新工科3E背景下工程訓練教學改革

何流洪 周崢嶸 管琪明

【摘要】基于國家戰略和國際競爭的現代工程人才需求，新工科提供了解決方案。新工科強調重視創新實踐教學，強調積極應對，主動塑造。工程訓練教學作為創新實踐教學的重要組成，秉承“整體歸零、全盤重構”的改革宗旨，重新定義工程訓練的教學含義，重新塑造工程訓練的教學理念，重新構建工程訓練的課程體系和教學保障體系，實現了工程訓練全面深入的教學改革。

【關鍵詞】新工科 ?現代工程人才 ?工程訓練 ?教學改革

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）09-0242-03

當前，新一輪科技革命和產業變革生機蓬勃，以新模式、新業態、新產業、新技術為支撐的新經濟發展日新月異。作為促進社會進步和國家發展的中堅力量的工程科技，最為直接地影響國家的發展，所以，工程教育發展和改革大勢所趨，新工科建設依勢而立，應運而生。2017年2月，由教育部牽頭，眾多高校積極參與的“復旦共識”，探討了新工科的內涵特征、新工科建設與發展的路徑選擇，對工程教育改革和發展的必然性達成共識;對各類高校的工程作用定位達成共識;對新工科發展決定因素和努力方向達成共識。2017年4月，“天大行動”，教育部組織，60余高校共商新工科建設的愿景與行動。2017年6月，教育部在北京召開新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議，全面啟動、系統部署新工科建設。并審議通過《新工科研究與實踐項目指南》，稱“北京指南”。至此，新工科建設號角正式吹響，新工科建設勢在必行地走上發展的舞臺中央，猶如星星之火，在廣袤的神州大地上遍地開花。[1，2，3，4]

1.解讀新工科人才培養要求

當前，新科學、新技術、新工藝、新設備、新材料等以“大數據”“互聯網+”為催化劑，催生新模式、新業態、新產業，然后級迭代更新，并深度交融，交替循環，周而復始。現代工程已然演變成一個綜合性極高的復雜系統，越加趨于開放化、共享化、數據化、協同化、集成化、系統化。不僅涉及科技、設備、工藝、材料等技術要素，還涉及社會、政治、經濟、文化等非技術要素[5]。要解決現代綜合工程問題，人才是重中之重。“Engineering Education in a Rapidly Changing World”中提到，適合現代和未來的工程人才要儲備廣泛的工程科學基礎知識，擁有系統的、跨學科的、創造性的、全球性的思維模式，具備溝通與協作、領導和決策及終身學習能力。根據我國的戰略需要，結合未來工程的發展趨勢，新工程人才必須要具備知識、能力、素質的全方位特質，具體來說，要具備優良的道德品質和專業素養、扎實的工程科學知識、全球性眼界和大工程思維、跨學科系統性思維、綠色可持續思維、創新精神和創新創業能力、解決復雜工程能力、工程管理和領導能力、實踐能力、溝通與協調能力、持續學習能力[6]。新工科為新工程人才培養提供全新的解決方案，其強調立德樹人，強調主動適應時代發展，主動面向未來變化;強調從工程教育的理念、結構、模式、質量及體系全方位革新;通過繼承創新、交叉融合、協調共享等途徑;實現能夠適應時代發展和未來變化的多元化、綜合創新型卓越工程人才培養。

2.工程訓練教學現狀及改革路徑

“世界銀行貸款”“質量工程”等項目建設，尤其是2016年以來，我國正式成為《華盛頓協議》締約成員，國際等人才培養機制成為工程教育的行業標準，工程教育漸漸開始回歸本位，實踐在教學中的作用得到重視，工程訓練教育在工程教育中的作用開始凸顯[7，8，9]。工程訓練教學在“平臺打造，硬件加強，師資提升”等方面得到了長足的發展。另外，國家大力發展雙創教育，也為工程訓練中心發展提供了時代性的發展機遇。諸多學校緊抓雙創教育和工程訓練教育的共同發展，利用工程訓練教育平臺優勢，大力開展雙創實踐教育，得到了國家相關政策的大力支持[10]。眾多“大學生綜合創新創業示范中心”、“實踐育人創新創業教育示范基地”、“大學生工程實踐與創新創業訓練中心”相續成立。可以說，工程訓練教學已經基本實現“平臺精良，師資合理”的建設目標[11]。但是，面對日新月異的新工程人才需求，落后的教學體系及單一的、生硬的教學方法與新時代的教學需求之間的矛盾日趨凸顯，工程訓練教學改革意義重大并且迫在眉睫。

新工科強調工程教育要更加注重創新型實踐教學。工程訓練教學作為新工科工程實踐和創新實踐教育的重要組成，工程訓練教學改革不能只停留在舊體系上的拆東補西、舊模式和舊方法基礎上的添磚加瓦。必須要整體歸零，全盤重構。要以著眼國內、放眼全球的大格局大視野作為方向，以新工程人才培養為核心，以適應時代、面向未來為基準，以繼承創新、交叉融合、協調共享為路徑，要積極打碎歷史的陳舊壁壘，主動進行革命性、創新性的教學改革[12]。教學改革要從頂層統籌規劃，從全局布置設計，改革深入理念、結構、模式、質量、體系等全方位，具體來說，是要樹立正確發展理念、確立目標和任務、重新構建工程訓練教學體系和工程訓練教學保障體系，全面徹底地重構新工程訓練教學。

3.新工程訓練教學的定義及發展理念

3.1 新工程訓練教學的定義

新工程訓練是高等院校根據新工程的內在關系和現代工程需求的創新型卓越工程人才的成才規律，以現代大工程作為背景[13]，在高校工程訓練中心對學生進行機械、材料、電子、控制、數據、計算機、設計、制造、工藝、管理等多學科、多領域的知識、能力和素質的工程類全面訓練，從而培養學生優良的道德品質和專業素養、扎實的工程科學知識、跨學科系統性思維、全球性眼界和整體工程思維、實踐能力、解決復雜工程能力、工程管理和領導能力、溝通與協調能力、創新精神和創新創業能力。工程訓練教學是高等院校落實素質教育的重要環節，是高等院校實施工程教育專業認證實踐教學的重要支撐，是學生前期知識的鞏固和應用以及后續知識、能力、素質提高的重要手段，是雙創教育的重要途徑，是多學科交叉融合實踐教學的重要載體，是實現新工科下新工程人才培養的重要平臺[14，15，16]。

3.2 新工程訓練教學理念

以學生為中心，以新工程人才培養為目標，以創新及多學科交叉融合、繼承與持續優化、先進與開放共享為理念，依托學生、教師、學校、企業等多主體參與，重塑科學地、全面地課程體系和可靠的教學保障體系[17]。實現學生在知識拓展、能力培養、素質提高等方面協調發展。

3.2.1 創新及多學科交叉融合理念

十六大提出“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力”，十八屆五中全會提出“必須把創新擺在國家發展全局的核心位置，讓創新貫穿黨和國家一切工作，讓創新在全社會蔚然成風”。眾所周知，科技創新是多學科交叉融合再升華的結果。所以，開展多學科交叉融合教學促進高素質創新人才的培養是我國高等院校的重要任務，工程訓練中心作為面向全校的公共創新實踐平臺，具有公共性、開放性、全面性、創新性和實踐性，易于突破學科及專業的限制，便于整合全校的資源配置，利于形成學生結構的多元化，在此基礎上，結合平臺先進精良、師資隊伍多元化的獨特優勢，打造多學科交叉融合的綜合性創新型工程實踐訓練教學，實現創新型高素質人才培養目標。

3.2.2 繼承與優化，可持續發展理念

現代工程是一個趨于精細化、系統化、集成化、數據化、開放化、共享化、協同化的綜合性極高的復雜系統，涉及到設計、制造、材料、電子、控制、市場、成本控制、管理等方方面面，但工藝技能要求始終貫穿現代工程的全過程，全局性的工程視野和精湛的技術能力在現代工程中都舉足輕重。所以，傳統的基礎工程訓練對學生工程認知、基礎實踐技能的培養作用明顯，繼承工程訓練教學中傳統訓練對學生“精益求精、追求卓越”的工匠精神培養十分必要，但又不能只停留在傳統，要在傳統工程訓練的基礎上優化轉型。由傳統制造技術向先進制造技術訓練側重，由碎片化的單一技能培訓和產品工藝訓練向系統的、綜合的創新實踐訓練和全面的產品全生命周期綜合制造訓練轉型[18，19]。營造現代工程背景，以多元化、綜合創新型卓越工程人才培養為目標，以制造技術訓練和產品工藝訓練為基礎，以產品全生命周期綜合制造訓練為主體，開展分階遞進的、連續全面的、廣泛多元的、綜合創新的工程訓練教學。

3.2.3 先進與開放共享理念

“Made in China”風靡全球，但我國制造業大而不強是不爭事實，平臺先進，設備精良是制造業由大變強、模式由“中國制造”轉型為“中國智造”的關鍵因素。作為最為貼近工廠和創研基地的工程實踐平臺，工程訓練中心應全力整合校內外資源，爭取各項資金，打造以特種加工、3D打印、無人機、機器人、物聯網、智能制造、虛擬仿真、數據采集等先進設備、技術為支撐的數字化、柔性化、信息化、智能化的先進創新實踐平臺。另外，工程訓練教學的發展，僅僅依靠各校工程訓練中心單打獨斗是遠遠不夠的，開放共享才是發展之道。打造工程訓練中心與校內其他院系開放共享平臺，利于打通人才聯合培養渠道，利于優勢互補、共建共享[20];打造校企開放共享平臺，利于滿足企業人才需求，利于促進創新成果轉化;秉承“全國工訓一家親”理念，打造“全國工訓云”開放共享平臺，利于各高校優勢互補，取長補短。開放共享，對資源整合，綠色發展具有重大意義，對全國高校學子共同進步作用顯著。

4.工程訓練的教學體系

新工程人才成才規律和本科培訓方案，決定了工程訓練教學具有過渡性、綜合性、實踐性、探索性和創新性的特點，根據“以本為本，覆蓋碩博”的教學定位，深度契合專業課程，構建層次化、階段化、遞進化、模塊化、柔性化的“本科四年不斷線”的工程訓練課程體系。

課程體系由基礎工程訓練、綜合工程訓練、創新工程訓練以及特色工程訓練四個內容組成，內容豐富，層次分明， 責任明確[21]。A.基礎工程訓練。開展年級：本科一、二年級。從工程認知開始，通過操作培訓和工藝技術訓練，達到擴充專業知識儲備，提升實踐能力，樹立工程意識和培養工程素質的培養目標。B.綜合工程訓練。開展年級：本科二年級。以指定產品的制作為訓練主線，比如服務機器人、3D打印機、齒輪泵、多連桿機構等綜合工程訓練，以制圖→工藝分析→零件制造→裝配→調試→運行為主線，以團隊合作的方式完成，在提高學生實踐能力、工程意識和工程素養的同時，鍛煉學生協作、組織以及溝通能力。讓學生親身體驗一個作品從無到有的奇特魅力，激發學生對工程實踐課程的興趣。C.創新工程訓練。開展年級：本科后三年。學生跨專業組建創新團隊，基于工程或生活的痛點問題，通過國際工程教育認可的CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）教育模式的序列教學[22]，實現一件或一系列創新產品的創作。不僅進一步提升學生團隊協作能力、溝通交流能力、組織能力，同時還培養學生成本核算能力、市場分析能力以及解決工程問題能力，尤其是對學生創新興趣的激發，創新精神和創新能力的提升效果顯著。D.特色工程訓練。開展年級：本科三、四年級及碩博。在創新工程訓練的基礎上，以“工程訓練+”的模式，為學生畢業設計、自主創新、項目實施、競賽提供保障。對新工程人才培養提供有力支持。

5.工程訓練教學保障體系

為了滿足現代工程對工程人才愈加嚴格的質量要求，加之工程訓練教學規模在逐年擴大，內容在不斷拓展，形式在逐漸豐富，工程訓練教學壓力凸顯[23]。構建科學、全面的工程訓練教學保障系統，尤其是可靠的安全保障和科學的質量保障，是實施教學課程體系的前提條件，是達成教學目標的有力保障。

5.1工程訓練教學安全保障系統。

安全是教學開展的前提，是教學任務中的重中之重。樹立“以人為本，預防為主，生命至上，安全為先”的安全理念[24]，以思想保證、組織保證、制度保證和激勵保證的“安全四保證”作為基礎，構建以學生為中心、教師和學生為主體、全員參與、全員負責的工程訓練教學安全保障系統。

工程訓練教學安全保障系統包含安全意識樹立與培養、制度建設與落實、責任落實與監管等方面。A.樹立安全意識。安全意識是工程意識的重要組成部分，是綜合素質培養的重要任務，讓安全意識培養貫穿到工程訓練教學的全過程，結合先進可靠的“7S”規范管理，將考核細化到教師工作和學生學習的每一細節。從理念上杜絕安全事故發生。B.安全監察和管理。以教師和學生為對象，學校組織安全督查小組，中心組織安全辦公室，負責安全檢查，整改監督，安全考核。形成全面無死角的安全督查機制，從組織上保障教學安全。C.加強實驗室安全制度完善和落實。制定并落實各項安全制度，將實驗室安全規范、設備操作規范和安全注意事項列入崗前培訓的考核內容，嚴格執行考核合格后方可進行實驗的安全準入原則。D.落實“實驗室安全責任到人，設備安全責任到人”原則，強化“誰使用， 誰負責”原則。調動參與工程訓練教學的學生、教師、管理人員及其他工作人員的安全責任感，形成全員參與、全員執行、全員監督、全員整改、全員落實的全員安全的教學局面。

5.2 工程訓練教學質量保障系統。

為了達成讓學生的知識得以拓展、能力得以培養、素質得以提升的工程訓練教學目標，根據工程訓練課程體系的層次化、階段化、遞進化、模塊化的特點，融合ISO9000族質量管理標準體系、全面質量管理 （TQM）以及戴明循環（PSCA）等質量管理理論和方法[25]，以學生為中心，以教師、學生、督導為主體，以教學目標達成為目的，以全面監控、客觀評價、無死角改進為策略，構建從“教學目標→教學方案→教學過程→教學監控→教學評價→教學改進→實現教學目標”的閉環工程訓練教學質量保障系統。有效促進工程訓練教學的規范管理和質量提升。

5.3“數智工訓”平臺

將“信息化推動高等教育”落到實處，通過對安全、教務管理、實驗室管理、材料管理、MES（Manufacturing Execution System）以及質量管理等整合優化，打造“數智工訓”系統。促使工程訓練教學管理從粗放式向精細化、智能化、互聯化轉變，提高管理水平和教學質量。

6.結語

新工科建設為現代工程的人才需求提供了全新的解決方案，工程訓練教學主動適應，全面革新，構建具有新含義、新理念、新課程體系、新保障系統的新工程訓練教學，是新形勢下工程訓練教學改革方向的探尋，又是新工科建設的落實和響應，更是對新時代人才成才規律的探究和實踐。

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