應用型高校工程訓練教學模式構建與實踐

殷志鋒 栗偉周 李瑞華 葛新鋒

摘 ?要：根據新經濟時代社會對人才的需求和目前工程訓練教學中存在的問題，提出了分層次、多模塊、開放式、立體化的工程訓練教學模式，并貫穿本科人才培養全過程。實踐表明，通過實施工程訓練教學模式，學生的動手能力、工程實踐能力、創新能力和工程素質都得到明顯的提升。該模式的構建，使作為學校培養應用型人才主陣地的工程訓練中心的定位更加清晰、理念更加科學、功能更加完善。

關鍵詞：分層次;多模塊;開放式;立體化;工程訓練

中圖分類號：G642 ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-3769（2021）06-033-06

2017年教育部辦公廳發布的《新工科建設北京指南》中明確提出“根據工程技術的最新發展構建工程實踐教育體系，推進基于成果導向的大學生工程實踐能力提升”[1][2][3][4]。宋健[5]，朱高峰[6]等院士也呼吁為了適應社會發展對人才的要求，倡導全面實施工程教育，提出全面提升所有在校大學生的工程素養和工程能力，強調“工程為人人，人人知工程”的理念。工程素養的培養和工程能力的提升依賴以工程訓練為基礎的實踐教學，工程訓練教學以工業環境為背景，以產品全生命周期為主線，給學生以工程實踐的教育、工業制造的了解和工程文化的體驗[7][8]。工程訓練是應用型高校實踐教學體系和實施工程素質教育的重要組成部分，在培養學生的工程素質、工程能力、實踐技能、創新意識方面，具有不可替代性。在教學屬性方面，具有實踐性和通識性。在教學方式方面，具有開放性和多樣性。

一、工程訓練教學中存在的問題

目前工程訓練作為工程教育本科階段重要的實踐環節還存在著實踐教學理念不新，頂層設計不科學[9]，實踐教學內容分散，層次性、系統性不強等問題[10]，工訓中心多是承襲實習工廠，很多只有金工實習內容，內容和真實的工業有區隔，不能勝任解決復雜工程問題。另外，由于我國傳統社會重理論輕實踐的教育理念導致眾多高校在人才培養上定位不清、分類不明，在專業設置和培養方案上趨同化[11][12]，反映在工程訓練上從內容到形式甚至幾乎完全一樣，沒有特色，更沒有和地方經濟結構對人才的需求相適應[13]。為解決上述問題，同時結合國際高等工程教育的培養理念和培養高等工程技術人才的客觀需要[14]，構建了集工程技術訓練、科學研究、技術服務、學生創新和生產實習為一體的綜合教學研發實訓平臺，形成了立體化、分層次、多模塊、開放式的實踐教學體系，以體現理論與實踐的融合、理論指導實踐，最終實現知識向能力的轉化、能力向價值的塑造。

二、分層次、多模塊、開放式、立體化實踐教學體系構建

（一）多層次多模塊的能力提升培養方式

根據不同專業的學科背景和不同訓練的要求，結合學科特點和實踐教學規律，按照分層次、多模塊、開放式的教學改革思路，將工程實踐教學劃分為工程基礎訓練、工程技能訓練、工程綜合訓練、工程創新訓練4個層次，如圖1所示，難度和復雜性逐層推進，和專業對應的畢業要求指標點之間的課程能力矩陣，如表1所示。在全校各專業學生實訓時，根據工程能力提升需要和未來工作的要求，文科生（包含體音美專業）采用工程基礎訓練的相關模塊，理科生、非機非電工科學生除了工程基礎訓練之外還要參加部分工程技能訓練模塊和部分工程綜合訓練模塊，機電類相關專業學生參加所有工程訓練的層次和模塊，同時這些訓練模塊也供全校學生根據自己的興趣和發展需求來選修。

實踐課程體系覆蓋全體在校大學生，實踐訓練內容和難度呈現多層次推進、螺旋式上升的特點。工程認知訓練以幫助學生了解基本的工程概念、增強行業認知度、初步規劃自身發展為主;工程技能訓練以熟悉基本操作技能、鍛煉實踐動手能力、體驗工作狀態為主;工程綜合訓練注重分析解決問題、理論聯系實際的能力、解決復雜工程問題的能力;工程創新訓練注重培養處理工程項目能力、全面的專業創新意識和創造能力?？傊?，在工程訓練實踐教學體系的運行過程中，明確以培養大學生工程能力為根本，培養工程素質，著重提升工程應用能力、工程意識和工程創新能力，構建具有工程基礎、技能、綜合、創新多層次立體化開放式的實踐教學體系。

（二）全過程立體化開放式能力提升培養體系

工程訓練教學體系（工程基礎實訓、工程技能實訓、工程綜合訓練和工程創新訓練）內容層層遞進，如圖2所示。

1.工程基礎訓練

主要為各專業學生提供工程基礎知識，根據大一學生的知識背景，設置專業教育和機械工程導論等課程，通過車間實物、展品展柜、展板課件等，以參觀、參與、動手操作等方式，初步了解機械工程的相關基礎知識和產品的生產制造過程，重點是讓學生建立起工程的概念，激發學生的求知欲，同時為后續深入學習專業知識提供工程背景知識。

2.工程技能訓練

以培養學生使用工具的能力為主，使其具有初步的工程實踐能力。通過真實的工程環境和實踐場景，讓學生了解真實的生產過程和生產要素，使用常用的工具裝備，建立起工藝和工程的概念，擴展到工程系統。結合專業，以課內為主，設計并制作相關作品，做到有“機”可談，激發學生的訓練熱情。通過過程的參與，增強工程意識，提升實踐能力。

3.工程綜合訓練

按照工程認證的要求，以解決復雜工程問題為訓練目的，通過知識的綜合運用，使學生從調研需求開始經歷一次完整的機械產品研制過程，建立起從部件到系統的觀念，使學生樹立大工程觀，培養學生綜合設計能力、創新設計能力、自主學習創造知識的能力和團隊合作意識。

4.工程創新訓練

根據應用型人才培養質量標準[15]，應用型本科人才能力培養不限于技術操作，還要有知識應用、創新、學習和就業等多方面的能力。創新能力的培養通過完整的學科競賽（目前有機器人競賽、大學生工程訓練綜合能力競賽、大學生機械設計創新大賽）、自主創新（自己確定項目，自己實施，工程訓練中心提供資金支持。自主創新的產品通過“淘客班”網上銷售）、產學合作（學生參與校企合作項目以及橫向合作項目，真正接觸產品研發一線）、第二課堂和“小混合”班等形式的訓練來實現，使學生得到全面系統的工程訓練。

以全體本科生的工程實踐能力提升為主線，將知識傳授、價值引領貫穿其中，根據不同專業和年級實施不同層次的訓練項目和內容，集中和開放實踐（開放實踐方式有兩層意思，一是場地和工具開放，提供7×24小時開放服務資源，學生可以隨時預約實訓。二是內容開放，綜合實訓項目和創新實訓項目根據技術發展進行調整，保證實訓內容緊跟技術發展和貼近工廠實際）相結合，訓練過程做到知識傳授、能力提升和價值引領三位一體，貫穿大學四年。通過各個環節實訓項目的實施和迭代，實訓難度和綜合性層層遞進，學生的實踐能力逐步提升。

三、具體措施和改革成效

（一）具體措施

1.更新實訓內容、升級實訓設施、豐富實訓方法

根據所設計的122+X實訓教學體系[16]，其中，“1”是所有文科類學生實訓一周，獲1個學分;“2”是指理科和工科學生實訓2周，獲2個學分;“X”有兩個含義，一是工科專業實訓課程，主要針對機電、機械專業學生，二是面向全校所有學生的通識類課程。通過課程內容的學習，提高學生的操作能力。

對工程訓練中心進行改造和擴建，新建智能制造與數字化仿真實驗中心、數字化產品設計與創新實訓中心和虛擬儀器與檢測技術研究中心，購置一批能夠代表先進制造技術方向的設備，滿足各層次實訓對設備的需求。對122+X實訓教學內容和項目進行優化，修改教學大綱，調整綜合性和創新型工程訓練項目比重，構建“工程基礎訓練、工程技能訓練、工程綜合訓練、工程創新訓練”四層次課程體系，形成分層次、多模塊、開放式、立體化的工程訓練課程體系，將工程訓練貫穿人才培養全過程。

工程基礎訓練層次新增智能制造過程、磨具制造過程和塑料產品生產過程;在工程技能訓練層次新增激光加工、剪板折彎、走心機，與現有設備一起涵蓋金屬加工的基本加工類型，能夠滿足現代工程背景下人才工程實踐能力的培養;在工程綜合訓練層次，根據新工科人才解決復雜工程問題的要求，以項目制形式進行綜合訓練，給定題目，以小組為單位，重在強調知識的運用和問題的解決，包括方案制定、原理分析、技術實現和樣機裝調等完整的項目過程;在工程創新訓練層次，將機械產品的設計制造開發過程向兩端延伸，從發現問題并給出解決方案的訓練思路出發，強調工程師素質的培養和創新實踐能力的提升。

2.課賽結合，將學科競賽納入到第一課堂

常規實訓教學與學科競賽脫離，使學科競賽僅能讓一小部分參與的學生受益，學科競賽的輻射作用被嚴重削弱[17]。而從人才培養的角度看，學科競賽和課堂教學的根本任務和目標是一致的。工程訓練中心將實訓教學與學科競賽打通，以課賽結合的方式將學科競賽納入到第一課堂，使學科競賽成為課堂教學內容的一部分，進一步擴大學科競賽在人才培養方面的優勢。

目前工程訓練中心開展課賽結合的方式主要有兩種：一是開放式課賽結合，即在實訓課程開課時，借鑒學科競賽的方式發布命題（部分命題直接從學科競賽往年的題目中抽?。瑢W生根據所發布的命題，在實訓教師指導下，以項目方式自主進行設計和制作，最終依據競賽規則對實訓作品進行評價打分，與報告成績和實操成績共同組成實訓最終成績。開放式課賽結合方式主要應用于非機非電類專業（如藝術設計、土木、道橋等）學生的工程基礎實訓和機電類專業（如電氣、機械等）學生的工程綜合訓練。二是融入式課賽結合，即將學科競賽的考核評價方式融入到實訓課堂。以電子工藝實訓為例，傳統的電子工藝實訓以“教師講解——學生實操——教師評價”方式為主，學生在實訓過程中從一開始的興趣到最后“不過如此”，課程未關注學生“想要進一步學習和創新的意愿”，學生終身學習的能力培養未體現，融入式課賽結合方式首先將電子工藝實訓的內容進行整合，將之前的實訓作品改良升級，使學生焊接制作完成的作品具備“對抗”屬性，考核評價方式直接設置成競賽評比，將評比結果作為實訓成績，聯合報告成績和實操成績組成最終成績。融入式課賽結合適用于機電類和近機電類（如物聯網、網絡工程、交通設備與控制工程等）專業學生的工程技能訓練。

3.引、育、換并舉打造“三師”隊伍

由于客觀條件限制，工程訓練中心成立之初只有7人，而且大部分是從學校（學生）到學校（教師），沒有相關行業經歷和工程經驗，不能滿足實踐教學要求。因此，工程訓練中心爭取學校的支持，多措并舉、不拘一格，先后從行業企業引進工程師、技師15人。但由于行業企業工程師技師的理論水平還有提升的空間，工程訓練中心邀請信息工程學院、機電學院等博士教授對工程訓練中心的工程師和技師進行理論提升。同時通過校企合作，把工程訓練中心的教師和企業工程師進行交換，教師增加行業經歷和工程經驗，企業工程師以公開課、訓練營、講座、師資培訓等多種形式開展為學生提供近距離接觸企業前沿技術的機會。通過引、育、換措施，工程訓練中心形成了教師、工程師、技師共存的“三師”隊伍，同時計劃對現有師資進行系統培訓，提升業務教學水平，培養適應多崗位、多方向的“三師型”（集教師、工程師、技師于一身）教師，為工程訓練中心的可持續發展奠定基礎。

4.按照OBE理念構建實訓效果評價機制

遵循OBE的理念，形成全周期評價、全過程考核和多角度反饋能夠持續改進和提高的工程訓練教學評價體系，如圖3所示。

實訓評價主要監測教學目標達成情況，依托評價指標進行。評價指標的形成融合實訓前、中、后全過程，實訓前評價軟硬件設備和師生情況，實訓中評價主要包括過程性材料和三方校內評價，實訓后包括作品、報告、實操、競賽以及企業評價等，通過對三個環節的評價匯總分析，形成評價指標，最終形成優化閉環。該教學評價體系被河南省教育廳評為2020年度“教育評價改革典型案例”。

（二）取得的成效

構建了適應地方應用型高校提升大學生創新能力的實踐教學體系。按照分層次、多模塊、開放式、立體化教學思路，系統構建了四個層次、多個模塊、復雜程度逐步提升、項目隨技術進步逐步更新、開放式的工程訓練實踐教學體系，為應用型高校工程訓練教學提供了可參考的思路。

通過四層次工程訓練，形成了培養大學生工程能力的長效機制，提供開放式的自主使用平臺，將學生從傳統金工實訓操作擴充到綜合實訓和創新實訓，提升了大學生工程實踐能力、工程創新能力和解決復雜工程問題能力。參加全國大學生電子設計競賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽等獲各級各類獎238項，受益學生數近1000人，年獲獎數量和增長情況，如圖4所示。自2016年實施分層次、多模塊、開放式、立體化的工程訓練教學模式始，每年參加學科競賽獲獎率保持在90%以上，2019年獲獎數量達到81項，2020年以后受疫情影響參賽規模和獲獎數量有所回落。

工程訓練中心教師的教學水平和教學能力也得到進一步提升，同時示范效應顯著，多次代表學校在河南省和全國金工（工訓）教學研究會工作經驗交流會及工程訓練綜合能力競賽研討會上交流發言，得到了同行專家的一致認可。

工程訓練課程目標的形成矩陣，如表2所示。能力形成途徑包括實訓、競賽、項目以及其他方式，其中實訓是各層次訓練能力形成的強相關因素，競賽和項目以高層次的工程訓練支撐為主。

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On the Construction and Practice of Engineering Training in Application-Oriented University

YIN Zhi-feng， LI Wei-zhou， LI Rui-hua， GE Xin-feng

（Center of Engineering Training ， Xuchang University， Xuchang HeNan 461000， China）

Abstract： Based on the social demand for college students' ability in the new economic era， in regard of the problems of teaching in engineering training， a multi-level， multi-module， open-ended and multi-dimensional teaching system in engineering training is proposed and practiced throughout the undergraduate program， in which students' comprehensive ability to practice， innovate and qualities as an engineer have been significantly improved. The new model makes the engineering training center， the main sector of the college to cultivate students' comprehensive ability to practice， have a much clearer disposition， more scientific concepts and more complete functions. It not only improves the competency of college graduates but also the ability of the school to serve the local economy.

Key words： Hierarchical; Multi Module; Open-ended; Multi-dimensional; Engineering Training

Learning Motivation

收稿日期：2021-08-21

作者簡介：殷志鋒（1975），男，河南許昌人，教授，碩士研究生，研究方向為通訊工程、工程訓練;葛新鋒（1978），男，河南許昌人，副教授，博士研究生，研究方向為先進制造技術、工程訓練。

此文為河南省高等教育教學改革研究與實踐重點項目（2019SJGLX137）和許昌學院新工科研究與實踐項目（XGK202007）的研究成果。