綜合創(chuàng)新能力引領(lǐng)下工程實踐育人體系研究與改革

程毅，蔣建軍，呂冰

(西北工業(yè)大學 工程實踐訓練中心，陜西 西安)

一 引言

在大國競爭背景下，航空航天、高技術(shù)船舶、先進軌道交通等國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)高端裝備在國民經(jīng)濟領(lǐng)域的重要性日益顯現(xiàn)，成為實現(xiàn)我國“制造強國”夢的核心保障。還強烈依賴研發(fā)人員對裝備的系統(tǒng)性認知以及通過創(chuàng)新手段實踐專業(yè)技術(shù)的能力。高端戰(zhàn)略裝備研制中出現(xiàn)大量復雜的系統(tǒng)性工程問題[1]，上述問題的有效解決不僅需要扎實的專業(yè)知識，在此背景下，我國大力推動“新工科”建設(shè)，旨在培養(yǎng)“專業(yè)精通、學科融通、實踐貫通”的綜合性、高素養(yǎng)領(lǐng)軍人才。

工程實踐訓練作為我國高等工程教育的重要組成部分[2]，是本科生實踐專業(yè)能力、了解多學科知識的主陣地，相比于專業(yè)學科育人，其在受眾廣度、動手能力、綜合能效等方面具有一定的有優(yōu)勢，因此，在“新工科”建設(shè)及復合型工程人才培養(yǎng)中工程實踐教育應(yīng)發(fā)揮重要作用。然而，傳統(tǒng)工程實踐普遍存在著育人理念陳舊、課程結(jié)構(gòu)松散、能力體系不明確、平臺支撐不完善等一系列問題，導致工程實踐育人層次低、創(chuàng)新能力欠缺、系統(tǒng)性思維不足等問題。

西北工業(yè)大學工程實踐訓練中心基于學校育人目標、結(jié)合中心教學特色，深挖領(lǐng)軍人才實踐能力要素，以“實踐意識、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)性思維”培養(yǎng)為目標，創(chuàng)建了領(lǐng)軍人才綜合創(chuàng)新能力引領(lǐng)下的“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，打造了“基礎(chǔ)訓練、前沿創(chuàng)新、綜合交叉”三層級課程體系，建設(shè)了“基礎(chǔ)工訓，創(chuàng)新綜合”兩級實踐平臺，通過“校企協(xié)同- 賽教融合-國際化教育-研教聯(lián)合”多元育人環(huán)境，形成了“基礎(chǔ)層級厚素養(yǎng)、創(chuàng)新層級揚專長、綜合層級促融合”的領(lǐng)軍人才工程能力培養(yǎng)新機制。在五年的實踐中，形成了大量優(yōu)秀教學成果，在領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了良好的聲譽和推廣效果。

二 工程實踐教育現(xiàn)狀及主要問題

（一） 工程實踐育人現(xiàn)狀分析

國內(nèi)一流高校普遍重視工程實踐教學，各高校工程訓練中心都對自身育人環(huán)境進行建設(shè)，并形成了各具特色的實踐育人體系：① 以山東大學為代表的創(chuàng)客空間模式，強調(diào)高水平競賽對人才培養(yǎng)的重要性；②以北航為代表的學院、中心綜合聯(lián)動模式，強調(diào)高水平科研在人才培養(yǎng)中的重要性；③以上海交大為代表的校企協(xié)同模式，強調(diào)工程素養(yǎng)和能力在人才培養(yǎng)中的重要性。

表 1 國內(nèi)各一流高校工程實踐體系

綜上，國內(nèi)各一流高校工程訓練中心對人才工程能力培養(yǎng)各具特色，普遍強調(diào)人才創(chuàng)新能力、綜合能力，并對能力體系進行了分層，針對不同能力提出育人方法。

（二） 主要問題

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等新興科技日新月異，也對工程實踐教育帶來沖擊。對此，教育部也提出了“六卓越一拔尖”計劃、“新工科”建設(shè)等項目，旨在培養(yǎng)高素質(zhì)工科人才，然而在上述高等工程教育突飛猛進的背景下，傳統(tǒng)工程實踐訓練對大學生的“吸引力”卻日益下降，究其原因：

1. 傳統(tǒng)工程實踐育人理念落后，忽略了現(xiàn)階段國家重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)對人才能力要求已發(fā)生了跨越式變革，兩者間存在矛盾，形成了固步自封的局面，造成傳統(tǒng)實踐育人體系落后、人才培養(yǎng)層次低。

2. 傳統(tǒng)工程實踐知識陳舊、結(jié)構(gòu)松散，與專業(yè)理論課程存在較大代差，且實踐教學環(huán)境與專業(yè)理論知識間缺乏有效銜接，知識層級遠低于學生預期，造成對學生吸引力和啟發(fā)性不足，無法提升學生對知識的接受度。

國內(nèi)各高校工程實踐教育已普遍認識到上述問題，開設(shè)機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐課程[8]，并取得大量優(yōu)秀的教學成果[9]，然而在上述新興領(lǐng)域課程建設(shè)中又出現(xiàn)了如下問題：

3. 現(xiàn)階段創(chuàng)新實踐類課程建設(shè)中忽略能力培養(yǎng)的一般規(guī)律，忽視了不同學科學生側(cè)重點應(yīng)該有所不同，不同年級層次學生的理解能力、知識深度也不盡相同，與此同時，在課程建設(shè)中還出現(xiàn)了重新興、輕傳統(tǒng)的趨勢，各類新興領(lǐng)域課程各自為政，造成學生能力孤島，難以支撐高階人才系統(tǒng)性工程能力的培養(yǎng)[10]。

4.現(xiàn)階段實踐平臺建設(shè)普遍出現(xiàn)重設(shè)備投入[11]、輕育人成效的現(xiàn)象，沒有充分挖掘平臺潛能[12]，且對于不同的課程使用相同的教學模式、培養(yǎng)手段，導致學生接受度及講課效率降低，無法實現(xiàn)課程-平臺-環(huán)境相互匹配，導致實踐教學效果不盡如人意。

綜上，目前工程實踐教育呈現(xiàn)出多樣化問題，其原因有新興科技領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)工程教育的沖擊，也有工程教育曲折發(fā)展導致的自身局限性。究其根本是工程實踐教育落后于現(xiàn)代科技發(fā)展，缺乏創(chuàng)新活力和機制，無法達到國家高端戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)對人才能力的期望值。因此，如何傳承和發(fā)展工程實踐教育，主動對接國家高端戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)對領(lǐng)軍人才的需求，真正成為學生 “專業(yè)理論知識”向“復雜系統(tǒng)性工程問題解決能力”跨越式發(fā)展的重要橋梁，是工程實踐教育亟需解決的重大難題。

三 工程實踐育人體系研究

（一） 工程實踐育人現(xiàn)狀分析

西北工業(yè)大學工程實踐訓練中心（簡稱“中心”）基于國內(nèi)多所一流高校實踐教學模式分析，結(jié)合學校及學科特點，從高素質(zhì)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)中的實踐能力要素分析入手，以綜合創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為目標，遵循循序漸進、強調(diào)共性、突出個性的特征，提出了“基礎(chǔ)層級厚素養(yǎng)、創(chuàng)新層級揚專長、綜合層級促融合”的領(lǐng)軍人才工程能力培養(yǎng)新機制，據(jù)此創(chuàng)建了領(lǐng)軍人才綜合創(chuàng)新能力引領(lǐng)下的“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，如圖 1 所示。

圖1 “多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系

（二） 領(lǐng)軍人才“多層次”實踐能力剖析

基于國家重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)對人才需求發(fā)生跨越式變革導致人才實踐能力要求進一步提升，制定了三層次實踐能力體系，即“基礎(chǔ)工程能力、創(chuàng)新工程能力、綜合創(chuàng)新能力”，將各層級能力進一步細分為人格素養(yǎng)要素、工程素養(yǎng)要素和學科前沿要素，剖析要素特征，依次規(guī)劃各要素培養(yǎng)階段，形成了“優(yōu)秀本科人才培養(yǎng)”“高素質(zhì)拔尖人才培養(yǎng)”“未來領(lǐng)軍人才培養(yǎng)”三個階段，提出了如表 2 所示的“基礎(chǔ)層級厚素養(yǎng)、創(chuàng)新層級揚專長、綜合層級促融合”的領(lǐng)軍人才工程能力培養(yǎng)新機制。

表2 領(lǐng)軍人才工程實踐育人新機制

（三） 實踐課程體系“模塊化”重構(gòu)

在詳細剖析實踐育人要素后，提出以課程為根本的“模塊化”實踐課程體系，構(gòu)筑了“基礎(chǔ)訓練、前沿創(chuàng)新、學科交叉”三層課程群，如圖 2 所示。

圖 2 “基礎(chǔ)訓練、前沿創(chuàng)新、學科交叉”三層課程群

圖 3 課程體系建設(shè)

基礎(chǔ)訓練層：整合冷加工、熱加工、電子實習課程，充分挖掘課程、實踐訓練、勞動育人內(nèi)涵，聯(lián)合機器人、逆向工程、虛擬仿真等內(nèi)容，將先進的工程技術(shù)、制造理念融入教學，基于完全學分制建設(shè)模塊化基礎(chǔ)訓練課程群，從而實現(xiàn)對不同大類學生的定制實踐，支撐具有家國情懷、實踐意識的優(yōu)秀本科人才培養(yǎng)。

前沿創(chuàng)新層：深挖機器人、虛擬現(xiàn)實、3D 打印、逆向工程、精密加工等關(guān)鍵核心技術(shù)點，滿足不同專業(yè)學生對自身領(lǐng)域的定向?qū)嵺`，培養(yǎng)以專業(yè)實踐與創(chuàng)新、工程視野為代表的創(chuàng)新工程能力，支撐具有創(chuàng)新意識、熟識學科前沿的高素質(zhì)拔尖人才培養(yǎng)。

綜合創(chuàng)新層：在完成第一、二階段能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，聯(lián)通前兩級課程，聯(lián)合國外高校、優(yōu)勢學院、科研單位，開設(shè)高挑戰(zhàn)度專業(yè)綜合設(shè)計類課程，通過小班授課實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的研發(fā)實踐，邀請學院優(yōu)秀教師教學并擔任項目指導教師，將科研項目引入學生實踐教學，最終完成具有解決系統(tǒng)性復雜工程問題能力的未來領(lǐng)軍人才培養(yǎng)。

（四） “遞進式”育人模式改革

以育人成效提升為根本目標，以知識循序漸進、能力精準培養(yǎng)為指導，面向領(lǐng)軍人才三層級能力體系，構(gòu)建“產(chǎn)學聯(lián)合-賽教融合-國際化-研教融合”的遞進式育人模式，實現(xiàn)課程架構(gòu)-育人環(huán)境的相融統(tǒng)一。

產(chǎn)學聯(lián)合：聯(lián)合北京精雕、啟創(chuàng)遠景、安泰測試、正天激光、大疆等企業(yè)共建5 個實驗室，將先進工程技術(shù)引入基礎(chǔ)工程實踐平臺，提升本科生工程素養(yǎng)及通識能力。

賽教融合：基于綜合創(chuàng)新課程指導學生參加全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生機器人大賽等高水平學科競賽，在競賽中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

國際化：基于國際化基地開設(shè)國際化課程、參與金磚國家創(chuàng)客大賽、國際無人機挑戰(zhàn)賽等形式各異多樣的國際化創(chuàng)新交流，在傳播中國文化的同時拓展學生國際視野。

研教融合：聯(lián)合優(yōu)勢學院引入高層次科研活動，模擬項目全流程開展，并推薦優(yōu)秀學生參加國際級課題研究，使學生提前融入科研角色。

四 工程實踐育人體系建設(shè)及實踐

基于“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，從課程改革、師資建設(shè)、平臺建設(shè)、等多個方面開展育人體系實踐。

（一） 課程體系建設(shè)

①基礎(chǔ)工程訓練課程：以4 學時為基本單元建成23 個基礎(chǔ)工訓模塊，通過核心工訓/輕量化工訓課程模塊互補選課、創(chuàng)新技能課程的定制選課，實現(xiàn)了工程基礎(chǔ)素質(zhì)培養(yǎng)。

②創(chuàng)新工程訓練課程：以創(chuàng)新工程能力培養(yǎng)為核心，以系統(tǒng)化的工程思維、創(chuàng)新設(shè)計能力和創(chuàng)新技能應(yīng)用為重點，建成了《基于中國剪紙文化的激光技術(shù)》《基于VR 技術(shù)的三維數(shù)字模型設(shè)計與虛擬仿真裝配》《基于大學生工程能力競賽無碳小車設(shè)計與制作》等為代表的新型領(lǐng)域及交叉學科創(chuàng)新實踐類選修課24 門。

③綜合創(chuàng)新實踐課程：以綜合實踐能力培養(yǎng)為核心，以學科交叉思維、前沿知識探索、系統(tǒng)工程應(yīng)用為重點，基于復雜工程問題，建設(shè)高階做中學課程3 門，通過競賽和科研項目驅(qū)動學生綜合創(chuàng)新能力。

（二） 師資隊伍建設(shè)

①中心師資引育：結(jié)合各類別教師的實際情況分別制定系統(tǒng)師資培訓、學習計劃，提升現(xiàn)有師資的業(yè)務(wù)能力和教學水平，5 年內(nèi)引進具有碩士以上學位教師18 人，形成了一支涵蓋材料、機械、電子等領(lǐng)域的具有豐富實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的教師隊伍。

②聯(lián)合學院教師：聯(lián)合學校機電、材料、航空、自動化等學院，通過校內(nèi)雙聘模式引進19 名優(yōu)秀教師，建立理論教學與實踐操作互補、學科交叉融合的聯(lián)合指導團隊，有效彌補了中心在高層次師資力量的短板。

③聘請企業(yè)導師：以教育部產(chǎn)學協(xié)同育人項目為載體，聯(lián)合北京精雕、大疆等企業(yè)，建立雙師型指導團隊10 余個，通過校企聯(lián)合培訓工作坊的形式，

聯(lián)合開展協(xié)同育人項目16 個，為學生提供了近距離接觸企業(yè)前沿技術(shù)的機會。

（三） 創(chuàng)新平臺建設(shè)

①建立中心-學院聯(lián)動的創(chuàng)新社區(qū)：通過整合中心創(chuàng)新資源，聯(lián)合學院建設(shè)8 個創(chuàng)新基地和1 個國際化實踐基地，聯(lián)合中航西飛、北京精雕、陜西晶元、啟創(chuàng)遠景等建立5 個創(chuàng)新實驗室，通過創(chuàng)新社區(qū)實現(xiàn)設(shè)備資源和場地資源的充分共享和集成化管理，為學生提供24 小時不打烊的創(chuàng)新環(huán)境。

②建立特色的國際化實訓基地：以本校學生國際化能力培養(yǎng)以及留學生工程實踐為契機，打造具有工訓特色的國際化工程實踐課程體系，開設(shè)激光剪紙、木工坊、陶藝等課程，使學生體驗中國傳統(tǒng)文化；針對交流訪問學生和校內(nèi)留學生開展，從而建成全國具有示范性、引領(lǐng)性的國際化創(chuàng)新實踐基地，托基地開展課程建設(shè)、師資培訓等活動，進行實踐活動交流。

③利用學校創(chuàng)新社團資源：和學工、團委聯(lián)動，通過學生社團的代代相傳，建立學生自主生血的機制，形成創(chuàng)新基地由學生管、創(chuàng)新項目由學生定、創(chuàng)新活動由學生執(zhí)行的環(huán)境，推動300 余項競賽項目開展。

圖4 創(chuàng)新平臺建設(shè)

（四） 育人體系實踐成效

經(jīng)過多年建設(shè)與實踐，學生綜合創(chuàng)新能力得到極大的提升，5 年來，指導300 余學生完成74 項大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，700 余人次學生在500 余項國家級和省級學科競賽中取得優(yōu)異成績，2016 年至今，獲省部級以上獎勵232 項，獲獎比例接近70%，其中國家級獎項63 項：特等獎9 項，一等獎31 項，二等獎34 項，三等獎23 項；省部級獎項169 項。涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀學生團隊和個人，孵化“MT 創(chuàng)業(yè)團隊”和智能機器人俱樂部團隊“兩個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊。

組織7 屆中國大學生工程訓練能力大賽的省級賽和全國賽、3 屆西北五省工訓教師技能競賽；在創(chuàng)客教育基地聯(lián)盟年會、部屬工訓中心主任聯(lián)席會等教育教學會議上做專題報告8 次，產(chǎn)生了顯著的學術(shù)影響；接待包含上海交大、哈工大、北航、南航、北理工、南理工、哈工程等在內(nèi)的20 余所高校調(diào)研，所構(gòu)建的課程體系和創(chuàng)新社區(qū)得到了工程實踐領(lǐng)域廣泛的認同。

五 結(jié)論與展望

基于國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)高端裝備研發(fā)對人才系統(tǒng)性思維、多學科融合等綜合創(chuàng)新能力的需求，提出了“基礎(chǔ)層級厚素養(yǎng)、創(chuàng)新層級揚專長、綜合層級促融合”的領(lǐng)軍人才工程能力培養(yǎng)新機制，通過領(lǐng)軍人才“多層次”實踐能力剖析、“模塊化”實踐課程體系重構(gòu)、“遞進式”育人環(huán)境建設(shè)，形成了“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，并從課程、師資、平臺、國際化、教學方法、文化等多個方面開展實踐。所建成的面向綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的工程實踐育人體系突破了陳舊實踐理念的桎梏、重組了零散化的知識體系，有力的推動了實踐育人“課程架構(gòu)-實訓平臺-教學環(huán)境”相融統(tǒng)一，培養(yǎng)了一批具有“家國情懷、實踐意愿、技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)思維”的未來領(lǐng)軍人才，產(chǎn)生良好的輻射效果和社會美育，為培養(yǎng)高等工程領(lǐng)域優(yōu)秀人才開辟了新方法。

在未來的建設(shè)中，將在以下方面進行創(chuàng)新和完善：

（1）構(gòu)建“交互式創(chuàng)新科研育人平臺”，提升中心科研育人水平，促進本科生在高水平科研活動中的參與度；并且進一步實現(xiàn)研究生實踐培養(yǎng)，實現(xiàn)設(shè)計、研發(fā)、制造、測試一體化實踐，增強研究生科研實踐能力；承擔校內(nèi)科研團隊、研究所的科研任務(wù)，促進中心教師參與高水平科研活動，提升中心教師科研育人水平。

（2）建設(shè)“實驗室智能管理系統(tǒng)”，完成教學資源整合及其互聯(lián)互通，實現(xiàn)實訓教學資源配置優(yōu)化，便于信息化教學及資源管理；完善中心數(shù)字教學資源公共服務(wù)體系，建成互聯(lián)互通、開放靈活、多級分布式信息化“示教模塊”，有效支撐中心和學生開展信息化教學應(yīng)用；建成“管控準入模塊”，提高中心信息化水平、管理效率、降低管理成本，實現(xiàn)中心設(shè)備利用率大幅提升。