基于“互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓”自主訓練模式探究

孟兆生，岳彩霞，田 軍，徐建成，孫建華

(1.黑龍江工程學院 工程訓練中心，哈爾濱 150050；2.黑龍江工程學院 發(fā)展規(guī)劃處，哈爾濱 150050，3.黑龍江工程學院 土木與建筑工程學院，哈爾濱 150050)

2015年“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃推動了移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)與制造業(yè)的結(jié)合，2017年新工科建設的引領性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性、發(fā)展性的特征，對工程實踐教育提出了更高要求，各高校對工程訓練中心進行升級改造，對工程實訓課程體系進行重新構(gòu)建。文中基于“互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓”運行模式提出工程訓練模式創(chuàng)新解決方案，力求建立具有智能模式的工程訓練環(huán)境，建立完善的創(chuàng)新訓練機制，把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入工程訓練全過程，構(gòu)建全新的無需教師指導的“無人工訓”教學運行體系。

1 工程實訓課程現(xiàn)有運行模式面臨的困境分析

1.1 工程實訓指導教師隊伍狀況堪憂

目前，高校理論課教師隊伍建設進入博士化、國際化的階段，而實踐教師隊伍面臨諸多困境。一是全國各本科院校的工程訓練中心除國家級或省級實驗教學示范中心屬于教學單位外，大部分屬于教輔部門。由于教輔部門業(yè)績津貼固定，做不到多勞多得，很難調(diào)動教職工的積極性。即使通過思想政治工作等手段，強調(diào)講奉獻，但并非長久之計[1]。二是有的工程訓練中心教職工偏少，達不到規(guī)定的生師比。一般每學年要完成全校一個學年數(shù)千名學生的工程實訓教學任務，不可避免地造成疲于應付的局面，同時還存在極大的安全隱患。三是工程實訓指導教師構(gòu)成復雜。一般是由教師、實驗教師、工人技師、合同制聘任人員等組成。實踐教師隊伍不穩(wěn)定、流動性大。其中，素質(zhì)高、能力強、具有豐富經(jīng)驗的人越來越少，嚴重影響實踐教師隊伍質(zhì)量，制約著工程實訓課程質(zhì)量的提高。四是編制問題。有一些工程訓練中心不同程度地存在進人困難的情況，招聘的指導教師達不到在編學歷要求，屬于編制外合同制人員，不能享受相應待遇[2]。

1.2 工程實訓教學任務繁重

目前，絕大多數(shù)工科院校要求所有學生進行不同層次、不同時長的工程實訓教學，而大部分院校的指導教師缺編運行，教學任務繁重。一是參加實習的學生絕對數(shù)量在增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年約有1 000～7 000名左右學生進行工訓實習，需要完成10～40萬左右人時的教學工作量。二是在教學過程中，要求的教學內(nèi)容越來越豐富，既有實際操作，也有工程文化認知；既有規(guī)定的實踐內(nèi)容也有獨立制作的創(chuàng)新作品；既有工程實訓項目也有技能競賽；既要培養(yǎng)技術(shù)能力也要培養(yǎng)非技術(shù)能力。三是設備管理工作量增大。工程訓練中心不僅擁有各種常規(guī)的材料成形與加工制造設備，隨著應用型本科轉(zhuǎn)型發(fā)展，有些學校已經(jīng)擁有幾萬米實訓場地及上億元實訓設備。包括一批先進的智能制造數(shù)控加工設備、逆向工程增材制造特種加工設備等；有的還裝備有柔性制造系統(tǒng)、物流系統(tǒng)及機械手臂等。這些設備的管理、維修、保養(yǎng)都需要很大的工作量。四是工程訓練中心科研、教研、組織學生參加各類競賽等活動越來越多。組織學生參與各級各類競賽活動，需要付出很多業(yè)余時間，更增加了教師的工作量[3]。

另外，工程訓練中心實訓場所開放工作量大。工程訓練中心面向全校各專業(yè)進行實訓教學，幾乎全年所有教學周都在上課，即便如此，也不能滿足學生訓練的需要。一是有興趣的同學需要更多的時間去做自己喜歡的項目；二是參加各種競賽的同學需要反復試制自己的作品；三是項目教學任務需要更多的時間去完成。這些都需要采取實訓場地開放的措施去滿足上述工作需要。這就需要指導教師犧牲大量休息時間參與指導，致使許多指導教師超負荷工作，得不到很好的休息。因此，如何在實訓場所開放過程中減輕教師的負擔，是亟待解決的問題[4]。

2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”工程實訓運行模式創(chuàng)新解決方案

針對目前工程訓練中心的實際情況，結(jié)合工作實際，制定出創(chuàng)新解決方案。主要是利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，全面改革傳統(tǒng)的實訓課程教學手段與方法，以全新的理念為學生提供信息化、智能化、自主式的學習實訓平臺，激發(fā)學生潛能，提高教學效率，增強實訓效果。

2.1 工程實訓課程自主訓練的環(huán)境建設

2.1.1 在線學習平臺建設

根據(jù)教育部2018年4月印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》、2019年2月印發(fā)《2019年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》等通知精神，工程訓練中心首先要注重工程實訓網(wǎng)站信息化建設。工程訓練中心不僅是校內(nèi)工程實踐訓練基地，也是科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地和職業(yè)技能培訓中心。因此，需要構(gòu)建集教學、實訓和管理于一體的信息化教學及管理系統(tǒng)平臺，創(chuàng)新優(yōu)化教學和管理[5]。搭建學生工程實訓網(wǎng)上預約登記信息數(shù)據(jù)庫、各實訓場所三維實景導航數(shù)據(jù)庫、各實訓項目安全操作知識數(shù)據(jù)庫、著裝檢測數(shù)據(jù)庫、各實訓項目操作慕課、微課、視頻數(shù)據(jù)庫、學生實訓期間操作過程數(shù)據(jù)庫、學生各實訓項目加工工件質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫、學生各實訓成績管理數(shù)據(jù)庫、工程實訓工具、耗材管理數(shù)據(jù)庫等[6]。

工程實訓教學的信息化主要體現(xiàn)在：在教學設計方面，應對自主探究、協(xié)作學習和混合學習信息化；在交互方面，對師生之間、學生之間的交互、學生與項目內(nèi)容間的交互信息化；在評價方面，對在線平臺進行相關(guān)評價，對實訓過程評價信息化[7]。

2.1.2 利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，強化工程實訓設備安全防控

學生利用互聯(lián)網(wǎng)在線學習獲得準入考核通過后，已經(jīng)具備安全規(guī)范基礎知識，具備一定的安全意識。為確保安全，必須對加工設備在硬件上進一步加強安全保障。

主要思路是利用設備硬件控制技術(shù)，對實訓設備進行升級改造，讓設備本身通過安裝安全控制模塊實現(xiàn)設備硬件安全控制。通過加裝緊急報警功能、各種監(jiān)控程序等軟件控制部分，讓設備真正具備全方位安全保障功能，做到設備上電可控、設備安全操作可控；設備可通過視頻監(jiān)控，設備使用人、使用時間可控；啟動、關(guān)閉設備安全提示，從而保證設備與人身的安全，滿足24小時開放條件。在操作環(huán)節(jié)，對學生可能出現(xiàn)的違反安全操作規(guī)程以及超速、超載危險運行的情況實時監(jiān)控，出現(xiàn)問題及時報警并通過安全控制裝置立即停機，保護實訓學生人身安全和設備安全。真正將各工程實訓項目的安全操作規(guī)范落實到具體的工程實訓項目環(huán)節(jié)，時時提醒、規(guī)范學生操作全過程。規(guī)范安全使用工、量、夾具并進行管理，使學生在進行工程實訓同時，養(yǎng)成良好的安全操作規(guī)范習慣，提高自身管理能力。

2.2 工程實訓課程自主訓練的總體設計方案

自主訓練的總體設計方案包括三個模塊。第一個模塊：網(wǎng)上選課，通過在線平臺自主學習訓練科目的基礎知識和安全常識，測試通過后實訓場地準入；第二模塊：工程識圖，工藝流程，實際操作訓練；第三模塊：工件檢測，成績評定。其流程如圖1所示。

圖1 “互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓”課程自主訓練流程

2.2.1 第一模塊：主要解決實訓場地準入問題

1)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，解決實訓教學基礎知識問題。創(chuàng)新建設工程訓練中心網(wǎng)站，增加慕課、微課等平臺。學生利用工訓教務系統(tǒng)進行選課，通過學號登陸工訓網(wǎng)站，或者掃描二維碼關(guān)注工訓微信公眾號，進入相應界面。在開放模式下，自主安排學習時間，利用實訓中心信息化平臺及新媒體以碎片化形式進行學習，自主完成實訓教學基礎知識和安全常識的學習，培養(yǎng)學生自主學習能力[8]。

2)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，設立工程訓練中心實訓知識準入制度。通過在線學習，進行實訓安全常識和基礎知識考試。安全規(guī)范和操作規(guī)程項目考試成績必須滿分；基礎知識90%正確為合格。符合條件才可以進入實訓階段，允許上機操作。

“安全第一”是開設工程實訓課程始終堅持的第一要務，要求學生時刻保持安全意識。學生在具備工業(yè)常識的同時，也要掌握基本的安全急救措施。學生實訓前簽訂安全承諾書，在思想意識里筑牢安全防線。在條件允許的情況下，制定在實訓期間學生購買人身保險制度，為學生提供保障。

3)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，設立工程訓練中心實訓著裝準入制度。建議學生保留入校的軍訓服裝作為實訓工裝。著裝要求：身著工訓服；焊接實訓的同學必須穿長袖；要戴工訓帽，長發(fā)同學需將頭發(fā)有效束起放在帽子里；不得穿涼鞋、拖鞋、高跟鞋等鞋子[9]。

在實訓門口，每名學生刷一卡通或者輸入學號，然后站在轉(zhuǎn)臺上，利用照相式原理，進行非接觸式光學立體掃描，將數(shù)據(jù)通過USB接口連接計算機設備，對其工訓服裝及防護要求等進行識別。針對符合工程實訓服裝要求的程度，依據(jù)相應標準，設備自動評出服裝準入成績，合格者可以準入實訓區(qū)域[10]。

針對具體工種還要進行特殊著裝掃描。比如：進行焊接實訓，增加檢查項目，是否戴防護手套，是否戴焊帽、護目鏡，是否穿符合焊接要求的鞋等進行甄別，符合安全操作服裝要求，才可以進入焊接實訓區(qū)域進行實訓。

2.2.2 第二模塊：利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，創(chuàng)新解決工程識圖教學資源問題

在傳統(tǒng)工程實訓教學中，學生往往會在工程圖紙識別上出現(xiàn)認識偏差和理解錯誤。目前可以在“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”支持下，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，借助AR技術(shù)輔助教學識圖。虛實結(jié)合，增強交互方式，更好地理解圖紙所表達的信息[11]。

學生可以通過手機APP進行掃描識別待加工零件圖，進行虛擬化顯示。學生可全方位觀察模型，有助于更好地識圖，這樣可以增強工程實訓教學的吸引力，提升學生的學習興趣[12]。

在充分理解工程圖紙的前提下，利用模擬仿真平臺分析工藝流程，觀看演示過程，在理解掌握操作要領的情況下進行實際操作。

2.2.3 第三模塊：利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，實施自動檢測工件，自動評定成績

對于學生在實訓中加工的作品，放在檢測平臺上，利用三維掃描儀，進行長、寬、高、圓弧半徑尺寸檢驗，同時可對工件表面粗糙度、形位公差等進行全方位檢測。檢測后自動生成檢測結(jié)果，結(jié)合行業(yè)標準制定的評分要求，經(jīng)過判定自動給出學生該項作品的綜合成績[13]。

如果學生感覺成績不理想，可以利用課余時間，進行反復訓練直到滿意為止。因為加工一次只能說是體驗，只有反復多次地操作才叫訓練。只有多次訓練才能真正深入掌握操作要領，提高操作技能。踐行專注、敬業(yè)、精益、創(chuàng)新精神，不斷雕琢自己的作品，不斷改善加工工藝，充分享受作品通過辛勤勞動不斷升華的過程，潛移默化地培養(yǎng)追求卓越、精益求精的品質(zhì)，以造就具有工匠精神的新時代卓越工程師[14]。

學生的最終成績由在線學習的成績、進入實訓場地時著裝和安全防護符合要求程度的成績、各實訓工種操作的成績等構(gòu)成。各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)會記錄在中心信息化管理平臺，直至所有實訓項目或環(huán)節(jié)考核完成，系統(tǒng)會按權(quán)重自動匯總出學生實訓總成績，避免人為干預，成績公正透明。學生完成課程后，在規(guī)定時間內(nèi)，可以自主查詢成績。成績不合格的，按規(guī)定選擇重修或者補做[15]。

利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，通過大數(shù)據(jù)采集，可以得到工程實訓設備使用情況，包括學生操作使用設備信息、分時段統(tǒng)計設備使用率等信息，實時進行科學分析、研判，以便統(tǒng)籌調(diào)控總體實訓狀況。通過數(shù)據(jù)分析可以判斷設備使用頻率的具體時段，以便及時提示學生選課的時段，盡量使學生的實訓呈均勻分布，不至于造成擁擠。

3 結(jié)束語

通過以上方案探討分析，基于“互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓”開展學生自主訓練，實現(xiàn)“無人工訓”，以解決工程訓練中心現(xiàn)存的困境。利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，提出全流程創(chuàng)新解決方案，改進實訓教學模式，解決指導教師短缺問題。建立學生工程實訓知識、實訓著裝、實訓操作安全準入制度。解決工程識圖虛擬教學問題，推進工程實訓項目教學實現(xiàn)“智能化”。實施工程實訓作品自動檢測，平臺自動生成實訓成績。培養(yǎng)學生自主學習和實際操作能力，使學生技術(shù)能力和非技術(shù)能力協(xié)同發(fā)展。