新工科3E背景下工程訓(xùn)練教學(xué)改革

何流洪 周崢嶸 管琪明

【摘要】基于國家戰(zhàn)略和國際競爭的現(xiàn)代工程人才需求，新工科提供了解決方案。新工科強調(diào)重視創(chuàng)新實踐教學(xué)，強調(diào)積極應(yīng)對，主動塑造。工程訓(xùn)練教學(xué)作為創(chuàng)新實踐教學(xué)的重要組成，秉承“整體歸零、全盤重構(gòu)”的改革宗旨，重新定義工程訓(xùn)練的教學(xué)含義，重新塑造工程訓(xùn)練的教學(xué)理念，重新構(gòu)建工程訓(xùn)練的課程體系和教學(xué)保障體系，實現(xiàn)了工程訓(xùn)練全面深入的教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】新工科 ?現(xiàn)代工程人才 ?工程訓(xùn)練 ?教學(xué)改革

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）09-0242-03

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革生機(jī)蓬勃，以新模式、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)為支撐的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異。作為促進(jìn)社會進(jìn)步和國家發(fā)展的中堅力量的工程科技，最為直接地影響國家的發(fā)展，所以，工程教育發(fā)展和改革大勢所趨，新工科建設(shè)依勢而立，應(yīng)運而生。2017年2月，由教育部牽頭，眾多高校積極參與的“復(fù)旦共識”，探討了新工科的內(nèi)涵特征、新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑選擇，對工程教育改革和發(fā)展的必然性達(dá)成共識;對各類高校的工程作用定位達(dá)成共識;對新工科發(fā)展決定因素和努力方向達(dá)成共識。2017年4月，“天大行動”，教育部組織，60余高校共商新工科建設(shè)的愿景與行動。2017年6月，教育部在北京召開新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議，全面啟動、系統(tǒng)部署新工科建設(shè)。并審議通過《新工科研究與實踐項目指南》，稱“北京指南”。至此，新工科建設(shè)號角正式吹響，新工科建設(shè)勢在必行地走上發(fā)展的舞臺中央，猶如星星之火，在廣袤的神州大地上遍地開花。[1，2，3，4]

1.解讀新工科人才培養(yǎng)要求

當(dāng)前，新科學(xué)、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料等以“大數(shù)據(jù)”“互聯(lián)網(wǎng)+”為催化劑，催生新模式、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)，然后級迭代更新，并深度交融，交替循環(huán)，周而復(fù)始?，F(xiàn)代工程已然演變成一個綜合性極高的復(fù)雜系統(tǒng)，越加趨于開放化、共享化、數(shù)據(jù)化、協(xié)同化、集成化、系統(tǒng)化。不僅涉及科技、設(shè)備、工藝、材料等技術(shù)要素，還涉及社會、政治、經(jīng)濟(jì)、文化等非技術(shù)要素[5]。要解決現(xiàn)代綜合工程問題，人才是重中之重?！癊ngineering Education in a Rapidly Changing World”中提到，適合現(xiàn)代和未來的工程人才要儲備廣泛的工程科學(xué)基礎(chǔ)知識，擁有系統(tǒng)的、跨學(xué)科的、創(chuàng)造性的、全球性的思維模式，具備溝通與協(xié)作、領(lǐng)導(dǎo)和決策及終身學(xué)習(xí)能力。根據(jù)我國的戰(zhàn)略需要，結(jié)合未來工程的發(fā)展趨勢，新工程人才必須要具備知識、能力、素質(zhì)的全方位特質(zhì)，具體來說，要具備優(yōu)良的道德品質(zhì)和專業(yè)素養(yǎng)、扎實的工程科學(xué)知識、全球性眼界和大工程思維、跨學(xué)科系統(tǒng)性思維、綠色可持續(xù)思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、解決復(fù)雜工程能力、工程管理和領(lǐng)導(dǎo)能力、實踐能力、溝通與協(xié)調(diào)能力、持續(xù)學(xué)習(xí)能力[6]。新工科為新工程人才培養(yǎng)提供全新的解決方案，其強調(diào)立德樹人，強調(diào)主動適應(yīng)時代發(fā)展，主動面向未來變化;強調(diào)從工程教育的理念、結(jié)構(gòu)、模式、質(zhì)量及體系全方位革新;通過繼承創(chuàng)新、交叉融合、協(xié)調(diào)共享等途徑;實現(xiàn)能夠適應(yīng)時代發(fā)展和未來變化的多元化、綜合創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)。

2.工程訓(xùn)練教學(xué)現(xiàn)狀及改革路徑

“世界銀行貸款”“質(zhì)量工程”等項目建設(shè)，尤其是2016年以來，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》締約成員，國際等人才培養(yǎng)機(jī)制成為工程教育的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工程教育漸漸開始回歸本位，實踐在教學(xué)中的作用得到重視，工程訓(xùn)練教育在工程教育中的作用開始凸顯[7，8，9]。工程訓(xùn)練教學(xué)在“平臺打造，硬件加強，師資提升”等方面得到了長足的發(fā)展。另外，國家大力發(fā)展雙創(chuàng)教育，也為工程訓(xùn)練中心發(fā)展提供了時代性的發(fā)展機(jī)遇。諸多學(xué)校緊抓雙創(chuàng)教育和工程訓(xùn)練教育的共同發(fā)展，利用工程訓(xùn)練教育平臺優(yōu)勢，大力開展雙創(chuàng)實踐教育，得到了國家相關(guān)政策的大力支持[10]。眾多“大學(xué)生綜合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范中心”、“實踐育人創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育示范基地”、“大學(xué)生工程實踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練中心”相續(xù)成立?？梢哉f，工程訓(xùn)練教學(xué)已經(jīng)基本實現(xiàn)“平臺精良，師資合理”的建設(shè)目標(biāo)[11]。但是，面對日新月異的新工程人才需求，落后的教學(xué)體系及單一的、生硬的教學(xué)方法與新時代的教學(xué)需求之間的矛盾日趨凸顯，工程訓(xùn)練教學(xué)改革意義重大并且迫在眉睫。

新工科強調(diào)工程教育要更加注重創(chuàng)新型實踐教學(xué)。工程訓(xùn)練教學(xué)作為新工科工程實踐和創(chuàng)新實踐教育的重要組成，工程訓(xùn)練教學(xué)改革不能只停留在舊體系上的拆東補西、舊模式和舊方法基礎(chǔ)上的添磚加瓦。必須要整體歸零，全盤重構(gòu)。要以著眼國內(nèi)、放眼全球的大格局大視野作為方向，以新工程人才培養(yǎng)為核心，以適應(yīng)時代、面向未來為基準(zhǔn)，以繼承創(chuàng)新、交叉融合、協(xié)調(diào)共享為路徑，要積極打碎歷史的陳舊壁壘，主動進(jìn)行革命性、創(chuàng)新性的教學(xué)改革[12]。教學(xué)改革要從頂層統(tǒng)籌規(guī)劃，從全局布置設(shè)計，改革深入理念、結(jié)構(gòu)、模式、質(zhì)量、體系等全方位，具體來說，是要樹立正確發(fā)展理念、確立目標(biāo)和任務(wù)、重新構(gòu)建工程訓(xùn)練教學(xué)體系和工程訓(xùn)練教學(xué)保障體系，全面徹底地重構(gòu)新工程訓(xùn)練教學(xué)。

3.新工程訓(xùn)練教學(xué)的定義及發(fā)展理念

3.1 新工程訓(xùn)練教學(xué)的定義

新工程訓(xùn)練是高等院校根據(jù)新工程的內(nèi)在關(guān)系和現(xiàn)代工程需求的創(chuàng)新型卓越工程人才的成才規(guī)律，以現(xiàn)代大工程作為背景[13]，在高校工程訓(xùn)練中心對學(xué)生進(jìn)行機(jī)械、材料、電子、控制、數(shù)據(jù)、計算機(jī)、設(shè)計、制造、工藝、管理等多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識、能力和素質(zhì)的工程類全面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的道德品質(zhì)和專業(yè)素養(yǎng)、扎實的工程科學(xué)知識、跨學(xué)科系統(tǒng)性思維、全球性眼界和整體工程思維、實踐能力、解決復(fù)雜工程能力、工程管理和領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通與協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。工程訓(xùn)練教學(xué)是高等院校落實素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)，是高等院校實施工程教育專業(yè)認(rèn)證實踐教學(xué)的重要支撐，是學(xué)生前期知識的鞏固和應(yīng)用以及后續(xù)知識、能力、素質(zhì)提高的重要手段，是雙創(chuàng)教育的重要途徑，是多學(xué)科交叉融合實踐教學(xué)的重要載體，是實現(xiàn)新工科下新工程人才培養(yǎng)的重要平臺[14，15，16]。

3.2 新工程訓(xùn)練教學(xué)理念

以學(xué)生為中心，以新工程人才培養(yǎng)為目標(biāo)，以創(chuàng)新及多學(xué)科交叉融合、繼承與持續(xù)優(yōu)化、先進(jìn)與開放共享為理念，依托學(xué)生、教師、學(xué)校、企業(yè)等多主體參與，重塑科學(xué)地、全面地課程體系和可靠的教學(xué)保障體系[17]。實現(xiàn)學(xué)生在知識拓展、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高等方面協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2.1 創(chuàng)新及多學(xué)科交叉融合理念

十六大提出“創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力”，十八屆五中全會提出“必須把創(chuàng)新擺在國家發(fā)展全局的核心位置，讓創(chuàng)新貫穿黨和國家一切工作，讓創(chuàng)新在全社會蔚然成風(fēng)”。眾所周知，科技創(chuàng)新是多學(xué)科交叉融合再升華的結(jié)果。所以，開展多學(xué)科交叉融合教學(xué)促進(jìn)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是我國高等院校的重要任務(wù)，工程訓(xùn)練中心作為面向全校的公共創(chuàng)新實踐平臺，具有公共性、開放性、全面性、創(chuàng)新性和實踐性，易于突破學(xué)科及專業(yè)的限制，便于整合全校的資源配置，利于形成學(xué)生結(jié)構(gòu)的多元化，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合平臺先進(jìn)精良、師資隊伍多元化的獨特優(yōu)勢，打造多學(xué)科交叉融合的綜合性創(chuàng)新型工程實踐訓(xùn)練教學(xué)，實現(xiàn)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3.2.2 繼承與優(yōu)化，可持續(xù)發(fā)展理念

現(xiàn)代工程是一個趨于精細(xì)化、系統(tǒng)化、集成化、數(shù)據(jù)化、開放化、共享化、協(xié)同化的綜合性極高的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及到設(shè)計、制造、材料、電子、控制、市場、成本控制、管理等方方面面，但工藝技能要求始終貫穿現(xiàn)代工程的全過程，全局性的工程視野和精湛的技術(shù)能力在現(xiàn)代工程中都舉足輕重。所以，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)工程訓(xùn)練對學(xué)生工程認(rèn)知、基礎(chǔ)實踐技能的培養(yǎng)作用明顯，繼承工程訓(xùn)練教學(xué)中傳統(tǒng)訓(xùn)練對學(xué)生“精益求精、追求卓越”的工匠精神培養(yǎng)十分必要，但又不能只停留在傳統(tǒng)，要在傳統(tǒng)工程訓(xùn)練的基礎(chǔ)上優(yōu)化轉(zhuǎn)型。由傳統(tǒng)制造技術(shù)向先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練側(cè)重，由碎片化的單一技能培訓(xùn)和產(chǎn)品工藝訓(xùn)練向系統(tǒng)的、綜合的創(chuàng)新實踐訓(xùn)練和全面的產(chǎn)品全生命周期綜合制造訓(xùn)練轉(zhuǎn)型[18，19]。營造現(xiàn)代工程背景，以多元化、綜合創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)為目標(biāo)，以制造技術(shù)訓(xùn)練和產(chǎn)品工藝訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品全生命周期綜合制造訓(xùn)練為主體，開展分階遞進(jìn)的、連續(xù)全面的、廣泛多元的、綜合創(chuàng)新的工程訓(xùn)練教學(xué)。

3.2.3 先進(jìn)與開放共享理念

“Made in China”風(fēng)靡全球，但我國制造業(yè)大而不強是不爭事實，平臺先進(jìn)，設(shè)備精良是制造業(yè)由大變強、模式由“中國制造”轉(zhuǎn)型為“中國智造”的關(guān)鍵因素。作為最為貼近工廠和創(chuàng)研基地的工程實踐平臺，工程訓(xùn)練中心應(yīng)全力整合校內(nèi)外資源，爭取各項資金，打造以特種加工、3D打印、無人機(jī)、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、虛擬仿真、數(shù)據(jù)采集等先進(jìn)設(shè)備、技術(shù)為支撐的數(shù)字化、柔性化、信息化、智能化的先進(jìn)創(chuàng)新實踐平臺。另外，工程訓(xùn)練教學(xué)的發(fā)展，僅僅依靠各校工程訓(xùn)練中心單打獨斗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，開放共享才是發(fā)展之道。打造工程訓(xùn)練中心與校內(nèi)其他院系開放共享平臺，利于打通人才聯(lián)合培養(yǎng)渠道，利于優(yōu)勢互補、共建共享[20];打造校企開放共享平臺，利于滿足企業(yè)人才需求，利于促進(jìn)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化;秉承“全國工訓(xùn)一家親”理念，打造“全國工訓(xùn)云”開放共享平臺，利于各高校優(yōu)勢互補，取長補短。開放共享，對資源整合，綠色發(fā)展具有重大意義，對全國高校學(xué)子共同進(jìn)步作用顯著。

4.工程訓(xùn)練的教學(xué)體系

新工程人才成才規(guī)律和本科培訓(xùn)方案，決定了工程訓(xùn)練教學(xué)具有過渡性、綜合性、實踐性、探索性和創(chuàng)新性的特點，根據(jù)“以本為本，覆蓋碩博”的教學(xué)定位，深度契合專業(yè)課程，構(gòu)建層次化、階段化、遞進(jìn)化、模塊化、柔性化的“本科四年不斷線”的工程訓(xùn)練課程體系。

課程體系由基礎(chǔ)工程訓(xùn)練、綜合工程訓(xùn)練、創(chuàng)新工程訓(xùn)練以及特色工程訓(xùn)練四個內(nèi)容組成，內(nèi)容豐富，層次分明， 責(zé)任明確[21]。A.基礎(chǔ)工程訓(xùn)練。開展年級：本科一、二年級。從工程認(rèn)知開始，通過操作培訓(xùn)和工藝技術(shù)訓(xùn)練，達(dá)到擴(kuò)充專業(yè)知識儲備，提升實踐能力，樹立工程意識和培養(yǎng)工程素質(zhì)的培養(yǎng)目標(biāo)。B.綜合工程訓(xùn)練。開展年級：本科二年級。以指定產(chǎn)品的制作為訓(xùn)練主線，比如服務(wù)機(jī)器人、3D打印機(jī)、齒輪泵、多連桿機(jī)構(gòu)等綜合工程訓(xùn)練，以制圖→工藝分析→零件制造→裝配→調(diào)試→運行為主線，以團(tuán)隊合作的方式完成，在提高學(xué)生實踐能力、工程意識和工程素養(yǎng)的同時，鍛煉學(xué)生協(xié)作、組織以及溝通能力。讓學(xué)生親身體驗一個作品從無到有的奇特魅力，激發(fā)學(xué)生對工程實踐課程的興趣。C.創(chuàng)新工程訓(xùn)練。開展年級：本科后三年。學(xué)生跨專業(yè)組建創(chuàng)新團(tuán)隊，基于工程或生活的痛點問題，通過國際工程教育認(rèn)可的CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）教育模式的序列教學(xué)[22]，實現(xiàn)一件或一系列創(chuàng)新產(chǎn)品的創(chuàng)作。不僅進(jìn)一步提升學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通交流能力、組織能力，同時還培養(yǎng)學(xué)生成本核算能力、市場分析能力以及解決工程問題能力，尤其是對學(xué)生創(chuàng)新興趣的激發(fā)，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的提升效果顯著。D.特色工程訓(xùn)練。開展年級：本科三、四年級及碩博。在創(chuàng)新工程訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，以“工程訓(xùn)練+”的模式，為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、自主創(chuàng)新、項目實施、競賽提供保障。對新工程人才培養(yǎng)提供有力支持。

5.工程訓(xùn)練教學(xué)保障體系

為了滿足現(xiàn)代工程對工程人才愈加嚴(yán)格的質(zhì)量要求，加之工程訓(xùn)練教學(xué)規(guī)模在逐年擴(kuò)大，內(nèi)容在不斷拓展，形式在逐漸豐富，工程訓(xùn)練教學(xué)壓力凸顯[23]。構(gòu)建科學(xué)、全面的工程訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)，尤其是可靠的安全保障和科學(xué)的質(zhì)量保障，是實施教學(xué)課程體系的前提條件，是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的有力保障。

5.1工程訓(xùn)練教學(xué)安全保障系統(tǒng)。

安全是教學(xué)開展的前提，是教學(xué)任務(wù)中的重中之重。樹立“以人為本，預(yù)防為主，生命至上，安全為先”的安全理念[24]，以思想保證、組織保證、制度保證和激勵保證的“安全四保證”作為基礎(chǔ)，構(gòu)建以學(xué)生為中心、教師和學(xué)生為主體、全員參與、全員負(fù)責(zé)的工程訓(xùn)練教學(xué)安全保障系統(tǒng)。

工程訓(xùn)練教學(xué)安全保障系統(tǒng)包含安全意識樹立與培養(yǎng)、制度建設(shè)與落實、責(zé)任落實與監(jiān)管等方面。A.樹立安全意識。安全意識是工程意識的重要組成部分，是綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要任務(wù)，讓安全意識培養(yǎng)貫穿到工程訓(xùn)練教學(xué)的全過程，結(jié)合先進(jìn)可靠的“7S”規(guī)范管理，將考核細(xì)化到教師工作和學(xué)生學(xué)習(xí)的每一細(xì)節(jié)。從理念上杜絕安全事故發(fā)生。B.安全監(jiān)察和管理。以教師和學(xué)生為對象，學(xué)校組織安全督查小組，中心組織安全辦公室，負(fù)責(zé)安全檢查，整改監(jiān)督，安全考核。形成全面無死角的安全督查機(jī)制，從組織上保障教學(xué)安全。C.加強實驗室安全制度完善和落實。制定并落實各項安全制度，將實驗室安全規(guī)范、設(shè)備操作規(guī)范和安全注意事項列入崗前培訓(xùn)的考核內(nèi)容，嚴(yán)格執(zhí)行考核合格后方可進(jìn)行實驗的安全準(zhǔn)入原則。D.落實“實驗室安全責(zé)任到人，設(shè)備安全責(zé)任到人”原則，強化“誰使用， 誰負(fù)責(zé)”原則。調(diào)動參與工程訓(xùn)練教學(xué)的學(xué)生、教師、管理人員及其他工作人員的安全責(zé)任感，形成全員參與、全員執(zhí)行、全員監(jiān)督、全員整改、全員落實的全員安全的教學(xué)局面。

5.2 工程訓(xùn)練教學(xué)質(zhì)量保障系統(tǒng)。

為了達(dá)成讓學(xué)生的知識得以拓展、能力得以培養(yǎng)、素質(zhì)得以提升的工程訓(xùn)練教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)工程訓(xùn)練課程體系的層次化、階段化、遞進(jìn)化、模塊化的特點，融合ISO9000族質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)體系、全面質(zhì)量管理 （TQM）以及戴明循環(huán)（PSCA）等質(zhì)量管理理論和方法[25]，以學(xué)生為中心，以教師、學(xué)生、督導(dǎo)為主體，以教學(xué)目標(biāo)達(dá)成為目的，以全面監(jiān)控、客觀評價、無死角改進(jìn)為策略，構(gòu)建從“教學(xué)目標(biāo)→教學(xué)方案→教學(xué)過程→教學(xué)監(jiān)控→教學(xué)評價→教學(xué)改進(jìn)→實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)”的閉環(huán)工程訓(xùn)練教學(xué)質(zhì)量保障系統(tǒng)。有效促進(jìn)工程訓(xùn)練教學(xué)的規(guī)范管理和質(zhì)量提升。

5.3“數(shù)智工訓(xùn)”平臺

將“信息化推動高等教育”落到實處，通過對安全、教務(wù)管理、實驗室管理、材料管理、MES（Manufacturing Execution System）以及質(zhì)量管理等整合優(yōu)化，打造“數(shù)智工訓(xùn)”系統(tǒng)。促使工程訓(xùn)練教學(xué)管理從粗放式向精細(xì)化、智能化、互聯(lián)化轉(zhuǎn)變，提高管理水平和教學(xué)質(zhì)量。

6.結(jié)語

新工科建設(shè)為現(xiàn)代工程的人才需求提供了全新的解決方案，工程訓(xùn)練教學(xué)主動適應(yīng)，全面革新，構(gòu)建具有新含義、新理念、新課程體系、新保障系統(tǒng)的新工程訓(xùn)練教學(xué)，是新形勢下工程訓(xùn)練教學(xué)改革方向的探尋，又是新工科建設(shè)的落實和響應(yīng)，更是對新時代人才成才規(guī)律的探究和實踐。

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