新工科背景下高校工程訓練中心建設探索與實踐

胡 蔓， 曹利華， 劉 健， 李劍峰

（1.山東大學工程訓練中心，濟南 250002；2.山東大學資產與實驗室管理部，濟南 250100）

0 引 言

當前，世界發展正在掀起新一輪的科技革命和產業變革，以人工智能、新能源、新材料等為引領的科技產業將以前所未有的力度推動社會快速發展。隨著我國“一帶一路”“中國制造2025”等重大戰略的實施，經濟發展結構調整、新舊動能轉換等問題亟待解決，新經濟、新產業、新業態的不斷涌現也帶來了對創新型人才的需求。

為應對人才培養變化，教育部在2017年提出了“新工科”建設構想，隨后的“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等綱領性文件先后出臺，新工科建設的雛形初現［1-3］。“新工科”建設的目標是要培養一批具有創新創業能力、跨界整合能力、高素質的學科交叉復合型卓越工程科技人才，其中創新是“新工科”建設的重要特征［4-5］。

1 工程訓練中心慨況

工程訓練中心由原山東大學機械廠于2002年改制建成，2007年被評為國家級實驗教學示范中心，經過多年發展，逐步建成了“實踐實訓＋創新創業”教育完備的教學體系［6］，但在“新工科”教育新要求下，仍然存在諸多問題，難以滿足其需求。

（1）原有機構設置按機械廠生產需求配置，機構冗雜、重點偏離，不適用于高校教學工作。

（2）傳統訓練項目落后于社會需求，教學內容陳舊、更新迭代緩慢，與當前產業行業嚴重脫節，教學儀器設備落后，不符合當代生產加工工藝要求。

（3）教學師資團隊結構不合理，人員老齡化問題日益凸顯，學歷層次普遍偏低。

（4）未能借助工程訓練中心面向學生專業背景廣泛的優勢，形成跨學院、跨學科的交叉復合型人才培養機制，服務國家戰略、引領未來發展綜合性前瞻平臺亟待搭建。

2 建設理念

工程訓練中心是高校培養學生的重要場所，是工程教育的重要支撐，是學生動手實踐能力、創新創業能力提升的關鍵環節［7］。“新工科”建設對工程訓練實踐教學未來發展也提出了新要求，要符合技術發展新趨勢、學科研究新進展、行業用人新需求［8］。

要改革發展實踐教學理念，通過項目化驅動、教學方式多樣化、實踐訓練、創新創業競賽等多種手段，重點培養學生自主學習能力、實踐動手能力、創新發展能力、解決復雜工程問題能力，實現知識向能力的轉化，更好應對社會需求［9］，建成“理念先進、功能完備、學科融合、面向未來”的具有示范和引領作用的國內一流的實踐創新中心。

3 建設措施

3.1 調整管理考核體系

工程訓練中心由原來的機械廠改革發展而來，管理體系、部門設置等仍延續了過去工廠生產設置，不適用于教育發展要求。因此，中心進行機構改革調整，將原來的2辦7科，精簡為2辦3部（見圖1），解決中心多年來存在的機構冗雜、重點偏離狀態，簡行政、重教學。

圖1 中心機構設置圖

新部門負責人實行公開競聘、競爭上崗，一批學歷高、能力強的年輕教師脫穎而出成為各部門負責人，促進了管理隊伍年輕化、知識化。以部門為單位建立基層黨支部，支部書記由對應部門負責人擔任，解決了黨政分離的“兩張皮”現象。

修訂出臺“工程訓練中心績效工資實施辦法”，實施教科研工作量化考核，同工同酬、優績優酬，極大地調動了廣大教職員工研究教學、投身教學、奉獻教學的積極性。

3.2 教學體系構建

圖2 教學體系圖

中心構建了“工程認知訓練、工程技能訓練、工程綜合訓練、創新創業訓練”4個層次組成的教學體系（見圖2）。工程認知訓練層次以培養學生工程認知為目標，包括面向全校各專業開設的創新基礎與實踐認知課程、選修課程等；工程技能訓練層次以培養學生基本工程技能為目標，包括冷、熱加工，數控類機床加工，電火花、激光、線切割等特種加工，各類工程訓練項目；工程綜合訓練以培養解決問題綜合能力為目標，與材料學院孫康寧教授團隊合作，設置KAPIV一體化訓練項目，自主建設智慧學習工場，目前已經建成一期智能產線模塊；創新創業訓練以培養學生雙創能力為目標，主要包含雙創榮譽學分課程、雙創項目驅動、雙創競賽及創新創業實踐培養［10-12］。中心課程體系每年覆蓋人數超過7 000人。

(1)KAPIV一體化訓練項目。自2019年起，中心實施KAPIV（知識Knowledge、能力Ability、實踐Practice、創新Innovation、品行Virtue）一體化訓練項目，知識點有機銜接、項目制訓練綜合能力，梳理理論課程和工程訓練課程核心知識點，設定學生能力培養方向，實現人才培養目標（見圖3）。

圖3 KAPIV項目框架圖

采用項目制學習方式，設置水中機器人、電動面條機、折彎機、彈簧小車等10個訓練項目（見表1），將理論學習與實踐訓練有機融合，使學生建立工程項目概念，通過學期學習完成作品制作，培養綜合解決問題能力。

表1 KAPIV項目表

(2)建設智慧學習工場。針對工業技術最新進展、智慧工廠發展實踐以及社會需求新變化，在傳統的車削加工、銑銷加工、磨削加工、塑形成型、電火花加工的基礎上，中心通過引進智能產線，升級訓練內容，貼近社會需求。建立以電機軸自動化生產為核心的產線，將工業機械手、工業網絡技術、先進制造技術與現代化工業生產技術進行了整體融合，為新工科綜合實踐教學提供一個新的人才培養和創新平臺。

智慧學習工場實踐教學平臺模塊主要包括工業互聯網、工業軟件、物聯網、激光加工、工業自動化、虛擬仿真等。智慧學習工場在工業互聯網的控制下，通過制定標準信息交換接口，橫向和縱向系統集成，智慧學習工場各實踐教學模塊既可以獨立手動運行或半自動運行，又可以聯網自動運行。

針對自動化、電氣、管理工程等不同專業開設不同選修模塊，規劃新興課程單元，促進信息技術與實踐教學深度融合，真正滿足不同學科工程訓練需要［13］。

3.3 創新創業驅動

(1)建設雙創平臺。集中中心骨干師資及平臺優勢，面向全校建設電工電子、工程技能、人工智能與機器人、創新方法實踐應用四大創新創業教育平臺。平臺管理上打破行政管理制度，采取專家負責制，師資由校內外相關領域專家組成。學校配套專項經費，利用四大平臺開設課程、組織訓練營、制作作品、指導參賽，對應相關發展方向進行創新創業人才培養［14］。

(2)建設開放實驗室。中心建設有各類開放實驗室，全天候開放，實行專任教師負責制，供學生利用課余時間進入實驗室學習［15］。實驗室通過軟件進行在線預約，打造全天候“實踐圖書館”，目前有木藝開放實驗室、機器人開放實驗室、VR開放實驗室、無人機開放實驗室、陶藝實驗室等。

(3)雙創競賽驅動。自2005年起，中心組織學生參加各類大賽，目前中心常規參加的競賽包括全國大學生電子設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生創新方法應用大賽、全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生節能減排競賽、中國工程機器人大賽暨國際公開賽、國際水中機器人大賽、山東省大學生科技創新大賽、山東省大學生單片機大賽、山東省大學生創新方法應用大賽、山東省大學生智能技術應用設計大賽。每項大賽均由經驗豐富的教師負責指導組織，中心每年拿出專項經費，用于競賽集訓、材料購買、參賽差旅等，這些比賽有力地驅動了學生參與創新創業教育，培養其創新創業能力。每年參與創新創業競賽訓練、制作、比賽等活動學生超過5 000人。

(4)學生社團建設。根據中心開設課程、訓練平臺，將學生按照各自興趣聚集起來，先后成立機器人社團、無人機社團、木藝社團、i創新社等，中心制定學生社團管理辦法，實行規范化管理，讓學生依托社團形成“自我學習、自我管理、老生帶新生”的良性循環，促進創新創業能力提升。

(5)產學研協同育人。中心注重與企業協同進行人才培養，通過產學研協同育人立項、共建實驗室等多種形式，與多家企業進行合作，內容主要包括課程共建、實驗室共建、設備捐贈、前沿講座、夏令營實習、就業直推等［16］，具體合作單位見表2。

表2 校企協同共建項目表

4 建設成效

(1)平臺建設。自2015年起，中心先后獲批“濟南市泉城眾創空間”“山東省創客之家”“山東省眾創空間”“科技部眾創空間”等；作為學校創新創業教育重要組成部分，支持獲批“全國高校實踐育人創新創業基地”“全國深化創新創業教育改革示范高校”“大眾創業萬眾創新示范基地”“全國創新創業典型經驗高校”。

(2)教學成果。中心近5年來參與獲得國家級教學成果獎一等獎1項、二等獎2項，主持或參與國家級、省部級各類教學改革立項20余項。

(3)學生獲獎。近5年來指導學生參加各類競賽，獲得國家級賽事獎項200余項、省級賽事獎項370余項，指導大學生創新創業立項100余項，受益學生總人數超過10 000人。

(4)輻射社會。與海爾集團發起“2025創新創業聯盟”，參與發起“創客教育基地聯盟”。在國家級、省級等各類會議上作經驗介紹24次，接訪高校200余所，出訪高校100余所，承辦各類競賽、會議等100余次。

5 結 語

為滿足“新工科”建設對工程訓練的新要求，改革中心管理考核體系，搭建了以KAPIV項目和智慧學習工場為引領的4層次教學體系，通過創新創業教育平臺、大賽、開放實驗室、學生社團等抓手，重點培養學生自主學習能力、實踐動手能力、創新發展能力、解決復雜工程問題能力，實現知識向能力的轉化，更好的應對社會需求。