接近企业生产实际的工程训练体系研究与实践

孙晓燕 隗德民 丁 航 金 辉

济南大学工程训练中心 山东济南 250022

卓越工程师教育培养计划要求面向工业界、面向世界、面向未来培养造就一大批高素质的卓越工程师后备人才，而工程训练是培养卓越工程师的重要环节。工程训练是理论教学与实践环节的结合，重在培养学生工程实践能力。当今的工程训练，不仅仅是培养高技能人才，而是培养具有良好知识结构、工程实践能力、工程综合素质和创新思维的设计型、研究型和管理型复合式工程人才。现有的工程训练体系大多安排学生逐次进行各个教学科目的单机训练及工艺训练，各科目之间联系较少，学生经过工程训练后所学技能难以融会贯通，而企业的实际生产是多种加工方法的高度融合，高等教育要培养具有工程实践能力、综合素质和创新精神，能够完全胜任企业现场或生产一线各项工作的卓越工程师[1]，亟须构建一个接近企业实际生产的工程训练体系。

1 接近企业实际生产的工程训练体系内涵

1.1 CDIO工程教育模式

CDIO，其中C是构思(Conceive)、D是设计(Design)、I是实施(Implement)、O是运行(Operate)[2]。它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力。

工程训练教学完全符合CDIO“做中学”的理念和方法。具体地说，就是在构建工程训练体系的过程中，以接近企业实际生产的工程项目为主线，把专业知识、工程技能、工程素质和创新精神的培养融入项目教学过程中。教师的指导和学生的学习都以项目为核心进行，教授和学习，培养和训练与项目核心融合为一体。项目训练强调学生在项目研发过程中的实践，通过实践更形象生动地领会课本所学理论知识，通过实践更好地贯彻素质教育，实现创新，通过实践完成从简单到综合、从知识到能力的转化。

1.2 “虚拟工厂”教学方法

工程训练中心的实践教学环境应该突出现场、突出训练、突出实践、突出一线、突出基层，应该向模拟企业或模拟工程的方向发展。“虚拟工厂”教学方法就是模拟企业实际生产环境来进行教学活动。教学内容和方式与企业产品的实际生产加工相吻合，学生通过完成项目课题来模拟企业产品的研发生产。在教师的指导下，利用所学的专业知识进行从设计产品外观性能、制订加工方案，到合理安排生产加工，直至加工出成品的完整生产过程。“虚拟工厂”教学模式要求学生“现在所学的”与“现在企业所用的”相一致，从而保证学生“将来要做的”与“毕业时企业所要求的”相符合。

工程训练拥有实施“虚拟工厂”教学方法的有利教学资源，配备与企业相似的生产车间，指导教师具有过硬的实践操作经验，能够进行现场项目教学。通过与企业产品生产接近的工程训练项目培养，学生不仅具有扎实的专业知识，更重要的是具有把所学专业知识应用于实际生产加工的工程实践能力。

1.3 接近企业实际生产的工程训练体系

随着现代科学技术的发展、学科交叉、渗透和综合，现代工程具有科学性、社会性、实践性、创新性等特点。工程训练的主要目标：首先，应注重培养学生了解和认识现代工业生产方式和工艺过程，熟悉和掌握一定工程基础知识，具有解决工程实际问题的能力和初步的工业过程控制能力；其次，工程训练要最大限度地与实际生产紧密结合，达到卓越工程师培养所要求的综合能力训练，提高学生的综合工程素质，为学生今后的科学研究或就业提供平台。

接近企业实际生产的工程训练体系借鉴CDIO工程教育模式，融入“虚拟工厂”教学方法，以CDIO项目为工程训练体系的主线，实施接近企业实际生产的项目化课程教学[3]。每个项目由“研究—开发—设计—制造—运行”等现代工程链组成，学生在工程训练过程中开发设计，并通过车削、铣削、刨削、磨削、钳工、数控车床、数控铣床、数控线切割、数控电火花、铸造、锻造、焊接、热处理、电子电工技术等多种加工处理方法完成项目制造，并运行检验。针对不同学科不同专业的学生，从应用角度出发，根据专业特点或个人兴趣选择不同项目进行训练。高年级学生还可以根据自己的专业课程自主设计创新项目。CDIO项目工程训练使教学模式由单机训练和单纯工艺训练转向了以工程项目驱动为主流的实践能力、综合工程素质与创新意识的综合训练。

需要特别指出的是，接近企业实际生产的工程训练项目是真实产品的制造过程，通过真实工程项目教学的天然优势和有效途径，培养学生的责任、安全、质量、群体、环保、管理、创新和社会等工程意识[4]。这种模拟企业真实生产进行的工程实践不仅可以使学生增强事业心和责任感，真正地体验工程环境，还可以激发学生创造性地解决问题的欲望。在真实的生产实践中，学生会遇到各种各样的实际问题，大部分是书本知识所不能解决的，模拟生产实际的实践训练给学生一个自由创造的空间，并赋予一份责任，以此激励兴趣、开拓思维、鼓励发问、启发创意，使学生对真实产品的研发设计及制造方法、工艺过程有完整清晰的体验和认知，又培养了学生的创新意识以及综合应用所学知识分析并解决工程问题的实践能力。

2 构建接近企业生产实际的工程训练体系

2.1 建立工程训练项目库

目前，工程训练基础课程是面向大学二年级机械专业及非机械工科专业学生开放的。大学二年级学生只学习了公共基础课程及少数专业基础课程，要求他们在参加工程训练初期就进行项目创新是不现实的，因此，要先行建立一个工程训练项目库(如图1所示)。项目库中有丰富的项目资源，学生参加工程训练可以先选择一至多个项目，在教师指导下进行项目加工方案设计，实际加工制造，产品成品运行检验等训练环节。

图1 工程训练项目体系框图

项目库中的项目应先由教师甄选，要符合教学目的，项目教学内容通过教师精心设计，合理组织，才能取得预期的良好教学效果[5]。指导教师根据教学内容和培养目标把项目研发分解为具体的实施过程，让学生分步骤地、有联系地进行车削、铣削、刨削、磨削、钳工、数控车床、数控铣床、数控线切割、数控电火花、铸造、锻造、焊接、热处理、电子电工技术等多种加工方法训练。如果是较大的项目，需要几批学生合作完成，则还要设计好学生的前后衔接，防止出现漏洞。

在项目实施过程中，要让学生合理分组，充分发挥团队精神，顺利完成工作任务。这一过程既可锻炼学生个人实践能力，又能提高学生的团结协作与领导能力等人文品质。通过项目训练，学生将具有较强的实践动手能力、基础工程素质、创新意识和团队精神。

项目教学结束时，教师指导学生对研发项目过程进行总结，根据项目要求完成分析调研报告，总结所学所得。当学生进入大三、大四后，结合自己的专业课题，利用先期工程训练中的自主创新项目，再次参与工程训练中心创新研发课程，研发新项目并进行生产加工，从而形成螺旋上升式的良性循环(如图1所示)。优秀的创新项目也将存入工程训练项目库，随着项目库的不断丰富，学生项目选择度大大增强，创新意识、动手实践能力和综合工程素质也将得到提高。

2.2 搭建“虚拟订单”网络平台

为模拟真实企业生产，项目产品研制采用“虚拟订单”模式，工程训练中心网站开设产品展示平台及产品网上预订平台，根据现有项目产品，可以网上预约定制，根据订单进行生产加工。起初为“虚拟订单”，学生在网上选择某个项目进行工程训练，即进行了“虚拟下单”，在随后的实际训练过程中，要求按照“虚拟订单”的数量及质量要求制作产品。随着接近企业实际生产的工程训练体系不断成熟完善，“虚拟订单”会逐渐过渡为真实订单。

“虚拟订单”工程训练模式模拟了真实的企业生产加工，学生的训练不再是一门课程一项技术地学习，而是在规定时间内，完成一个保证质量的订单，学生会有强烈的责任感，在加工制作的每一个环节都会认真仔细，训练效果将大大提高。此外，在项目生产过程中，学生会遇到各种各样的实际问题，这些问题远远比书本内容复杂得多，订单加工环境会激发学生的创造力，发挥创新意识及时采用积极有效的方法解决这些问题，从而进一步提高学生解决实际工程问题的能力，培养创新精神。

2.3 建设“多师型”指导教师团队

在高校教师队伍中，有较好实践操作经验的教师，通常理论基础相对薄弱，而理论基础好的指导教师实践动手操作能力又较为薄弱。接近企业生产实际的工程训练体系，每个项目即为一次产品生产实践，既需要有先进理论来支持设计研发，又需要实实在在地加工出产品实物，更为特别的是产品的生产过程往往不只是单一加工方法能够完成的，而需要多种加工方法共同融合而成，这就需要建设一支“多师型”指导教师团队。这个团队既要有能以理论指导产品合理创新的教师，也要有能指导产品加工生产的教师，不同的教师可以指导不同环节科目的加工。

“多师型”指导教师团队，根据工作需要，既要承担理论教学、实践教学及项目指导又要有一定的科研能力，技术开发、项目设计制造能力。针对指导教师各自的薄弱环节，学校应给予相应的培训。通过培训和相应的激励政策，使指导教师提高学历、培养能力、增强实力、开发潜力，最终达到更好地授业育人的目的。

2.4 基础训练与创新综合训练相结合

由于低年级学生只学习了基础课程，动手实践操作能力有所欠缺，因此低年级学生工程训练初期只进行基础训练，即进行工程训练项目库中已有项目训练。经过基础训练的学生有较强的动手实践能力和创新意识，也有一定的基础工程素质，在高年级时，选修参加工程训练中心创新训练课程，利用低年级所学知识，结合自己的专业课题发挥创新精神，与专业教师、训练指导教师交流讨论，进行创新项目研发及生产可行性研究，可行的项目在教师指导下，进行生产加工。基础训练为创新综合训练提供必要的动手实践技能保证，创新综合训练是基础训练的升华提高(如图2所示)，更强调学生主体的创新、研发、制作。学生经过基础训练及创新综合训练，成为一名主导工程项目研发、运行、维护，能胜任现场或生产一线各项工作的卓越工程师。

2.5 校企合作资源共享

利用工程训练中心已有设备、人才优势，吸引企业投入设备、产品、技术、资金共建工程训练基地，营造企业真实生产的工程训练环境。校企合作的关键要素是让学生参与，即学生进行的工程训练为合作项目的全部或某一部分，让学生不出校门即可在工程训练中独立顶岗加工产品。

通过产、学、研结合的校企合作，指导教师、学生与企业人员共同研究项目，互相交流，优势互补。一方面，高校拥有高素质的教学科研队伍，为企业提供有力的技术支持；另一方面，随着接近企业生产实际工程训练体系的不断完善和成熟，学生切实参与企业实际项目的研发生产，提高了学生的实践研发能力和工程素质；同时，在合作完成项目过程中，指导教师的科研能力和实践技能进一步提高，为更好的指导学生提供有力保障，真正达到了三赢。

3 结束语

借鉴CDIO工程教育模式，应用“虚拟工厂”教学方法，提出了构建接近企业实际生产的工程训练体系，并对实施项目工程训练，搭建“虚拟订单”平台，建设“多师型”指导教师团队等具体环节进行了深入探索研究。实践证明，接近企业实际生产的工程训练体系，可以大大提高学生参与工程训练的兴趣，增强学生工程意识，全面培养学生的实践能力、综合工程素质和创新思维，为高等教育培养卓越工程师提供有力支持。

[1] 林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[2] 刘荣佩,史庆南,陈扬建,王奇.CDIO工程教育模式[J].中国冶金教育,2011(5):9-11.

[3] 张淑丽,刘胜辉,张宏国.软件工程CDIO综合训练项目设计与执行研究[J].黑龙江教育,2011(10):8-9.

[4] 傅水根,武静.深化工程实践教学改革,全面促进可持续发展[J].实验技术与管理,2008(1):7-10.

[5] 刘海蓉.南洋理工学院“教学工厂”模式与启示[J].金融理论与教学,2011(5):96-98.