面向新工科的工程訓練教學改革與實踐

顧平燦 劉全良 李振華 王春濤 袁躍峰

【摘要】為適應科技革命和產業變革的新形勢，結合浙江海洋大學工程訓練中心的實際情況，從培養目標、實踐平臺、師資隊伍和教學方法等方面建設入手，提出了旨在建立工程意識、提高工程素質、增強工程實踐能力的改革理念和方案，為構建新型工程訓練平臺奠定基礎。

【關鍵詞】新工科? 工程訓練? 教學改革? 工程教育

【基金項目】2018年浙江省高等教育“十三五”第一批教學改革研究項目（jg20180160）。

【中圖分類號】G648.9;TB-4? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）18-0179-03

對于工科學生而言，大學四年是參與工程實踐、形成工程思維、獲得工程經驗的最好機會。令人遺憾的是，實踐教學作為工程教育教學體系的重要組成部分，卻沒有得到學校、教師和學生的足夠重視，實踐教學始終是本科工程教育人才培養的薄弱環節。同樣在工程教育研究領域，研究者對實踐教學的關注較少，更缺乏系統的研究和探討。

針對工科畢業生工程實踐中存在訓練時間不足，實踐與能力薄弱等問題，借鑒國外工程技術人才培養模式，構建“大工程”教育觀，結合新時代創新型、復合型人才所具備的能力要素， 優化和整合實踐教育資源， 構建工程實踐平臺，促進學生主動學習，激發學生個性發展，努力實現育人環境的柔性化、個性化、研究化。構建新型工程訓練實踐教學平臺，建成的工程訓練中心應包含現代制造業的基本要素，形成覆蓋機電、測控、環境、管理、思政教學的實踐教學體系。它是一個“準工業現場”，是學生在校參加工業培訓的工程實踐教學基地，同時又是學生自主學習和課外科技活動的現代化公共教學實踐支撐平臺。

1.工程訓練教學現狀

1.1 國外工程訓練

在高等工程教育改革大潮的引領下，國外高校紛紛出臺一系列政策加強工程訓練。如美國出臺了本科實踐導向、研究導向、技術創新等各種各樣的特色計劃，促進高校積極開展工程訓練。德國強化與生產實踐的聯系，學生的理論學習與實踐訓練分別交替地在學校和工廠中開展，以理論指導實踐，以實踐鞏固理論，表現為學校與工廠、理論與實踐的緊密結合。丹麥采用問題導向的教學模式，通過在實踐中解決問題的方式培養學生的實踐能力。英國與日本則在學校里設置工業中心，用于進行培養工業意識、實踐技能和工程師素養的基本訓練，更高層次的訓練則放在企業里進行。

1.2 我國工程訓練教學

經過這些年的建設，多數院校的工程訓練已經拓寬了實踐范圍，突破了原來金工實習教學框架，建成了集傳統制造技術訓練、先進制造技術訓練、綜合實踐訓練和創新實踐訓練為一體，以模塊化選課為主要特征的實踐教學中心，實現了從工廠教學向教學工廠的轉換。

1.3 我校工程訓練教學

（1）人才培養目標不明確。高等工程教育的培養目標是工程師，我校工程訓練課程培養目標不明確，偏離了工程師的培養目標，甚至與科學教育、人文教育相似，工程教育的特殊性沒有充分體現。

（2）實踐教學體系不完善。隨著教育體制改革深入，高等教育從精英教育向大眾教育轉變，辦學規模不斷擴大，開設許多新專業，而工程訓練教學內容并沒有按照新專業要求做相應調整。從各專業的實踐教學體系看，教學設計和實踐活動缺乏層次性。工程訓練、認識實習、生產實習、畢業實習之間沒有明顯的梯度和層次。

（3）工程訓練實踐教學方法和課程體系相對落后。我校工程訓練教學仍圍繞“教師中心、教材中心和課堂中心”而組織的，發揮了教師在教學過程中的權威和主導作用，忽視了學生的主體性和能動性。教學方法仍然以講授、按老師要求實操為主，學生自由探索、自主學習、主動實踐的環境還不具備。學生始終處于被動實踐的狀態，不利于發揮學生的主動性、積極性和創造性。 課程體系相對落后，課程內容的重構和更新也只是處于起步階段。工程訓練課時偏少，內容陳舊、更新慢，在訓練項目安排上，基礎性、驗證性偏多，創新性、 設計性、綜合性實踐偏少。對實踐教學方法缺乏系統深入的研究和創新，實訓環節的具體安排方式落后，探究式、研究性教學方法沒有得到很好的應用，學生難以發揮學習的主動性。

（4）師資隊伍建設落后。實踐教學的專職教師學歷、職稱偏低，知識結構和能力單一。缺乏豐厚工程背景又有學術水平的“雙師”型教師;實踐教學師資隊伍呈現邊緣化趨勢，建設水平不能滿足工程技術人才培養目標的要求。

2.改革內容

2.1明確培養目標，實現學生能力階梯式提升

在工程技術人才能力素質要求的框架下，結合工程訓練課程教學目標，對各訓練層次提出具體能力素質目標。

基礎訓練層：了解工業生產過程;掌握基本操作技能;掌握基礎工藝知識。

綜合訓練層：了解產品研發過程;培養跨學科知識的綜合應用能力;獨立解決問題的能力、團隊溝通協作能力。

拓展訓練層：具備大工程意識，培養工程師素質和職業技能。

創新訓練層：培養創新能力;培養技術研發能力;培養工程管理能力。

2.2整合校內實驗實訓資源，構建新型工程訓練平臺

按照“模塊化、組合式、開放型”的思路，建設立體化實踐教學平臺，結合工程訓練中心的特色，梳理工程訓練中心設備情況，整合其他學院的實驗實訓資源，對照工程訓練課程的培養目標，構建新型工程訓練平臺，該平臺包含四個訓練模塊：

工程認知模塊（包括工程知識導論、產品設計認知、工程材料認知、機構認知、制造技術認知、儀器設備認知）;傳統制造技術模塊（包括工程材料及熱處理、車工、鉗工、鑄工、焊工、銑工、磨工、電子技術實訓、柴油機拆裝）;先進制造技術模塊（包括數控車、數控銑、線切割、電火花成型機、工業機械手、3D 打印、CAD/CAM 實訓）;創新能力訓練模塊（慧魚機器人實訓、數字化設計制造實訓、機電一體化綜合實訓、船模設計制作）。該平臺具有以下特點：

（1）分階段。按照工程認知教育、傳統制造訓練、先進制造訓練、創新設計訓練等不同內容和要求，合理分布于大學四年學制中，分階段實施。

（2）模塊化。按內容設計組合成多種訓練模塊，把固定時間、固定內容、固定模式的訓練變為菜單式選擇。

（3）全方位。為提高學生的職業技能，訓練內容應覆蓋管理、市場、效益、質量、安全、環保、系統等各個方面。

（4）綜合性。產品的制造過程是一個系統，工程訓練應包含設計、制造、控制、管理等環節，運用多學科知識及多種技術手段解決實際工程問題，從而實現從多角度培養學生的綜合工程能力。

（5）開放式。訓練中心以開放方式服務于學生，鼓勵學生課外自主選擇，不局限于課內教學計劃，開設開放型訓練內容。

2.3 改革傳統教學方法，提高實踐教學效果

（1）結合不同教學對象與實驗項目，采取不同的教學方法

①討論式教學法。討論式教學方貫穿于實踐全過程。例如，在實踐項目設計制作過程中，教師會先講解有關實踐要求和原理，討論互動，充分調動學生的積極性;項目制作過程中，進行設計方案的討論，比較不同學生設計方案的優劣;項目制作完成后，現場總結交流答辯、點評，以總結和交流。

②開放式教學法。設計一系列的實驗項目可自主選擇，也可由學生自主設計項目;中心所創建的機械設計基地、電子設計基地等全部實行全開放式創新教學，學生自主管理。

③任務驅動教學法。結合項目化綜合實踐教學改革，由教師給定設計任務和要求或由學生自主設計項目，從資料收集、方案擬定、設計與調試到撰寫設計報告，由學生自行完成，強調學生實踐過程的“自主性”，這種面向任務的教學方法給予學生最大的發揮空間，讓學生體驗工程研發過程，培養學生的創新精神和創新能力。同時學生在自主設計中出現的新問題進一步促進教師教學水平的提高，達到教學相長的促進作用。

（2）利用“真實情景”信息技術手段，提高學生工程實踐能力

從數控機床、加工中心、機器人到智能傳送等裝備給學生展示大工程的真實情景。教師結合多媒體課件、視頻錄相以及動畫，將設備操作維護規范、工業現場的安全防護問題，生產設備等真實地呈現在學生的面前，提高了教師的教學效率，提升了學生的工程實踐能力。

（3）引入現代化教學手段，優化教學過程，培養學生自主學習能力

①工程訓練中心配備了多媒體投影設備，采用電子教案授課和實踐現場授課結合。針對開放式實驗教學特點，制作了PPT課件、網絡課程系統軟件等，利用多媒體教學手段縮短實驗課的講授。

②科學利用網絡技術，加強網上實驗室建設，推廣虛擬實驗和仿真實驗等技術手段，促進虛擬、仿真實驗與實際實驗的有機結合，提高實驗教學效果。

（4）加強師資隊伍建設，提高教師實踐教學能力

建設一支素質較高、結構合理相對穩定的教學隊伍，是工程訓練中心持續發展的關鍵，是實現課程教學改革與建設、科研與教學研究、學生實踐與創新創業能力培養的保障，中心在師資引進、師資培養、團隊建設及特色建設方面繼續加強師資隊伍的建設，努力建設成一支熱愛實踐教學工作，教學理念先進，科研能力強，實踐經驗豐富的實踐教學隊伍。

①制定激勵政策，引進高水平實踐教學師資

通過激勵政策引進具有企業背景的技術人員充實到實踐教學隊伍，到2020年，教師隊伍中高級職稱教師比例占教師數量的30%以上，具有碩士及以上學位的教師占30%以上，具有企業工程實踐背景教師比例占70%以上，建成一支老中青結合、職稱結構合理的實踐教學梯隊。

②建立完善的教師培養制度，校企共建共同提升教師實踐教學能力

建立完善的職稱培養目標體系，鼓勵實踐教師參與學校的科研和教研項目，激勵實踐教師發表論文。制定年度青年教師培養目標，積極創造條件鼓勵優秀青年教師攻讀博士、碩士學位，有計劃地選拔和支持優秀青年教師參加培訓、學習，促進他們盡快成才。鼓勵骨干教師到國內高校、企業進行訪問交流和進修，營造有利于教師成長的良好環境。

③創立結構合理的教學團隊，注重團隊建設，發揮團隊優勢

加強團隊經驗的融合與分享。注重將校內具特色的教師融合形成整體優勢，形成專兼職一體化的教師團隊，教師以團體形式進行教學活動和教研活動，開展課堂授課與實踐教學的集體備課，定期開展教學方法的研討。

④建立激勵性人才管理機制，促進實驗教師的教學能力的提高

制定合理的人才培訓方案與激勵機制，激勵教師繼續深造、開展教學改革及科研，以提高自身和整個師資隊伍的水平。鼓勵教師開展教學改革研究、開放實驗項目研究，為中青年教師主持和負責教學科研項目創造條件和促進教學儀器的研究與開發。注重教師教學能力的培養，舉行青年教師講課比賽、教學課件比賽、實踐操作評比和師德師風考核評優工作，提升實踐教師對教學工作的參與感和責任感，促進師資隊伍師德建設及教學水平的提高。

3.改革目標

工程訓練中心是重要實踐教學平臺，以專業工程認證為契機，秉承“以素質為先、以實踐為重、以創新為魂”的教學理念。教學目標定位于建立工程意識、提高工程素質、增強工程實踐能力、培養創新精神和創新能力。構建多層次、多模式、培養學生工程實踐與創新能力的綜合工程訓練實踐教學體系，通過“討論互動”“項目驅動”和“開放式”等模式組織教學，加大信息化建設力度，加強師資隊伍建設，提高教師業務能力，將工程中心建設成為服務于浙江省地方經濟，滿足復合型特色人才的工程實踐能力、創新能力和職業素質培養要求，理念先進、特色鮮明、設施精良、隊伍優質的工程訓練中心。

參考文獻：

[1]胡玨.工程教育改革背景下的工程訓練平臺研究[D] 杭州：浙江大學，2009.

作者簡介：

顧平燦（1968年-），男，副教授，研究方向：機械制造。