基于工程訓練的大學生創新訓練教學體系研究

高占鳳 吳文江 張建超 曹學峰

[摘 要]通過分析大學生工程實踐和創新能力培養的現狀和大學生不同教育階段的學習特點，針對存在的問題，積極探索產教融合模式，研究基于工程訓練并考慮不同學習階段和專業特點的大學生創新訓練模式，將分層次的創新教育培養納入實踐教學體系，構建基本培養與個性化培養相融合的創新能力實踐培養體系。

[關鍵詞]實踐教學;工程訓練;大學生;創新訓練;教學體系

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）06-0166-03

隨著知識經濟的迅速發展，具有創新創業能力的人才越來越受到各行各業的歡迎。黨的十七大提出“提高自主創新能力，建設創新型國家”和“促進以創業帶動就業”的發展戰略。2015年國務院《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》的下達表明，創新創業教育已上升為國家戰略穩步推進[1]。2017年教育部發布的“新工科”建設復旦共識目標是致力于培養大量多樣化、工程素質高、具有創新能力的工程技術人才。可見，培養大學生創新創業素質、提高其創新創業能力是高等教育的重中之重。

實踐教學在培養學生掌握科學方法和強化實踐動手能力方面起著重要作用，同時也是培養具有創新能力的高素質工程技術人才的必要環節。但傳統實踐教學在培養學生創新能力方面還存在一些問題：如對創新能力培養與實踐教學的關系把握不準;較少考慮大學生不同教育階段的學習特點;在課程體系設計上缺少行業人員參與，存在與工程實際和前沿知識脫節的現象;缺乏較為完善的創新能力教學培養體系、訓練缺乏系統性等問題。如何構建以提升工程素質和創新能力為導向的實踐教學體系，將提高學生在解決實際問題中的思辨、設計和創新能力落到實處是目前各高校亟待解決的課題。

一、國內外大學生工程實踐和創新能力培養現狀

國外高校特別是一些發達國家，如美國、歐洲的大學非常重視大學生實踐能力的培養，大學畢業生的實踐能力和創新意識較強。美國麻省理工學院利用課余及假期時間加強學生的工程實際訓練且訓練形式多樣化，例如做研究實驗的“本科研究導向計劃”“本科實踐導向計劃”和“技術創業計劃”等，學生根據自己的需求可以自主決定到有關場所或實驗室進行訓練，這能全面培養學生的創新能力。美國的一些院校還通過工程研究中心開展工程實踐訓練，要求學生至少要有一半的時間參與到工程研究中心的小型工程設計中。德國的高等工程教育強調教育與訓練一體化，注重對社會資源的利用，實行校企合作模式，工程訓練在真實的企業中進行，充分發揮企業在實踐訓練中的優勢。法國的高等工程教育更注重實踐性，采用國家、學校、社會、教師和學生五位一體的工程教育培養體系，學生接受大量的工程實踐訓練并分階段在企業里進行工程實訓[2]。

香港理工大學工業中心在企業界提供多種形式的資助下模擬“工業環境”進行實訓教學，保證了大學生工業訓練技術上的先進性。為了適應工程教育改革的發展方向，國內大部分工科和綜合性高校成立了工程訓練中心，不斷豐富實踐教學資源，搭建綜合性實踐教學硬件平臺，在優化實踐教學體系，改進實踐教學內容和積極探索實踐教學新模式等方面進行教學改革。實踐教學模式也由單一的封閉式訓練方式逐步轉變為開放性、綜合性的工程訓練模式，這對培養具有工程素養、實踐能力和創新能力較強的復合型人才起到一定的推動作用。但是，目前工程訓練在培養學生創新能力方面還存在如下問題。

1.忽視創新意識和創新能力的訓練。大部分教師在工程訓練課程教學過程中忽視對學生創新意識的引導，只是單純地將其作為鍛煉學生動手能力的課程來組織，缺乏創新能力培養環節。同時，大多數學生抱著混學分的態度來上課，將工程訓練簡單地等同于勞動，不愿意主動結合實際進行功能擴展、深入思考和探究等創新性工作。

2.創新訓練還沒有貫穿整個工程訓練實踐教學體系，且訓練缺乏針對性。目前，在課程設置和教學安排上還存在對大學生不同學習階段特點考慮較少、創新能力培養與工程訓練項目融合程度不夠、與工程實際有一定程度的脫節、缺乏與專業相關的個性化培養和訓練缺乏系統性等問題[3]。

3.教學模式單調，教師隊伍知識老化。實踐教學師資隊伍的工程素質和指導能力參差不齊，部分教學教師知識老化，跟不上技術發展。某些實訓工種教學手段單一，教學過程還采用“填鴨式”授課和“手把手”指導。學生意識不到任何創意設計，主動性和積極性嚴重不足，沒有達到激發學生創新意識和培養學生創新能力的教學目的。

二、我國大學生不同教育階段的學習特點分析

我國大學本科基本學制一般為四年，學習年限一般為3～6年。以四年大學本科為例，一般可分為基礎理論課學習、專業基礎和專業課學習、畢業論文等不同教育階段，每個階段都有其各自的內容和特點。

在基礎理論課學習階段，工科大學生主要學習思想道德修養、法律基礎、計算機、數學、外語等公共必修課程。學習的目的主要是拓寬學生的知識面和加深學生對基礎學科知識的理解，為其進一步學習專業知識、提高能力、訓練思維方法打基礎，也讓大學生對高中生活和大學生活有一個適應。本階段的學習對整個大學階段的學習十分重要，對大學生的未來發展亦有深刻的影響。

專業基礎和專業課學習，包括專業基礎知識領域的基本概念、原理、規律及處理問題的思維方法以及系統的專業理論知識。此階段，學生既要學習教科書上的結論和專業知識，又要學習其研究方法，還要認真做好實驗，掌握實驗技術和實驗技能，不斷提高自己觀察現象、發現問題、提出問題的能力，鍛煉自己的科學思維能力和動手能力，養成良好的科學習慣。在學習專業基礎課時，由于大學生還沒有系統地進行專業知識的學習和專業實踐訓練，這導致學生對這些基礎知識的重要性認識不足，從而產生消極態度。教師應在教學過程中引導大學生重視專業基礎課，同時理論聯系實際，加深學生對基礎知識的理解和應用。

畢業論文是大學生在走上工作崗位獨立工作之前的預備演習，是對所學知識、技能的綜合運用和重新組合的階段。此階段要求大學生在教師的指導下獨立思考和獨立完成與畢業論文相關的各種學習活動。

三、分層次、遞進式的工程訓練創新教學體系

我校工程訓練中心是河北省示范實驗中心建設單位，開展多種形式的工程訓練教學，融科研和社會服務于一體。工程訓練中心以培養學生的基本工程素質、實踐動手能力和創新能力為主要教學目標，以如何引發學生的研究興趣和探究、提高學生的實踐能力和創新能力為教學改革的重要內容，對工程訓練硬件平臺建設、實踐教學體系、創新教育模式等方面進行了一系列研究、實踐和總結提高，積累了有益的經驗[4-6]。在分析大學生不同教育階段學習特點的基礎上，筆者針對我校的辦學方向、服務行業和學科優勢，以面向鐵道建設與工程管理、土木工程和交通運輸行業、機電一體化行業等創新型工程技術人才為培養目標，探索了基于工程訓練的分層次、循序漸進的創新能力培養模式[7]。在此基礎上，結合工程訓練中心已經建成的模塊化、層次化、漸進式、開放式的工程訓練綜合教學體系，充分考慮學生的專業差異和不同學習階段的學習特點，積極改進現有各模塊的教學內容并增加創新教學環節，增加具有前沿性的教學模塊，加強創新教學平臺建設，將鐵道實踐教學、創新意識和創新精神培養融入工程訓練教學過程中，構建了具有鐵道特色的多層次、模塊化、遞進式的工程訓練實踐教學體系，包含“工程認知訓練”“工程技術基礎訓練”“工程技術訓練”和“工程創新訓練”四個由低到高的層次，每個層次的教學內容都和學生的學習階段和專業特點相適應。讓學生從一年級開始一直到畢業前都有機會進入工程訓練中心進行不同層次的工程技術實踐訓練，逐步有計劃地培養學生的實踐動手能力、工程素質和創新能力，使學生在整個大學學習期間都能得到有計劃的創新訓練，以增強學生的就業競爭力。

（一）工程認知訓練

全校除機電類、材料類專業外都在大一下學期開設有必修課程工程實踐能力訓練A，時間為1周。課程內容設置包括不受專業限制、不受學科限制、不受文理類別限制的通識類模塊和針對專業特點的擴展模塊，適當增加了工程科技前沿、先進制造和機電一體化等內容。主要學習基本工具、常用儀器儀表的使用以及訓練基本操作技能，使學生初步接觸與工業生產相關的各種應用技術。通過現場講解、動手實踐、項目指導等方式培養學生的觀察能力和基本操作技能，初步培養學生的大工程觀，建立學生的工程概念，樹立學生的工程創新意識。該層次增設若干培養學生創新意識的訓練內容，例如創意制作、機電一體化技術認知、先進制造技術認知等。

（二）工程技術基礎訓練

面向機械電子類、材料類和應用物理等專業二年級學生開設必修課——工程訓練（原金工實習）和面向全校所有專業開設通識課——工程實踐能力強化與提高。這些課程主要進行工程技術基礎訓練，以加深學生對工藝知識的理解、強化操作技能訓練為主。工程訓練課程根據內容復雜程度和時間劃分為A、B、C、D四種，實訓時間分別為5周、4周、3周和2周，對應機械工程及其自動化專業、測控技術與儀器、工業設計、建筑環境與能源應用、電氣類、應用物理等專業。這樣做的目的是鍛煉學生的動手實踐能力、加工制作能力，培養學生的創新設計能力。

為了彌補傳統金工實習教學內容相對落后、各工種之間缺少連貫性和對學生的創新意識培養方面的不足，工程訓練中心在傳統實訓項目的基礎上增加了加工中心、激光加工、3D打印、柔性制造系統等新的訓練內容，盡最大可能使學生接觸和了解較新的技術、先進的工藝和使用新材料。我們改變原有的教學模式，引導學生重視機械制造加工工藝，增加自主設計環節，培養其創新設計能力，要求學生把聯系相對緊密的模塊做合理的鏈接，從而形成完整的作品。同時，為了滿足部分學生深入學習的需求，我們還增設了工程實踐能力強化與提高通識課，供完成工程實踐能力訓練A和工程訓練實訓的學生選修，讓學生在自己喜歡的領域得到進一步訓練和提高。目前，我們已經開設包括鐵路牽引供電網、先進加工技術、機器人技術等10余個強化項目。學生可以根據興趣和專業特點選擇不同的項目進行深入學習，利用相應實訓室的軟硬件資源進行作品方案設計、可行性分析、建模與仿真、加工與制作、功能分析與評價等全方位訓練，這能有效強化學生的加工制作技能和創新設計能力。

（三）工程技術訓練

為了培養學生的專業技能和提升學生適應未來工作崗位的能力，我們針對較高年級的學生開設數字化設計與制造、機電一體化技術實訓、工程創新訓練、鐵道知識實訓、高鐵技術實訓等多門實踐類選修課程，主要強調實踐技能訓練與自主設計。在教學過程中我們利用“啟發互動+項目驅動”實訓模式和“課堂授課+開放實訓室”的方式開展教學，通過實訓使選課學生掌握相應的專業技能，為后續的創新能力訓練打下基礎。以工程創新訓練課程為例，訓練項目主要有指定項目和自選項目兩大類，自選項目必須經過學生答辯后經教師指導團隊認定。由2～3名學生自由組成創新小組，在限定的時間內進行選題、課題分析和查閱文獻、實施方案設計、可行性分析和建模，經指導教師團隊考核通過后再進行零部件加工、裝配以及作品功能測試等，系統地訓練學生利用所掌握的知識分析和解決具體工程問題的技能，培養和強化學生的創新設計能力。

（四）工程創新訓練

該層次著重培養學生的工程綜合能力和創新能力。主要針對學有余力的學生開展各級創新創業計劃項目和科技創新競賽等實踐活動。利用工程訓練平臺、創新實訓室和創客空間組織學生開展多種形式的創新訓練活動。針對大學生創新訓練存在與工程實際脫節的現狀，近幾年工程訓練中心與多家企業、公司進行產學研合作，積極引導學生參與工程實際項目的研發工作，從工程實際問題中遴選出合適的子課題參與國家級、省級、校級的各類大學生科技競賽和創新創業訓練計劃，包括大學生創新創業訓練計劃項目，各級別大學生工程訓練綜合能力競賽、機械創新設計大賽和挑戰杯大賽等。通過查閱文獻、問題分析、方案設計，可行性分析、工程設計和計算、零件加工工藝編制，加工和裝配、調試和改進、撰寫研究報告等環節的訓練，提高學生的綜合創新能力。例如：“鐵路軌道除沙車的設計與制作”被列為國家級大學生創新創業計劃項目，參訓學生獲國家專利3項，榮獲河北省第1屆大學生創新創業年會特等獎，同時被多家新聞媒體追蹤報道。并且，該創新訓練模式受到了“就業50強”進校考察專家的一致好評。

四、結語

創新能力培養是“卓越工程師教育培養計劃”和“新工科”建設的重要環節，尤其在當前“大眾創業、萬眾創新”的時代，大學生創新教育再次得到國內各大高校的重視。可以依托工程訓練校內教學平臺，開展產學研多層次實踐教學，進行基于工程實際項目的創新能力訓練，將大學生分層次、漸進式創新訓練融入已建成的工程訓練課程體系中，對大學生創新能力進行系統地和有針對性地訓練。從建立創新觀念、樹立創新意識到進行創新設計、創新實踐逐步實現大學生創新能力的漸進式培養。這不但能使學生的實踐動手能力、工程技能和創新能力得到鍛煉，而且還有助于培養學生的協作精神、專業溝通能力，進而提高大學生的綜合素質。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 國務院辦公廳《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》[EB/OL].[2015-05-13] .http：//www.gov.cn/xinwen/2015-05/13/content_2861327.htm.

[2] 盧靜，劉付軍.國外高等工程教育工程實踐訓練啟示[J].河南工程學院學報，2009（4）：64-66.

[3] 成瓊，郝建平，劉牧眾，等.培養綜合工程素質創新工程訓練模式[J].實驗室研究與探索，2010（8）：130-132.

[4] 張建超，吳文江，高占鳳，等.基于“卓越工程師”培養理念下的工程訓練與創新平臺建設[J].教育教學論壇，2015（48）：115-116.

[5] 高占鳳，張建超，吳文江，等.依托工程訓練中心的創新型工程訓練體系構建[J].教育教學論壇，2013（50）：26-28.

[6] 吳文江，張建超，高占鳳，等.基于工程實際項目的大學生工程實踐能力培養[C].International Conference on Education and Management Science（ICEMS 2016），2016：309-312.

[7] 高占鳳，吳文江，李周男，等.基于工程訓練的大學生創新教育模式研究[J].河北農業大學學報（農林教育版），2017（6）：78-82.

[責任編輯：陳 明]