新工科背景下高校工程訓練發展方向及教學改革研究

蔡亞慶，田 雙，梁 毅

(貴州民族大學工程技術人才實踐訓練中心，貴州 貴陽 550025)

0 引言

隨著人工智能、物聯網、云計算、大數據等新技術與制造技術相互融合的不斷加速，社會生產和消費從工業化向智能化、網絡化、數字化轉變，制造業的智能化轉型將優化生產方式、改進產品結構、提高產品質量，推動“中國制造”向“中國智造”轉變[1]。高等院校工程訓練中心作為實踐教學的主要載體，其目的是培養學生的工程意識、實踐能力、創新能力和工程管理能力。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》提出了“卓越工程師人才培養計劃”，在社會生產力逐漸向著智能制造方向發展的當下，高校應抓住機遇，深化高等工程教育改革，為國家培養一批優秀的后備工程師。

1 國內外高等教育工程訓練的發展概況

1.1 國外高等教育工程訓練發展簡述

在美國，從1947年《Lewis報告》弘揚工科實學精神、1952年Grinter報告創立工科課程體系、1961年美國工程教育協會的《目標報告》，到1986年美國國家科學理事會的《尼爾報告》無不體現了工程教育理念與策略的變化[2]。21世紀初，“戈登獎”的設立，促進了美國高等工程教育的改革和創新。美國高等工程實踐教育改革途徑包括課程設計、教學方法、工程教育理念、技術輔助式學習等，旨在培養和提升學生的工程技術綜合能力，使其能在今后的實踐工程項目中勝任工程領導者的角色。

德國的高等教育歷來在全球享有盛名。德國工程教育起源于多科性技術學校(工業大學前生)和機械制造學校(高等專科學校的基礎)兩種學校。自1870年德國將工程教育納入高等教育領域后，就非常注重培養學生的實踐應用能力。“理論”與“實踐”是德國工程教育發展的一個永恒主題，通過不斷探索與改革促進了“基礎學習”+“主科學習”這種平衡理論與實踐的課程結構的產生[3]。其中，基礎學習環節一般需要2.5～3年來了解基礎科學知識，即完成理論學習。通過基礎學習考試后進入聽課、實驗室工作、課程設計和畢業設計的主科學習。主科學習環節主要是實踐學習，是深入企業解決實際問題的學習過程，直到最后通過主科學習考試后方可拿到工程師文憑。所以，在德國的本科教育學習時間一般要經過5.5～7年，從而保證了畢業生的培養質量。現階段，德國高等工程教育主要形式有校企混編、校企共建實驗室、研究所等，促進了“學習型工廠”的發展[4]。

19世紀20年代后，英國“重質輕量”的精英教育模式雖然培養了很多科學家，但在經濟和市場競爭力方面逐漸落后于美國、日本和德國，其原因在于英國缺乏“具有開發能力”的工程師[5]。因此，英國的工科性大學重新定位，開始以培養具有開發能力的工程師為己任的教學改革，以在高校內建立工業訓練中心為主要方式，有目的性地培養優秀的工程師。近年來，英國的工程教育不斷把創新整合到工程教育中，讓學生更加多元化，擴大產教融合力度，跨學科發展等。

日本是一個典型的科技型國家，其制造水平世界一流。早在20世紀末期，“科學技術創造立國”就成了日本的人才培養思想。其高等工程教育的培養方式與德國類似，注重實踐訓練。但日本也借鑒了美國的培養模式，重視基礎性理論教學的同時也注重專業領域完整知識的授課。在日本的工科院校設有“機械工作”教學環節，培養學生的工業思想、意識、技能和工程素養。

1.2 我國高等教育工程訓練的發展概況

1998年以來，在教育部實施的《面向21 世紀的教學改革項目》和《世界銀行貸款——中國高等教育發展項目》驅使下，各高校紛紛開始擴建原有的金工實習基地為工程訓練中心[6]。教學體系從之前的金工、電子電工實習逐步向集現代工程基礎訓練、先進制造技術訓練、創新實踐訓練和智能控制訓練于一體的現代工程訓練轉變。

2006年以來，隨著教育部“高等學校本科教學與質量工程”項目的啟動，各高校工程訓練中心開始全面建設和發展。2014年，教育部改革方向明確規定“全國普通本科高等院校1 200所學校中，將有600多所逐步向應用技術型大學轉變”。“一校一工訓中心”的基本布局已形成，目前我國已有40個工程訓練類國家級實驗教學示范中心。

2 工程訓練中心的功能及定位

2.1 工程訓練中心的功能

工程訓練中心是我國高等教育改革發展的新生產物，作為工程教育的實踐教學基地，配備著種類齊全、技術先進的設備，是一個具有實際生產工程環境的“迷你企業”，是培養學生實踐操作能力、理論聯系實踐能力和基本職業道德的實踐教學場所，是孵化高素質創新型人才的教學基地[7]。工程訓練具有通識教育的屬性，是本科各專業學生了解制造工業、體驗工業文化和培養實踐技能及孕育創新底蘊的主要方式。其主要職能是承擔全校的工程訓練課程，協助指導學生創新設計的加工實現，吸引跨專業間學生的思維碰撞，完成各種競賽的產品加工作坊。

2.2 工程訓練中心的定位

各高校根據自身的發展定位和資源狀況等來確定“工程訓練中心”的發展取向和建設類型。工程訓練中心是在“回歸工程”大背景下發展起來的，其初心是為國家培養具有工程意識、工程能力、工程管理和工程素養的綜合性人才。實踐教學是培養工程應用型創新人才的重要環節，也是工程訓練中心的立身之本。依據各學校的實際，工程訓練中心的定位可從功能、層次和服務對象三個方面分類，如圖1所示[8]。

圖1 工程訓練中心的定位分類

從功能角度而言，工程訓練中心以保證本科學生的實踐教學為核心，以拓展科研、生產為補充。

從層次角度而言，工程訓練中心以本科生實踐教學為中心，扮演工程通識教育認知和工程綜合能力塑造的角色。以企業需求為導向，解決工程知識的成果轉換和工程技術難題開發為目標，試點提升培養工程碩士和工程博士的人才層次。輻射全校基礎研究、應用研究和開發研究，協同區域企業，聯合共培、共建實驗室，實現產學研的深度融合。

從服務對象角度而言，以教學型功能為定位的工程訓練中心，服務于本校學生工程訓練和科研需求；生產型功能定位的工程訓練中心，滿足自身教學、科研需求前提下，向社會開放。

3 工程訓練教學面臨的主要問題

中國高等教育發展進入新階段，隨著國家對新型人才的迫切需求促使高等教育人才培養的供給側改革。在積極探索新形勢下的工程訓練培養體制及模式中，主要解決以下問題[7-10]。

3.1 營造工程意識的氛圍不強

工程訓練的初心是培養具有工程意識、工程能力、工程管理和工程素養的綜合性人才。工程訓練作為本科實踐教學主要環節，教學課時比例的不斷縮減，導致實踐教學無法深入展開，很難培養出優秀的具有工程綜合能力的人才。具有工程意識氛圍宣傳的競賽、活動策劃以及“工匠精神”的缺失，無法塑造一個“工程師搖籃”的文化底蘊。

3.2 工程訓練教學內容更新滯后

工程訓練發源于金工實習，傳統金工實習的項目包括“車、鉗、鉆、刨、銑、磨、鑄”等，在引入新技術的過程中，部分高校發展緩慢，尤其是教育發展相對落后的地方院校硬件設施嚴重脫節。具有先進制造技術代表性的實訓項目較少，實訓課程設置相對傳統。2020年，中共中央、國務院發布的《關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》指出，要在西部地區布局建設一批應用型本科高校，支持“雙一流”高校對西部地區高校開展對口支援。這讓西部教育事業的快速轉型升級看到了曙光。

3.3 工程訓練師資力量呈現斷層趨勢

傳統的金工實訓教師大部分來自企業，其豐富的實踐經驗為傳統的實訓課程教學打下了堅實的基礎。隨著一系列重視實踐教學政策的推出，高學歷青年人才陸續加入工程訓練教學隊伍，成為實踐教學持續發展的中堅力量。老教師實踐能力強，科研能力以及現代化教學方式弱；青年教師科研能力和學術水平高，但缺乏工程實踐能力和實踐教學經驗。實踐教學教師不僅要具備較高的教學水平和科研能力，還要具備豐富的實踐操作能力，即具有“雙師”背景，這也是當前實踐教學師資隊伍急需強化提升的方面。

3.4 校企合作培養方式缺乏

工程訓練中心硬件發展方向是打造一個具有實際生產工程環境的“迷你企業”。但現有的工程訓練中心還不能完全成為工廠企業的縮影，先進技術設備引入緩慢，優化設計、工藝管理和企業管理等理念弱化，無法使學生切實體會現實企業環境。營造真實工程環境的最佳方法就是探索校企合作機制，建立校企合作平臺，校企共建實驗室。

4 工程訓練發展趨勢分析

4.1 “學習型工廠”建設

“學習型工廠”是真實模擬企業的生產經營環境，生產真實產品，具有真正的客戶的新型工程訓練模式，是德國高等工程教育中的一種主要方式[3]。該模式可以解決我國工程訓練平臺與生產企業在研發設計、生產技術和管理技術上的差距問題，逐漸地在我國高等工程教育界轉化應用，比如天津職業師范大學、東莞技師學院等。

4.2 “云工訓”平臺建設

“云工訓”平臺是在互聯網技術和智能制造等先進制造技術為主導生產力拉動下逐漸形成的一種工程訓練發展模式。它是集先進制造技術和先進管理技術于一體的“虛實結合”的工程訓練平臺，是加速傳統工程訓練教學向現代化工程訓練教學轉變的主要手段，是全國工程訓練國家精品課程、微課、慕課等實現共享的途徑之一，是高等學校培養符合新形勢下工程技術人才的必然選擇。

4.3 工程訓練教學方式的改革途徑

目前，高等工程教育的主要模式有CDIO和OBE兩種。CDIO工程教育模式其核心是讓學生融入到產品的全生命周期中進行學習。OBE是在“以生為本”基礎上，通過評估學生最終所獲得的能力和技能的工程教育模式。在“新工科”背景下，現代工程訓練課程體系的構建應當以學生為中心，基本技能為基礎，創新能力培養為導向，全面提升學生的工程素養和創新實踐能力。工程訓練教學方式應結合學校定位和自身資源進行改革，充分利用現代化教學手段提高實踐教學質量。如“以賽促教，賽課互補”，“項目教學法”“企業教學方式”[7]等都是對工程訓練教學方式的探索創新。

4.4 工程訓練師資隊伍建設途徑

工程訓練教師不僅需要擁有深厚的理論知識和科研能力，還需要掌握相應的工程技能和管理能力，即 “雙師型”要求。根據目前工程訓練教師斷層問題，可通過以下幾種方式來解決：

(1)組織教師參加實踐技能培訓，并達到一定的技能等級。

(2)定期開展教研學習，交流經驗，探討實踐訓練過程中遇到的問題。

(3)定期組織教師到企業學習交流，邀請企業工程師到校做講座，豐富教師的實踐教學經驗。

(4)組織教師到一流的大學與科研院所訪學、研修。

(5)以企業關鍵技術難題項目為導向，協同區域高校、企業組建聯盟，提升教師解決實際工程問題的能力。

(6)激勵教師參與指導學生的競賽項目。

4.5 校企合作協同育人機制

校企合作協同育人是近年來高等工程教育界研究出的一種解決學校到企業最后“一學里”的實踐教育機制。按照“資源整合、文化融合、產學結合”的模式，學校和企業共建生產性實訓基地，探索以促進就業為導向的人才培養模式改革創新，實現學校發展和企業壯大的“雙贏”局面。在校企合作基礎上，可通過“頂崗實習”“生產實習”“工業實踐”“企業獎學金”等形式，學校實現了高素質人才培養目標，企業也獲得了滿意的優秀工程技術人才，實現了高校、企業和區域的融合發展。

4.6 營造工程文化氛圍途徑

工程文化是一種宣傳工程意識、工程能力和工程管理的思想理念。在“雙一流”建設和“工程教育專業認證”的新形勢下，作為支撐各專業的工程訓練環節也越來越受到重視，同時也對工程訓練中心的發展提出了更高的要求。古人有云：“學不至于樂，不可謂之學”，工程訓練中心不僅只滿足基本教學要求，還需要逐漸打造成學生樂意駐足的公共開放空間。營造學校工程文化氛圍的途徑有[11]：

(1)在工程訓練中心建設完整的工程文化宣傳制度，制作宣傳片，在校內公共媒體播放宣傳。

(2)成立基于工程訓練中心的社團組織，比如“3D創意社團”“機器人社團”“無人機社團”等，定期開展技能競賽。

(3)設置創客空間，配備完善加工設備，建立對外開放制度。

(4)建立基于工程訓練中心的項目申報體制，提升學生參與工程訓練的積極性。

(5)引入先進科技，融入文化藝術，如VR/AR技術、精密加工、鐵藝、木藝、陶藝等，構建工業體驗中心。

通過營造校園工程文化氛圍，多渠道培養學生的工程意識和工程認知，進一步增強工程訓練中心和學校的整體輻射效應和影響面。

5 結語

在當前人工智能、物聯網、大數據、云計算等新科技與產業深度融合發展的時代背景下，高校工程訓練中心作為培養學生工程實踐綜合能力的主要載體，為高質量地培養出符合新時代需求的工程技術人才，工程訓練中心面臨著前所未有的機遇和挑戰。

工程訓練在從傳統金工、電子電工實習向現代工程訓練轉變過程中，還存在很多問題亟需解決。在“工程教育專業認證”“新工科”建設等新形勢下，我們應當不斷探索未來的前進方向，探索符合“國情”“校情”的工程訓練實踐教育體系，充分發揮工程訓練中心的載體作用，培養出一批批優秀的具有高素養的應用型人才。