獨立學院創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)探索與實踐

楊 斌， 王振玉， 易雪峰

(成都理工大學 工程技術學院，四川 樂山 614007)

0 引 言

當今世界經(jīng)濟競爭主要是科學技術的競爭，歸根結底是人才的競爭。在世界綜合國力的競爭中，擁有高素質(zhì)工程技術人才的多少已成為衡量一個國家科學技術進步、經(jīng)濟實力、生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要指標和依據(jù)[1]。在2013年5月30日瑞士國際發(fā)展研究院公布的《2013世界競爭力報告》中顯示，美國仍然位列第一，中國內(nèi)地排名第21位；在經(jīng)過量化處理后，中國人才的國際競爭力僅相對于美國的48%，日本的62%，德國的75%，與世界經(jīng)濟強國相比還有相當?shù)牟罹?。黨的十八大明確提出要實行人才優(yōu)先的戰(zhàn)略布局，進一步提高全民受教育程度和創(chuàng)新人才培養(yǎng)水平，使中國進入人才強國和人力資源強國的行列。因此，培養(yǎng)大批量具有高素質(zhì)和創(chuàng)新能力的工程技術人才，對提高我國經(jīng)濟競爭能力和科技化水平有著重大的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。至1997年教育部世界銀行工程訓練中心貸款項目啟動至今中國各高校工程訓練中心在16年的建設和發(fā)展過程中，為高等工程教育和工程人才培養(yǎng)積累了寶貴而豐富的經(jīng)驗[2-3]。

成都理工大學工程技術學院是由中國核工業(yè)西南物理研究院與成都理工大學在“產(chǎn)、學、研”全面合作的基礎上強強聯(lián)合，于2000年在亞洲最大的受控核聚變實驗基地創(chuàng)辦的全日制普通高等本科院校，是一所全國有、公辦的獨立院校。學院發(fā)展至今在校生人數(shù)已經(jīng)達到18 000余人，經(jīng)歷了跨越式的發(fā)展。為了更好地培養(yǎng)具有工程背景的應用型、創(chuàng)新型人才，2006年學院果斷地決策創(chuàng)建工程訓練中心，2009年被列為四川省高等學校工科實驗教學示范中心建設項目。經(jīng)過3年的建設，中心下設有機械與工業(yè)工程訓練部、自動化與電氣工程訓練部、電工與電子訓練部、網(wǎng)絡與通信工程訓練部、三維數(shù)字化教育培訓部、科技創(chuàng)新訓練部等6個訓練部和一個中國核聚變博物館，擁有52個實驗分室，實驗室總面積約14 600 m2，各類型實驗儀器設備4 200臺套，儀器設備總價值約合6 500萬元。中心開設的實踐教學內(nèi)容覆蓋了機械、電氣、自動化、電子以及網(wǎng)絡和通信等現(xiàn)代工業(yè)技術；現(xiàn)已成為一個大型、綜合性的實施創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的教育基地。

學院工程訓練中心創(chuàng)建之初，為適應新一輪人才培養(yǎng)方案修訂，結合學院創(chuàng)新工程人才的培養(yǎng)目標，提出了以特定產(chǎn)品或?qū)ο笞鳛閷嵺`教學載體，貫徹以“做中學和學中做”的訓練思路，通過特定產(chǎn)品或教學對象來確保了專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)間的連續(xù)性，發(fā)揮“任務引領”在實踐教學中的主導作用，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具備工程能力和創(chuàng)新精神的應用型人才，即創(chuàng)新工程人才，作為中心實踐教學的指導思想。圍繞這一指導思想，中心開始了歷時3年的實踐教學改革。

1 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)中存在的主要問題

(1) 工程訓練中心實驗教學體系建設。

(2) 工程訓練中心項目開發(fā)要與創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)目標相適應的問題。

(3) 在創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)過程中，中心實踐教學方法改革的方向問題。

(4) 工程訓練中心實驗儀器設備如何獲得最充分利用的問題。

(5) 工程訓練中心師資隊伍建設問題，即：中心管理團隊、中心教學團隊以及中心科研團隊，這3支隊伍的建設問題。

2 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的探索與實踐

在開啟工程訓練中心實踐教學改革的大門以前，我們首先要搞清楚創(chuàng)新工程人才究竟是一類什么樣的人才？眾所周知，工程是人類綜合應用科學理念與技術手段改造客觀世界的實踐活動，綜合性和實踐性是工程活動最基本的特征。工程活動與科學活動有著各自不同的特點，科學的目的是“求真”，工程的目的是“求用”，工程活動具有更強的實踐性[4-6]。很顯然，創(chuàng)新工程人才就是要努力培養(yǎng)學生工程設計能力、工程應用能力、團隊協(xié)作與創(chuàng)新精神。我院工程訓練中心和學院各系部在充分理解和認識到創(chuàng)新工程人才本質(zhì)的基礎上，展開了一系列的探索與實踐。

(1) 頂層設計。工程訓練中心以實踐教學體系的改革為重點， 根據(jù)我院學生自身特點，借鑒國內(nèi)外有關高校的經(jīng)驗與教訓， 建立了與學院人才培養(yǎng)定位相適應的實踐教學體系。該體系是一條主線貫穿3個層次的開放式實踐學體系，如圖1所示。一條主線是指以培養(yǎng)學生應用能力、創(chuàng)新精神和協(xié)作意識為主線貫穿于實踐教學的全過程、貫穿于實踐教學體系的3個層次(即：工程認知、專業(yè)技能和綜合創(chuàng)新這3個教學層次)；在每個層次的實踐教學環(huán)節(jié)，都要注重對學生實踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)造精神的培養(yǎng)，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W習和主動實踐。

圖1 工程訓練中心實驗教學體系

(2) 載體教學。堅持以特定產(chǎn)品或?qū)ο笞鳛閷嵺`教學的載體，有利于實現(xiàn)科研成果應用于實踐教學過程，為實踐教學注入新的生命力，使實踐教學內(nèi)容更加有的放矢。例如：在機械工程及自動化、電氣工程及其自動化等機電類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，通過將放射源抓取機械手這一科研成果引入實踐教學，將以往機電類專業(yè)相對獨立和分散的教學內(nèi)容系統(tǒng)化、連續(xù)化，形成四年不間斷的工程訓練；在工業(yè)設計專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，中心將教師與樂山東川機械廠的科研項目“小型碾米機外觀新設計”作為學生實踐教學的載體，極大地激發(fā)了學生的創(chuàng)造性思維；在電子信息工程、電子科學與技術等專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，中心將三軸數(shù)字陀螺儀模塊作為實踐教學的載體，使學生通過設計和制作一定功能的產(chǎn)品，掌握現(xiàn)代芯片設計和電路板印刷技術；在材料成型與控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，中心將合金材料拉伸試驗棒作為實踐教學的載體，將合金材料熔煉、鑄造、試樣分析、硬度測試、機械加工、拉力試驗等實踐教學環(huán)節(jié)有機地組成一條內(nèi)容系統(tǒng)化的連續(xù)訓練鏈，學生參與實踐的興趣極大提高，工程能力、團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神也獲得充分培養(yǎng)。由此中心依據(jù)各專業(yè)培養(yǎng)特點，開發(fā)了一大批與工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標相一致的新型實驗項目。圖2和圖3是以特定工業(yè)產(chǎn)品作為實踐教學載體的工程訓練縮影。

圖2 以放射源抓取機械手作為實踐教學載體

圖3 以小型碾米機作為實踐教學載體

(3) 方法創(chuàng)新。在過去的實踐教學過程中，我們往往忽略了實踐教學方法。中心在實踐教學方法的改革過程中大力倡導和推廣“任務引領”式的實踐教學方法，并在多個專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)中獲得廣泛應用。其示意圖見圖4。所謂任務引領即將一個大的較為復雜的實驗項目看做是一個總?cè)蝿?，并將其細分為多個子任務，讓學生通過完成每一個任務而最終獲取到需要的工程能力和創(chuàng)新能力。為了使這個總?cè)蝿崭訉W生具有吸引力、激發(fā)學生的創(chuàng)造性，讓學生們更加接近工程實際，我們可以將教師的科研項目或特定產(chǎn)品等作為實踐教學的載體。比如中心引入科研項目成果——放射源抓取機械手，并將其作為實踐教學載體，將實踐教學內(nèi)容任務化，以最終完成機電一體化產(chǎn)品作為總的實踐教學任務，并分成機械和電氣兩條線進行，再將機械和電氣各分成多個任務，貫穿到實踐教學中。機械部分將每一個機械零部件當作實踐教學的一項或多項任務，在完成零部件的設計、優(yōu)化、工藝、加工、檢測、表面處理等環(huán)節(jié)過程中逐步掌握機械制圖基本知識、結構設計要點、加工工藝規(guī)程的編制、加工所選用的機床及操作程序、檢測產(chǎn)品是否滿足要求、表面處理方式選擇等機械專業(yè)所需的基本知識，再將機械零件進行裝配、調(diào)試，完成機械本體的制作。電氣部分根據(jù)整個設備的運行動作要求、所選電機功率、控制手段提出，分成多個教學任務，最終由教師指導學生完成電路設計、線路圖繪制、元器件選取、控制過程優(yōu)化、布線、電氣安裝與調(diào)試等環(huán)節(jié)，使學生在完成任務過程中掌握自動控制原理、繼電器控制、PLC控制、單片機控制、交流變頻調(diào)速技術等所需的實踐知識，最終完成機電一體化產(chǎn)品。在完成任務的過程中，學生利用所學知識對這一機電一體化產(chǎn)品可能提出更恰當、更合理的解決方案，這便是學生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。將抓取機械手這一實踐教學載體貫穿于機電類專業(yè)的實踐教學過程中，通過做中學，學中做，大大提高了學生的實踐動手能力和設計創(chuàng)新能力。總?cè)蝿盏耐瓿刹皇且怀幌Φ?，而是貫穿于相關專業(yè)的實踐教學計劃之中，這就形成了4年不間斷的創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)鏈。經(jīng)過這樣工程訓練培養(yǎng)出來的學生，更容易與企業(yè)接軌。

圖4 任務引領實踐教學方法示意圖

在實踐教學中運用“任務引領式”教學的教學方法，能夠充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的主導作用，使學生由被動接受變?yōu)橹鲃訉嵺`，全面培養(yǎng)學生的動手實踐和創(chuàng)新能力，突出創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)。

(4) 全面開放。學院工程中心在滿足日常實踐教學的同時，所有實驗室面向全院學生全面開放。具體通過5個方面實施實驗室開放：①面向相關專業(yè)的學生，各實驗室通過開設公共選修實驗室課程實現(xiàn)開放；②面向全院優(yōu)秀大學生，在中心創(chuàng)新訓練部的統(tǒng)一組織下，開展各類課外科技活動、競賽培訓等有限范圍內(nèi)的實驗室開放；③面向?qū)I(yè)大學生，實行指導教師負責制下的畢業(yè)設計作品制作開放；④面向全院學生，通過預約制度，實現(xiàn)點對點的實驗室開放；⑤面向全院教師提供一個開展各類科研活動的實驗研究場所。中心實驗室開放，進一步地充分利用了中心各實驗室的實驗儀器設備。

(5) 制度保障。中心制定有74項規(guī)章制度，在這些制度的保障下，通過“引、培、輪、掛、聘”等途徑，加強教師與企業(yè)一線人員的互動，建設中心管理團隊、中心教學團隊以及中心科研團隊，形成學院專職教師為主、企業(yè)兼職工程師為輔的高素質(zhì)教師隊伍。另一方面，中心每年都要設立實驗教學和實驗室建設研究項目，舉行實驗教學改革和實驗室建設研討會，定期給專職實驗教師布置階段性任務，促進專職實驗教師業(yè)務能力的提升，不斷提高中心管理水平、實踐教學質(zhì)量和服務能力。

3 實踐教學改革中的大膽創(chuàng)新

(1) 實踐教學項目創(chuàng)新。以工業(yè)產(chǎn)品或特定對象作為實踐教學的載體，充分調(diào)動了學生實踐的積極性和創(chuàng)造性。過去的實踐教學內(nèi)容往往是實驗儀器設備廠家交付實驗指導書中挑選的一些比較固定的驗證性實驗項目。而改革后的實驗項目大多有了一個具體的對象或是載體，更能激發(fā)學生的學習興趣。例如：傳統(tǒng)的自動控制原理實驗因為沒有控制對象，學生只能在示波器或計算機顯示器上觀察一下仿真結果，對實驗本質(zhì)理解不清。中心在改造實驗項目以后，自制了橋式起重機、放射源抓取機械手、直線倒立擺等實驗裝置，如圖5是中心教師自制的橋式起重機實驗裝置。學生實驗過程中通過設計控制器、編寫控制算法實現(xiàn)對橋式起重機大車位移、小車位移以及吊鉤游擺的控制。這樣的實驗看得見，摸得著，實驗現(xiàn)象更能激發(fā)學生的思考，更能促進學生實踐與理論的聯(lián)系，更有益于理論指導實踐。

圖5 自動控制原理實驗中自制的教學實驗裝置

(2) 實踐教學方法創(chuàng)新。任務引領式的實踐教學方法充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的主導作用。例如：機械專業(yè)的部分實踐教學內(nèi)容以自行研制的放射源抓取機械手這一機電一體化產(chǎn)品為載體，采取了“任務引領式”實踐教學方法，將實踐教學內(nèi)容任務化，即以總的實踐教學任務為框架，細分“子任務”并作為支架，使學習者沿著“支架”逐步攀升，其教學方法如圖4所示。它打破了傳統(tǒng)實踐教學中師傳生受的舊框框，變被動實踐為主動參與，這種教學方法改變了知識的單向傳播，強調(diào)形成積極、主動的學習態(tài)度。在實踐教學中既有“教”的設計又有“學”的設計，既有自主學習、實踐，又有合作探究。

(3) 實驗室開放管理制度創(chuàng)新。實驗室開放一直以來都是各個高校實驗室管理中的一個比較頭疼的問題。中心所有實驗室全面實現(xiàn)開放，實行了網(wǎng)站預約登記制度。經(jīng)審核通過的學生能夠在中心實驗室自主開展實驗。在實驗室開放管理過程中，中心實行了專職實驗教師聘任制度，規(guī)定了專職實驗教師每學期必須完成50學時的服務工作量。這50個學時的服務工作量正好可以用于指導學生開展各類科技創(chuàng)新活動。這樣做一方面解決了實驗室開放過程中的各類管理問題，另一方面也解決了學生自主開展實驗或創(chuàng)新活動中教師提供咨詢和指導的問題。

(4) 師資隊伍建設機制創(chuàng)新。中心探索“管理團隊有專家、教學團隊有技師，科研團隊有工程師”的隊伍建設機制，走出一條依托工程訓練中心教學平臺，成功開展中心隊伍建設的新路子[7-8]。

4 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)成效

我院工程訓練中心在創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的過程中發(fā)揮了重要作用。中心通過上述改革措施，機電類專業(yè)學生的創(chuàng)新能力和工程設計能力、工程應用能力獲得了空前提高，各年級學生在全國和四川省組織的機械創(chuàng)新大賽、挑戰(zhàn)杯大賽、電子設計大賽、大學生工程能力大賽、飛思卡爾智能汽車競賽等各類大賽中獲獎86項，申請專利12項，創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)取得了階段性成果。2013年中心《基于工程訓練中心機電類專業(yè)人才培養(yǎng)新模式》榮獲學校教學成果一等獎；并成功申報第七屆高等教育四川省教學成果獎，榮獲三等獎。

5 結 語

成績的取得，并沒有讓我們停止實踐教學改革的步伐，學院領導和工程訓練中心清醒地認識到，創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的道路任重而道遠，我們還有許多工作可以做，例如：進一步創(chuàng)新教學方法、教學手段，開發(fā)出更多與創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)接軌的實驗項目；努力將“產(chǎn)、學、研”校企合作逐步深入，讓更多的企業(yè)工程師參與和指導我們的實踐教學，力爭做到學校培養(yǎng)的就是企業(yè)需求的；通過設立學生科技創(chuàng)新基金項目、開通專利申請渠道等，為學生搭建起更加廣闊的科技創(chuàng)新平臺，鼓勵發(fā)明創(chuàng)造。

21世紀的中國需要大量與國際接軌的創(chuàng)新工程人才，作為高校的教育工作者，尤其是我們這些獨立學院的教師，更有責任、有義務為中國的工程教育貢獻自己的一份力量。在創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的道路上，獨立學院作為新興發(fā)展的一支教育力量由于其工程教育的起步較晚、人力資源和財力資源有限，且有能力以工科辦學為主的獨立學院較少，因此其工程教育的發(fā)展必然是一個漸進的過程[9-10]。成都理工大學工程技術學院作為一所全國有資產(chǎn)的獨立學院在大力開展工程教育的過程中逐步探索了一條適合自身發(fā)展的人才培養(yǎng)道路——充分依托工程訓練中心，培養(yǎng)創(chuàng)新工程人才。

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