面向新工科的工程訓練教學改革與實踐

顧平燦 劉全良 李振華 王春濤 袁躍峰

【摘要】為適應科技革命和產業(yè)變革的新形勢，結合浙江海洋大學工程訓練中心的實際情況，從培養(yǎng)目標、實踐平臺、師資隊伍和教學方法等方面建設入手，提出了旨在建立工程意識、提高工程素質、增強工程實踐能力的改革理念和方案，為構建新型工程訓練平臺奠定基礎。

【關鍵詞】新工科? 工程訓練? 教學改革? 工程教育

【基金項目】2018年浙江省高等教育“十三五”第一批教學改革研究項目（jg20180160）。

【中圖分類號】G648.9;TB-4? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）18-0179-03

對于工科學生而言，大學四年是參與工程實踐、形成工程思維、獲得工程經驗的最好機會。令人遺憾的是，實踐教學作為工程教育教學體系的重要組成部分，卻沒有得到學校、教師和學生的足夠重視，實踐教學始終是本科工程教育人才培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。同樣在工程教育研究領域，研究者對實踐教學的關注較少，更缺乏系統(tǒng)的研究和探討。

針對工科畢業(yè)生工程實踐中存在訓練時間不足，實踐與能力薄弱等問題，借鑒國外工程技術人才培養(yǎng)模式，構建“大工程”教育觀，結合新時代創(chuàng)新型、復合型人才所具備的能力要素， 優(yōu)化和整合實踐教育資源， 構建工程實踐平臺，促進學生主動學習，激發(fā)學生個性發(fā)展，努力實現(xiàn)育人環(huán)境的柔性化、個性化、研究化。構建新型工程訓練實踐教學平臺，建成的工程訓練中心應包含現(xiàn)代制造業(yè)的基本要素，形成覆蓋機電、測控、環(huán)境、管理、思政教學的實踐教學體系。它是一個“準工業(yè)現(xiàn)場”，是學生在校參加工業(yè)培訓的工程實踐教學基地，同時又是學生自主學習和課外科技活動的現(xiàn)代化公共教學實踐支撐平臺。

1.工程訓練教學現(xiàn)狀

1.1 國外工程訓練

在高等工程教育改革大潮的引領下，國外高校紛紛出臺一系列政策加強工程訓練。如美國出臺了本科實踐導向、研究導向、技術創(chuàng)新等各種各樣的特色計劃，促進高校積極開展工程訓練。德國強化與生產實踐的聯(lián)系，學生的理論學習與實踐訓練分別交替地在學校和工廠中開展，以理論指導實踐，以實踐鞏固理論，表現(xiàn)為學校與工廠、理論與實踐的緊密結合。丹麥采用問題導向的教學模式，通過在實踐中解決問題的方式培養(yǎng)學生的實踐能力。英國與日本則在學校里設置工業(yè)中心，用于進行培養(yǎng)工業(yè)意識、實踐技能和工程師素養(yǎng)的基本訓練，更高層次的訓練則放在企業(yè)里進行。

1.2 我國工程訓練教學

經過這些年的建設，多數(shù)院校的工程訓練已經拓寬了實踐范圍，突破了原來金工實習教學框架，建成了集傳統(tǒng)制造技術訓練、先進制造技術訓練、綜合實踐訓練和創(chuàng)新實踐訓練為一體，以模塊化選課為主要特征的實踐教學中心，實現(xiàn)了從工廠教學向教學工廠的轉換。

1.3 我校工程訓練教學

（1）人才培養(yǎng)目標不明確。高等工程教育的培養(yǎng)目標是工程師，我校工程訓練課程培養(yǎng)目標不明確，偏離了工程師的培養(yǎng)目標，甚至與科學教育、人文教育相似，工程教育的特殊性沒有充分體現(xiàn)。

（2）實踐教學體系不完善。隨著教育體制改革深入，高等教育從精英教育向大眾教育轉變，辦學規(guī)模不斷擴大，開設許多新專業(yè)，而工程訓練教學內容并沒有按照新專業(yè)要求做相應調整。從各專業(yè)的實踐教學體系看，教學設計和實踐活動缺乏層次性。工程訓練、認識實習、生產實習、畢業(yè)實習之間沒有明顯的梯度和層次。

（3）工程訓練實踐教學方法和課程體系相對落后。我校工程訓練教學仍圍繞“教師中心、教材中心和課堂中心”而組織的，發(fā)揮了教師在教學過程中的權威和主導作用，忽視了學生的主體性和能動性。教學方法仍然以講授、按老師要求實操為主，學生自由探索、自主學習、主動實踐的環(huán)境還不具備。學生始終處于被動實踐的狀態(tài)，不利于發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性。 課程體系相對落后，課程內容的重構和更新也只是處于起步階段。工程訓練課時偏少，內容陳舊、更新慢，在訓練項目安排上，基礎性、驗證性偏多，創(chuàng)新性、 設計性、綜合性實踐偏少。對實踐教學方法缺乏系統(tǒng)深入的研究和創(chuàng)新，實訓環(huán)節(jié)的具體安排方式落后，探究式、研究性教學方法沒有得到很好的應用，學生難以發(fā)揮學習的主動性。

（4）師資隊伍建設落后。實踐教學的專職教師學歷、職稱偏低，知識結構和能力單一。缺乏豐厚工程背景又有學術水平的“雙師”型教師;實踐教學師資隊伍呈現(xiàn)邊緣化趨勢，建設水平不能滿足工程技術人才培養(yǎng)目標的要求。

2.改革內容

2.1明確培養(yǎng)目標，實現(xiàn)學生能力階梯式提升

在工程技術人才能力素質要求的框架下，結合工程訓練課程教學目標，對各訓練層次提出具體能力素質目標。

基礎訓練層：了解工業(yè)生產過程;掌握基本操作技能;掌握基礎工藝知識。

綜合訓練層：了解產品研發(fā)過程;培養(yǎng)跨學科知識的綜合應用能力;獨立解決問題的能力、團隊溝通協(xié)作能力。

拓展訓練層：具備大工程意識，培養(yǎng)工程師素質和職業(yè)技能。

創(chuàng)新訓練層：培養(yǎng)創(chuàng)新能力;培養(yǎng)技術研發(fā)能力;培養(yǎng)工程管理能力。

2.2整合校內實驗實訓資源，構建新型工程訓練平臺

按照“模塊化、組合式、開放型”的思路，建設立體化實踐教學平臺，結合工程訓練中心的特色，梳理工程訓練中心設備情況，整合其他學院的實驗實訓資源，對照工程訓練課程的培養(yǎng)目標，構建新型工程訓練平臺，該平臺包含四個訓練模塊：

工程認知模塊（包括工程知識導論、產品設計認知、工程材料認知、機構認知、制造技術認知、儀器設備認知）;傳統(tǒng)制造技術模塊（包括工程材料及熱處理、車工、鉗工、鑄工、焊工、銑工、磨工、電子技術實訓、柴油機拆裝）;先進制造技術模塊（包括數(shù)控車、數(shù)控銑、線切割、電火花成型機、工業(yè)機械手、3D 打印、CAD/CAM 實訓）;創(chuàng)新能力訓練模塊（慧魚機器人實訓、數(shù)字化設計制造實訓、機電一體化綜合實訓、船模設計制作）。該平臺具有以下特點：

（1）分階段。按照工程認知教育、傳統(tǒng)制造訓練、先進制造訓練、創(chuàng)新設計訓練等不同內容和要求，合理分布于大學四年學制中，分階段實施。

（2）模塊化。按內容設計組合成多種訓練模塊，把固定時間、固定內容、固定模式的訓練變?yōu)椴藛问竭x擇。

（3）全方位。為提高學生的職業(yè)技能，訓練內容應覆蓋管理、市場、效益、質量、安全、環(huán)保、系統(tǒng)等各個方面。

（4）綜合性。產品的制造過程是一個系統(tǒng)，工程訓練應包含設計、制造、控制、管理等環(huán)節(jié)，運用多學科知識及多種技術手段解決實際工程問題，從而實現(xiàn)從多角度培養(yǎng)學生的綜合工程能力。

（5）開放式。訓練中心以開放方式服務于學生，鼓勵學生課外自主選擇，不局限于課內教學計劃，開設開放型訓練內容。

2.3 改革傳統(tǒng)教學方法，提高實踐教學效果

（1）結合不同教學對象與實驗項目，采取不同的教學方法

①討論式教學法。討論式教學方貫穿于實踐全過程。例如，在實踐項目設計制作過程中，教師會先講解有關實踐要求和原理，討論互動，充分調動學生的積極性;項目制作過程中，進行設計方案的討論，比較不同學生設計方案的優(yōu)劣;項目制作完成后，現(xiàn)場總結交流答辯、點評，以總結和交流。

②開放式教學法。設計一系列的實驗項目可自主選擇，也可由學生自主設計項目;中心所創(chuàng)建的機械設計基地、電子設計基地等全部實行全開放式創(chuàng)新教學，學生自主管理。

③任務驅動教學法。結合項目化綜合實踐教學改革，由教師給定設計任務和要求或由學生自主設計項目，從資料收集、方案擬定、設計與調試到撰寫設計報告，由學生自行完成，強調學生實踐過程的“自主性”，這種面向任務的教學方法給予學生最大的發(fā)揮空間，讓學生體驗工程研發(fā)過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。同時學生在自主設計中出現(xiàn)的新問題進一步促進教師教學水平的提高，達到教學相長的促進作用。

（2）利用“真實情景”信息技術手段，提高學生工程實踐能力

從數(shù)控機床、加工中心、機器人到智能傳送等裝備給學生展示大工程的真實情景。教師結合多媒體課件、視頻錄相以及動畫，將設備操作維護規(guī)范、工業(yè)現(xiàn)場的安全防護問題，生產設備等真實地呈現(xiàn)在學生的面前，提高了教師的教學效率，提升了學生的工程實踐能力。

（3）引入現(xiàn)代化教學手段，優(yōu)化教學過程，培養(yǎng)學生自主學習能力

①工程訓練中心配備了多媒體投影設備，采用電子教案授課和實踐現(xiàn)場授課結合。針對開放式實驗教學特點，制作了PPT課件、網絡課程系統(tǒng)軟件等，利用多媒體教學手段縮短實驗課的講授。

②科學利用網絡技術，加強網上實驗室建設，推廣虛擬實驗和仿真實驗等技術手段，促進虛擬、仿真實驗與實際實驗的有機結合，提高實驗教學效果。

（4）加強師資隊伍建設，提高教師實踐教學能力

建設一支素質較高、結構合理相對穩(wěn)定的教學隊伍，是工程訓練中心持續(xù)發(fā)展的關鍵，是實現(xiàn)課程教學改革與建設、科研與教學研究、學生實踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的保障，中心在師資引進、師資培養(yǎng)、團隊建設及特色建設方面繼續(xù)加強師資隊伍的建設，努力建設成一支熱愛實踐教學工作，教學理念先進，科研能力強，實踐經驗豐富的實踐教學隊伍。

①制定激勵政策，引進高水平實踐教學師資

通過激勵政策引進具有企業(yè)背景的技術人員充實到實踐教學隊伍，到2020年，教師隊伍中高級職稱教師比例占教師數(shù)量的30%以上，具有碩士及以上學位的教師占30%以上，具有企業(yè)工程實踐背景教師比例占70%以上，建成一支老中青結合、職稱結構合理的實踐教學梯隊。

②建立完善的教師培養(yǎng)制度，校企共建共同提升教師實踐教學能力

建立完善的職稱培養(yǎng)目標體系，鼓勵實踐教師參與學校的科研和教研項目，激勵實踐教師發(fā)表論文。制定年度青年教師培養(yǎng)目標，積極創(chuàng)造條件鼓勵優(yōu)秀青年教師攻讀博士、碩士學位，有計劃地選拔和支持優(yōu)秀青年教師參加培訓、學習，促進他們盡快成才。鼓勵骨干教師到國內高校、企業(yè)進行訪問交流和進修，營造有利于教師成長的良好環(huán)境。

③創(chuàng)立結構合理的教學團隊，注重團隊建設，發(fā)揮團隊優(yōu)勢

加強團隊經驗的融合與分享。注重將校內具特色的教師融合形成整體優(yōu)勢，形成專兼職一體化的教師團隊，教師以團體形式進行教學活動和教研活動，開展課堂授課與實踐教學的集體備課，定期開展教學方法的研討。

④建立激勵性人才管理機制，促進實驗教師的教學能力的提高

制定合理的人才培訓方案與激勵機制，激勵教師繼續(xù)深造、開展教學改革及科研，以提高自身和整個師資隊伍的水平。鼓勵教師開展教學改革研究、開放實驗項目研究，為中青年教師主持和負責教學科研項目創(chuàng)造條件和促進教學儀器的研究與開發(fā)。注重教師教學能力的培養(yǎng)，舉行青年教師講課比賽、教學課件比賽、實踐操作評比和師德師風考核評優(yōu)工作，提升實踐教師對教學工作的參與感和責任感，促進師資隊伍師德建設及教學水平的提高。

3.改革目標

工程訓練中心是重要實踐教學平臺，以專業(yè)工程認證為契機，秉承“以素質為先、以實踐為重、以創(chuàng)新為魂”的教學理念。教學目標定位于建立工程意識、提高工程素質、增強工程實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。構建多層次、多模式、培養(yǎng)學生工程實踐與創(chuàng)新能力的綜合工程訓練實踐教學體系，通過“討論互動”“項目驅動”和“開放式”等模式組織教學，加大信息化建設力度，加強師資隊伍建設，提高教師業(yè)務能力，將工程中心建設成為服務于浙江省地方經濟，滿足復合型特色人才的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)素質培養(yǎng)要求，理念先進、特色鮮明、設施精良、隊伍優(yōu)質的工程訓練中心。

參考文獻：

[1]胡玨.工程教育改革背景下的工程訓練平臺研究[D] 杭州：浙江大學，2009.

作者簡介：

顧平燦（1968年-），男，副教授，研究方向：機械制造。