以學生為中心，推進機械類專業工程訓練的改革與實踐

劉志強+陳建兵

[摘 要]工程教育的核心特征在于其實踐性。高校工程訓練中心對工程科技人才的培養具有舉足輕重的作用。“以學生為中心”是工程教育專業認證的核心理念。針對我國高校工程訓練中心建設的某些不足，從這一理念出發，高校必須對機械類專業的工程訓練進行訓練體系反向設計和訓練模式重構。“以學生為中心”的教育理念有利于推動工程訓練中心建設，提高工程科技人才的培養質量。

[關鍵詞]工程訓練；以學生為中心；訓練體系

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）12-0137-04

工程作為實際的改造世界的物質實踐活動，具有建造性、人文性、生態性、整體性和協調性等本質特征。因此，高等工程教育必須克服目前存在的學術化、學科化傾向，擔負起工程自己的教育使命，回歸工程本身。或者說，高等工程教育要超越“科學范式”（強調工程科學與理論分析），確立“工程范式”（強調工程教育的實學性、集成性和創新性）。

為此，我國參照《華盛頓協議》，按“國際實質等效”的要求，從2006年開始試點工科專業的國際認證，并于2013年成為《華盛頓協議》的預備會員。《華盛頓協議》是國際工程師互認體系6個協議中最權威、國際化程度較高、體系較為完整的協議，該協議提出的工程教育國際認證通用標準對工科專業學生畢業時的能力要求，正是對工程本質特征的反映。

工程教育專業認證的實踐表明，“以學生為中心”的教育理念對于工科高校工程訓練中心的建設和發展具有很好的推動作用。

一、工程訓練面臨的問題

工程教育的核心特征在于其實踐性。我國工程教育實踐教學主要包括實驗教學（理論課程的實驗和獨立開設的實驗課程）和集中實踐教學（工程訓練、認知實習、生產實習、課程設計、畢業設計）兩大部分。然而，在我國本科工程教學體系中，存在重知識學習、輕能力培養的現象。2009年，中國工程院發布了一個調研報告，對國內高等工程教育的現狀提出了批評：一是一些本科院校不能根據自己的實際，盲目爭辦“綜合性、研究型”大學，導致學校建設目標趨同，人才培養目標單一；二是工科院校的實踐教學被不同程度地削弱，使工程訓練達不到最基本的要求；三是教師學術化傾向十分明顯，學生創新能力不強，重論文、輕設計、缺實踐。

由于高校與企業聯系不密切，企業難以容納大批學生實習等問題，生產實習大多是走馬觀花，學生很少有動手和提高實踐能力的機會。因此，工科高校工程訓練中心的建設就顯得尤其重要。雖然我們在不斷進步，改革的步伐從未停滯，但與國外相比，我國高校工程訓練中心的建設還存在諸多不足，如：

（一）功能定位單一

以教為中心的教學功能幾乎是所有高校工程訓練中心存在的核心要素，忽視了學生的主體性和能動性。這種教學理念及相應的教學方法，不利于發揮學生的主動性、積極性和創造性，不利于培養學生主動實踐的能力。

（二）訓練目標不明確

訓練目標與工科專業培養未來合格工程師的要求有差距，目標仍然以驗證理論知識和掌握加工工藝為主，對培養學生的工程觀、組織管理、團隊協作等方面的要求比較模糊。

（三）專業課程體系設計不合理

專業課程體系設計盲目，訓練目標模糊，導致訓練體系層次偏低，訓練內容與理論教學和其他實踐環節脫節。對學生認識工程對于客觀世界和社會的影響，考慮經濟、環境、法律、安全、健康、倫理等制約因素，綜合運用理論和技術手段設計系統方案與思路創新等方面的訓練不足。

（四）師資及硬件資源投入不足

師資隊伍無法滿足工程訓練要求，軟硬件資源投入不足。真正的工程師只有由工程經驗豐富的教師，在一個充滿活力的工程環境中才能培養出來。而我國工科教師學術化傾向十分明顯，大部分教師熱衷于申請課題、發表論文，對教學工作，特別是實踐教學投入不足。

造成上述不足的原因是多方面的，“以學生為中心”的工程教育核心理念未能深入教育管理者和教師心中則是最主要的。由此，需要回答的問題有（但不限于）：

1.什么是以學生為中心的目標導向？

2.如何設計訓練體系？

3.訓練體系如何與專業培養計劃中的理論教學和其他實踐環節貫通？

4.如何建設工程訓練所需的師資隊伍？

二、以目標為導向，進行訓練體系的反向設計

以學生為中心的目標導向就是用期望全體學生獲得的學習成果，反推出所需的培養過程、培養要素和培養環節，以及對應的持續改進機制。

（一）培養目標

培養目標是指教育目的在各級各類教育機構中的具體化，它是由特定社會領域和特定社會層次的需要所決定的。在工程教育國際認證語境下，培養目標可表達為學生畢業5年左右，成為所工作領域的合格工程師，即解決“能做什么”的問題。而在“科學范式”教育模式下，通常是教師（強調工程科學與理論分析）根據自身的認識，主觀設定學生需掌握的知識，制訂課程體系，課程體系實際上決定了學生畢業時掌握的知識，這會造成畢業生能力與培養目標脫節，更與社會需求脫節。

（二）畢業生的能力要求

畢業生的能力要求是指學生完成學業時應該取得的學習成果，即學生產出，實質上是學生畢業時“能有什么”的問題。本文對畢業生能力要求的參考體系是《華盛頓協議》的通用標準，具體為：

1.具有人文社會科學素養、社會責任感和工程職業道德；

2.具有運用工程工作所需的相關數學、自然科學以及經濟和管理知識的能力；

3.具有運用工程基礎知識和本專業基本理論知識解決問題的能力，具有系統的工程實踐學習經歷；了解本專業的前沿發展現狀和趨勢；

4.具備設計和實施工程實驗的能力，并能夠對實驗結果進行分析；

5.掌握基本的創新方法，具有追求創新的態度和意識；具有綜合運用理論和技術手段設計系統和過程的能力，設計過程中能夠綜合考慮經濟、環境、法律、安全、健康、倫理等制約因素；

6.掌握文獻檢索、資料查詢及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；

7.了解與本專業相關的職業和行業的生產、設計、研究與開發、環境保護和可持續發展等方面的方針、政策和法律、法規，能正確認識工程對于客觀世界和社會的影響；

8.具有一定的組織管理能力、表達能力和人際交往能力以及在團隊中發揮作用的能力；

9.對終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發展的能力；

10.具有國際視野和跨文化的交流、競爭與合作能力。

（三）訓練體系的反向設計

訓練體系的反向設計是指：調研內外需求，由需求確定培養目標；然后，由培養目標決定對畢業生的能力要求，把畢業生能力要求分解、落實到培養計劃的各個環節（包含工程訓練），形成課程體系。這里的課程體系是廣義的，即為各個教學環節。尤其要注意的是，課程體系的改革，要改變講課、實驗、實習相分離的傳統做法，充分利用工程訓練中心的條件，實現講課、實習、訓練一體化。這樣，在新生入校后，執行該培養計劃，在質量保障體系（工程教育專業認證是質量保障體系的重要組成部分）的作用下，就能保證學生在畢業被授予學位時實現各能力培養要求，體現以學生為中心的成果導向，解決“能有什么”的問題；進而有效達成培養目標，解決“能做什么”的問題。培養目標、畢業要求、能力達成、訓練體系之間的關系如表1所示。

三、訓練模式的重構

重構訓練模式與其他實踐環節的貫通，是學生能力培養的實現手段。在學生產出導向視角下，機械工程訓練教學體系必須摒棄“金工實習”的傳統觀念，樹立“大工程觀”。按國際工程認證通用標準劃分訓練層次，即認知、基本制造技術訓練、先進制造技術訓練、機電綜合訓練。隨著科學的發展與技術的進步，現代機械產品已不是傳統意義上的純機械產品，而是機電一體化產品。因此，要開發以機械、電子、控制一體為核心，以工程性、綜合性為特點的訓練項目。

為滿足專業補充標準的要求，還要對機械類專業的訓練進行特殊設計和創新訓練，設置課外創新訓練課程。創新訓練分為初級、中級、高級三個層次。對初級訓練階段的學生開展機械創新設計基礎知識、機械運動方案創新設計、電路板設計等基礎性的專題培訓，夯實其基本理論與基本技能。對中級訓練階段的學生開展原理方案創新設計、機械系統創新案例、DSP系統設計、傳感器應用技術等提高型專題培訓，增強學生的綜合應用能力。對高級訓練階段的學生開展大團隊創新項目訓練，引導學生自主研究，充分挖掘學生的創新潛能。

這樣，就縱向形成了“認知、基本制造技術訓練、先進制造技術訓練、機電綜合訓練和創新訓練”為主線的遞進式、五層次訓練體系。

機械工程訓練中心的訓練還覆蓋能源動力工程、電氣工程及其自動化、土木工程、水利水電工程、環境工程、輕化工程等工科專業，訓練中心還要按專業模塊劃分訓練環節，以滿足不同專業的需要，橫向形成多模塊訓練體系。

訓練時間的安排要靈活，可實施分段訓練。如，對安排4周工程訓練（金工實習）的機類專業學生，可令其先進行一周的認知實習，再用2周時間與工程材料及熱成型工藝、機械制造技術基礎等課程結合，在完成圖紙設計、教師審核后，分組、分批在一個學期內完成，最后一周則可與現代制造技術實習結合，完成工程實戰。

根據以上思路，訓練資源必須重新配置。要淘汰老舊落后設備，大量增加先進制造技術訓練、機電綜合訓練、創新訓練所需設備。

四、師資隊伍的建設

“以學生為中心”的工程教育理念對工程訓練中心的師資隊伍建設提出了更高的要求。由于我國博士研究生的培養機制基本上屬于研究導向型，缺乏工程實踐經驗方面的培養，很難勝任“工程范式”下的教學模式。因此，為了培養具有工程創新能力的工程人才，必須完善工科教師的培養機制。一要大力推動對工程博士的培養；二是利用省部共建引入的先進設備和技術支持，組織教師參加新技術培訓；三是大力推進產學研合作模式，引導教師校企聯合開展工程應用研究，提高他們的工程能力。唯有如此，才能將高質量的研究成果和研究方法傳授給學生。

當前，重科研、輕教學的傾向在高校中是十分嚴重的。口里重視教學，實則以論文、科研項目為教師評價體系權重的最大指標，廣大教師怎么會安心教學？所謂“教學出題目，科研做文章，成果進課堂”，講的是教學以科研為基礎，科研為教學服務。科研不為教學服務，以“學生為中心”就是一句空話。要以教師愛崗敬業、安心教學為前提，改革對教師的評價體系與職稱晉升機制，能很好地調節教師在教學、科研和其他方面的投入。

工程訓練中心需要教授、博士，更需要工程師和高級工程師，現場操作技師也是必不可少的。目前高校工程訓練中心指導教師普遍存在職稱、學歷低，年齡老化，人員嚴重不足的現象。必須解放思想，打破事業編制的限制，大力實行人事代理制，從企業招聘全職工程師、技師；也需要從學校相關院系聘請機械、電子、材料、管理、自動化等專業的教授、博士，兼職幫助工程訓練中心開展教學設計與建設工作。

五、典型訓練環節的實例與推廣

為探討校外實習的部分環節在校內訓練中心完成的可行性以及工程訓練與理論教學貫通的可行性，2013年，我們對長沙理工大學機制專業2010級學生現代制造技術實習進行了改革試點。該級學生第四學年秋季學期開設數控技術、現代制造技術實習（時間為2周）。數控技術任課教師在課程教學過程中指導學生完成零件的編程，并通過數控仿真系統的虛擬制造考核（到工程訓練中心）。實習環節在訓練中心進行了1周，每個學生完成了3個零件的加工（線切割1件，數控機加工1件，快速成型1件），取得了非常好的效果。剩下一周時間再到大型先進制造企業參觀，整體實習效果好，解決了到企業不能動手的問題。

在試點成功的基礎上，我們對機制專業安排在機械工程訓練中心的為期4周的實習進行了調整，實施過程及主要時間節點如下：

1.第一學年夏季學期機械工程導論與認知實習同時進行，時間1周。也為第二學年春季學期工程材料及熱成型工藝課程教學做準備。

2.第二學年夏季學期進行2周的基本制造技術訓練和先進制造技術訓練。

3.第三學年秋季學期開設機械制造技術基礎A、機械設計課程；隨后進行機械設計課程設計，由課程任課教師與專業教師聯合指導，完成正確的CAD圖紙。在此過程中，數控技術任課教師介入，選擇適合線切割、數控車、數控銑和加工中心加工的零部件重點指導。

4.第四學年秋季學期開設數控技術，在課程教學過程中完成零部件的編程，并通過數控仿真系統的虛擬制造考核（到訓練中心），要求理論教師先期熟悉訓練中心的虛擬制造系統；在現代制造技術實習環節（2周）時到訓練中心完成零件的加工，時間1周。以上分段完成了4周的訓練。現代制造技術實習的另一周時間要到大型先進制造企業進行參觀實習。

該實例的流程及與學生能力培養的關系如圖1所示。

對2015級學生，可全面實施圖1所示的計劃，學生將得到系統的工程實踐經歷。這使學生從2013年試點時只能完成3個零件的加工，發展到現在能完成機械部件乃至系統的設計制造，并得到綜合運用理論和技術手段實施工程的能力訓練，上升到一個新的高度——認識專業責任和專業倫理。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 袁廣林.高等工程教育的理性回歸——基于工程本質屬性的思考[J].遼寧教育研究，2008（9）：18-21.

[2] 李曉強.工程教育再造的機理與路徑[D].杭州：浙江大學，2008.

[3] 李培根，許曉東，陳國松.我國本科工程教育實踐教學問題與原因探析[J].高等工程教育研究，2012（3）：1-6.

[4] 陳平.專業認證理念推進工科專業建設內涵式發展[J].中國大學教學，2014（1）：42-47.

[責任編輯：劉鳳華]