“新工科”建設背景下工程訓練教學的探索與實踐

王姝歆 劉潤

[摘 要] 工程訓練是工科學生的必修課，是培養學生工程實踐能力和創新意識的重要環節。“新工科”建設背景下“創意-創新-創業”人才培養理念，對工程訓練教學提出了新的要求。因此，針對我校工程訓練教學現狀，對工程訓練課程教學進行了探索，以順應新工科建設背景下需要的工科人才培養機制。

[關鍵詞] 工程訓練;新工科;人才培養;教學模式;探索

[作者簡介] 王姝歆（1969—），女，江蘇徐州人，博士，副教授，碩導，研究方向為智能制造和仿生機械;劉 潤（1973—），男，安徽馬鞍山人，碩士，講師，研究方向為特種加工技術和智能制造。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0119-02? ? ?[收稿日期] 2019-08-05

一、引言

“新工科”建設是教育部提出的主動應對新一輪科技革命與產業變革的戰略行動，內涵是要統籌考慮“新的工科專業、工科的新要求”，包括大力發展云計算、物聯網、大數據、人工智能、虛擬現實等新技術和智能制造、集成電路、新材料等新產業相關的新興工科專業，更新改造傳統工科專業，推動現有工科交叉復合，應用理科向工科延伸，孕育形成新興交叉學科專業等[1]。目前各高校都在研究如何建設新工科，以及如何進行“新工科”人才的培養[2]。南京航空航天大學工程訓練中心作為國家級機械基礎實驗教學示范中心的重要組成部分，承擔國家級精品課程《工程訓練》教學任務，是培養工科學生創新意識和實踐能力的重要環節，同樣需要探索新工科建設背景下“創意—創新—創業”人才培養理念在工程訓練教學的應用。

二、教學模式研究

1.教學思路調整

新工科要求培養未來多元化、創新型卓越工程人才。這些工程人才的要求主要包括兩大方面，一方面是多元化人才結構，包括研發、設計、工藝、生產、銷售到管理、服務等。另外一方面是高素質要求，包括創新創業能力、跨學科交叉融合能力、全球視野、自主終身學習能力、工程領導力、專業素養等。但是，目前大多數高校對工科大學生多元化、創新和創業能力的培養還停留在認知層面上。因此，在新工科建設背景下，工程訓練中心應轉變觀念，調整教學思路，充分認識到工程訓練對培養面向未來多元化、創新型卓越工程人才的獨特功能與優勢，然后采取積極的行動去迎接挑戰。

首先，樹立正確的新工科人才培養理念。以全面工程教育、“卓越工程師”和“新工科”人才培養為目標，突出我校航空航天特色，以現代機電設計和制造“信息、智能”為特征，以工業4.0和中國制造2025技術為紐帶，以具有新技術、新業態和新產業背景的智能工廠實驗中心規劃為依托，在校內實踐教學系統和校外實踐基地基礎上，積極打造“創意—創新—創業”人才培養高地。其次，強化工程訓練硬件建設。在原有常規制造技術訓練、先進制造技術訓練、增材制造技術訓練、機電綜合訓練、綜合創新訓練基礎上，加大信息與智能投入力度，建立功能完備、設施齊全先進的真正綜合型、創新型、開放型、多學科交叉融合型的工程訓練中心。最后，加強教學教改研究，探索建立以創新教育、創業教育、智能制造、機器人、微型飛行器、智能材料、信息技術為主干的工程訓練教學體系，為學生提供更大的學習和實踐空間。

2.教學內容更新

目前工程訓練的教學內容強調學生基本知識和基本技能的培養，注重單一零件加工忽略加工工藝流程，注重基礎操作技能訓練忽略設計、工藝、制造和管理并重的綜合訓練，不能滿足新工科建設背景下對多元化和創新人才培養的需求。因此，在新工科建設背景下，依據新工科人才培養需要，在立足傳統金工實習車、鉗、銑、刨、磨、鑄、鍛、焊等傳統訓練項目，加強數控車、數控銑、線切割、3D打印等數控和增材制造訓練項目的同時，圍繞以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟，對工程訓練實踐教學內容進行前瞻布局和動態調整，更加注重基于‘信息、智能前沿知識、學科交叉或跨學科的智能制造平臺建設，更加注重綜合創新實踐平臺建設。

智能制造平臺是多學科交叉實踐平臺，由智能制造技術和智能制造系統組成。智能制造技術由增材制造技術（包括3D打印技術）、工業機器人技術、智能機器人技術、人工智能技術、互聯網技術和虛擬現實技術組成。智能制造系統包括研發設計系統、銷售服務系統和智能工廠。智能工廠涵蓋工藝設計平臺、虛擬制造平臺、智能管理平臺和智能車間。智能車間包括3D打印、機器人等智能設備、智能生產線和智能倉儲物流系統等。基于智能制造平臺，可以開設系列多學科交叉融合課程群。例如，理論課可以開設智能制造概況、增材制造技術、機器人技術、人工智能基礎、互聯網與制造技術、虛擬現實技術等，實踐課可以開設計算機輔助類設計、分析、工藝、制造課程、計算機輔助信息管理課程、3D打印實踐、機器人編程與操作、綜合工藝設計、虛擬制造實踐、虛擬銷售實踐、智能生產線操作等。

綜合創新平臺涉及到創新思維、設計、工藝、制造、管理和銷售多個領域，是培養學生創新意識、多元化知識結構、多學科交叉和跨界融合等能力的重要平臺。在原有的綜合創新平臺基礎上進一步改進，增設系列創新基地，如創新思維和方法訓練基地、機械創新設計基地、產品創新設計基地、機器人創新實踐基地、創意汽車設計基地、創意飛行器設計基地、微型飛行器實踐基地、智能材料實踐基地、大學生創新和創業基地、創客空間，以及全國工程訓練綜合能力大賽、全國機械創新設計大賽、全國機器人大賽和全國挑戰杯大賽基地等。基于構建的綜合創新平臺，開設系列創新課程群，包括創新思維和創新方法、機械創新設計、工藝創新設計、生產管理創新、微型飛行器創新設計、產品創新設計、陶瓷創新設計、大學生科技創新活動講座、比賽講座等。

3.教學方法優化

在工程訓練理論和實踐教學過程中，存在教學方式比較單一的問題，大多工種仍然以“臨摹”學習為主，即現場加工演示、課堂理論講授和模仿性操作實踐，這很難培養出未來多元化、創新型卓越工程人才。因此，應強調以教師為主導、學生為主體的教學意識，推進教師學習和應用探究式教學、討論式教學、參與式教學、混合式教學、課題式、項目式、教學等先進的教學方法。例如，在課題式教學中，學生以真實科研產品為課題，通過網絡課程、開放性實驗、專題講座、團隊研討等獲取知識，通過查找資料、制定計劃、設計、工藝、制造、管理等獲得多方位實踐，從而合作完成課題任務，這有助于提高學生的學習能力、設計能力、學科交叉能力、創新能力、協作能力、處理信息能力能力、動手實踐能力。

在新工科建設背景下，應積極推進信息技術和教學深度融合，建立線上教學與線下教學有機結合機制。采用以3D網絡環境、增強現實與虛擬現實、人工智能等信息技術為支撐的更具有互動性、智能化和個性化的計算機輔助教學方法，如翻轉課堂、微課、移動學習、創客空間、大型開放式網絡課程（慕課，MOOC）平臺、手機APP學習平臺、虛擬和遠程實驗室等。積極推進和應用這些顛覆傳統教學模式的現代教學方法并將這些現代教學手段有效結合，不僅能夠提高工程訓練教學的開放性和有效性，彌補高校工程訓練教學師資力量的不足，還能夠激發學生學習興趣，促進學生主動學習和探索能力培養。

三、結語

在新工科建設背景下，我校已經對工程訓練教學模式進行初步的探索和實踐。例如，構建機電綜合、陶瓷藝術、焊接和激光切割機器人等智能制造平臺，組織教師學習和應用混合式教學方法，構建以鉗工虎鉗為產品的課題式教學體系;指導學生參加交叉學科和跨學科創新項目，包括小型停車機械裝置、自主取料系統、無人機、撲翼飛行器、移動機器人、球體自穩發射裝置、多旋翼起降系統等;指導學生參加各種交叉學科和跨學科競賽等。雖然通過努力取得了一定的成績，但距離新工科建設背景下“創意—創新—創業”人才培養的要求還有一定的距離，因此本文進行了進一步探索，希望以此應對這次戰略機遇與挑戰交織并存的新形勢，為新經濟形勢下的社會發展提供強有力的人才保障。

參考文獻

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]梁延德.我國高校工程訓練中心的建設與發展[J].實驗技術與管理，2013（6）：6-8.