創建工程教育中心 培育農業院校學生的工程素養和創新能力

王海林, 楊 洲, 趙文鋒, 陳建軍, 鄭丁科

(華南農業大學 a.工程學院; b.教務處，廣東 廣州 510642)

0 引 言

教育部2012年4號文《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》[1]以及2011年1號文《教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見》[2]等相關文件中對大學生的實踐和創新能力都提出了更高的要求。同時，全面工程教育的理念近年來也得到普遍的認同和關注，將學生的工程素養和創新能力的培養納入培養計劃予以實施和保障，多所學校建立了工程訓練中心[3-6]。所謂工程素養，就是使學生能獨立思考各種工程問題，抓住復雜多變的實際問題的主要矛盾，具備工程簡化能力，建立合理、經濟、簡便地解決實際工程的能力以及結合實踐自我學習自我完善的能力，使他們成為合格的高級工程技術人員。而創新人才培養是教育的根本目的，通過工程教育，培養出具有創造精神與能力的工程技術人才是工科教育的目標[7-11]。

隨著時代的進步和科學技術的發展，單一的學科不利于學科的相互滲透、學科的發展和人才的培養，國內各農業院校相繼開設了非農工科專業以適應現代社會對人才的需求。作為傳統農業院校，為發揮農業院校的特色和優勢，充分利用工科專業的條件，資源共享，培養滿足社會需求的綜合性人才，華南農業大學參照教育部有關精神[12]組建了以“工程基礎”加“學校特色”為特點的工程教育中心，著力培養學生的工程素養和創新能力。

1 工程教育中心的理念和功能

華南農業大學是廣東省和農業部共建“211工程”全國重點大學，是教育部本科評估優秀學校。至今已有103年的辦學歷史，形成了優良的辦學傳統、鮮明的辦學特色，營造了“修德、博學、求實、創新”的優良校風，建立了本科教育、研究生教育、繼續教育多層次、多形式的辦學體系。

學校一貫重視學生工程實踐能力和創新能力的培養，始終堅持“理論教學與實踐能力培養相結合”、“行業指導、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，將工程實驗教學納入到人才培養目標中，工程實踐教學與理論教學并重。在實踐教學方法研究及工程教育教學活動中認真落實“傳授知識、培養能力、啟發創新，提高素質，提高質量，注重實效”的教育理念，建立符合創新性人才要求的實踐教學體系。

為了加強工程教育實踐，學校以“工程訓練中心”為基礎，整合資源，建設了“工程教育中心”。工程教育中心以建成全面貫徹落實素質教育和創新實踐教育的校內實習基地為目的，以培養“卓越工程師”和“富于創造性的復合型人才”為目標，按照“依托學校學科優勢，實現完整育人功能，培養學生工程素質，引導學生探索創新”的理念加快發展建設。

1.1 打造學生工程實踐能力培訓平臺

以學生為中心、以工程實際需要為原則，系統分析工程實踐及卓越工程師基本素質框架，圍繞學生能力拓展和知識結構開展實踐教學，按照整體優化的思想來構建實踐教學體系和教學內容，強干削支、整合集約，培養學生工程實踐基本技能及創新性工程師基礎素質。

1.2 “產學研用”相結合，提高人才培養質量

建設“工程教育中心”，探討工程技術發展的新途徑，研究區域性工程發展戰略、模式、目標、方向，以行業標準為切入點，以南方農業工程實踐為目標，構建“產學研用”的平臺；“工程教育中心”以推進現代科學技術在工程中的應用為目標，開展基礎研究，進行理論創新，從經濟社會發展的需求出發，針對制約工程技術發展的主要瓶頸技術，采用現代科學技術，加速工程科技成果轉化，解決企業工程技術問題，為華南區域企業技術創新、打造核心競爭力服務。同時，在研究中學習，在應用中實踐，提高人才的培養質量。

1.3 校企合作，構建知識的應用渠道

在華南農業大學前期工程教育、校企共建基礎上，通過“工程教育中心”建設，整合校內外科技及工程教育資源，促進工程、科技方面人力及設備資源的整合，增強學生理論知識的實際應用能力，提高在工程領域的科技創新能力[13-15]。

2 工程教育教學體系與教學方法

2.1 教學體系與內容

工程教育中心本著既要實現完整育人功能，又要為全校工、理、管、文、經、法各種學科專業服務，還要為學生提供比較寬闊的大工程背景，盡量拓寬學生的工程意識和視野，著力構建以學生為主體、教師為主導，以培養學生實踐能力、綜合素質、探索精神、創新能力為宗旨，分層次、多模塊的工程實踐教學體系。該體系的要件是：①一條主線：以培養學生工程素養和創新能力為主線；②兩個促進：實踐教學與科研生產相互促進；課內工程訓練與課外科技創新相互促進；③三個層次：基礎訓練；綜合訓練；創新實踐；④四個結合：工農管相結合；軟硬新相結合；產學研用相結合；規定實習與自主實習相結合；⑤五種意識：結合華南農業大學的“農業工程”特色，注重培養學生的五種意識，即團結協作意識、開拓創新意識、服務三農意識、現代工程意識、質量保障意識。

根據學校特色和工程教育的特點，中心構建了“四個模塊、三個層次”的實驗教學內容，即：

(1) 四個模塊。機電工程模塊；食品工程模塊；計算機與信息工程模塊；水利與土木工程模塊。

(2) 三個層次。工程基礎實踐；綜合技能實踐；創新實踐；圖1所示為機械類專業的工程教育層次內容。①工程基礎實踐。重在培養學生的工程素養，針對低年級學生，主要是以基礎課程實驗為主的基礎實驗和工程訓練，并根據學生興趣提供3～5個選做實驗，目的是熟悉了解實驗儀器的操作方法和實驗材料的性能，掌握實驗原理。②綜合技能實踐，重在培養學生解決問題的能力，以項目和問題性綜合實驗為主，著力推動基于問題的學習、基于項目的學習、基于案例的學習等多種研究型學習方法，加強學生創新能力訓練。目的是把實驗教學與科研、生產、社會服務結合起來。它的主要形式是通過吸收學生作為科研助手，組織學生參加生產、科研工作的綜合性實驗；和企業合作，根據工程實際問題，制定和工程實踐結合的實驗體系和內容，深入開展工程實踐活動。③創新實踐,重在培養學生發現問題，分析問題，解決問題的素養，以創新能力和團隊合作為目標。以綜合性開放實驗室為平臺，由學生自由結隊、自主開發、參與科研，并鼓勵學生參與全國性學科競賽。

圖1 工程教育層次結構(以機械類專業為例)

分模塊、分層次、系統化的實驗教學內容為學生提供了由淺到深、由粗到精、由表到內的循序漸進的實踐過程，有利于培養學生實踐能力、創新意識和工程綜合素質，有利于提高實踐訓練水平。

工程實踐能力、創新能力的培養與提高是一個循序漸進的過程，通過全面、系統的工程技術教育和工藝技術訓練，使學生全面了解工業生產方式和工業過程，完成生產工藝技術、方法和工程實踐能力的系統訓練，得到設計、工藝、加工、信息、質量、成本、效益、安全、環保等工程素質的培養。

同時，工程教育以工程素養和創新能力為培養目標，以能力培養為核心，對教學內容不斷進行改革，主要包括：①注重以能力培養為核心，分層次的教學體系，注重將基礎型實驗、綜合設計型實驗和創新探索型實驗相結合，注重內容和手段創新；②教學內容注重內容的應用性，與科研和社會實踐密切聯系，充分發揮學科的應用性，注意將傳統手段與現代手段相結合，注意應用最新的智能化化和自動化的實驗和科研手段；③按照教學指導思想，不斷修改和完善實驗教學大綱，改進實驗課程和實驗教材，突出改革創新，便于培養學生的自主創新能力；④增強綜合性實驗和設計性實驗項目。綜合性、設計性實驗是實驗教學的一項重要改革，對培養和提高學生的創新精神和實踐能力有重要意義。

2.2 教學方法與教學手段

工程教育的教學方法和手段以有利于學生的工程素養和創新能力為目標，在基礎工程訓練和實踐的基礎上，重點在以下方面進行了有益的探索：

(1) 實驗教學始終以學生為中心，提倡自主式、合作式、研究式學習方式。成立了學生科技聯合會，建設學生科技創新實驗室。中心的創新實驗室全年為學生開展電子設計、機械設計、橋梁設計、程序設計等創新項目提供全方位服務；在教學實習計劃之外，中心與教務處共同舉辦每年一屆的面向全校學生的機械、電子科技作品競賽，競賽作品全部為學生自主設計、自己動手制作的有創意的產品。

(2) 將傳統機械制造設備與高新技術加工設備按照現代制造技術體系重新整合，將傳統工程實驗項目與網絡化、虛擬化的信息技術相結合，在部分實驗項目上設置網絡遙控攝像設備，開展交互式的遠程現場教學活動和試講活動。

(3) 以各級創新訓練項目和學科科技競賽為抓手，創新導師制試驗教學模式。在學校的統一部署下，工程教育中心為提高學生的科研水平和動手能力，激發想象力和創造力，培養創新人才，提高綜合素質，為學生搭建了多種課外科研、工程和社會應用實踐平臺。校院兩級設立大學生創新項目，由講師以上職稱的教師指導學生進行研究性實驗。以學生申報創新試驗項目和參加導師科研項目兩條路線并行，開放工程教育中心資源，為學生開展研究和創新實踐提供支持。

3 工程教育中心的特色

通過理論教學和實踐教學的交叉融合有效地將工程教育特色融入到學生實際能力培養中，形成了如下教學特色。

3.1 實踐課程設置和內容設計中，加強三個結合，注重學生全方位能力培養

(1) 工、農、管相結合。在培養計劃的實踐課程設置上，既有一般工程學科的課程，同時，又同時根據我校學科特色，融合農業工程的特色，包括農業機械裝備與設施的設計、制造、檢測、控制等方面的知識；另外，工程人員必須具有一定的管理學方面的知識，以適應現代科技發展需要的綜合型、高素質的專業人才的需求。

(2) 軟、硬、新相結合。在具體的實驗教學內容上，要求學生既要掌握國內外工程教育發展趨勢、我國工程教育發展的環境和政策以及工程管理、決策與實施等方面的內容(所謂“軟”)，又要掌握基礎工科類設備的設計、制造、機電一體化與自動化方面的“硬”件技術，還要掌握國內外工業化前沿領域的新技術、新工藝以及先進的管理理念與方法。

(3) 產、學、研、用相結合。在實驗教學實施過程中，將教學、科研與生產相結合。教師通過教學、參加科學研究和深入企業解決企業在設計、制造方面的問題來拓展教師的知識與能力，豐富教學內容，提高教學質量。學生通過學習、參加教師的科研課題，深入農村、工廠、企業或實習基地，與實際生產相結合，擴大知識面，提高實踐能力和創新意識，特別是提高應用知識的能力。

3.2 注重培養學生的創新意識，知識融合能力，實際動手能力和團隊合作精神

通過循序漸進的實驗課程設置，開發、開設先進的實驗項目。學生在完成工程基礎、綜合技能、創新實踐環節之后，計算機輔助設計、數控編程和操作能力以及綜合分析問題的能力得到提高，通過創新設計實驗環節，全面檢驗學生的知識運用能力。教師只提出目標要求，由學生制定工作計劃，進行創新設計、加工工藝分析和改進、自行操作機床加工出合格的作品，以完成作品的水平來評定成績。中心組織學生參加全國、省部級各類型創新設計大賽，多次獲得優異的創新大賽獎勵。創新設計型實驗項目培養學生的創新意識，知識融合能力，實際動手能力，團隊合作精神，成為相關專業關鍵能力的重要培養環節。近5年組織學生參加包括“挑戰杯”、 全國大學生數學建模競賽、全國大學生機械創新設計大賽、“廣汽杯”中國高校大學生汽車知識競賽、全國大學生電子設計競賽、“歌美杯”全國大學生mp3外觀設計大賽、中南六省區和港澳特區學生創新設計與制造競賽在內的各種大學生科技競賽，獲得了優異的成績。

3.3 根據不同專業學生的工科基礎和不同層次的需求，制定多樣化的人才培養體系

針對非工科類專業本科生，以科普性和日常生活、工作、學習需要為培養目的，設立少學時、寬認知層面的通識性工科基礎知識普及和基本能力訓練的教學體系；

針對工科相關專業本科生，以基礎性和學習、交叉學科研究需要為培養目的，設立中等學時、理解層面的工科基礎知識普及和基本能力訓練的教學體系；

針對工科專業本科生，以強化性和本學科學習、研究需要為培養目的，設立多學時、以工程訓練為主的教學體系，以強化我校學生實踐能力。

4 教學效果

學生經過工程教學平臺的訓練，分析解決問題的能力、創新能力和綜合素質有了明顯的提高。中心注重學生工程技術應用能力的培養，通過本科生導師制吸引學生進入實驗室參與科學實驗，成為科研助手，學生在大學四年中實驗技能得到全面提高；中心通過機械創新項目設置，吸引學生參加機械產品加工制作訓練，學生完成了設計項目，出了一批創新成果，如飯堂用點菜機、衛生取筷裝置、菠蘿削皮機、360°送風機、節能廁所水箱、手柄式乒乓球網架、自動窗簾、密碼鎖等設計極具創意和實用性，可望成為未來產品，有些創新設計正在申請專利。

中心通過對學生進行系統的理論教學、實驗教學、能力培養，使教與學融為一體，學生積極參加各類競賽和課外科技制作活動，2006年以來，在“全國大學生電子設計競賽”、“全國大學生數學建模競賽”、“挑戰杯”、“汽車節能大賽”等全國性大學生競賽中，獲得省級以上獎項178個，30個省級大學生科技創新立項項目和105個校級大學生科技創新立項項目，學生公開發表學術論文49篇。

5 結 語

工程教育中心的建設結合華南農業大學的專業特色和資源實際，以培養具有現代工程意識和創新精神的高級應用型人才為目標，樹立以學生為本，知識傳授、能力培養、素質提高全面協調發展的教育理念和以能力培養為核心的教學指導思想，在農業院校學生工程教育實踐中進行了有益的實踐，2011年工程教育中心被評為廣東省實驗教學示范中心。

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