育现代化,2019,6(21):38-40.

一 引言

        自动化、智能化水平不断提高的现代工业,不仅离不开工程型、应用型人才,而且随着新理论、新材料、新工艺、新技术的不断涌现,现代工业对工程型、应用型人才提出更深基础、更高素质、更高水平、更加熟练的要求。而高素质、高水平工程型、应用型人才的培养是一个长期而持续的过程,而且这些人才也需要终身学习和训练。随着现代工业的基础理论与应用技术的发展,需要不断加强基础理论的学习与工程技术的训练,现代工业高素质、高水平工程型、应用型人才的培养是一个从理论学习→工程实践→理论学习→工程实践→……的渐进式上升过程,而本科阶段是工程实践与能力培养的一个重要的基础阶段与环节。应用型、工程型人才的生长有其演化逻辑与共性规律。对于工程型、应用型人才的培养,可以借鉴与应用斯金纳(B.F.Skinner)[1,2]的操作性条件反射学习理论,把反射强化理论应用于本科学生的工程与实践能力的培养过程,本文拟探讨强化本科实践教学的思路、策略与实施。

二 强化实践教学的总体思路

        斯金纳(Skinner)认为[2]:学习的实质是指机体在某种情境中自发做出的某种行为由于得到了强化而提高了该行为在某种情境中发生的概率,强化是指伴随于行为之后且有助于该行为重复出现的概率增加的事件,即操作性反应。有机体尤其是人类的绝大多数行为属于操作性行为,绝大部分行为经验是通过操作性条件反射建立而获得的。人类的行为是通过习惯的养成而学会的,而要形成这种习惯需要不断地经过“条件反射”的过程,以便使这种习惯固定下来。而固定这一习惯的一个重要方式是“积极强化”。把斯金纳的“反射强化理论”应用于工科学生工程与实践能力的培养,把本科阶段的实践教学分解成循序渐进的“小步子”,实践教学中,通过不断地正向“反射强化”学生的工程实践行为,使之成为习惯;同时,借鉴德国“双元制”教育模式,增强实践性教学环节,通过产学合作、工学结合,将理论教学和实践训练有机结合,并着力于工程背景的营造、学生工程意识的增强,并给予学生足够多的工程实践机会,着力培养学生的专业技能、工程能力、应用能力、创新能力[3]。

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三 强化实践教学的实施策略

         以机械设计制造及其自动化专业为应用实施对象,机械设计制造及其自动化是研究各种工业机械装备及机电产品从设计、制造、运行控制到生产过程的企业管理的综合技术学科。以机械设计与制造为基础,融入电子技术、计算机技术、检测技术、信息技术、自动控制技术的交叉学科,主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法,解决现代工程领域中的复杂技术问题,以实现产品智能化的设计与制造[4]。引入斯金纳的“反射强化理论”,对该专业学生大学阶段机械工程技术方面的训练,提出以下思路:1)全程重视和强化学生机械工程意识、技术技能、工程能力的培养,注重分析问题和解决问题能力的训练;2)把实践教学安排为程序化、间歇式、阶段式、递进式的过程,每个学期均有机械工程技术训练;3)理论教学与工程训练交叉进行,构筑理论学习→工程实践→理论学习→工程实践→……的螺旋式上升过程;4)程序化工程训练与创新性工程训练相结合,程序化工程训练中融入教师安排或学生自己提出的创新性训练,提高学生的“兴奋点”;4)及时、全程评价,每个阶段完成后,教师及时评价与“正向强化”,另外,建立全体学生大学阶段全程的实践档案,并进行纵向评价与“正向强化”。

四 强化实践教学的改革实施

(一)完善实践教学体系


         机械设计制造及其自动化专业的实践教学环节包括:专业认知实习、机械制图测绘实训、机械原理课程设计、金工实习、机械设计课程设计、机械制造基础课程设计、专业实习(生产实习)、毕业设计(毕业综合训练)。融入斯金纳(Skinner)的“反射强化理论”的思想,以技能型、工程型、应用型人才培养为目标,对机械设计制造及其自动化专业培养方案进行顶层规划与修订设计,优化人才培养方案,对其机械工程技术实践教学体系规划为基础实践、专业实践、综合实践、创新实践四个层次,在培养方案中具体的实践教学环节上增加了几何量公差与检测课程设计。具体实施过程中,以典型机械装备综合传动装置为案例贯穿大学全程实践过程,按照专业感性认知→结构测绘训练→原理设计训练→机械加工训练→机械设计训练→公差设计训练→机械制造训练→产品生产训练→专业综合训练的过程,程序化、循序性地开展与不断“强化”学生的机械工程实践能力;同时,以全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生机械创新设计大赛为牵引,组织相关校级选拔赛。动员与鼓励学生积极参加,从而把创新性实践融入程序化实践,程序化实践与创新性实践有机结合,以激发学生训练的兴趣、增强学生训练的成就感,不断“正向强化”学生的机械工程实践能力,使学生成为知识结构全面而合理、具有良好机械工程素质和创新意识、适应新形势发展的高素质的新型人才。

(二)加强校内实践之间的衔接

        大学阶段校内机械工程技术训练环节包括:机械制图测绘实训、机械原理课程设计、金工实习、机械设计课程设计、几何量公差与检测课程设计、机械制造工程课程设计。传统的校内机械工程技术各实践环节是独立进行,不同环节、不同课程之间虽然在内容体系上有衔接,但在实践的具体机械案例上衔接不够,不利于学生技能、技术的强化。按照斯金纳的观点“教学就是安排可能发生强化的实践以促进学习”[2],对于上述实践环节,以典型机械装备综合传动装置案例为主线,进行统筹规划、整体考虑,把整个实践教学过程构建为一种程序化的实践教学模式,每一个实践教学环节是整个大学阶段实践环节中的一小步,从而建立一种间隔性、递进式的实践强化过程;每一个实践教学环节自成独立训练过程,同时又作为相关课程之后的实践训练,或相关课程之间的桥梁。机械制图测绘实训阶段,学生通过对典型机械装备综合传动装置的拆解、测量与制图,进行一次尺度测量、手工绘图、结构表达、工程制图的综合训练;机械原理课程设计阶段,学生通过对典型机械装备综合传动装置的原理方案的设计,进行一次确定机械运动方案、对方案中机构进行分析、构型、综合与运动计算的训练;机械设计课程设计阶段,学生通过对典型机械装备的传动装置结构方案的设计,进行一次制定传动方案、传动装置总体设计、传动件结构设计、装配工作图设计、零件工作图绘制、设计计算说明书编制的训练;金工实习阶段,学生通过各种机械加工方法的训练,熟悉机械制造的一般过程,掌握机械加工的主要工艺方法与过程,熟悉各种设备与工具的安全使用;几何量公差与检测课程设计阶段,学生通过对典型机械装备综合传动装置的精度设计,学会由机械系统的功能、性能要求确定配合精度,设计主要零部件的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度。机械制造工程课程设计阶段,学生针对典型机械装备综合传动装置的主要零部件,开展结构工艺分析、确定加工过程中的定位与夹紧、工艺路线安排、工序尺寸计算、编写工艺规程、工装夹具设计的训练。

(三)提高专业实习的参与度

        专业实习是大学阶段实践实训的一个重要环节,是学生走出校门、进入企业,参与产品的生产制造过程,目的是熟悉机械产品是如何通过工艺规划、技术设计、生产组织、质量控制、加工装配出来的。对于我校机械设计制造及其自动化专业的专业实习,传统的做法是联系一个机械制造企业,安排两周实习:一周定点实习,一周参观实习,但往往定点实习过程中,学生基本没有动手,动脑也很少,定点实习流于形式,也变成参观实习。为进一步提高专业实习效果,强化学生的工程实践能力,开展专业实习模式与内容改革:1)学校按照实践教学的总体规划与内容要求,联系相关机械装备制造企业开展专业实习;学校与企业协调,让学生真正动手进行机械产品的生产制造,进一步增加学生的机械产品生产制造的体验与强化学生的机械工程技术实践能力。2)按照熟悉消化图纸→结构工艺分析→工艺规划设计→现场动手操作→工艺文件研究→典型工艺讲解→夹具设计剖析的过程组织学生实践实训,提高实习的深度,参与、沉浸与体验从图纸到产品的过程。3)另外,组织学生参与企业有关生产组织与管理、质量保证体系、产品技术经济分析等的内容,进一步拓展实习内容,使学生在专业技术训练的基础上,进一步开展产品工程训练。

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(四)强化毕业设计过程

      为加强毕业设计与前期机械工程训练环节、前期理论课程的衔接,开展毕业设计模式与内容的改革:

      1)与校企合作企业、与湖南地区大型机械装备制造企业开展深度合作、深度融合,开展“协同育人”,围绕典型机械装备“真刀真枪”地开展毕业设计——专业综合训练。采用专题式“多对多”指导模式[5],由机械学科的教师与合作企业的研究开发人员、工程设计人员、生产制造人员等组成多个联合指导小组,每一个指导小组中包含多名学校教师与企业人员,指导一个毕业设计小组(包含多名学生)。毕业设计选题是从企业工程实际提炼出的、能够与学生之前进行的机械工程技术训练内容相衔接的专题,一个专题下又分为若干小课题、小项目,每个小课题、小项目就是一个毕业设计题目,每个专题由一组学生完成,每个学生有独立的毕业设计任务,不仅要独立完成自己的毕业设计任务,同时还必须熟悉整个专题。采用这种模式,不仅可以较全面地训练学生的工程实践能力,还可以加强学生之间的团结协作,培养团队协作精神,而且可以进一步强化学生的机械工程技术与技能。2)按照大学全程实践过程程序化、循序性强化的总体思路,由机械学科教师与企业工程技术人员根据机械设计制造及其自动化专业特点、大学全程实践强化要求、典型机械工程装备的特点,从企业研究开发、工程设计、生产制造等过程中提炼一定实际需求、典型案例,构思合适的机械工程技术训练内容,凝练成毕业设计题目,建立毕业设计题库,以便构建程序化的专业综合训练机制。既实现“真刀真枪”地开展毕业设计,又兼顾程序化地强化学生的机械工程技术与技能。3)以机械领域的全国、省级大学生能力竞赛、创新大赛为牵引,组织相关校级能力竞赛、创新大赛,一方面设置不同等次的比赛名次与奖励,另一方面,对于参赛学生,把其参赛设计制作的内容与毕业设计整体考虑,以此强化学生的工程实践与创新能力。例如:我校有学生参加校级、省级工程训练综合能力竞赛后,其毕业设计选题就有如:“重力势能无碳小车构型研究”“重力势能无碳小车运动学分析”“重力势能无碳小车运动学分析”“重力势能无碳小车凸轮设计制造”……。

五 结束语

         把斯金纳(Skinner)的操作性条件反射学习理论应用于本科阶段学生工程实践能力与应用能力的培养,提出了一些设想与策略,并进行了初步的探索实践。通过完善实践教学体系,加强校内实践之间的衔接,提高专业实习的参与度,强化毕业设计过程,让学生经历一种程序化、间隔性、渐进性的实践过程,逐步内化和养成学生的专业技能、工程技术,也初步形成一定的工程创新意识。当然,学生专业技术、工程素养与创新意识的培养是一项系统工程,涉及面广、难度大,还需要不断地进行探索与改革,而且还需探索在程序化的操作性条件反射学习过程中的正向强化与激励机制,进一步完善工程技术训练体系。

参考文献

[1]罗立胜,刘延.语言学习的“强化理论”及其对外语教学的启示[J].外语与外语教学,2004,(180):21-22.
[2]https://wenku.baidu.com/view/fcfe0ca150e2524de4187e59.html.
[3]龚京忠,刘孟祥,陈桂平,等.依托校企深度融合平台,面向应用型人才培养的专业改革与建设的探索与实践[J].教育现代化,2016,3(30):27-28.
[4]https://baike.baidu.com/item/机械设计制造及其自动化/2974925.
[5]龚京忠,李国喜,秦国军,等.面向工程型人才培养的制造系列课程体系改革设想与实践探索[J].新课程研究,2015(06):64-65.

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