創(chuàng)新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式的探索

王 群， 蔡立軍， 劉彬彬， 張國田， 易守華， 田萬一

（湖南大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心，長沙410082）

0 引 言

面對世界新科技革命和新工業(yè)革命態(tài)勢，對接《中國制造2025》和“一帶一路”國家戰(zhàn)略要求，培養(yǎng)引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才，是我國高等工程教育必須擔(dān)任的時代重任。工程訓(xùn)練是高等工程教育的重要實踐組成部分，目前工程訓(xùn)練中心已成為工科類高校中教學(xué)規(guī)模最大、學(xué)生受眾人數(shù)最多的創(chuàng)新實踐教學(xué)基地，也是國家有史以來在高校實訓(xùn)實驗教學(xué)建設(shè)方面單項資金投入最大的項目［1-3］。國內(nèi)工程訓(xùn)練中心通過國家政策的重視和持續(xù)不斷的投入，基礎(chǔ)設(shè)施條件已大幅提升，解決了國內(nèi)高校大學(xué)生實訓(xùn)實習(xí)的難題。但面對科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)典型的工程訓(xùn)練只是解決了高校有無實訓(xùn)的問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了新時代創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。在新工科時代，矛盾尤為突出。目前國內(nèi)100 多所高校建立的工程訓(xùn)練中心，逐漸都在開始探索實踐新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式［4］。

1 典型傳統(tǒng)工程訓(xùn)練

由于歷史原因，大部分的傳統(tǒng)工程訓(xùn)練即金工實習(xí)，師資主要來自于校辦工廠的工人，教學(xué)形式主要是師傅帶徒弟，工具主要是傳統(tǒng)儀器設(shè)備。在以往網(wǎng)絡(luò)不太發(fā)達(dá)的年代，這種“真刀真槍”的學(xué)習(xí)方式，有別于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，對學(xué)生有一定的吸引力。在信息爆炸的年代，以及目前各個傳統(tǒng)課堂教學(xué)在形式上的變化，使得原來的實訓(xùn)實習(xí)，不再具備獨特的優(yōu)勢，學(xué)習(xí)形式和效果有待重新進(jìn)行論證和考量。

（1）實訓(xùn)教學(xué)手段單一。以往實訓(xùn)教學(xué)主要是在操作現(xiàn)場，老師對著機器設(shè)備進(jìn)行操作示范講解，學(xué)生按照老師的示范，依葫蘆畫瓢，一模一樣的照著做，手段單一，學(xué)生沒有預(yù)習(xí)，首次接觸實際機器設(shè)備，顯得不知所措，無法在短時間內(nèi)，快速接受復(fù)雜機器設(shè)備的原理及操作，使得學(xué)生一知半解。因此，這種方式無法提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率及自主學(xué)習(xí)能力。

（2）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足。以往的金工實習(xí)，不管學(xué)生興趣如何，老師都是通過講述、操作示范，然后學(xué)生練習(xí)等過程，將車、鉗、刨、磨、銑等加工工藝傳授給學(xué)生，使學(xué)生達(dá)到基本能獨立操作的目的。這樣一成不變“填鴨式”的教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，難以激發(fā)學(xué)習(xí)活力，實訓(xùn)效果欠佳。

（3）實訓(xùn)內(nèi)容因循守舊。以往實訓(xùn)內(nèi)容主要是傳統(tǒng)技術(shù)與工藝，盡管近年來，大部分高校購置了數(shù)控設(shè)備，內(nèi)容上增加了一些先進(jìn)制造技術(shù)與工藝，對于以技能應(yīng)用為主要培養(yǎng)目標(biāo)的職業(yè)技術(shù)學(xué)校，這樣的實訓(xùn)內(nèi)容基本能滿足培養(yǎng)要求，但對于研究型或綜合性的高等院校，這樣的實訓(xùn)內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時代發(fā)展的需要，滿足不了高等院校本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，很難培養(yǎng)出引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才。

（4）創(chuàng)新訓(xùn)練嚴(yán)重缺乏。以往實訓(xùn)主要是老師將加工制造工藝編好，學(xué)生只需按照給定的工藝路線進(jìn)行練習(xí)，主動思考較少，鮮有創(chuàng)新活動。這種實訓(xùn)重視技能訓(xùn)練，但缺乏對學(xué)生創(chuàng)新思維、意識及能力的培養(yǎng)，使得工科學(xué)生在創(chuàng)新實踐方面的鍛煉嚴(yán)重不足。

2 創(chuàng)新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式的頂層設(shè)計

國家新工科以立德樹人為引領(lǐng)，以主動應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才［5-8］。新工科建設(shè)對全面推進(jìn)新時期工程教育改革創(chuàng)新提出了系列新要求［9］，工程教育應(yīng)著重培養(yǎng)工科學(xué)生的使命感、價值感、空間感、關(guān)聯(lián)力、想象力、宏思維、批判性思維等高素質(zhì)［10］。我校創(chuàng)新工程訓(xùn)練與新工科不謀而合，以多學(xué)科交叉融合為方向，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，使學(xué)生能夠適應(yīng)、甚至引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我?，F(xiàn)代工程實訓(xùn)中心為適應(yīng)新時代的需要，對工程訓(xùn)練的教學(xué)模式進(jìn)行了頂層設(shè)計，構(gòu)建創(chuàng)新實訓(xùn)體系、搭建創(chuàng)新平臺、建設(shè)師資隊伍，以解決傳統(tǒng)工程訓(xùn)練面臨的問題。

（1）構(gòu)建“雙核四翼”工程訓(xùn)練創(chuàng)新體系。以實踐和創(chuàng)新為“雙核”，融合基礎(chǔ)實訓(xùn)、項目研訓(xùn)、以賽促訓(xùn)、校企共訓(xùn)“四翼”，構(gòu)建“雙核四翼”工程訓(xùn)練創(chuàng)新體系，培養(yǎng)新型工程人才。

創(chuàng)新源于實踐，創(chuàng)新提升實踐。實踐與創(chuàng)新水乳交融，密不可分，互相促進(jìn)，共同提高。整個創(chuàng)新體系以創(chuàng)新和實踐為核心，“雙核”引領(lǐng)“四翼”，“四翼”驅(qū)動“雙核”。所有“四翼”的活動都圍繞“雙核”而開展，以提升學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

“四翼”相互影響、互相促進(jìn)。其中：

基礎(chǔ)實訓(xùn)是開展基本技能、基本工藝方法訓(xùn)練，如機械加工（車、銑、刨、磨、鉗等）、電工電子技術(shù)、創(chuàng)新思維與方法訓(xùn)練等，內(nèi)容“模塊化”，根據(jù)專業(yè)需求進(jìn)行“菜單式”選擇。基礎(chǔ)實訓(xùn)相當(dāng)于傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練，只是教學(xué)模式和方式進(jìn)行了改進(jìn)?；A(chǔ)實訓(xùn)是整個工程訓(xùn)練的基礎(chǔ)。

項目研訓(xùn)是以多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為載體，開展研討式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐與創(chuàng)新能力。在開展項目研訓(xùn)過程中借鑒科研項目的管理方式，對學(xué)生開展創(chuàng)新項目進(jìn)行管理，每期結(jié)束后進(jìn)行統(tǒng)計分析，提出改進(jìn)方案。項目研訓(xùn)是整個工程訓(xùn)練的重點。

以賽促訓(xùn)是引入競賽資源及競爭機制，提高學(xué)生對工程實踐的興趣與積極性。以競賽的形式開展實訓(xùn)，可以借助競賽的多種優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)斗志和興趣，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。以賽促訓(xùn)是保證工程訓(xùn)練質(zhì)量的關(guān)鍵。

校企共訓(xùn)是引入企業(yè)資源，聯(lián)合企業(yè)協(xié)同育人，將企業(yè)的需求和規(guī)范融入工程實踐，保障人才的培養(yǎng)符合行業(yè)、產(chǎn)業(yè)的需求。企業(yè)的實際需求轉(zhuǎn)變成項目研訓(xùn)的課題，企業(yè)的工作規(guī)范轉(zhuǎn)變成學(xué)生實訓(xùn)的勞動紀(jì)律等，利用企業(yè)資源培養(yǎng)實戰(zhàn)派學(xué)生。校企共訓(xùn)是整個工程訓(xùn)練的升華。

（2）搭建開放式、泛在化實踐教學(xué)平臺。現(xiàn)在的學(xué)生被大量碎片信息工具把原來大塊信息吸收的時間打碎，需要搭建合理的時間矩陣將學(xué)生圈在里面，充分利用碎片時間實訓(xùn)。

我校工程訓(xùn)練中心建設(shè)了相應(yīng)實訓(xùn)MOOC、微課、短視頻及管理網(wǎng)站和APP等，學(xué)生通過線上提前預(yù)習(xí)相關(guān)工藝，學(xué)習(xí)相關(guān)安全常識，了解實訓(xùn)基本情況，為線下實訓(xùn)打下堅實的基礎(chǔ)，使學(xué)生在短時間的實訓(xùn)里能夠知其然，也能知其所以然。在高等教育發(fā)展過程中，工程訓(xùn)練中心將成為像圖書館和體育場一樣的高?；A(chǔ)設(shè)施［11］。為充分利用實訓(xùn)室資源，真正實現(xiàn)開放共享，中心建設(shè)了一批“圖書館”式開放實訓(xùn)室，如3D打印開放實訓(xùn)室、激光加工實訓(xùn)室等。所謂“圖書館”式開放實訓(xùn)室就是實訓(xùn)室像圖書館一樣全開放，學(xué)生可以像到圖書館借書、閱讀、學(xué)習(xí)一樣，到實驗室借用儀器設(shè)備、自主學(xué)習(xí)各種實踐方法、尋找專業(yè)問題解決方案。通過建設(shè)線上線下、立體化、交互式教學(xué)資源庫及實施“圖書館”管理模式的開放實訓(xùn)室，搭建了開放式、泛在化實踐教學(xué)平臺，全面改進(jìn)教與學(xué)的方式，拓寬學(xué)習(xí)途徑，豐富教學(xué)手段。

（3）組建高層次、創(chuàng)新性實踐教學(xué)團隊。目前工程訓(xùn)練改革的關(guān)鍵在于師資，難點與突破也在師資。沒有高素質(zhì)的師資，再好的設(shè)計都是空中樓閣。

我校依靠學(xué)校人事政策支持（單獨為中心的人才引進(jìn)設(shè)置了實驗教師系列崗位），近年來引進(jìn)了具有工程背景的博士后、博士13 人，建立了一支“有理論、能實操、帶項目、做研究”的高層次、創(chuàng)新性實踐教學(xué)團隊，主要工作內(nèi)容為研發(fā)創(chuàng)新項目，開展項目教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)科競賽，研究教學(xué)規(guī)律，實施教學(xué)新體系。

高校實驗教師隊伍是實訓(xùn)教學(xué)的主體，是實訓(xùn)室建設(shè)的執(zhí)行者，對于高校實驗室的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。實驗教師隊伍是創(chuàng)建高水平大學(xué)、提高實踐教學(xué)質(zhì)量、適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求不可缺少的人才保障［12-13］。因此，人才引進(jìn)后，需要通過一系列措施留住人才。我校工訓(xùn)中心一方面通過提供優(yōu)質(zhì)硬件設(shè)施、提高工資待遇、優(yōu)化職稱晉升條件、培養(yǎng)骨干教師及設(shè)立專項基金等方法，穩(wěn)定師資隊伍，為教師提供良好的發(fā)展環(huán)境；另一方面，為教師創(chuàng)造提升自我、施展才華的舞臺，如通過各類培訓(xùn)、教改技改、創(chuàng)新大賽、技能大賽、突出貢獻(xiàn)獎評比、教學(xué)優(yōu)秀獎評比等活動，激發(fā)工作熱情，發(fā)揮教師的主觀能動性，將工作當(dāng)成事業(yè)，切實提高實踐教學(xué)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力水平。

3 創(chuàng)新型工程訓(xùn)練課程建設(shè)實踐

3.1 創(chuàng)新課程

以大工程理念為背景，通過機械、電子、電氣、控制、信息、材料、設(shè)計、管理、人文等多學(xué)科交叉融合，構(gòu)建個性化“2 + X”（即“基礎(chǔ)訓(xùn)練+項目訓(xùn)練”）的實訓(xùn)教學(xué)課程，打破時間和空間的局限?；A(chǔ)訓(xùn)練內(nèi)容排進(jìn)課表，按班級編制按計劃實施；項目訓(xùn)練由項目組成員和指導(dǎo)老師自行組織實施。

3.1.1 基礎(chǔ)訓(xùn)練

先通過網(wǎng)上安全教育、觀摩實訓(xùn)短視頻、MOOC、微課等內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，完成認(rèn)知訓(xùn)練。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)安全教育、基礎(chǔ)理論考核通過后，進(jìn)入中心開展基礎(chǔ)訓(xùn)練，主要內(nèi)容包括各種基本工藝、技能訓(xùn)練等。每項訓(xùn)練項目針對機械類、電氣類、其他理工類學(xué)生的專業(yè)特點，按時間、內(nèi)容、難易程度不同分別設(shè)計不同的實施方案，設(shè)立不同的必選和任選教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)個性化教學(xué)，以機械類專業(yè)學(xué)生為例，必選項目（學(xué)時）主要有：普通車、銑、鉗工（16），數(shù)控車、加工中心、五軸、測量（24），激光加工、電火花加工（16），鑄造、焊接、鍛造、熱處理（16），電子電工技術(shù)（24）。任選項目（學(xué)時）主要有：典型生產(chǎn)工藝流程（32），智能制造（32），互聯(lián)網(wǎng)+典型應(yīng)用（32），創(chuàng)新思維與逆向（32），造型設(shè)計與鈑金（32），創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計制作（32），機電產(chǎn)品設(shè)計制作（32），PLC 機電產(chǎn)品設(shè)計制作（32），機械產(chǎn)品設(shè)計制作（32），藝術(shù)作品設(shè)計制作（32）。

為真正培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，我校工程訓(xùn)練中心在課程單元中設(shè)立了一批涉及工程實際問題（如互聯(lián)網(wǎng)+實訓(xùn)、純凈水生產(chǎn)與檢測、煤質(zhì)甲醇生產(chǎn)仿真實訓(xùn)等）的項目，構(gòu)成工程環(huán)境，讓學(xué)生接觸工程問題，親身體驗工程實施過程。選修這些項目的同學(xué)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，自己選擇合作伙伴，組建團隊，自主進(jìn)行項目過程管理，并根據(jù)自己的專業(yè)特點和興趣，在項目中扮演不同的角色。既能培養(yǎng)學(xué)生的工程實際能力，又能提高組織活動能力和團隊合作精神。

這一階段通過增加現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段，增設(shè)多學(xué)科融合的基礎(chǔ)實訓(xùn)內(nèi)容和針對專業(yè)的個性化實訓(xùn)項目選項，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，夯實學(xué)生的動手能力，為后面的項目訓(xùn)練打下堅實的基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)訓(xùn)練經(jīng)考核通過后進(jìn)入項目訓(xùn)練。

3.1.2 項目訓(xùn)練

通過基礎(chǔ)訓(xùn)練，學(xué)生具備了一定專業(yè)能力和工程創(chuàng)新能力，即可開展創(chuàng)新項目訓(xùn)練。實施形式一方面以技術(shù)前沿、學(xué)科交叉實際研究項目為載體，由學(xué)生個人組團預(yù)約，進(jìn)入工程訓(xùn)練中心參加業(yè)內(nèi)前沿的技術(shù)攻關(guān)項目以及學(xué)科交叉綜合實訓(xùn)創(chuàng)新項目組；另一方面學(xué)生可自帶感興趣的創(chuàng)新項目或企業(yè)實際需求項目，到中心實施，中心老師協(xié)助指導(dǎo)，積極為大學(xué)生的項目實施提供條件。

此階段的訓(xùn)練內(nèi)容，緊跟國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，推動大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，支撐服務(wù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和經(jīng)濟發(fā)展動能轉(zhuǎn)換，適應(yīng)以新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式為特點的新經(jīng)濟。訓(xùn)練方式主要為學(xué)生自主、研討式學(xué)習(xí)，有利于他們各方面能力的提高。給學(xué)生充分的自主權(quán)力，實施過程中讓學(xué)生了解社會、了解自己，理智地進(jìn)行自我定位，自覺地開展學(xué)習(xí)。

以學(xué)生自帶項目為例，具體實施流程圖1 所示。

圖1 項目實施流程圖

按照科研項目的管理形式對學(xué)生項目訓(xùn)練進(jìn)行管理，經(jīng)歷立項答辯，中期檢查，結(jié)題匯報等主要環(huán)節(jié)。指導(dǎo)老師及中心在過程上對項目實施進(jìn)行控制，學(xué)生通過查閱相關(guān)資料撰寫立項申請書，立項答辯通過后，開始項目實施。實施過程中需要有小組討論，教師指導(dǎo)，實操加工等過程記錄。最終實訓(xùn)成績由組員互評、組長評價、教師評價及項目小組整體得分綜合評定。項目小組整體得分根據(jù)項目解決問題的復(fù)雜程度及項目完成程度來給定。

學(xué)生通過“2 + X”個性化工程訓(xùn)練課程體系的培養(yǎng)，既得到了基本技能的訓(xùn)練，又得到了綜合能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。

3.2 質(zhì)量保障

新模式實施的同時，為不斷監(jiān)測效果和及時改進(jìn)，需要制定課程教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建“評價—反饋—改進(jìn)”質(zhì)量保障體系，形成教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)機制，以保障教學(xué)質(zhì)量不斷提高［14-16］。通過過程控制、教學(xué)評價保證教學(xué)效果，總結(jié)分析教學(xué)效果，對照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)工程訓(xùn)練教學(xué)過程，形成教學(xué)質(zhì)量保障閉環(huán)，我校工程訓(xùn)練中心經(jīng)過幾年的實踐，形成如圖2 所示的教學(xué)質(zhì)量保障體系。

圖2 教學(xué)質(zhì)量保障體系框架

4 創(chuàng)新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式的應(yīng)用成效

2014 年我校工程訓(xùn)練中心開始逐步實施創(chuàng)新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式以來，每年4 000 余名本科生接受工程訓(xùn)練，年實訓(xùn)達(dá)78 萬人時數(shù)，其中3 000 余名本科生接受項目研訓(xùn)。每年1 000 余名本科生，接受競賽指導(dǎo)與技術(shù)支持。為我校機械工程、自動化等15 個相關(guān)專業(yè)提供滿足專業(yè)認(rèn)證所需的學(xué)生工程實訓(xùn)及基地建設(shè)的要求。

通過豐富教學(xué)手段，近年來學(xué)生主動參與實踐活動的興趣大大提高，我校學(xué)生自主建立的團隊如創(chuàng)變聯(lián)盟、Robot工作坊等10 多個學(xué)生團隊常駐中心，覆蓋學(xué)校各專業(yè)。通過更新實訓(xùn)內(nèi)容，增設(shè)多學(xué)科交叉實訓(xùn)內(nèi)容，實施項目研訓(xùn)，學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力大大提升，近年來直接由中心的學(xué)生團隊獲批的國家級、省級及校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（SIT）項目33 項，在全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、世界機器人大賽、“挑戰(zhàn)杯”大賽等競賽中一批優(yōu)秀學(xué)生獲國家級獎勵36 項，省部級獎勵41 項。特別是2017 年由我校機、電專業(yè)的學(xué)生組成的競賽團隊，在全國第五屆大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽中獲得一等獎的第一名，取得了該項賽事的歷史性突破。學(xué)生主持或參與授權(quán)的國家發(fā)明、實用新型專利及軟件著作權(quán)達(dá)21 項。其他因創(chuàng)新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式的實施，間接產(chǎn)生的影響也正在凸顯。因此2019 年在省級高等教育教學(xué)成果獎評比中榮獲一等獎。創(chuàng)新型工程訓(xùn)練教學(xué)模式的探索與實踐初見成效。

5 結(jié) 語

面對新時代的變化，解決問題的方案有多種。我校在解決傳統(tǒng)工程訓(xùn)練出現(xiàn)的問題上，摸索出一條可行的道路，提供了一套可借鑒的方案。任何一種新的模式都需要時間的檢驗，也需要不斷地自我完善。如何在實踐中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中去實踐，以及如何結(jié)合新時代的特點更好地發(fā)展高校工程訓(xùn)練，更好地發(fā)揮工程訓(xùn)練中心的優(yōu)勢，還需要不斷探索與實踐，不忘初心，牢記使命，砥礪前行。