基于产教融合的项目式教学实践

摘  要：借鉴德国“学习工厂”的经验，按照企业批量生产模式，建设面向真实产品生产的工程实践教学平台，构建“服务学习、真实体验”的工程实践学习情境，开展无限接近企业批量生产的全流程工程实践活动。串联工程问题，将工业生产过程成功转化为实践教学内容，实现企业生产与工程教育的深度融合。在教学过程中，探索以学生为中心的多元化工程训练教学模式，培养学生的工程观、质量观、系统观，为开展产教融合的创新创业教育提供新途径。

关键词：工程教育;学习工厂;产教融合;创新创业;项目式教学

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）27-0122-04

Abstract： Drawing on the experience of Germany's "learning factory"， according to the enterprise mass production mode， the engineering practice teaching platform facing real product production is built. We construct an engineering practice learning situation of "service learning， real experience". The whole process engineering practice activities which are infinitely close to enterprise mass production are carried out. By connecting engineering problems in series， the industrial production process is successfully transformed into practical teaching content， and the deep integration of enterprise production and engineering education is achieved. During the teaching process， we explore a student-centered diversified engineering training teaching model to cultivate students' engineering， quality， and system views， and provide a new approach for the integration of industry and education in innovation and entrepreneurship education.

Keywords： engineering education; learning factory; integration of industry and education; innovation and entrepreneurship; project-based teaching

新工科建设明确要求深化产教融合，加强校企合作[1]。经过近年来多方努力，中国产教融合虽然在体制机制、政策规划、专业设置等宏观改革上取得了突破性进展，但在课程设置、教学实施、学习活动等微观层面上问题依旧突出，工程教育学术化、产教融合形式化现象依旧明显，特别是将产业需求转化为工程教育具体教学内容，目前尚未形成系统有效的方法和路径[2]。此外，校企合作稳定性也不高[3]。由于双方培养目标不统一，育人过程中“双主体”对各自需要承担的教学任务不明确，难以在理念上和行动上达到深度融合[4]。

学习工厂是一种基于真实的生产及管理过程，面向高校、企业和研究机构的集多种功能于一体的实践学习场所，是德国开展产教融合职业教育的重要模式[5]。波鸿鲁尔大学利用学习工厂平台，将过去的模拟性、虚假性教学转变为生产性、真实性教学，最终实现课程教学与真实企业生产的有效对接，取得良好的教学效果。

产品生产体验作为天津大学校级新工科选修课和机械工程训练课程的项目式教学模块，借鉴德国波鸿鲁尔大学“学习工厂”的工程教育教学理念，设计构建了一个无限逼近真实应用的工学结合平台，实践内容覆盖产品设计和批量产品生产全过程，以能力产出、利润最大化等优化目标为导向，通过参与者的行动或互动推动项目的持续改进。项目将理论知识与设计、加工、装配等实践技能整合起来，在真实的工程实践环境中实现产教深度融合，打通教育界与产业界的“最后一公里”。在强调实践和基于问题学习的教学论基础上，为学生提供一种优化的实践学习场景;将工业工程和市场营销知识融入项目，拓展工程教育的纵向深度和横向广度，培养学生的工程观、质量观、系统观[6]。解决了校企合作难以深入，缺乏整体性、系统性和集成性，无法形成可持续、常态化机制的难题[7]。

一  项目载体产品设计

项目载体为一款红酒保鲜塞，如图1所示。由塞体、胶圈、压环、旋钮和徽标共5个零件组成。按照食品行业规范标准，塞体和压环选用304不锈钢材料，胶圈外购，选用食品级硅胶材料。由于旋钮不跟红酒接触，考虑到易加工性，选择硬铝或塑料，徽标选用镜面不锈钢，用激光打标。

二  教学平台设计

（一）  零件加工工艺方案制订

依据零件外形特征和中心的设备现状，制订零件加工工艺方案见表1。

（二）  批量化产品生产线建设

按照产品批量生产的机床配置要求，塞体加工划分为两个工序，分别在两台数控车床上完成;压环加工选用车削中心，在一台机床上即可完成主体加工，装配环节增加去除毛刺工序;旋钮外形和螺纹底孔加工在一台斜床身数控车床上完成，装配环节完成锪孔、攻丝和徽标粘贴。徽标加工时，先用金属激光切割机或线切割机床加工出圆片，然后用激光打标机制作图案。

产品装配规划6个工位。工位1为压环去除毛刺;工位2为徽标粘贴处旋钮锪孔;工位3为旋钮攻丝;工位4为徽标粘贴;工位5为产品组装检验;工位6为产品包装。产品生产流程如图2所示。

按照精益生产准时化三原则，即后拉式生产、工序流程化、节拍式生产布局物流，规划零件加工和产品装配生产线，最大限度减少不必要的浪费。

建成的无限逼近真实应用的生产平台，汇集了生产制造、教学培训、研发探究等多种功能。开展企业全流程与职业生涯全阶段的工程实践，从模拟工厂到模拟公司，全方位锻炼学生认知能力、沟通能力、产品设计能力、实践动手能力和团队协作能力。

（三）  课程核心知识点

1  机械工程

机械工程专业主要包括机械原理、机械设计、机械制造和机械材料等内容。机械设计则涉及机械产品结构、功能和制造工艺等。此外，机械工程专业还需要掌握安全生产、机械加工、机械装配和调试维修等方面的实践技能，本项目涉及了数控车床、车削中心、激光加工和3D打印等多种设备，熟练操作这些设备是作为一个机械工程师所必备的基本专业技能。

2  工业工程

工业工程涉及人、物料、设备、能源和信息等所组成的集成系统的设计、改善和实施。精益生产是运用现代的管理方法和手段，充分发挥人的作用和资源的配置作用，通过最大程度地减少不必要的浪费、优化流程来提高生产效率的一种新型生产方式，符合现代人对于品种多样性和质量高标准的双重要求，是一种比较符合现代企业生产的管理方式[8]。其基本含义就是通过持续改进措施，在整个企业范围内以降低所有生产活动中的各种资源消耗并使之最小化的生产哲学。

项目要求按照企业产品批量生产要求，制订标准作业程序，现场推行“5S”管理[9]。每个加工单元的职能，人员岗位职责，部门工作流程，跨区域协作流程，生产工艺流程，设备操作规范，现场管理和作业秩序管理，均做到有章可循;产品装配图、零件图、工艺卡和工序卡等，资料完善，符合精益生产管理要求。

3  工业设计

项目要求设计人员注重用户体验和产品复合功能的研究，关注用户在使用产品过程中的感受和需求，提升产品的易用性、舒适性和愉悦感。同时，设计人员通过市场调研与需求分析，深入理解目标市场的用户需求，为产品创新提供参考。

三  项目实施

产品生产体验构建了服务于具体化、场景化和任务式的工程实践学习环境，以“做中学”、基于问题和行动导向的教育理念，开展实践教学。作为工程训练的教学模块，该项目安排4天时间;作为选修课，每周2学时，持续16周。教学过程中，四名学生组成一个项目组，各成员角色定位明确，各司其职[10]。课程分四个阶段，第一阶段，项目组每个学生分派不同的任务，也就是学习不同的操作技能。第二阶段，学生采取互教互学的方法，学会全部操作技能，贯通整个产品生产环节。这两个阶段都属于专业技能培训阶段。第三阶段，在项目执行过程中，老师布置的问题，学生发现的问题，都可作为项目组研究解决的问题、学生依据兴趣特长以及未来的职业规划，自主选题，通过开展以学生为中心的多元化教学实践，寻求答案，切实有效地解决工程实际问题[11]。第四阶段，项目讨论答辩：各小组通过介绍解决问题的过程、结果及收获，进行思维碰撞，达到全员交流的目的。

项目执行过程中，每位成员都要经历三重角色的递进转换。①操作工，每位同学都能够熟练操作机床进行零件加工，体验产品生产全过程，图3为学生生产的产品。②工程师，在生产过程中，发现问题，解决问题，或创新设计，优化加工程序等。③企业经理，面向市场，通过改进产品、优化生产流程，提高效率，降低成本，满足市场需求。

项目执行过程中，开展了以学生为中心的多元化教学实践。①体验式学习，通过亲身实践，分析并理解获得的理论知识和专业技术知识，将其应用于解决实际的工程问题。②基于问题的学习，针对实践中出现的问题，通过分析、讨论，运用相关理论知识和实践技能，寻找解决方案。③研究性学习，在真实生产流程中，通过确定研究的问题，查阅文献，收集数据，分析数据，构建模型，最终产生研究结果。④基于项目的学习，依靠团队合作，通过构思、设计、实施、运行，达到项目优化目标。

项目涵盖批量产品生产的完整工作过程，融合不同学科与领域，涉及具体情境，因而，工程实践的知识不但涉及显性的理论知识，还涉及技能以及意志、态度、动机等过程性、情境性的知识。每个成员不仅是项目的参与者，更是项目的建设者，通过大家的共同行动和互动，迭代创新，持续推动教学平台的优化改进。

四  产教融合、学科交叉助力综合能力提升

产教融合项目式教学依据工业生产和管理的全流程以及生涯发展的全过程确定学习内容，设计组织“目标-过程-方法”相协同的教学实践。在组织结构上通过产教融合、学科交叉，实现工业生产经营与工程实践教学内容有机结合，引导学生利用专业知识解决工程实际问题，注重培养综合工程实践能力和创新意识。项目式教学课程知识结构见表2。

按照“情境化、主动参与性、问题解决完整性、激励性、集体协作”五维一体的原则开展多元化的教学方式，提升学生的工程实践能力，培养团队合作精神和创新意识，达到了良好的教学效果。主要表现在：①学生对该项目表现出极大的兴趣，积极性很高;②学生们对教学过程给予高度评价;③学生们非常认真地提出了一些建设性意见，推动了项目的持续改进。