以學生為中心，推進機械類專業(yè)工程訓練的改革與實踐

劉志強+陳建兵

[摘 要]工程教育的核心特征在于其實踐性。高校工程訓練中心對工程科技人才的培養(yǎng)具有舉足輕重的作用?！耙詫W生為中心”是工程教育專業(yè)認證的核心理念。針對我國高校工程訓練中心建設的某些不足，從這一理念出發(fā)，高校必須對機械類專業(yè)的工程訓練進行訓練體系反向設計和訓練模式重構(gòu)?！耙詫W生為中心”的教育理念有利于推動工程訓練中心建設，提高工程科技人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]工程訓練；以學生為中心；訓練體系

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）12-0137-04

工程作為實際的改造世界的物質(zhì)實踐活動，具有建造性、人文性、生態(tài)性、整體性和協(xié)調(diào)性等本質(zhì)特征。因此，高等工程教育必須克服目前存在的學術(shù)化、學科化傾向，擔負起工程自己的教育使命，回歸工程本身。或者說，高等工程教育要超越“科學范式”（強調(diào)工程科學與理論分析），確立“工程范式”（強調(diào)工程教育的實學性、集成性和創(chuàng)新性）。

為此，我國參照《華盛頓協(xié)議》，按“國際實質(zhì)等效”的要求，從2006年開始試點工科專業(yè)的國際認證，并于2013年成為《華盛頓協(xié)議》的預備會員?！度A盛頓協(xié)議》是國際工程師互認體系6個協(xié)議中最權(quán)威、國際化程度較高、體系較為完整的協(xié)議，該協(xié)議提出的工程教育國際認證通用標準對工科專業(yè)學生畢業(yè)時的能力要求，正是對工程本質(zhì)特征的反映。

工程教育專業(yè)認證的實踐表明，“以學生為中心”的教育理念對于工科高校工程訓練中心的建設和發(fā)展具有很好的推動作用。

一、工程訓練面臨的問題

工程教育的核心特征在于其實踐性。我國工程教育實踐教學主要包括實驗教學（理論課程的實驗和獨立開設的實驗課程）和集中實踐教學（工程訓練、認知實習、生產(chǎn)實習、課程設計、畢業(yè)設計）兩大部分。然而，在我國本科工程教學體系中，存在重知識學習、輕能力培養(yǎng)的現(xiàn)象。2009年，中國工程院發(fā)布了一個調(diào)研報告，對國內(nèi)高等工程教育的現(xiàn)狀提出了批評：一是一些本科院校不能根據(jù)自己的實際，盲目爭辦“綜合性、研究型”大學，導致學校建設目標趨同，人才培養(yǎng)目標單一；二是工科院校的實踐教學被不同程度地削弱，使工程訓練達不到最基本的要求；三是教師學術(shù)化傾向十分明顯，學生創(chuàng)新能力不強，重論文、輕設計、缺實踐。

由于高校與企業(yè)聯(lián)系不密切，企業(yè)難以容納大批學生實習等問題，生產(chǎn)實習大多是走馬觀花，學生很少有動手和提高實踐能力的機會。因此，工科高校工程訓練中心的建設就顯得尤其重要。雖然我們在不斷進步，改革的步伐從未停滯，但與國外相比，我國高校工程訓練中心的建設還存在諸多不足，如：

（一）功能定位單一

以教為中心的教學功能幾乎是所有高校工程訓練中心存在的核心要素，忽視了學生的主體性和能動性。這種教學理念及相應的教學方法，不利于發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，不利于培養(yǎng)學生主動實踐的能力。

（二）訓練目標不明確

訓練目標與工科專業(yè)培養(yǎng)未來合格工程師的要求有差距，目標仍然以驗證理論知識和掌握加工工藝為主，對培養(yǎng)學生的工程觀、組織管理、團隊協(xié)作等方面的要求比較模糊。

（三）專業(yè)課程體系設計不合理

專業(yè)課程體系設計盲目，訓練目標模糊，導致訓練體系層次偏低，訓練內(nèi)容與理論教學和其他實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)。對學生認識工程對于客觀世界和社會的影響，考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素，綜合運用理論和技術(shù)手段設計系統(tǒng)方案與思路創(chuàng)新等方面的訓練不足。

（四）師資及硬件資源投入不足

師資隊伍無法滿足工程訓練要求，軟硬件資源投入不足。真正的工程師只有由工程經(jīng)驗豐富的教師，在一個充滿活力的工程環(huán)境中才能培養(yǎng)出來。而我國工科教師學術(shù)化傾向十分明顯，大部分教師熱衷于申請課題、發(fā)表論文，對教學工作，特別是實踐教學投入不足。

造成上述不足的原因是多方面的，“以學生為中心”的工程教育核心理念未能深入教育管理者和教師心中則是最主要的。由此，需要回答的問題有（但不限于）：

1.什么是以學生為中心的目標導向？

2.如何設計訓練體系？

3.訓練體系如何與專業(yè)培養(yǎng)計劃中的理論教學和其他實踐環(huán)節(jié)貫通？

4.如何建設工程訓練所需的師資隊伍？

二、以目標為導向，進行訓練體系的反向設計

以學生為中心的目標導向就是用期望全體學生獲得的學習成果，反推出所需的培養(yǎng)過程、培養(yǎng)要素和培養(yǎng)環(huán)節(jié)，以及對應的持續(xù)改進機制。

（一）培養(yǎng)目標

培養(yǎng)目標是指教育目的在各級各類教育機構(gòu)中的具體化，它是由特定社會領(lǐng)域和特定社會層次的需要所決定的。在工程教育國際認證語境下，培養(yǎng)目標可表達為學生畢業(yè)5年左右，成為所工作領(lǐng)域的合格工程師，即解決“能做什么”的問題。而在“科學范式”教育模式下，通常是教師（強調(diào)工程科學與理論分析）根據(jù)自身的認識，主觀設定學生需掌握的知識，制訂課程體系，課程體系實際上決定了學生畢業(yè)時掌握的知識，這會造成畢業(yè)生能力與培養(yǎng)目標脫節(jié)，更與社會需求脫節(jié)。

（二）畢業(yè)生的能力要求

畢業(yè)生的能力要求是指學生完成學業(yè)時應該取得的學習成果，即學生產(chǎn)出，實質(zhì)上是學生畢業(yè)時“能有什么”的問題。本文對畢業(yè)生能力要求的參考體系是《華盛頓協(xié)議》的通用標準，具體為：

1.具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感和工程職業(yè)道德；

2.具有運用工程工作所需的相關(guān)數(shù)學、自然科學以及經(jīng)濟和管理知識的能力；

3.具有運用工程基礎(chǔ)知識和本專業(yè)基本理論知識解決問題的能力，具有系統(tǒng)的工程實踐學習經(jīng)歷；了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；

4.具備設計和實施工程實驗的能力，并能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行分析；

5.掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識；具有綜合運用理論和技術(shù)手段設計系統(tǒng)和過程的能力，設計過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素；

6.掌握文獻檢索、資料查詢及運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；

7.了解與本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設計、研究與開發(fā)、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法律、法規(guī)，能正確認識工程對于客觀世界和社會的影響；

8.具有一定的組織管理能力、表達能力和人際交往能力以及在團隊中發(fā)揮作用的能力；

9.對終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發(fā)展的能力；

10.具有國際視野和跨文化的交流、競爭與合作能力。

（三）訓練體系的反向設計

訓練體系的反向設計是指：調(diào)研內(nèi)外需求，由需求確定培養(yǎng)目標；然后，由培養(yǎng)目標決定對畢業(yè)生的能力要求，把畢業(yè)生能力要求分解、落實到培養(yǎng)計劃的各個環(huán)節(jié)（包含工程訓練），形成課程體系。這里的課程體系是廣義的，即為各個教學環(huán)節(jié)。尤其要注意的是，課程體系的改革，要改變講課、實驗、實習相分離的傳統(tǒng)做法，充分利用工程訓練中心的條件，實現(xiàn)講課、實習、訓練一體化。這樣，在新生入校后，執(zhí)行該培養(yǎng)計劃，在質(zhì)量保障體系（工程教育專業(yè)認證是質(zhì)量保障體系的重要組成部分）的作用下，就能保證學生在畢業(yè)被授予學位時實現(xiàn)各能力培養(yǎng)要求，體現(xiàn)以學生為中心的成果導向，解決“能有什么”的問題；進而有效達成培養(yǎng)目標，解決“能做什么”的問題。培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、能力達成、訓練體系之間的關(guān)系如表1所示。

三、訓練模式的重構(gòu)

重構(gòu)訓練模式與其他實踐環(huán)節(jié)的貫通，是學生能力培養(yǎng)的實現(xiàn)手段。在學生產(chǎn)出導向視角下，機械工程訓練教學體系必須摒棄“金工實習”的傳統(tǒng)觀念，樹立“大工程觀”。按國際工程認證通用標準劃分訓練層次，即認知、基本制造技術(shù)訓練、先進制造技術(shù)訓練、機電綜合訓練。隨著科學的發(fā)展與技術(shù)的進步，現(xiàn)代機械產(chǎn)品已不是傳統(tǒng)意義上的純機械產(chǎn)品，而是機電一體化產(chǎn)品。因此，要開發(fā)以機械、電子、控制一體為核心，以工程性、綜合性為特點的訓練項目。

為滿足專業(yè)補充標準的要求，還要對機械類專業(yè)的訓練進行特殊設計和創(chuàng)新訓練，設置課外創(chuàng)新訓練課程。創(chuàng)新訓練分為初級、中級、高級三個層次。對初級訓練階段的學生開展機械創(chuàng)新設計基礎(chǔ)知識、機械運動方案創(chuàng)新設計、電路板設計等基礎(chǔ)性的專題培訓，夯實其基本理論與基本技能。對中級訓練階段的學生開展原理方案創(chuàng)新設計、機械系統(tǒng)創(chuàng)新案例、DSP系統(tǒng)設計、傳感器應用技術(shù)等提高型專題培訓，增強學生的綜合應用能力。對高級訓練階段的學生開展大團隊創(chuàng)新項目訓練，引導學生自主研究，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能。

這樣，就縱向形成了“認知、基本制造技術(shù)訓練、先進制造技術(shù)訓練、機電綜合訓練和創(chuàng)新訓練”為主線的遞進式、五層次訓練體系。

機械工程訓練中心的訓練還覆蓋能源動力工程、電氣工程及其自動化、土木工程、水利水電工程、環(huán)境工程、輕化工程等工科專業(yè)，訓練中心還要按專業(yè)模塊劃分訓練環(huán)節(jié)，以滿足不同專業(yè)的需要，橫向形成多模塊訓練體系。

訓練時間的安排要靈活，可實施分段訓練。如，對安排4周工程訓練（金工實習）的機類專業(yè)學生，可令其先進行一周的認知實習，再用2周時間與工程材料及熱成型工藝、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)等課程結(jié)合，在完成圖紙設計、教師審核后，分組、分批在一個學期內(nèi)完成，最后一周則可與現(xiàn)代制造技術(shù)實習結(jié)合，完成工程實戰(zhàn)。

根據(jù)以上思路，訓練資源必須重新配置。要淘汰老舊落后設備，大量增加先進制造技術(shù)訓練、機電綜合訓練、創(chuàng)新訓練所需設備。

四、師資隊伍的建設

“以學生為中心”的工程教育理念對工程訓練中心的師資隊伍建設提出了更高的要求。由于我國博士研究生的培養(yǎng)機制基本上屬于研究導向型，缺乏工程實踐經(jīng)驗方面的培養(yǎng)，很難勝任“工程范式”下的教學模式。因此，為了培養(yǎng)具有工程創(chuàng)新能力的工程人才，必須完善工科教師的培養(yǎng)機制。一要大力推動對工程博士的培養(yǎng)；二是利用省部共建引入的先進設備和技術(shù)支持，組織教師參加新技術(shù)培訓；三是大力推進產(chǎn)學研合作模式，引導教師校企聯(lián)合開展工程應用研究，提高他們的工程能力。唯有如此，才能將高質(zhì)量的研究成果和研究方法傳授給學生。

當前，重科研、輕教學的傾向在高校中是十分嚴重的。口里重視教學，實則以論文、科研項目為教師評價體系權(quán)重的最大指標，廣大教師怎么會安心教學？所謂“教學出題目，科研做文章，成果進課堂”，講的是教學以科研為基礎(chǔ)，科研為教學服務。科研不為教學服務，以“學生為中心”就是一句空話。要以教師愛崗敬業(yè)、安心教學為前提，改革對教師的評價體系與職稱晉升機制，能很好地調(diào)節(jié)教師在教學、科研和其他方面的投入。

工程訓練中心需要教授、博士，更需要工程師和高級工程師，現(xiàn)場操作技師也是必不可少的。目前高校工程訓練中心指導教師普遍存在職稱、學歷低，年齡老化，人員嚴重不足的現(xiàn)象。必須解放思想，打破事業(yè)編制的限制，大力實行人事代理制，從企業(yè)招聘全職工程師、技師；也需要從學校相關(guān)院系聘請機械、電子、材料、管理、自動化等專業(yè)的教授、博士，兼職幫助工程訓練中心開展教學設計與建設工作。

五、典型訓練環(huán)節(jié)的實例與推廣

為探討校外實習的部分環(huán)節(jié)在校內(nèi)訓練中心完成的可行性以及工程訓練與理論教學貫通的可行性，2013年，我們對長沙理工大學機制專業(yè)2010級學生現(xiàn)代制造技術(shù)實習進行了改革試點。該級學生第四學年秋季學期開設數(shù)控技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)實習（時間為2周）。數(shù)控技術(shù)任課教師在課程教學過程中指導學生完成零件的編程，并通過數(shù)控仿真系統(tǒng)的虛擬制造考核（到工程訓練中心）。實習環(huán)節(jié)在訓練中心進行了1周，每個學生完成了3個零件的加工（線切割1件，數(shù)控機加工1件，快速成型1件），取得了非常好的效果。剩下一周時間再到大型先進制造企業(yè)參觀，整體實習效果好，解決了到企業(yè)不能動手的問題。

在試點成功的基礎(chǔ)上，我們對機制專業(yè)安排在機械工程訓練中心的為期4周的實習進行了調(diào)整，實施過程及主要時間節(jié)點如下：

1.第一學年夏季學期機械工程導論與認知實習同時進行，時間1周。也為第二學年春季學期工程材料及熱成型工藝課程教學做準備。

2.第二學年夏季學期進行2周的基本制造技術(shù)訓練和先進制造技術(shù)訓練。

3.第三學年秋季學期開設機械制造技術(shù)基礎(chǔ)A、機械設計課程；隨后進行機械設計課程設計，由課程任課教師與專業(yè)教師聯(lián)合指導，完成正確的CAD圖紙。在此過程中，數(shù)控技術(shù)任課教師介入，選擇適合線切割、數(shù)控車、數(shù)控銑和加工中心加工的零部件重點指導。

4.第四學年秋季學期開設數(shù)控技術(shù)，在課程教學過程中完成零部件的編程，并通過數(shù)控仿真系統(tǒng)的虛擬制造考核（到訓練中心），要求理論教師先期熟悉訓練中心的虛擬制造系統(tǒng)；在現(xiàn)代制造技術(shù)實習環(huán)節(jié)（2周）時到訓練中心完成零件的加工，時間1周。以上分段完成了4周的訓練?，F(xiàn)代制造技術(shù)實習的另一周時間要到大型先進制造企業(yè)進行參觀實習。

該實例的流程及與學生能力培養(yǎng)的關(guān)系如圖1所示。

對2015級學生，可全面實施圖1所示的計劃，學生將得到系統(tǒng)的工程實踐經(jīng)歷。這使學生從2013年試點時只能完成3個零件的加工，發(fā)展到現(xiàn)在能完成機械部件乃至系統(tǒng)的設計制造，并得到綜合運用理論和技術(shù)手段實施工程的能力訓練，上升到一個新的高度——認識專業(yè)責任和專業(yè)倫理。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 袁廣林.高等工程教育的理性回歸——基于工程本質(zhì)屬性的思考[J].遼寧教育研究，2008（9）：18-21.

[2] 李曉強.工程教育再造的機理與路徑[D].杭州：浙江大學，2008.

[3] 李培根，許曉東，陳國松.我國本科工程教育實踐教學問題與原因探析[J].高等工程教育研究，2012（3）：1-6.

[4] 陳平.專業(yè)認證理念推進工科專業(yè)建設內(nèi)涵式發(fā)展[J].中國大學教學，2014（1）：42-47.

[責任編輯：劉鳳華]