新工科背景下高校工程训练中心建设探索与实践

2021-06-24曹利华李剑峰

实验室研究与探索 2021年5期

胡蔓，曹利华，刘健，李剑峰

（1.山东大学工程训练中心，济南 250002；2.山东大学资产与实验室管理部，济南 250100）

0 引言

当前，世界发展正在掀起新一轮的科技革命和产业变革，以人工智能、新能源、新材料等为引领的科技产业将以前所未有的力度推动社会快速发展。随着我国“一带一路”“中国制造2025”等重大战略的实施，经济发展结构调整、新旧动能转换等问题亟待解决，新经济、新产业、新业态的不断涌现也带来了对创新型人才的需求。

为应对人才培养变化，教育部在2017年提出了“新工科”建设构想，随后的“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等纲领性文件先后出台，新工科建设的雏形初现［1-3］。“新工科”建设的目标是要培养一批具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的学科交叉复合型卓越工程科技人才，其中创新是“新工科”建设的重要特征［4-5］。

1 工程训练中心慨况

工程训练中心由原山东大学机械厂于2002年改制建成，2007年被评为国家级实验教学示范中心，经过多年发展，逐步建成了“实践实训＋创新创业”教育完备的教学体系［6］，但在“新工科”教育新要求下，仍然存在诸多问题，难以满足其需求。

（1）原有机构设置按机械厂生产需求配置，机构冗杂、重点偏离，不适用于高校教学工作。

（2）传统训练项目落后于社会需求，教学内容陈旧、更新迭代缓慢，与当前产业行业严重脱节，教学仪器设备落后，不符合当代生产加工工艺要求。

（3）教学师资团队结构不合理，人员老龄化问题日益凸显，学历层次普遍偏低。

（4）未能借助工程训练中心面向学生专业背景广泛的优势，形成跨学院、跨学科的交叉复合型人才培养机制，服务国家战略、引领未来发展综合性前瞻平台亟待搭建。

2 建设理念

工程训练中心是高校培养学生的重要场所，是工程教育的重要支撑，是学生动手实践能力、创新创业能力提升的关键环节［7］。“新工科”建设对工程训练实践教学未来发展也提出了新要求，要符合技术发展新趋势、学科研究新进展、行业用人新需求［8］。

要改革发展实践教学理念，通过项目化驱动、教学方式多样化、实践训练、创新创业竞赛等多种手段，重点培养学生自主学习能力、实践动手能力、创新发展能力、解决复杂工程问题能力，实现知识向能力的转化，更好应对社会需求［9］，建成“理念先进、功能完备、学科融合、面向未来”的具有示范和引领作用的国内一流的实践创新中心。

3 建设措施

3.1 调整管理考核体系

工程训练中心由原来的机械厂改革发展而来，管理体系、部门设置等仍延续了过去工厂生产设置，不适用于教育发展要求。因此，中心进行机构改革调整，将原来的2办7科，精简为2办3部（见图1），解决中心多年来存在的机构冗杂、重点偏离状态，简行政、重教学。

图1 中心机构设置图

新部门负责人实行公开竞聘、竞争上岗，一批学历高、能力强的年轻教师脱颖而出成为各部门负责人，促进了管理队伍年轻化、知识化。以部门为单位建立基层党支部，支部书记由对应部门负责人担任，解决了党政分离的“两张皮”现象。

修订出台“工程训练中心绩效工资实施办法”，实施教科研工作量化考核，同工同酬、优绩优酬，极大地调动了广大教职员工研究教学、投身教学、奉献教学的积极性。

3.2 教学体系构建

图2 教学体系图

中心构建了“工程认知训练、工程技能训练、工程综合训练、创新创业训练”4个层次组成的教学体系（见图2）。工程认知训练层次以培养学生工程认知为目标，包括面向全校各专业开设的创新基础与实践认知课程、选修课程等；工程技能训练层次以培养学生基本工程技能为目标，包括冷、热加工，数控类机床加工，电火花、激光、线切割等特种加工，各类工程训练项目；工程综合训练以培养解决问题综合能力为目标，与材料学院孙康宁教授团队合作，设置KAPIV一体化训练项目，自主建设智慧学习工场，目前已经建成一期智能产线模块；创新创业训练以培养学生双创能力为目标，主要包含双创荣誉学分课程、双创项目驱动、双创竞赛及创新创业实践培养［10-12］。中心课程体系每年覆盖人数超过7 000人。

(1)KAPIV一体化训练项目。自2019年起，中心实施KAPIV（知识Knowledge、能力Ability、实践Practice、创新Innovation、品行Virtue）一体化训练项目，知识点有机衔接、项目制训练综合能力，梳理理论课程和工程训练课程核心知识点，设定学生能力培养方向，实现人才培养目标（见图3）。

图3 KAPIV项目框架图

采用项目制学习方式，设置水中机器人、电动面条机、折弯机、弹簧小车等10个训练项目（见表1），将理论学习与实践训练有机融合，使学生建立工程项目概念，通过学期学习完成作品制作，培养综合解决问题能力。

表1 KAPIV项目表

(2)建设智慧学习工场。针对工业技术最新进展、智慧工厂发展实践以及社会需求新变化，在传统的车削加工、铣销加工、磨削加工、塑形成型、电火花加工的基础上，中心通过引进智能产线，升级训练内容，贴近社会需求。建立以电机轴自动化生产为核心的产线，将工业机械手、工业网络技术、先进制造技术与现代化工业生产技术进行了整体融合，为新工科综合实践教学提供一个新的人才培养和创新平台。

智慧学习工场实践教学平台模块主要包括工业互联网、工业软件、物联网、激光加工、工业自动化、虚拟仿真等。智慧学习工场在工业互联网的控制下，通过制定标准信息交换接口，横向和纵向系统集成，智慧学习工场各实践教学模块既可以独立手动运行或半自动运行，又可以联网自动运行。

针对自动化、电气、管理工程等不同专业开设不同选修模块，规划新兴课程单元，促进信息技术与实践教学深度融合，真正满足不同学科工程训练需要［13］。

3.3 创新创业驱动

(1)建设双创平台。集中中心骨干师资及平台优势，面向全校建设电工电子、工程技能、人工智能与机器人、创新方法实践应用四大创新创业教育平台。平台管理上打破行政管理制度，采取专家负责制，师资由校内外相关领域专家组成。学校配套专项经费，利用四大平台开设课程、组织训练营、制作作品、指导参赛，对应相关发展方向进行创新创业人才培养［14］。

(2)建设开放实验室。中心建设有各类开放实验室，全天候开放，实行专任教师负责制，供学生利用课余时间进入实验室学习［15］。实验室通过软件进行在线预约，打造全天候“实践图书馆”，目前有木艺开放实验室、机器人开放实验室、VR开放实验室、无人机开放实验室、陶艺实验室等。

(3)双创竞赛驱动。自2005年起，中心组织学生参加各类大赛，目前中心常规参加的竞赛包括全国大学生电子设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生创新方法应用大赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生节能减排竞赛、中国工程机器人大赛暨国际公开赛、国际水中机器人大赛、山东省大学生科技创新大赛、山东省大学生单片机大赛、山东省大学生创新方法应用大赛、山东省大学生智能技术应用设计大赛。每项大赛均由经验丰富的教师负责指导组织，中心每年拿出专项经费，用于竞赛集训、材料购买、参赛差旅等，这些比赛有力地驱动了学生参与创新创业教育，培养其创新创业能力。每年参与创新创业竞赛训练、制作、比赛等活动学生超过5 000人。

(4)学生社团建设。根据中心开设课程、训练平台，将学生按照各自兴趣聚集起来，先后成立机器人社团、无人机社团、木艺社团、i创新社等，中心制定学生社团管理办法，实行规范化管理，让学生依托社团形成“自我学习、自我管理、老生带新生”的良性循环，促进创新创业能力提升。

(5)产学研协同育人。中心注重与企业协同进行人才培养，通过产学研协同育人立项、共建实验室等多种形式，与多家企业进行合作，内容主要包括课程共建、实验室共建、设备捐赠、前沿讲座、夏令营实习、就业直推等［16］，具体合作单位见表2。