基于工程創(chuàng)客教育的工程訓(xùn)練教學(xué)改革與探索

錢俊，沈洪垚，唐潔

（1.浙江大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，浙江杭州 310058；2.浙江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，浙江杭州 310058）

推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育發(fā)展、培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)，是政府、高校、社會的共同責(zé)任[1]。工程創(chuàng)客教育契合以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念（OBE，Outcome-Based Education），從強(qiáng)調(diào)“教”到重視“學(xué)”，從強(qiáng)調(diào)投入資源到重視學(xué)習(xí)成效，從強(qiáng)調(diào)主觀感受到重視客觀證據(jù)，從強(qiáng)調(diào)典型和個例到重視全體和共性。工程創(chuàng)客教育旨在用創(chuàng)客文化、理念和方式去改造傳統(tǒng)的工程教育[2]。一般認(rèn)為，創(chuàng)客精神的突出特征是首創(chuàng)與開源、協(xié)作與分享，注重企業(yè)家與團(tuán)隊(duì)精神，并強(qiáng)調(diào)將夢想變成現(xiàn)實(shí)[3]。工程創(chuàng)客教育的目的是在經(jīng)濟(jì)全球化、智慧經(jīng)濟(jì)與互聯(lián)網(wǎng)信息時代的背景下，面向創(chuàng)新型國家建設(shè)與制造強(qiáng)國戰(zhàn)略培養(yǎng)具有“工匠精神、設(shè)計思維、創(chuàng)造性、批判性思維、實(shí)踐智慧”等創(chuàng)客核心素養(yǎng)的工程科技創(chuàng)客[4]。

工程訓(xùn)練課程面向全校學(xué)生開設(shè)，貫穿學(xué)生學(xué)業(yè)全程，以工程教育為基礎(chǔ)任務(wù)，以實(shí)踐教學(xué)為主要特征，其豐富的軟硬件資源和開放的教學(xué)體系是培育創(chuàng)新實(shí)踐活動的天然土壤[5]。在工程訓(xùn)練教師的指導(dǎo)下，學(xué)生學(xué)習(xí)工藝知識，操作儀器設(shè)備，感受制造過程，接受系統(tǒng)化實(shí)踐教育[6]。工程創(chuàng)客教育所倡導(dǎo)的培養(yǎng)具有“工匠精神、設(shè)計思維、創(chuàng)造性、批判性思維、實(shí)踐智慧”等創(chuàng)客核心素養(yǎng)的工程科技創(chuàng)客新型人才，與高校工程訓(xùn)練的目標(biāo)和宗旨一致，二者有機(jī)融合可以促進(jìn)工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升[7]。

近年來，隨著工藝技術(shù)、設(shè)施裝備、教學(xué)理念的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練課程設(shè)計已經(jīng)無法滿足產(chǎn)業(yè)對技術(shù)人才的高標(biāo)準(zhǔn)要求，無法適應(yīng)新工科理念的教學(xué)需求，傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)目標(biāo)漸漸脫節(jié)[8]。具體而言，當(dāng)前工程訓(xùn)練課程教學(xué)存在的主要問題包括：（1）設(shè)計環(huán)節(jié)覆蓋內(nèi)容窄，以幾何模型設(shè)計為主；（2）設(shè)計理念和方法缺乏創(chuàng)新，以單機(jī)軟件和正向設(shè)計為主；（3）部分裝備陳舊、形式單一，傳統(tǒng)工藝環(huán)節(jié)裝備數(shù)字化率低；（4）質(zhì)量評價缺位、方法更新滯后，以手工方式簡單測量為主；（5）裝備間孤立無串聯(lián)性，各工種裝備分別開展訓(xùn)練；（6）制造數(shù)據(jù)自動采集缺位，運(yùn)行過程數(shù)據(jù)被忽視；（7）項(xiàng)目載體涉及技術(shù)領(lǐng)域窄，課程成果以機(jī)械載體為主；（8）止步于教學(xué)，忽視產(chǎn)品化，僅以完成訓(xùn)練教學(xué)為目標(biāo)。

針對以上問題，教師可探索以工程創(chuàng)客教育模式，推動工程訓(xùn)練教學(xué)改革。在實(shí)現(xiàn)工程訓(xùn)練基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)本科生工程創(chuàng)客能力為主線，拓展技術(shù)涉獵面，注重前端設(shè)計能力培養(yǎng)，強(qiáng)化大系統(tǒng)理念，引導(dǎo)制造技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合，通過設(shè)備體系更新、訓(xùn)練科目優(yōu)化、訓(xùn)練內(nèi)容串聯(lián)等方式進(jìn)行常規(guī)課程設(shè)計，通過聚焦技術(shù)主題、設(shè)計綜合集成訓(xùn)練項(xiàng)目加強(qiáng)創(chuàng)新課程設(shè)計，通過設(shè)置場景、系統(tǒng)整合等方式搭建創(chuàng)新競賽類活動平臺，通過開放場地、開放設(shè)備、提供經(jīng)費(fèi)等方式建設(shè)學(xué)生自治創(chuàng)客工作室，通過引入固定或動態(tài)基金的方式推動創(chuàng)新成果的創(chuàng)業(yè)化，使工程創(chuàng)客教育成為培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、國際競爭力強(qiáng)的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才的重要渠道，為浙江大學(xué)工程創(chuàng)客教育提供基礎(chǔ)原動力。

1 課程綜合改革措施

1.1 新工科理念主導(dǎo)的基礎(chǔ)創(chuàng)新實(shí)踐課程改革方案

近年來，隨著基礎(chǔ)辦學(xué)條件的不斷改善、工程創(chuàng)客基地建設(shè)成果的日益豐富，浙江大學(xué)工程訓(xùn)練中心在裝備體系工藝覆蓋度上也得到了極大改善，裝備的性能和數(shù)字化水平得到顯著提升。得益于新型軟硬件系統(tǒng)的引入，新的教學(xué)體系可以滿足從設(shè)計到系統(tǒng)應(yīng)用的多環(huán)節(jié)多層次實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)要求，新課程體系可以有效實(shí)施加工代碼設(shè)計、零件測量評價、大系統(tǒng)及車間級的應(yīng)用實(shí)踐，并且引入了設(shè)計軟件云架構(gòu)、虛擬現(xiàn)實(shí)、設(shè)備互聯(lián)等多種面向新工科要求的教學(xué)形式[8]。新老課程教學(xué)體系軟硬件差異具體情況如圖1 所示。

圖1 新課程體系軟硬件覆蓋度分析

依托新裝備條件支撐，圍繞新工科教學(xué)對學(xué)生工程創(chuàng)新訓(xùn)練的能力培養(yǎng)要求[9]，擬對原實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目體系進(jìn)行重新梳理整合。訓(xùn)練項(xiàng)目調(diào)整的具體原則如下：（1）在有限的課堂時間內(nèi)，將偏理論的基礎(chǔ)原理、裝備、工藝、方法及典型案例遷移至線上教學(xué)；（2）在盡可能保證金工實(shí)習(xí)工藝體系的完備性、不出現(xiàn)工種大幅缺項(xiàng)的前提下，壓縮傳統(tǒng)工藝課時和項(xiàng)目數(shù)；（3）補(bǔ)充或豐富與制造緊密相關(guān)的先進(jìn)設(shè)計、測量、集成等內(nèi)容，豐富系統(tǒng)級集成應(yīng)用的綜合案例；（4）體現(xiàn)新工科教學(xué)要求，體現(xiàn)機(jī)器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D 打印等重要元素[10]；（5）在難以開展完整實(shí)操訓(xùn)練的場合，采用演示+局部環(huán)節(jié)實(shí)踐的方式實(shí)施；（6）增加綜合創(chuàng)新實(shí)踐，將零散項(xiàng)目訓(xùn)練進(jìn)行串聯(lián)。

調(diào)整后的項(xiàng)目方案如圖2 所示。

圖2 常規(guī)工程創(chuàng)新訓(xùn)練綜合課程改革項(xiàng)目調(diào)整方案

1.2 基于工程創(chuàng)新項(xiàng)目制的課程改革方案

改革方案的主要思路是摒棄單一工種能力強(qiáng)化訓(xùn)練，以項(xiàng)目制為抓手，從“創(chuàng)新設(shè)計—數(shù)字制造—機(jī)電集成—軟件控制—樣機(jī)演示”的創(chuàng)新能力訓(xùn)練鏈條展開，采用基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式[11]，清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學(xué)生在未來工作中獲得實(shí)質(zhì)性成功的經(jīng)驗(yàn)。以協(xié)作機(jī)器人作為項(xiàng)目載體，完成協(xié)作機(jī)器人的設(shè)計制造與樣機(jī)演示，如圖3 所示。

圖3 工程創(chuàng)新實(shí)踐課程模塊設(shè)計方案

1.3 面向熱點(diǎn)主題的創(chuàng)新競賽活動設(shè)計方案

面向熱點(diǎn)主題，結(jié)合工程訓(xùn)練中心裝備和技術(shù)優(yōu)勢，每年舉辦固定及動態(tài)主題的創(chuàng)新競賽活動，對競賽活動設(shè)置與實(shí)施的方案作如下表述：

（1）圍繞熱點(diǎn)需求和技術(shù)趨勢；（2）面向全校開放，鼓勵校外人員參與；（3）重點(diǎn)推動依托制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)物化作品的競賽主題；（4）設(shè)計多種形式的激勵措施，包括認(rèn)可學(xué)分、保研加分、經(jīng)濟(jì)獎勵；（5）與國內(nèi)外大型賽事銜接，作為主賽事的內(nèi)部培訓(xùn)選拔賽事。

1.4 基于學(xué)生自治管理的創(chuàng)客工作室設(shè)計方案

廣泛吸引優(yōu)秀學(xué)生入駐，建立學(xué)生自治工作室可持續(xù)運(yùn)營的管理機(jī)制，通過激勵機(jī)制增強(qiáng)入駐群體的穩(wěn)定性，提升整體管理水平。利用兼職教師項(xiàng)目制實(shí)踐創(chuàng)新活動以及開放空間的學(xué)生工作室，廣泛吸引優(yōu)秀學(xué)生入駐工程訓(xùn)練中心。學(xué)生自治工作室以開展自主創(chuàng)新實(shí)踐活動為主要工作內(nèi)容，具有固定工作空間，由學(xué)生責(zé)任人、成員組成，是能夠?qū)崿F(xiàn)自我管理和動態(tài)發(fā)展的創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)生小組。對于吸納學(xué)生及學(xué)生自治工作空間的管理，初擬工作方案如表1 所示。

表1 基于學(xué)生自治管理的創(chuàng)客工作室設(shè)計方案

1.5 依托社會力量的創(chuàng)業(yè)引導(dǎo)平臺設(shè)計方案

創(chuàng)新思想的產(chǎn)品化和創(chuàng)業(yè)落地將是工程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練課程的重要目標(biāo)。工程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練綜合改革將協(xié)調(diào)對接外部資本組織創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，提升創(chuàng)新活動的社會認(rèn)可度，以制造技術(shù)為門檻、融合新興技術(shù)為定位進(jìn)行創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目引導(dǎo)，打造特色創(chuàng)業(yè)大賽品牌。創(chuàng)業(yè)引導(dǎo)平臺設(shè)計方案要點(diǎn)如下：（1）平臺采用多種形式并存的模式，包括創(chuàng)業(yè)引導(dǎo)培訓(xùn)類課程、講座，創(chuàng)業(yè)類路演、比賽等；（2）平臺依托的教師包括工程訓(xùn)練中心現(xiàn)有的教、輔資源，以及固定、非固定的校內(nèi)外創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師資源[12]；（3）通過將企業(yè)需求轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)主題、合作企業(yè)優(yōu)先享有成果轉(zhuǎn)化權(quán)等措施，與一定數(shù)量、規(guī)模的國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)內(nèi)的重要企業(yè)形成長期穩(wěn)定的合作關(guān)系；（4）與企業(yè)、地方政府、投資機(jī)構(gòu)建立長期合作關(guān)系，保證創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的資金支持，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的成功率[13]。

2 實(shí)踐探索成果

在課程改革探索過程中，浙江大學(xué)工程訓(xùn)練中心獲批國家工程創(chuàng)客示范基地重點(diǎn)工程項(xiàng)目——“浙江大學(xué)IBE 工程創(chuàng)客實(shí)踐基地”建設(shè)[14]，批復(fù)項(xiàng)目資金2 000 萬元，工程訓(xùn)練中心作為工程創(chuàng)客實(shí)踐主承載平臺，重點(diǎn)建設(shè)創(chuàng)新設(shè)計云中心、數(shù)字化制造中心、虛實(shí)融合實(shí)踐中心、綜合工程創(chuàng)客空間四個特色功能平臺，目標(biāo)是打造浙江大學(xué)工程創(chuàng)客教育主窗口。同時，工程訓(xùn)練中心為工程訓(xùn)練國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心單位、“十二五” 機(jī)電類專業(yè)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心合作單位；相關(guān)教學(xué)團(tuán)隊(duì)為國家級教學(xué)團(tuán)隊(duì)；工程訓(xùn)練課程獲評中國大學(xué)精品資源共享課、國家級精品課程、浙江省一流本科線上線下課程、浙江省一流勞動教育課程，教學(xué)資源改革建設(shè)成果如圖4 所示。

圖4 教學(xué)資源改革建設(shè)成果

3 結(jié)語

工程訓(xùn)練課程作為大學(xué)生工程實(shí)踐教育的重要載體，其教學(xué)內(nèi)容和形式也必須根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會對人才的需求及時更新調(diào)整。工程創(chuàng)客教育理念引導(dǎo)下的工程訓(xùn)練課程改革，以培養(yǎng)本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為主線，拓展技術(shù)涉獵面，注重前端設(shè)計能力培養(yǎng)，強(qiáng)化大系統(tǒng)理念，解決當(dāng)前工程訓(xùn)練教學(xué)過程中存在的八大突出問題，取得了良好的教學(xué)成果，為工程創(chuàng)客教育理念在高校工程訓(xùn)練課程中的貫徹實(shí)踐提供了有益參考。