運用頂層設計 建設高水平綜合性工程訓練中心

胡明星

(西安理工大學實驗室管理處，陜西西安 710048)

0 引言

工程訓練中心是“十一五”期間西安理工大學重點建設的國家級實驗教學示范中心(建設單位)。在創建國家級工程訓練中心的過程中，學校既不是簡單地擴充原來的金工實習中心，又沒有局限于示范中心建設評審指標和驗收標準進行“按圖索驥”式的建設，而是應用頂層設計的方法手段，根據學校教育事業發展規劃和辦學特色，由學校層面開始對工程訓練中心未來發展進行規劃和定位，突出學生綜合能力的訓練與教學資源整合，強調學生自主管理和分層次特色培養，逐步建立起輻射全國、國內一流的多功能、開放型工程訓練中心，在探索國家級實驗教學示范中心建設模式上進行了卓有成效地實踐和探索。

1 頂層設計內涵、特點與作用

頂層設計最初為引進的工程學概念，英文為Topdown，其被定義為:從最高端向最低端、從一般到特殊展開系統推進的設計方法，是自上而下、自高端至低端層層系統推進的設計方法。具體講，頂層設計就是用系統方法，以全局視角，對各要素進行系統配置和組合，制定實施路徑和策略。它不同于傳統設計模式即底層設計模式(Bottom-up)，是一種新的逆向設計模式，它既是一種新的方法，也是一種新理念［1］。頂層設計具有應用性、操作性的突出特點，強調執行力，在執行中注重細節，實施精細化管理和全面質量管理，注重各環節之間的互動與銜接［2］。頂層設計和發展戰略規劃一樣，都是高校發展進行理性設計的重要手段，都注重從目標、措施到結果的過程控制，但發展戰略規劃更強調宏觀性、原則性和前瞻性，而頂層設計則更強調系統化、清晰化、可操控。在實踐中，只有將這兩種理性設計方法結合起來，才能夠為高校發展提供更加科學的指引［3-5］。

國家級示范中心建設本身就是一項系統工程，從建設的總體目標出發，站在全局進行規劃和設計，在更大范圍上實現綜合，促進新的實驗教學體系的形成就顯得尤為重要和迫切［6］。頂層設計恰恰為工程提供了整體思維、統籌考慮的有效途徑和方法。在示范中心建設中只有放棄局部利益，站在實驗教學體系乃至學科發展的整體利益高度來確定建設的思路和方案，才能夠使示范中心建設的績效趨于更佳，又好又快地達到建設目標［7］。采用頂層設計方法進行示范中心建設，有利于從全局出發，選擇制定正確的建設方案，避免局部建設和重復建設帶來的發展不平衡以及資源共享率低下等弊端，使示范中心建設既包含評審要求的規定動作，又具備求實創新的自選動作［8］。

2 頂層設計在工程訓練中心建設中的應用

2005年，學校在曲江校區規劃建設新的工程訓練中心。為確保建設的高起點高水平，學校成立了知名教授組成的工程訓練專家委員會，負責對工程訓練在學校人才培養體系中的地位、作用、發展定位及訓練項目設置、運行模式進行研究和決策。學校確定了工程訓練中心組織管理體系，即由實驗室管理處直屬管理，實行在工程訓練專家委員會指導下的中心主任負責制［9］。2007年工程訓練中心獲批國家級實驗教學中心(建設單位)，學校嚴格按照教育部關于普通高校國家級實驗教學示范中心建設和評審工作的有關要求進行建設［10-11］，逐漸形成了集傳統制造技術、現代制造技術、機電系統測試分析、電工電子技術和云計算中心為一體的工程訓練，成為學校人才培養、科學研究和社會服務體系中不可缺少的校級公共平臺。工程訓練中心的建設成效得到廣泛認可，頂層設計的效果得到顯現，先后有國內外150余所高校到校參觀交流。2013年4月，工程訓練中心建設特色和人才培養模式再次得到教育部本科教學工作審核評估專家組的好評。

2.1 工程訓練體系的目標定位與總體框架

學校結合學科特色和工程教育實踐發展，提出了“以學生為本，以提高學生綜合素質為主線，夯實實踐基礎，強調綜合應用，注重學生個性發揮”的建設思路。專家委員會明確指出工程訓練要貫穿工程意識以及真實工程背景，通過平臺建設的真實性、綜合性，實踐體系的系統性、完整性，指導團隊的專門性、協同性，管理運行的科學性、開放性，來達到認識和動手相融合、理論與實踐相融合，基礎與創新相融合，服務于學校“培養具有創新精神的高素質應用型人才”的目標要求。經過近年來的探索，逐漸形成了明確的培養目標定位、反饋協調機制和管理運行機制，完善了工程訓練中心頂層設計框架結構(見圖1)，建成了規模較大、具有國內一流水平的綜合性工程訓練教學平臺，在教學研究型大學提升人才培養質量，培育學校核心競爭力方面進行了有效探索和實踐［12-15］。

圖1 工程訓練中心頂層設計框架結構及關系示意圖

2.2 工程訓練中心主要建設內容

(1)工程訓練教學體系。根據工程訓練中心發展定位，專家委員會設計了以提高學生綜合素質為主線，以培養具有較強工程實踐能力和創新意識的人才為核心，以改革實踐教學內容、模式、方法及手段為途徑，注重學科交叉，融知識、能力、素質為一體，體現本科生理論教學進程及學生能力培養的階段性特點，共性、個性與階段性相結合的三層次多模塊化的實踐教學體系(見圖2)。

圖2 工程訓練實踐教學體系

基礎工程實踐層次:通過工程知識認知(科學與技術原理認知、工程背景知識認知和設備及工藝裝備知識認知)、基礎工程訓練(機械加工技術實踐、材料與成型技術實踐、電工電子技術實踐)環節的訓練，達到了解科學原理、認識工程背景、熟悉工藝知識、學習工程技能、增強動手能力、激發學習興趣等目的。

綜合工程實踐與應用層次:通過綜合實踐(現代制造技術實踐、機電綜合實踐、電類綜合實踐)、綜合應用(綜合實踐項目的延伸及應用、配合理論教學的工程應用、課外自主實踐綜合應用)環節的訓練，達到了解產品概念、建立設計思路、熟悉工藝流程、體驗工藝過程、掌握調試方法、培養分析能力等目的。

特色與創新實踐層次:通過專業技術特色實踐(分析與設計、工藝與制造、測試與控制、系統與集成項目)、學生自主創新實踐(學生課外科技活動、學生創新實踐項目、科技社團及興趣小組活動)環節的訓練，達到激發創新意識、培養創新能力、鼓勵個性發揮、培養專業特長、強調自主學習、培養綜合能力等目的。

(2)工程實踐課程群。根據工程訓練實踐教學體系和專業特色，專家指導委員會設計了面向不同專業、不同培養階段的實踐課程群，按照完全學分制的教學要求，開出多層次模塊化的訓練項目，在共性培養的同時，注重學生個性化的發展需求(見表1)。

表1 課群設置

注重教學內容、教學方法和教學手段改革。基礎課群在傳統機加工、熱加工、電工電子技術基礎上融入數控加工、特種加工、PLC等現代工程技術，培養學生的基本工程素質，拓寬工程視野;綜合課群采取項目式教學方法，以項目實施為主線，學生為主體，教師為引導，通過團隊合作完成一個項目，培養學生初步的工程綜合應用能力;特色課群基于當代先進工程應用技術的某一方向，融入教師科研及教學改革成果，采取啟發式、討論式、交互式相結合的互動式實踐教學新方法，通過真實工程實踐掌握技術內涵，培養學生的專業特長、工程創新意識與能力。

(3)云計算中心。圍繞教學改革與信息化發展需求，專家指導委員會設計了具有高性能計算能力的云計算中心與云存儲服務，中心局域網絡系統有線千兆到桌面，無線300兆到終端。目前，已建成了以刀片服務器、高性能工作站為基礎的云計算中心，可向學生提供 AD6、Protel、Pro/E、3D MAX、Geomagic、Ansys等 40余種工程設計、分析、制造軟件的應用服務，學生不受空間限制，使用平板電腦、智能手機、電腦完成學習和設計任務;整合大量的工程技術課件和各種素材(動畫、視頻、圖形圖像、文本等)，擴展了網絡教學資源庫，保證了網絡教學資源的豐富性;開發使用的教學綜合管理系統，滿足了工程技術綜合實踐教學改革對教學調度、學生成績評定、設備和訓練場地的預約、人員考核、物流管理等方面的信息化管理要求。

(4)開放運行管理機制。立足中心資源效益最大化，專家指導委員會設計了以學生為主體、學生自主管理的實驗室開放運行管理體制，并規劃了專門的學生科技實踐開放區，購置專項設備，配備專業指導教師參與指導學生國家大學生創新項目、科技競賽和社團活動。教師和學生帶著創意或者設計方案通過預約就可以進入開放實踐區，并使用中心的各類資源。目前，學校有11個學生社團常年在此活動，參與學生每年近2 000人。僅2012年學生依托工程訓練中心開展課外科技競賽活動獲得國家級獎12項、省級獎13項。中心與國內外基金會、企業建立多方位合作機制，建有唐仲英大學生工程實踐能力培養基地、黃河水電大學生綜合實踐創新基地、德國卡爾蔡司精密測量技術及人才培養合作基地、美國Xilinx復雜數字系統設計聯合實驗室、美國惠普云計算高校示范中心、美國Stratasys快速成型聯合實驗室、美國Parallels高性能虛擬化示范項目、臺灣固緯電子測試聯合實驗室、陜西省“春筍計劃實踐基地”及西安市“青少年科普教育基地”等，在人才培養和社會服務中發揮了積極作用。

3 結語

頂層設計作為項目管理決策與規劃的先進設計方法之一，在學校工程訓練中心建設和人才培養體系構建中發揮了重要作用。目前，中心建筑面積1.7萬m2，設備總值0.34億萬元，獲得省級以上教學成果10余項，已成為國內高校中頗具特色、訓練水平先進的綜合性工程訓練中心，實現了對學校理工、經管、文法、藝術等學科門類61個專業的全覆蓋，開設訓練項目202項，年均接待學生5 000余人、大學生課外實踐2 000余人。“十二五”期間，工程訓練中心將繼續深化教育教學改革，堅持內涵與特色發展方向，在總結已有成果與經驗的基礎上，積極探索國際視野背景下卓越工程師培養模式和培養途徑，穩步提升工程訓練水平和人才培養質量，不斷擴大國家級工程訓練中心的輻射力和影響力，更好地為經濟社會發展服務。

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