新工科背景下高校工程訓(xùn)練發(fā)展方向及教學(xué)改革研究

蔡亞慶，田 雙，梁 毅

(貴州民族大學(xué)工程技術(shù)人才實(shí)踐訓(xùn)練中心，貴州 貴陽 550025)

0 引言

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)與制造技術(shù)相互融合的不斷加速，社會(huì)生產(chǎn)和消費(fèi)從工業(yè)化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變，制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型將優(yōu)化生產(chǎn)方式、改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)變[1]。高等院校工程訓(xùn)練中心作為實(shí)踐教學(xué)的主要載體，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工程管理能力。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》提出了“卓越工程師人才培養(yǎng)計(jì)劃”，在社會(huì)生產(chǎn)力逐漸向著智能制造方向發(fā)展的當(dāng)下，高校應(yīng)抓住機(jī)遇，深化高等工程教育改革，為國家培養(yǎng)一批優(yōu)秀的后備工程師。

1 國內(nèi)外高等教育工程訓(xùn)練的發(fā)展概況

1.1 國外高等教育工程訓(xùn)練發(fā)展簡述

在美國，從1947年《Lewis報(bào)告》弘揚(yáng)工科實(shí)學(xué)精神、1952年Grinter報(bào)告創(chuàng)立工科課程體系、1961年美國工程教育協(xié)會(huì)的《目標(biāo)報(bào)告》，到1986年美國國家科學(xué)理事會(huì)的《尼爾報(bào)告》無不體現(xiàn)了工程教育理念與策略的變化[2]。21世紀(jì)初，“戈登獎(jiǎng)”的設(shè)立，促進(jìn)了美國高等工程教育的改革和創(chuàng)新。美國高等工程實(shí)踐教育改革途徑包括課程設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、工程教育理念、技術(shù)輔助式學(xué)習(xí)等，旨在培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程技術(shù)綜合能力，使其能在今后的實(shí)踐工程項(xiàng)目中勝任工程領(lǐng)導(dǎo)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(shù)學(xué)校(工業(yè)大學(xué)前生)和機(jī)械制造學(xué)校(高等專科學(xué)校的基礎(chǔ))兩種學(xué)校。自1870年德國將工程教育納入高等教育領(lǐng)域后，就非常注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。“理論”與“實(shí)踐”是德國工程教育發(fā)展的一個(gè)永恒主題，通過不斷探索與改革促進(jìn)了“基礎(chǔ)學(xué)習(xí)”+“主科學(xué)習(xí)”這種平衡理論與實(shí)踐的課程結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生[3]。其中，基礎(chǔ)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)一般需要2.5～3年來了解基礎(chǔ)科學(xué)知識，即完成理論學(xué)習(xí)。通過基礎(chǔ)學(xué)習(xí)考試后進(jìn)入聽課、實(shí)驗(yàn)室工作、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的主科學(xué)習(xí)。主科學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)主要是實(shí)踐學(xué)習(xí)，是深入企業(yè)解決實(shí)際問題的學(xué)習(xí)過程，直到最后通過主科學(xué)習(xí)考試后方可拿到工程師文憑。所以，在德國的本科教育學(xué)習(xí)時(shí)間一般要經(jīng)過5.5～7年，從而保證了畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量?，F(xiàn)階段，德國高等工程教育主要形式有校企混編、校企共建實(shí)驗(yàn)室、研究所等，促進(jìn)了“學(xué)習(xí)型工廠”的發(fā)展[4]。

19世紀(jì)20年代后，英國“重質(zhì)輕量”的精英教育模式雖然培養(yǎng)了很多科學(xué)家，但在經(jīng)濟(jì)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(fā)能力”的工程師[5]。因此，英國的工科性大學(xué)重新定位，開始以培養(yǎng)具有開發(fā)能力的工程師為己任的教學(xué)改革，以在高校內(nèi)建立工業(yè)訓(xùn)練中心為主要方式，有目的性地培養(yǎng)優(yōu)秀的工程師。近年來，英國的工程教育不斷把創(chuàng)新整合到工程教育中，讓學(xué)生更加多元化，擴(kuò)大產(chǎn)教融合力度，跨學(xué)科發(fā)展等。

日本是一個(gè)典型的科技型國家，其制造水平世界一流。早在20世紀(jì)末期，“科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造立國”就成了日本的人才培養(yǎng)思想。其高等工程教育的培養(yǎng)方式與德國類似，注重實(shí)踐訓(xùn)練。但日本也借鑒了美國的培養(yǎng)模式，重視基礎(chǔ)性理論教學(xué)的同時(shí)也注重專業(yè)領(lǐng)域完整知識的授課。在日本的工科院校設(shè)有“機(jī)械工作”教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工業(yè)思想、意識、技能和工程素養(yǎng)。

1.2 我國高等教育工程訓(xùn)練的發(fā)展概況

1998年以來，在教育部實(shí)施的《面向21 世紀(jì)的教學(xué)改革項(xiàng)目》和《世界銀行貸款——中國高等教育發(fā)展項(xiàng)目》驅(qū)使下，各高校紛紛開始擴(kuò)建原有的金工實(shí)習(xí)基地為工程訓(xùn)練中心[6]。教學(xué)體系從之前的金工、電子電工實(shí)習(xí)逐步向集現(xiàn)代工程基礎(chǔ)訓(xùn)練、先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練、創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練和智能控制訓(xùn)練于一體的現(xiàn)代工程訓(xùn)練轉(zhuǎn)變。

2006年以來，隨著教育部“高等學(xué)校本科教學(xué)與質(zhì)量工程”項(xiàng)目的啟動(dòng)，各高校工程訓(xùn)練中心開始全面建設(shè)和發(fā)展。2014年，教育部改革方向明確規(guī)定“全國普通本科高等院校1 200所學(xué)校中，將有600多所逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變”?！耙恍Ｒ还び?xùn)中心”的基本布局已形成，目前我國已有40個(gè)工程訓(xùn)練類國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。

2 工程訓(xùn)練中心的功能及定位

2.1 工程訓(xùn)練中心的功能

工程訓(xùn)練中心是我國高等教育改革發(fā)展的新生產(chǎn)物，作為工程教育的實(shí)踐教學(xué)基地，配備著種類齊全、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，是一個(gè)具有實(shí)際生產(chǎn)工程環(huán)境的“迷你企業(yè)”，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力、理論聯(lián)系實(shí)踐能力和基本職業(yè)道德的實(shí)踐教學(xué)場所，是孵化高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的教學(xué)基地[7]。工程訓(xùn)練具有通識教育的屬性，是本科各專業(yè)學(xué)生了解制造工業(yè)、體驗(yàn)工業(yè)文化和培養(yǎng)實(shí)踐技能及孕育創(chuàng)新底蘊(yùn)的主要方式。其主要職能是承擔(dān)全校的工程訓(xùn)練課程，協(xié)助指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的加工實(shí)現(xiàn)，吸引跨專業(yè)間學(xué)生的思維碰撞，完成各種競賽的產(chǎn)品加工作坊。

2.2 工程訓(xùn)練中心的定位

各高校根據(jù)自身的發(fā)展定位和資源狀況等來確定“工程訓(xùn)練中心”的發(fā)展取向和建設(shè)類型。工程訓(xùn)練中心是在“回歸工程”大背景下發(fā)展起來的，其初心是為國家培養(yǎng)具有工程意識、工程能力、工程管理和工程素養(yǎng)的綜合性人才。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)，也是工程訓(xùn)練中心的立身之本。依據(jù)各學(xué)校的實(shí)際，工程訓(xùn)練中心的定位可從功能、層次和服務(wù)對象三個(gè)方面分類，如圖1所示[8]。

圖1 工程訓(xùn)練中心的定位分類

從功能角度而言，工程訓(xùn)練中心以保證本科學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)為核心，以拓展科研、生產(chǎn)為補(bǔ)充。

從層次角度而言，工程訓(xùn)練中心以本科生實(shí)踐教學(xué)為中心，扮演工程通識教育認(rèn)知和工程綜合能力塑造的角色。以企業(yè)需求為導(dǎo)向，解決工程知識的成果轉(zhuǎn)換和工程技術(shù)難題開發(fā)為目標(biāo)，試點(diǎn)提升培養(yǎng)工程碩士和工程博士的人才層次。輻射全?；A(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究，協(xié)同區(qū)域企業(yè)，聯(lián)合共培、共建實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的深度融合。

從服務(wù)對象角度而言，以教學(xué)型功能為定位的工程訓(xùn)練中心，服務(wù)于本校學(xué)生工程訓(xùn)練和科研需求；生產(chǎn)型功能定位的工程訓(xùn)練中心，滿足自身教學(xué)、科研需求前提下，向社會(huì)開放。

3 工程訓(xùn)練教學(xué)面臨的主要問題

中國高等教育發(fā)展進(jìn)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(yǎng)的供給側(cè)改革。在積極探索新形勢下的工程訓(xùn)練培養(yǎng)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(qiáng)

工程訓(xùn)練的初心是培養(yǎng)具有工程意識、工程能力、工程管理和工程素養(yǎng)的綜合性人才。工程訓(xùn)練作為本科實(shí)踐教學(xué)主要環(huán)節(jié)，教學(xué)課時(shí)比例的不斷縮減，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)無法深入展開，很難培養(yǎng)出優(yōu)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(dòng)策劃以及“工匠精神”的缺失，無法塑造一個(gè)“工程師搖籃”的文化底蘊(yùn)。

3.2 工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容更新滯后

工程訓(xùn)練發(fā)源于金工實(shí)習(xí)，傳統(tǒng)金工實(shí)習(xí)的項(xiàng)目包括“車、鉗、鉆、刨、銑、磨、鑄”等，在引入新技術(shù)的過程中，部分高校發(fā)展緩慢，尤其是教育發(fā)展相對落后的地方院校硬件設(shè)施嚴(yán)重脫節(jié)。具有先進(jìn)制造技術(shù)代表性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目較少，實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置相對傳統(tǒng)。2020年，中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)西部大開發(fā)形成新格局的指導(dǎo)意見》指出，要在西部地區(qū)布局建設(shè)一批應(yīng)用型本科高校，支持“雙一流”高校對西部地區(qū)高校開展對口支援。這讓西部教育事業(yè)的快速轉(zhuǎn)型升級看到了曙光。

3.3 工程訓(xùn)練師資力量呈現(xiàn)斷層趨勢

傳統(tǒng)的金工實(shí)訓(xùn)教師大部分來自企業(yè)，其豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著一系列重視實(shí)踐教學(xué)政策的推出，高學(xué)歷青年人才陸續(xù)加入工程訓(xùn)練教學(xué)隊(duì)伍，成為實(shí)踐教學(xué)持續(xù)發(fā)展的中堅(jiān)力量。老教師實(shí)踐能力強(qiáng)，科研能力以及現(xiàn)代化教學(xué)方式弱；青年教師科研能力和學(xué)術(shù)水平高，但缺乏工程實(shí)踐能力和實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐教學(xué)教師不僅要具備較高的教學(xué)水平和科研能力，還要具備豐富的實(shí)踐操作能力，即具有“雙師”背景，這也是當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)師資隊(duì)伍急需強(qiáng)化提升的方面。

3.4 校企合作培養(yǎng)方式缺乏

工程訓(xùn)練中心硬件發(fā)展方向是打造一個(gè)具有實(shí)際生產(chǎn)工程環(huán)境的“迷你企業(yè)”。但現(xiàn)有的工程訓(xùn)練中心還不能完全成為工廠企業(yè)的縮影，先進(jìn)技術(shù)設(shè)備引入緩慢，優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝管理和企業(yè)管理等理念弱化，無法使學(xué)生切實(shí)體會(huì)現(xiàn)實(shí)企業(yè)環(huán)境。營造真實(shí)工程環(huán)境的最佳方法就是探索校企合作機(jī)制，建立校企合作平臺，校企共建實(shí)驗(yàn)室。

4 工程訓(xùn)練發(fā)展趨勢分析

4.1 “學(xué)習(xí)型工廠”建設(shè)

“學(xué)習(xí)型工廠”是真實(shí)模擬企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境，生產(chǎn)真實(shí)產(chǎn)品，具有真正的客戶的新型工程訓(xùn)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(xùn)練平臺與生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)和管理技術(shù)上的差距問題，逐漸地在我國高等工程教育界轉(zhuǎn)化應(yīng)用，比如天津職業(yè)師范大學(xué)、東莞技師學(xué)院等。

4.2 “云工訓(xùn)”平臺建設(shè)

“云工訓(xùn)”平臺是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能制造等先進(jìn)制造技術(shù)為主導(dǎo)生產(chǎn)力拉動(dòng)下逐漸形成的一種工程訓(xùn)練發(fā)展模式。它是集先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)管理技術(shù)于一體的“虛實(shí)結(jié)合”的工程訓(xùn)練平臺，是加速傳統(tǒng)工程訓(xùn)練教學(xué)向現(xiàn)代化工程訓(xùn)練教學(xué)轉(zhuǎn)變的主要手段，是全國工程訓(xùn)練國家精品課程、微課、慕課等實(shí)現(xiàn)共享的途徑之一，是高等學(xué)校培養(yǎng)符合新形勢下工程技術(shù)人才的必然選擇。

4.3 工程訓(xùn)練教學(xué)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(xué)生融入到產(chǎn)品的全生命周期中進(jìn)行學(xué)習(xí)。OBE是在“以生為本”基礎(chǔ)上，通過評估學(xué)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(xiàn)代工程訓(xùn)練課程體系的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為中心，基本技能為基礎(chǔ)，創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，全面提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。工程訓(xùn)練教學(xué)方式應(yīng)結(jié)合學(xué)校定位和自身資源進(jìn)行改革，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。如“以賽促教，賽課互補(bǔ)”，“項(xiàng)目教學(xué)法”“企業(yè)教學(xué)方式”[7]等都是對工程訓(xùn)練教學(xué)方式的探索創(chuàng)新。

4.4 工程訓(xùn)練師資隊(duì)伍建設(shè)途徑

工程訓(xùn)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(yīng)的工程技能和管理能力，即 “雙師型”要求。根據(jù)目前工程訓(xùn)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(shí)踐技能培訓(xùn)，并達(dá)到一定的技能等級。

(2)定期開展教研學(xué)習(xí)，交流經(jīng)驗(yàn)，探討實(shí)踐訓(xùn)練過程中遇到的問題。

(3)定期組織教師到企業(yè)學(xué)習(xí)交流，邀請企業(yè)工程師到校做講座，豐富教師的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

(4)組織教師到一流的大學(xué)與科研院所訪學(xué)、研修。

(5)以企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)難題項(xiàng)目為導(dǎo)向，協(xié)同區(qū)域高校、企業(yè)組建聯(lián)盟，提升教師解決實(shí)際工程問題的能力。

(6)激勵(lì)教師參與指導(dǎo)學(xué)生的競賽項(xiàng)目。

4.5 校企合作協(xié)同育人機(jī)制

校企合作協(xié)同育人是近年來高等工程教育界研究出的一種解決學(xué)校到企業(yè)最后“一學(xué)里”的實(shí)踐教育機(jī)制。按照“資源整合、文化融合、產(chǎn)學(xué)結(jié)合”的模式，學(xué)校和企業(yè)共建生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地，探索以促進(jìn)就業(yè)為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)學(xué)校發(fā)展和企業(yè)壯大的“雙贏”局面。在校企合作基礎(chǔ)上，可通過“頂崗實(shí)習(xí)”“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”“工業(yè)實(shí)踐”“企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金”等形式，學(xué)校實(shí)現(xiàn)了高素質(zhì)人才培養(yǎng)目標(biāo)，企業(yè)也獲得了滿意的優(yōu)秀工程技術(shù)人才，實(shí)現(xiàn)了高校、企業(yè)和區(qū)域的融合發(fā)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(shè)和“工程教育專業(yè)認(rèn)證”的新形勢下，作為支撐各專業(yè)的工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)也越來越受到重視，同時(shí)也對工程訓(xùn)練中心的發(fā)展提出了更高的要求。古人有云：“學(xué)不至于樂，不可謂之學(xué)”，工程訓(xùn)練中心不僅只滿足基本教學(xué)要求，還需要逐漸打造成學(xué)生樂意駐足的公共開放空間。營造學(xué)校工程文化氛圍的途徑有[11]：

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

(2)成立基于工程訓(xùn)練中心的社團(tuán)組織，比如“3D創(chuàng)意社團(tuán)”“機(jī)器人社團(tuán)”“無人機(jī)社團(tuán)”等，定期開展技能競賽。

(3)設(shè)置創(chuàng)客空間，配備完善加工設(shè)備，建立對外開放制度。

(4)建立基于工程訓(xùn)練中心的項(xiàng)目申報(bào)體制，提升學(xué)生參與工程訓(xùn)練的積極性。

(5)引入先進(jìn)科技，融入文化藝術(shù)，如VR/AR技術(shù)、精密加工、鐵藝、木藝、陶藝等，構(gòu)建工業(yè)體驗(yàn)中心。

通過營造校園工程文化氛圍，多渠道培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程認(rèn)知，進(jìn)一步增強(qiáng)工程訓(xùn)練中心和學(xué)校的整體輻射效應(yīng)和影響面。

5 結(jié)語

在當(dāng)前人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新科技與產(chǎn)業(yè)深度融合發(fā)展的時(shí)代背景下，高校工程訓(xùn)練中心作為培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐綜合能力的主要載體，為高質(zhì)量地培養(yǎng)出符合新時(shí)代需求的工程技術(shù)人才，工程訓(xùn)練中心面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

工程訓(xùn)練在從傳統(tǒng)金工、電子電工實(shí)習(xí)向現(xiàn)代工程訓(xùn)練轉(zhuǎn)變過程中，還存在很多問題亟需解決。在“工程教育專業(yè)認(rèn)證”“新工科”建設(shè)等新形勢下，我們應(yīng)當(dāng)不斷探索未來的前進(jìn)方向，探索符合“國情”“校情”的工程訓(xùn)練實(shí)踐教育體系，充分發(fā)揮工程訓(xùn)練中心的載體作用，培養(yǎng)出一批批優(yōu)秀的具有高素養(yǎng)的應(yīng)用型人才。