基于新工科的工程訓練培養體系構建與實踐

朱玉平，張學軍

（南京郵電大學 工程訓練中心，江蘇 南京 210023）

1 新工科對工程訓練的新要求

隨著經濟社會的發展和新經濟、新產業、新技術、新業態的不斷涌現，社會對人才的需求不斷發生變化，迫切需要新工科人才支撐[1]。我國在2016年提出新工科概念，不到一年的時間，形成了“復旦共識”和“天大行動”等。新工科，“新”是取向，本質還是“工科”，新工科的內涵是：以立德樹人為引領，以應對變化、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[2]。在國家深入實施創新驅動發展、“互聯網+”等重大發展戰略的大背景下，新工科是深化高等工程教育改革，適應新科技革命、新產業革命、新經濟發展的必然選擇。

工程訓練中心是高校進行工程教育的重要教學實踐平臺，主要進行基礎工程實踐教學，其教學受眾人數多，已成為高校進行大學生創新創業教育，工程意識和能力培養的重要基地，也是大學生將理論知識及專業知識轉化為實踐創新能力的重要平臺[3-4]。

新工科建設的目標是培養具有能夠引領未來的工程人才，培養學生正確的價值觀、使命感、家國情懷，激發想象力，樹立大工程觀，增強多學科協同交叉意識、關聯創新能力等。因此，高校需對工程訓練的培養體系及課程結構進行整合與重構，需采用新的教育教學方法和手段，以學生為中心，依托網絡、仿真技術等開展創新性教學[5]。新工科建設對我國高校如何進一步探索工程訓練培養模式，實現工程實踐創新能力培養具有重要的指導意義。近年來，我校工程實訓中心（以下簡稱“中心”）為適應新工科建設需要，在工程訓練培養方面進行了一系列的改革與探索，在培養模式上注重和突出人才培養特色，開展多學科交叉融合的工程訓練，實現對學生工程實踐創新能力的培養，以達到新工科的新要求。

2 工程訓練培養體系構建

原教學方式將知識傳授與能力培養分別進行，學習內容缺少緊密關聯，學生很難從孤立的知識點及技能訓練上實現從知識向能力的有效轉變，以達到工程實踐創新能力培養的目的[6]。基于新工科建設要求及工程教育培養規律，中心突破按知識點逐個講授、訓練，依次完成并進行考核的傳統工程訓練方式。中心優化了現代工程訓練培養體系結構，構建了“認知、基礎、自主、創新”4個層級，各層級項目將“知識能力、實踐創新”融為一體，形成工程實踐創新能力培養體系。

2.1 多層次的創新能力培養體系

中心的工程訓練培養體系打破了原有項目之間的界限，注重知識能力的貫通及漸進疊加融合，建立了多層一體化實踐創新能力培養體系（見圖1）。其中認知訓練主要面向首次參加工程訓練的新生或文科學生，使學生能夠初步了解機械、電子工程的基礎知識及產品制造工藝過程，了解特種加工、3D打印等新技術工藝，著重使學生建立工程意識，激發學生的興趣和好奇心，同時也為后續課程的學習提供工程背景。基礎訓練主要面對來中心進行金工實習、電裝實習的學生，通過這種真實工程環境使學生初步掌握根據加工要求選擇相應的材料、制作工藝及加工設備，使學生建立電子電路的感性認識，熟悉電子產品從設計、加工、檢測到完成的整個過程。綜合自主訓練是在基礎訓練上，通過中心開設的基礎創新課程、開放實驗項目以及結合校競賽項目，為學生提供工程實踐能力的指導訓練，激發學生的學習動力。綜合自主訓練可以滿足學生個性化學習的需要，初步培養學生系統、綜合地應用現代工程知識的能力和再創造的能力，實現“自主研學、自由創造”的培養目的。創新訓練為更高難度級別創新訓練項目，主要通過中心開設的高級創新課程、省級及以上級別競賽、大創項目等開展實訓，其內容更具挑戰性。中心有創新訓練教學指導團隊為學生提供指導，鼓勵學生跨學科、跨專業組合團隊進行項目選擇。

圖1 多層一體化實踐創新能力培養體系

2.2 分層遞進式的創新實踐能力培養

傳統的單個知識點能力訓練很難達到“能力疊加”，實現學生創新能力的培養。根據工程訓練的特點及新工科的要求，在設計實訓項目內容及實訓方式時秉承將知識與能力融為一體的理念，最終實現由知識學習向創新能力的轉化。遴選不同訓練層次應掌握的知識點，根據實際工程應用及專業認證的要求，建立知識與能力之間的關系，項目內容的設計重點考慮覆蓋需掌握的知識點和能力點。綜合創新項目設計考慮多學科交叉融合，通過考核學生完成的項目作品評價學生的實踐創新能力。學生可根據自己的專業、興趣及基礎選擇實訓項目。通過中心綜合實訓學習平臺，學生可進行課程的自主學習或課堂學習，以便掌握必要的實訓知識點。在教師指導下，學生將掌握的分散知識點在工程訓練中心進行相關項目的實踐，通過完成實訓作品，實現各主要知識點向工程實踐創新能力的轉化。

2.3 多模塊的基礎訓練教學模式

基于成果導向教育（outcome-based education，OBE）理念，設計并建立了中心基礎訓練培養模式。通過分析研究各類學科對工程訓練實踐教學環節的要求，設計了工程訓練基礎課程“新”體系，在訓練內容上滿足專業認證要求的同時，使其成為具有專業特色、為專業搭建適宜專業發展的工程訓練基礎課程平臺[7]。

中心的金工實習、電裝實習每年接納本科生實訓5 000余人次。根據新工科及工程實踐能力培養的需要，設計了“平臺+模塊”的金工實習和電裝實習基礎訓練教學模式，針對不同專業的培養目標，平臺設計了不同專業必修的知識點及實驗內容，如數控車、鉗工、普車、銑、磨、智能制造等為金工實習平臺的主要實踐內容，而電子裝配和表面貼裝為電裝實習的主要實踐內容。各實踐模塊則根據不同專業要求，選擇不同模塊作為實訓內容，如金工實習可供選擇的模塊有快速成型、加工中心、特種加工、焊接等，對電裝實習可供選擇的模塊有PCB制板、電工技能、網絡綜合布線等。中心基礎訓練教學模式如圖2所示。

圖2 中心基礎訓練教學模式

3 建設多維實踐創新資源體系

我國高校工程訓練中心大部分由原來的校辦廠發展而來，經過10多年的發展，特別是根據新工科建設要求，工程訓練的內涵及培養目標均發生了很大變化，工程訓練已經遠非傳統意義上的純機械加工訓練或單學科技能訓練，而是由常規的金屬工藝實習向現代工程實踐創新能力培養轉化，由單機技能實訓向局域網絡條件下技術集成實訓轉化，由操作技能實訓向技能與綜合實踐、創新實踐相結合轉化[8]。

3.1 建設多學科交叉融合的綜合實踐平臺

針對新工科對培養多學科交叉與融合、多元化、創新型卓越工程人才的需要，中心遵循“寬口徑、厚基礎、重創新、重能力、可持續發展”的原則，改變傳統單學科及技能訓練的實訓理念，強化現代工程制造基礎，注重機械、電子、通信、計算機、管理、材料等多學科交叉融合，以信息化和網絡化為教學手段的現代工程制造[9-10]。中心除擁有傳統機械、電子電氣設備外，還增加了數控機床、特種加工、快速成型、表面貼裝等先進制造設備，為學生提供先進的現代大工程實訓平臺。中心自制了可視化、網絡化的實訓教學系統，學生可隨時對關鍵操作進行點播，提高實訓教學效果。在設計工程訓練項目時，其內容涵蓋多學科，以學生為中心，以項目驅動為主，輔以教師的啟發引導，使學生在完成實訓項目的過程中能夠實現跨專業之間的交流與互動，增強其工程意識、質量意識、管理意識、團隊意識，有效培養了學生的工程創新和適應能力，進而使學生掌握大工程的設計理念，從而提升其融合多學科的工程能力。

3.2 建設、整合中心線上資源平臺

工程訓練的特點是項目內容多、時間比較緊，有的實訓內容不便重復做。通過線上虛擬仿真對實體實驗進行模擬，拓展了教學內容的廣度和深度，延伸了學生進行實訓的時間和空間。通過線上線下相結合可開展個性化的實訓教學新模式，逐步形成開放共享、運行有效的實訓教學新體系，為培養學生具有扎實信息基礎知識、較強工程創新意識和創新實踐動手能力，構建了良好的平臺支撐[11]。中心借助現代教育技術將實訓中的主要知識點、加工關鍵點、安全加工等制作成微課，圖文并茂、簡潔易懂，便于學生自學。此外，采用互聯網技術開展教學，借助VR訓練及在線學習，使學生學習的時間跨度延伸為“課程內學時+課程外時間”，學習的空間可以拓展為“實訓室+網絡平臺”。在互聯網的“多維度、立體化”體系下構建開放的線上育人平臺，提高了現場教學效率及實習效果。

3.3 產學融合，協同育人

中心通過深入加強校企合作開展創新工程實踐能力培養。合作成立聯合實驗室，聯合企業開發研制智能制造系統，與企業深度合作進行協同育人項目，設立校企模塊課程，構建校企合作培養機制；聘請企業、校外專家來校講授最新的工程技術及創新成果，聘請企業工程師參與中心工程訓練體系結構的設計、項目的遴選、創新項目指導等。中心利用企業的先進技術和設備資源對學生進行面向工程實際的專業訓練，解決人才培養和工程實際需求脫節的現象。此外，通過校企合作，中心教師可與企業工程技術人員相互配合共同解決生產中的實際問題，緊跟實際工程技術及行業發展趨勢，有利于中心指導教師特別是青年教師的技術和技能水平的提高。

4 構建實訓目標保障體系

為實現新工科人才培養目標，中心圍繞面向新工科的實踐創新能力培養體系，從整合實訓軟硬件平臺、加強師資隊伍建設、完善實訓質量評價監控等方面，構建實現工程教育培養目標的保障體系。

4.1 整合構建實訓平臺

中心在人才培養過程中注重和突出學校的人才培養特色，著重培養學生的工程創新能力，已建設完成傳統機械制造、先進機械制造、加工中心、數字化制造虛擬仿真、智能制造、電子裝配、電工技能、表面貼裝、工業機器人、PCB制板等 18個實訓區。依托各實訓區，整合構建了由工程實訓平臺、創新訓練平臺、科研服務平臺和信息化與可視化實驗平臺組成的“3+1”實訓平臺，進一步提高了實訓平臺的綜合性及有效性。

4.2 建設高水平實訓教師團隊

建設一支高水平的創新型教師隊伍是實現工程實踐創新能力培養的重要保障。中心按照“雙師型”教師的要求建設教師隊伍，根據跨學科創新人才培養的需要，聘請了相關學院、其他高校及企業的專家作為中心的兼職指導教師。中心已初步建立了一支含機械制造、自動化、計算機、通信、電子、經管等多學科交叉、適應創新人才培養需要、結構合理的專兼職實訓教師隊伍。中心教師團隊具有良好的創新意識及團隊合作精神，能積極引導學生參加創新實踐活動，為中心的工程實踐能力培養提供了有力的支撐。

4.3 建立實訓質量保障體系

為保證工程訓練教學質量及教學管理工作有效運行及實施，在實踐創新平臺的基礎上，建立了實踐教學質量保障體系[12]。依據實踐教學培養目標，構建了實踐教學質量標準和實踐教學質量評價體系，與保障體系形成相互支撐的良好循環。通過評價實踐教學質量，分析實踐教學的薄弱點，改進實踐教學的相應環節和保障內容，形成良性閉環，進而更好地支撐實踐創新平臺。中心質量保障體系如圖3所示。

探索從學生互評到教師及教學督導評價的實訓質量評價體系，設置不同權重，根據不同的評價方式，設計相應的實踐教學評價表。評價總分由不同的評價渠道結合權重后的得分所組成，綜合評價分為優秀、良好、合格、不合格等檔次。建立科學的實踐教學管理制度，能夠有效保障實踐教學質量評價體系有序、有效運行，為學生工程實踐創新能力的培養提供有力保障。

圖3 中心質量保障體系

5 結語

工程訓練中心是學生在校受眾最多的公共實踐教學平臺。為適應新工科建設對工程訓練的新要求，對中心的人才培養模式進行了優化與改革。基于新工科工程訓練要求，構建了以工程實踐能力培養為核心、分層遞進一體化的能力培養體系，實現了學生大學 4年工程實踐創新能力不斷遞進提升。該培養體系具有較好的示范輻射作用，為高校創新型人才培養進行了有益的探索與實踐。