创新型工程训练教学模式的探索

王 群， 蔡立军， 刘彬彬， 张国田， 易守华， 田万一

（湖南大学现代工程训练中心，长沙410082）

0 引 言

面对世界新科技革命和新工业革命态势，对接《中国制造2025》和“一带一路”国家战略要求，培养引领未来技术和产业发展的人才，是我国高等工程教育必须担任的时代重任。工程训练是高等工程教育的重要实践组成部分，目前工程训练中心已成为工科类高校中教学规模最大、学生受众人数最多的创新实践教学基地，也是国家有史以来在高校实训实验教学建设方面单项资金投入最大的项目［1-3］。国内工程训练中心通过国家政策的重视和持续不断的投入，基础设施条件已大幅提升，解决了国内高校大学生实训实习的难题。但面对科学技术日新月异的发展，传统典型的工程训练只是解决了高校有无实训的问题，远远满足不了新时代创新型、复合型、应用型人才培养的需求。在新工科时代，矛盾尤为突出。目前国内100 多所高校建立的工程训练中心，逐渐都在开始探索实践新型工程训练教学模式［4］。

1 典型传统工程训练

由于历史原因，大部分的传统工程训练即金工实习，师资主要来自于校办工厂的工人，教学形式主要是师傅带徒弟，工具主要是传统仪器设备。在以往网络不太发达的年代，这种“真刀真枪”的学习方式，有别于传统课堂教学，对学生有一定的吸引力。在信息爆炸的年代，以及目前各个传统课堂教学在形式上的变化，使得原来的实训实习，不再具备独特的优势，学习形式和效果有待重新进行论证和考量。

（1）实训教学手段单一。以往实训教学主要是在操作现场，老师对着机器设备进行操作示范讲解，学生按照老师的示范，依葫芦画瓢，一模一样的照着做，手段单一，学生没有预习，首次接触实际机器设备，显得不知所措，无法在短时间内，快速接受复杂机器设备的原理及操作，使得学生一知半解。因此，这种方式无法提高学生学习效率及自主学习能力。

（2）学生学习兴趣不足。以往的金工实习，不管学生兴趣如何，老师都是通过讲述、操作示范，然后学生练习等过程，将车、钳、刨、磨、铣等加工工艺传授给学生，使学生达到基本能独立操作的目的。这样一成不变“填鸭式”的教学，导致学生学习兴趣不足，难以激发学习活力，实训效果欠佳。

（3）实训内容因循守旧。以往实训内容主要是传统技术与工艺，尽管近年来，大部分高校购置了数控设备，内容上增加了一些先进制造技术与工艺，对于以技能应用为主要培养目标的职业技术学校，这样的实训内容基本能满足培养要求，但对于研究型或综合性的高等院校，这样的实训内容远远跟不上时代发展的需要，满足不了高等院校本科生的培养目标，很难培养出引领未来技术和产业发展的人才。

（4）创新训练严重缺乏。以往实训主要是老师将加工制造工艺编好，学生只需按照给定的工艺路线进行练习，主动思考较少，鲜有创新活动。这种实训重视技能训练，但缺乏对学生创新思维、意识及能力的培养，使得工科学生在创新实践方面的锻炼严重不足。

2 创新型工程训练教学模式的顶层设计

国家新工科以立德树人为引领，以主动应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才［5-8］。新工科建设对全面推进新时期工程教育改革创新提出了系列新要求［9］，工程教育应着重培养工科学生的使命感、价值感、空间感、关联力、想象力、宏思维、批判性思维等高素质［10］。我校创新工程训练与新工科不谋而合，以多学科交叉融合为方向，培养学生解决复杂工程问题的能力，使学生能够适应、甚至引领未来技术和产业的发展。

我校现代工程实训中心为适应新时代的需要，对工程训练的教学模式进行了顶层设计，构建创新实训体系、搭建创新平台、建设师资队伍，以解决传统工程训练面临的问题。

（1）构建“双核四翼”工程训练创新体系。以实践和创新为“双核”，融合基础实训、项目研训、以赛促训、校企共训“四翼”，构建“双核四翼”工程训练创新体系，培养新型工程人才。

创新源于实践，创新提升实践。实践与创新水乳交融，密不可分，互相促进，共同提高。整个创新体系以创新和实践为核心，“双核”引领“四翼”，“四翼”驱动“双核”。所有“四翼”的活动都围绕“双核”而开展，以提升学生的实践和创新能力。

“四翼”相互影响、互相促进。其中：

基础实训是开展基本技能、基本工艺方法训练，如机械加工（车、铣、刨、磨、钳等）、电工电子技术、创新思维与方法训练等，内容“模块化”，根据专业需求进行“菜单式”选择。基础实训相当于传统的工程训练，只是教学模式和方式进行了改进。基础实训是整个工程训练的基础。

项目研训是以多学科交叉融合的创新创业项目为载体，开展研讨式教学，培养学生的工程实践与创新能力。在开展项目研训过程中借鉴科研项目的管理方式，对学生开展创新项目进行管理，每期结束后进行统计分析，提出改进方案。项目研训是整个工程训练的重点。

以赛促训是引入竞赛资源及竞争机制，提高学生对工程实践的兴趣与积极性。以竞赛的形式开展实训，可以借助竞赛的多种优势，激发学生的学习斗志和兴趣，变被动学习为主动学习。以赛促训是保证工程训练质量的关键。

校企共训是引入企业资源，联合企业协同育人，将企业的需求和规范融入工程实践，保障人才的培养符合行业、产业的需求。企业的实际需求转变成项目研训的课题，企业的工作规范转变成学生实训的劳动纪律等，利用企业资源培养实战派学生。校企共训是整个工程训练的升华。

（2）搭建开放式、泛在化实践教学平台。现在的学生被大量碎片信息工具把原来大块信息吸收的时间打碎，需要搭建合理的时间矩阵将学生圈在里面，充分利用碎片时间实训。

我校工程训练中心建设了相应实训MOOC、微课、短视频及管理网站和APP等，学生通过线上提前预习相关工艺，学习相关安全常识，了解实训基本情况，为线下实训打下坚实的基础，使学生在短时间的实训里能够知其然，也能知其所以然。在高等教育发展过程中，工程训练中心将成为像图书馆和体育场一样的高校基础设施［11］。为充分利用实训室资源，真正实现开放共享，中心建设了一批“图书馆”式开放实训室，如3D打印开放实训室、激光加工实训室等。所谓“图书馆”式开放实训室就是实训室像图书馆一样全开放，学生可以像到图书馆借书、阅读、学习一样，到实验室借用仪器设备、自主学习各种实践方法、寻找专业问题解决方案。通过建设线上线下、立体化、交互式教学资源库及实施“图书馆”管理模式的开放实训室，搭建了开放式、泛在化实践教学平台，全面改进教与学的方式，拓宽学习途径，丰富教学手段。

（3）组建高层次、创新性实践教学团队。目前工程训练改革的关键在于师资，难点与突破也在师资。没有高素质的师资，再好的设计都是空中楼阁。

我校依靠学校人事政策支持（单独为中心的人才引进设置了实验教师系列岗位），近年来引进了具有工程背景的博士后、博士13 人，建立了一支“有理论、能实操、带项目、做研究”的高层次、创新性实践教学团队，主要工作内容为研发创新项目，开展项目教学，指导学科竞赛，研究教学规律，实施教学新体系。

高校实验教师队伍是实训教学的主体，是实训室建设的执行者，对于高校实验室的发展起着至关重要的作用。实验教师队伍是创建高水平大学、提高实践教学质量、适应创新型人才培养需求不可缺少的人才保障［12-13］。因此，人才引进后，需要通过一系列措施留住人才。我校工训中心一方面通过提供优质硬件设施、提高工资待遇、优化职称晋升条件、培养骨干教师及设立专项基金等方法，稳定师资队伍，为教师提供良好的发展环境；另一方面，为教师创造提升自我、施展才华的舞台，如通过各类培训、教改技改、创新大赛、技能大赛、突出贡献奖评比、教学优秀奖评比等活动，激发工作热情，发挥教师的主观能动性，将工作当成事业，切实提高实践教学及创新创业能力水平。

3 创新型工程训练课程建设实践

3.1 创新课程

以大工程理念为背景，通过机械、电子、电气、控制、信息、材料、设计、管理、人文等多学科交叉融合，构建个性化“2 + X”（即“基础训练+项目训练”）的实训教学课程，打破时间和空间的局限。基础训练内容排进课表，按班级编制按计划实施；项目训练由项目组成员和指导老师自行组织实施。

3.1.1 基础训练

先通过网上安全教育、观摩实训短视频、MOOC、微课等内容，激发学生的兴趣和好奇心，完成认知训练。经过网络安全教育、基础理论考核通过后，进入中心开展基础训练，主要内容包括各种基本工艺、技能训练等。每项训练项目针对机械类、电气类、其他理工类学生的专业特点，按时间、内容、难易程度不同分别设计不同的实施方案，设立不同的必选和任选教学内容，体现个性化教学，以机械类专业学生为例，必选项目（学时）主要有：普通车、铣、钳工（16），数控车、加工中心、五轴、测量（24），激光加工、电火花加工（16），铸造、焊接、锻造、热处理（16），电子电工技术（24）。任选项目（学时）主要有：典型生产工艺流程（32），智能制造（32），互联网+典型应用（32），创新思维与逆向（32），造型设计与钣金（32），创意产品设计制作（32），机电产品设计制作（32），PLC 机电产品设计制作（32），机械产品设计制作（32），艺术作品设计制作（32）。

为真正培养学生的工程能力，我校工程训练中心在课程单元中设立了一批涉及工程实际问题（如互联网+实训、纯净水生产与检测、煤质甲醇生产仿真实训等）的项目，构成工程环境，让学生接触工程问题，亲身体验工程实施过程。选修这些项目的同学在导师的指导下，自己选择合作伙伴，组建团队，自主进行项目过程管理，并根据自己的专业特点和兴趣，在项目中扮演不同的角色。既能培养学生的工程实际能力，又能提高组织活动能力和团队合作精神。

这一阶段通过增加现代化的信息技术手段，增设多学科融合的基础实训内容和针对专业的个性化实训项目选项，激发学生学习的兴趣，夯实学生的动手能力，为后面的项目训练打下坚实的基础。

基础训练经考核通过后进入项目训练。

3.1.2 项目训练

通过基础训练，学生具备了一定专业能力和工程创新能力，即可开展创新项目训练。实施形式一方面以技术前沿、学科交叉实际研究项目为载体，由学生个人组团预约，进入工程训练中心参加业内前沿的技术攻关项目以及学科交叉综合实训创新项目组；另一方面学生可自带感兴趣的创新项目或企业实际需求项目，到中心实施，中心老师协助指导，积极为大学生的项目实施提供条件。

此阶段的训练内容，紧跟国家重大发展战略，推动大众创业、万众创新，支撑服务产业转型升级和经济发展动能转换，适应以新技术、新产品、新业态和新模式为特点的新经济。训练方式主要为学生自主、研讨式学习，有利于他们各方面能力的提高。给学生充分的自主权力，实施过程中让学生了解社会、了解自己，理智地进行自我定位，自觉地开展学习。

以学生自带项目为例，具体实施流程图1 所示。

图1 项目实施流程图

按照科研项目的管理形式对学生项目训练进行管理，经历立项答辩，中期检查，结题汇报等主要环节。指导老师及中心在过程上对项目实施进行控制，学生通过查阅相关资料撰写立项申请书，立项答辩通过后，开始项目实施。实施过程中需要有小组讨论，教师指导，实操加工等过程记录。最终实训成绩由组员互评、组长评价、教师评价及项目小组整体得分综合评定。项目小组整体得分根据项目解决问题的复杂程度及项目完成程度来给定。

学生通过“2 + X”个性化工程训练课程体系的培养，既得到了基本技能的训练，又得到了综合能力的培养和创新能力的训练。

3.2 质量保障

新模式实施的同时，为不断监测效果和及时改进，需要制定课程教学质量标准，构建“评价—反馈—改进”质量保障体系，形成教学质量持续改进机制，以保障教学质量不断提高［14-16］。通过过程控制、教学评价保证教学效果，总结分析教学效果，对照质量标准改进工程训练教学过程，形成教学质量保障闭环，我校工程训练中心经过几年的实践，形成如图2 所示的教学质量保障体系。

图2 教学质量保障体系框架

4 创新型工程训练教学模式的应用成效

2014 年我校工程训练中心开始逐步实施创新型工程训练教学模式以来，每年4 000 余名本科生接受工程训练，年实训达78 万人时数，其中3 000 余名本科生接受项目研训。每年1 000 余名本科生，接受竞赛指导与技术支持。为我校机械工程、自动化等15 个相关专业提供满足专业认证所需的学生工程实训及基地建设的要求。

通过丰富教学手段，近年来学生主动参与实践活动的兴趣大大提高，我校学生自主建立的团队如创变联盟、Robot工作坊等10 多个学生团队常驻中心，覆盖学校各专业。通过更新实训内容，增设多学科交叉实训内容，实施项目研训，学生解决复杂工程问题的能力大大提升，近年来直接由中心的学生团队获批的国家级、省级及校级大学生创新训练计划（SIT）项目33 项，在全国大学生工程训练综合能力竞赛、机械创新设计大赛、世界机器人大赛、“挑战杯”大赛等竞赛中一批优秀学生获国家级奖励36 项，省部级奖励41 项。特别是2017 年由我校机、电专业的学生组成的竞赛团队，在全国第五届大学生工程训练综合能力竞赛中获得一等奖的第一名，取得了该项赛事的历史性突破。学生主持或参与授权的国家发明、实用新型专利及软件著作权达21 项。其他因创新型工程训练教学模式的实施，间接产生的影响也正在凸显。因此2019 年在省级高等教育教学成果奖评比中荣获一等奖。创新型工程训练教学模式的探索与实践初见成效。

5 结 语

面对新时代的变化，解决问题的方案有多种。我校在解决传统工程训练出现的问题上，摸索出一条可行的道路，提供了一套可借鉴的方案。任何一种新的模式都需要时间的检验，也需要不断地自我完善。如何在实践中创新，在创新中去实践，以及如何结合新时代的特点更好地发展高校工程训练，更好地发挥工程训练中心的优势，还需要不断探索与实践，不忘初心，牢记使命，砥砺前行。