創新型工程訓練教學模式的探索

王 群， 蔡立軍， 劉彬彬， 張國田， 易守華， 田萬一

（湖南大學現代工程訓練中心，長沙410082）

0 引 言

面對世界新科技革命和新工業革命態勢，對接《中國制造2025》和“一帶一路”國家戰略要求，培養引領未來技術和產業發展的人才，是我國高等工程教育必須擔任的時代重任。工程訓練是高等工程教育的重要實踐組成部分，目前工程訓練中心已成為工科類高校中教學規模最大、學生受眾人數最多的創新實踐教學基地，也是國家有史以來在高校實訓實驗教學建設方面單項資金投入最大的項目［1-3］。國內工程訓練中心通過國家政策的重視和持續不斷的投入，基礎設施條件已大幅提升，解決了國內高校大學生實訓實習的難題。但面對科學技術日新月異的發展，傳統典型的工程訓練只是解決了高校有無實訓的問題，遠遠滿足不了新時代創新型、復合型、應用型人才培養的需求。在新工科時代，矛盾尤為突出。目前國內100 多所高校建立的工程訓練中心，逐漸都在開始探索實踐新型工程訓練教學模式［4］。

1 典型傳統工程訓練

由于歷史原因，大部分的傳統工程訓練即金工實習，師資主要來自于校辦工廠的工人，教學形式主要是師傅帶徒弟，工具主要是傳統儀器設備。在以往網絡不太發達的年代，這種“真刀真槍”的學習方式，有別于傳統課堂教學，對學生有一定的吸引力。在信息爆炸的年代，以及目前各個傳統課堂教學在形式上的變化，使得原來的實訓實習，不再具備獨特的優勢，學習形式和效果有待重新進行論證和考量。

（1）實訓教學手段單一。以往實訓教學主要是在操作現場，老師對著機器設備進行操作示范講解，學生按照老師的示范，依葫蘆畫瓢，一模一樣的照著做，手段單一，學生沒有預習，首次接觸實際機器設備，顯得不知所措，無法在短時間內，快速接受復雜機器設備的原理及操作，使得學生一知半解。因此，這種方式無法提高學生學習效率及自主學習能力。

（2）學生學習興趣不足。以往的金工實習，不管學生興趣如何，老師都是通過講述、操作示范，然后學生練習等過程，將車、鉗、刨、磨、銑等加工工藝傳授給學生，使學生達到基本能獨立操作的目的。這樣一成不變“填鴨式”的教學，導致學生學習興趣不足，難以激發學習活力，實訓效果欠佳。

（3）實訓內容因循守舊。以往實訓內容主要是傳統技術與工藝，盡管近年來，大部分高校購置了數控設備，內容上增加了一些先進制造技術與工藝，對于以技能應用為主要培養目標的職業技術學校，這樣的實訓內容基本能滿足培養要求，但對于研究型或綜合性的高等院校，這樣的實訓內容遠遠跟不上時代發展的需要，滿足不了高等院校本科生的培養目標，很難培養出引領未來技術和產業發展的人才。

（4）創新訓練嚴重缺乏。以往實訓主要是老師將加工制造工藝編好，學生只需按照給定的工藝路線進行練習，主動思考較少，鮮有創新活動。這種實訓重視技能訓練，但缺乏對學生創新思維、意識及能力的培養，使得工科學生在創新實踐方面的鍛煉嚴重不足。

2 創新型工程訓練教學模式的頂層設計

國家新工科以立德樹人為引領，以主動應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才［5-8］。新工科建設對全面推進新時期工程教育改革創新提出了系列新要求［9］，工程教育應著重培養工科學生的使命感、價值感、空間感、關聯力、想象力、宏思維、批判性思維等高素質［10］。我校創新工程訓練與新工科不謀而合，以多學科交叉融合為方向，培養學生解決復雜工程問題的能力，使學生能夠適應、甚至引領未來技術和產業的發展。

我校現代工程實訓中心為適應新時代的需要，對工程訓練的教學模式進行了頂層設計，構建創新實訓體系、搭建創新平臺、建設師資隊伍，以解決傳統工程訓練面臨的問題。

（1）構建“雙核四翼”工程訓練創新體系。以實踐和創新為“雙核”，融合基礎實訓、項目研訓、以賽促訓、校企共訓“四翼”，構建“雙核四翼”工程訓練創新體系，培養新型工程人才。

創新源于實踐，創新提升實踐。實踐與創新水乳交融，密不可分，互相促進，共同提高。整個創新體系以創新和實踐為核心，“雙核”引領“四翼”，“四翼”驅動“雙核”。所有“四翼”的活動都圍繞“雙核”而開展，以提升學生的實踐和創新能力。

“四翼”相互影響、互相促進。其中：

基礎實訓是開展基本技能、基本工藝方法訓練，如機械加工（車、銑、刨、磨、鉗等）、電工電子技術、創新思維與方法訓練等，內容“模塊化”，根據專業需求進行“菜單式”選擇。基礎實訓相當于傳統的工程訓練，只是教學模式和方式進行了改進。基礎實訓是整個工程訓練的基礎。

項目研訓是以多學科交叉融合的創新創業項目為載體，開展研討式教學，培養學生的工程實踐與創新能力。在開展項目研訓過程中借鑒科研項目的管理方式，對學生開展創新項目進行管理，每期結束后進行統計分析，提出改進方案。項目研訓是整個工程訓練的重點。

以賽促訓是引入競賽資源及競爭機制，提高學生對工程實踐的興趣與積極性。以競賽的形式開展實訓，可以借助競賽的多種優勢，激發學生的學習斗志和興趣，變被動學習為主動學習。以賽促訓是保證工程訓練質量的關鍵。

校企共訓是引入企業資源，聯合企業協同育人，將企業的需求和規范融入工程實踐，保障人才的培養符合行業、產業的需求。企業的實際需求轉變成項目研訓的課題，企業的工作規范轉變成學生實訓的勞動紀律等，利用企業資源培養實戰派學生。校企共訓是整個工程訓練的升華。

（2）搭建開放式、泛在化實踐教學平臺。現在的學生被大量碎片信息工具把原來大塊信息吸收的時間打碎，需要搭建合理的時間矩陣將學生圈在里面，充分利用碎片時間實訓。

我校工程訓練中心建設了相應實訓MOOC、微課、短視頻及管理網站和APP等，學生通過線上提前預習相關工藝，學習相關安全常識，了解實訓基本情況，為線下實訓打下堅實的基礎，使學生在短時間的實訓里能夠知其然，也能知其所以然。在高等教育發展過程中，工程訓練中心將成為像圖書館和體育場一樣的高校基礎設施［11］。為充分利用實訓室資源，真正實現開放共享，中心建設了一批“圖書館”式開放實訓室，如3D打印開放實訓室、激光加工實訓室等。所謂“圖書館”式開放實訓室就是實訓室像圖書館一樣全開放，學生可以像到圖書館借書、閱讀、學習一樣，到實驗室借用儀器設備、自主學習各種實踐方法、尋找專業問題解決方案。通過建設線上線下、立體化、交互式教學資源庫及實施“圖書館”管理模式的開放實訓室，搭建了開放式、泛在化實踐教學平臺，全面改進教與學的方式，拓寬學習途徑，豐富教學手段。

（3）組建高層次、創新性實踐教學團隊。目前工程訓練改革的關鍵在于師資，難點與突破也在師資。沒有高素質的師資，再好的設計都是空中樓閣。

我校依靠學校人事政策支持（單獨為中心的人才引進設置了實驗教師系列崗位），近年來引進了具有工程背景的博士后、博士13 人，建立了一支“有理論、能實操、帶項目、做研究”的高層次、創新性實踐教學團隊，主要工作內容為研發創新項目，開展項目教學，指導學科競賽，研究教學規律，實施教學新體系。

高校實驗教師隊伍是實訓教學的主體，是實訓室建設的執行者，對于高校實驗室的發展起著至關重要的作用。實驗教師隊伍是創建高水平大學、提高實踐教學質量、適應創新型人才培養需求不可缺少的人才保障［12-13］。因此，人才引進后，需要通過一系列措施留住人才。我校工訓中心一方面通過提供優質硬件設施、提高工資待遇、優化職稱晉升條件、培養骨干教師及設立專項基金等方法，穩定師資隊伍，為教師提供良好的發展環境；另一方面，為教師創造提升自我、施展才華的舞臺，如通過各類培訓、教改技改、創新大賽、技能大賽、突出貢獻獎評比、教學優秀獎評比等活動，激發工作熱情，發揮教師的主觀能動性，將工作當成事業，切實提高實踐教學及創新創業能力水平。

3 創新型工程訓練課程建設實踐

3.1 創新課程

以大工程理念為背景，通過機械、電子、電氣、控制、信息、材料、設計、管理、人文等多學科交叉融合，構建個性化“2 + X”（即“基礎訓練+項目訓練”）的實訓教學課程，打破時間和空間的局限。基礎訓練內容排進課表，按班級編制按計劃實施；項目訓練由項目組成員和指導老師自行組織實施。

3.1.1 基礎訓練

先通過網上安全教育、觀摩實訓短視頻、MOOC、微課等內容，激發學生的興趣和好奇心，完成認知訓練。經過網絡安全教育、基礎理論考核通過后，進入中心開展基礎訓練，主要內容包括各種基本工藝、技能訓練等。每項訓練項目針對機械類、電氣類、其他理工類學生的專業特點，按時間、內容、難易程度不同分別設計不同的實施方案，設立不同的必選和任選教學內容，體現個性化教學，以機械類專業學生為例，必選項目（學時）主要有：普通車、銑、鉗工（16），數控車、加工中心、五軸、測量（24），激光加工、電火花加工（16），鑄造、焊接、鍛造、熱處理（16），電子電工技術（24）。任選項目（學時）主要有：典型生產工藝流程（32），智能制造（32），互聯網+典型應用（32），創新思維與逆向（32），造型設計與鈑金（32），創意產品設計制作（32），機電產品設計制作（32），PLC 機電產品設計制作（32），機械產品設計制作（32），藝術作品設計制作（32）。

為真正培養學生的工程能力，我校工程訓練中心在課程單元中設立了一批涉及工程實際問題（如互聯網+實訓、純凈水生產與檢測、煤質甲醇生產仿真實訓等）的項目，構成工程環境，讓學生接觸工程問題，親身體驗工程實施過程。選修這些項目的同學在導師的指導下，自己選擇合作伙伴，組建團隊，自主進行項目過程管理，并根據自己的專業特點和興趣，在項目中扮演不同的角色。既能培養學生的工程實際能力，又能提高組織活動能力和團隊合作精神。

這一階段通過增加現代化的信息技術手段，增設多學科融合的基礎實訓內容和針對專業的個性化實訓項目選項，激發學生學習的興趣，夯實學生的動手能力，為后面的項目訓練打下堅實的基礎。

基礎訓練經考核通過后進入項目訓練。

3.1.2 項目訓練

通過基礎訓練，學生具備了一定專業能力和工程創新能力，即可開展創新項目訓練。實施形式一方面以技術前沿、學科交叉實際研究項目為載體，由學生個人組團預約，進入工程訓練中心參加業內前沿的技術攻關項目以及學科交叉綜合實訓創新項目組；另一方面學生可自帶感興趣的創新項目或企業實際需求項目，到中心實施，中心老師協助指導，積極為大學生的項目實施提供條件。

此階段的訓練內容，緊跟國家重大發展戰略，推動大眾創業、萬眾創新，支撐服務產業轉型升級和經濟發展動能轉換，適應以新技術、新產品、新業態和新模式為特點的新經濟。訓練方式主要為學生自主、研討式學習，有利于他們各方面能力的提高。給學生充分的自主權力，實施過程中讓學生了解社會、了解自己，理智地進行自我定位，自覺地開展學習。

以學生自帶項目為例，具體實施流程圖1 所示。

圖1 項目實施流程圖

按照科研項目的管理形式對學生項目訓練進行管理，經歷立項答辯，中期檢查，結題匯報等主要環節。指導老師及中心在過程上對項目實施進行控制，學生通過查閱相關資料撰寫立項申請書，立項答辯通過后，開始項目實施。實施過程中需要有小組討論，教師指導，實操加工等過程記錄。最終實訓成績由組員互評、組長評價、教師評價及項目小組整體得分綜合評定。項目小組整體得分根據項目解決問題的復雜程度及項目完成程度來給定。

學生通過“2 + X”個性化工程訓練課程體系的培養，既得到了基本技能的訓練，又得到了綜合能力的培養和創新能力的訓練。

3.2 質量保障

新模式實施的同時，為不斷監測效果和及時改進，需要制定課程教學質量標準，構建“評價—反饋—改進”質量保障體系，形成教學質量持續改進機制，以保障教學質量不斷提高［14-16］。通過過程控制、教學評價保證教學效果，總結分析教學效果，對照質量標準改進工程訓練教學過程，形成教學質量保障閉環，我校工程訓練中心經過幾年的實踐，形成如圖2 所示的教學質量保障體系。

圖2 教學質量保障體系框架

4 創新型工程訓練教學模式的應用成效

2014 年我校工程訓練中心開始逐步實施創新型工程訓練教學模式以來，每年4 000 余名本科生接受工程訓練，年實訓達78 萬人時數，其中3 000 余名本科生接受項目研訓。每年1 000 余名本科生，接受競賽指導與技術支持。為我校機械工程、自動化等15 個相關專業提供滿足專業認證所需的學生工程實訓及基地建設的要求。

通過豐富教學手段，近年來學生主動參與實踐活動的興趣大大提高，我校學生自主建立的團隊如創變聯盟、Robot工作坊等10 多個學生團隊常駐中心，覆蓋學校各專業。通過更新實訓內容，增設多學科交叉實訓內容，實施項目研訓，學生解決復雜工程問題的能力大大提升，近年來直接由中心的學生團隊獲批的國家級、省級及校級大學生創新訓練計劃（SIT）項目33 項，在全國大學生工程訓練綜合能力競賽、機械創新設計大賽、世界機器人大賽、“挑戰杯”大賽等競賽中一批優秀學生獲國家級獎勵36 項，省部級獎勵41 項。特別是2017 年由我校機、電專業的學生組成的競賽團隊，在全國第五屆大學生工程訓練綜合能力競賽中獲得一等獎的第一名，取得了該項賽事的歷史性突破。學生主持或參與授權的國家發明、實用新型專利及軟件著作權達21 項。其他因創新型工程訓練教學模式的實施，間接產生的影響也正在凸顯。因此2019 年在省級高等教育教學成果獎評比中榮獲一等獎。創新型工程訓練教學模式的探索與實踐初見成效。

5 結 語

面對新時代的變化，解決問題的方案有多種。我校在解決傳統工程訓練出現的問題上，摸索出一條可行的道路，提供了一套可借鑒的方案。任何一種新的模式都需要時間的檢驗，也需要不斷地自我完善。如何在實踐中創新，在創新中去實踐，以及如何結合新時代的特點更好地發展高校工程訓練，更好地發揮工程訓練中心的優勢，還需要不斷探索與實踐，不忘初心，牢記使命，砥礪前行。