新工科背景下的创新工程训练实施路径探析＊

李永亮，杜彦斌，夏洪均

（1.重庆工商大学工程训练中心，重庆 400067；2.重庆工商大学机械工程学院，重庆 400067）

“工程训练”是基于中国制造业发展的具体国情在高等工程本科专业中开设的工程实践类课程，是从理论知识到实践锻炼，从基础能力到综合素养，从单一技能到创新能力培养的全方位卓越工程人才培养体系[1-2]。随着中国新工科以及工程教育专业认证建设发展，“工程训练”成为了高等工程本科人才培养实践教育中最重要的一环，开放、共享、融合、跨界、综合成为了现阶段“工程训练”课程建设与发展的主旋律[3]。“创新是引领发展的第一动力”，工程教育也不例外，在“工程训练”课程中开展创新、创业教育是实施实训与设备开放、共享，知识与能力跨界融合、创新与综合素养能力锻炼的必然趋势[4]。

然而各个高校工训中心课程开设情况不一、基础设施条件不一、专业能力培养方向不一，不同层次的高校如何创新工程训练，并以创促教、以创促学、以创促改，是个值得深思的问题。

1 “工程训练”课程现状与特点

“工程训练”课程是依托工程训练中心开展的实践教学活动。工程训练中心是从校办工厂到金工实习，再到现在的工程训练逐步发展而来的[5]，在当下的产业背景及育人环节中，无论是场地、设备设施、开设训练内容、教学方法、教学手段等都发生了翻天覆地的变化。当下的工程训练已成为高等工科院校培养创新卓越工程人才的主战场，是大学生开展课内外专业创新综合实践的公共实践平台，具有学科交叉特性、信息交互特性、技能综合特性，是最接近企业工程环境的实践教学育人平台[6]，然而由于各个高校的软硬件资源、师资、培养定位不同，造就了当前“工程训练”课程的现状，具体如下。

1.1 “工程训练”的课程重要性得以凸显

目前中国绝大多数高等工科院校都完成了“工程训练”课程从金工实习的内涵式提升，各高校都设立了工程训练中心，课程的主体地位得以凸显，课程对于当代大学生实践能力锻炼及创新综合素养养成的重要性及意义毋容置疑。

1.2 “工程训练”的教学条件差异较大

中国高等工科院校因办学层次、服务产业、教育性质、专业学科范围、发展定位、办学体制等分成了很多层次，比如综合性大学与行业性大学、重点大学与一般大学、公办大学与民办大学等，每一个分类里高校的基础硬件条件和办学能力都是不一样的，这就造成了工程训练中心场地面积，设备设施的类别、先进程度、信息化程度差异很大。比如上海交通大学的学生创新中心开设开放课程27门，共享设备3 000台，在册双创导师达325名，据不完全统计每月仅3D打印服务就1 500余次，拥有无人机、机器人、智能制造、3D打印中心、切割中心等多个实验室与服务中心，这是很多普通院校无法企及的。

1.3 “工程训练”课程教学内容差异很大

由于办学与专业人才培养定位不一，当前各高校“工程训练”课程内容没有统一的标准，差异很大。虽然大多数高校的“工程训练”课程都是围绕着机械制造及工程实践开展的学习工程知识、了解制造过程、锻炼实践能力、体验工程文化、培养创新意识等的课程实践，但在课程内容设置上有很大的区别，比如部分高校以学生专业特色进行课程内容设置，把“工程训练”课程分成了机械类与非机械类，而有的高校尤其是师资力量、设备设施较好的高校则对课程进行了细分，针对不同专业的学生采用不同的训练内容和培养方式。如华中科技大学工程实践创新中心开设了工程训练系列课程，分为8类，分别对应不同的课程时间、不同的学分和能力要求，此外该校还开设有工程认知类课程、工程探究系列课程、公共选修课程、院系合作课程等多种创新实践课程。

总之，当前的“工程训练”课程总体上呈现以下几个特点：①课程内容丰富，但各高校基础条件不一，开设内容不一，没有统一的培养标准，更没有统一的培养质量评价标准；②总体上量大面广，受众较多，普遍注重于教，而忽略了学生的“创”；③实训工种多，课程时间短，造成了每个工种仅是“浅尝辄止”，无法深入学习；④实践主要以课堂教学为主，线下学生自主学习、自主探究总体较弱；⑤部分高校借鉴了欧琳工学院（Olin College of Engineering）的成功经验，开展了项目驱动式的实训教学，然而教学方法及内容尚无法脱离传统教学模式，创新性不足，综合性不强。

2 工程训练与双创教育

2.1 工程训练是新工科实践能力培养的重要载体

新一轮的科技革命和产业变革正蓬勃兴起，智能制造、物联网、互联网、人工智能等新兴技术与制造业的深度融合，产业结构升级、技术深度与广度集成，复杂工程产品与个性化的定制需求等逐渐成为制造作业的新宠，新形式、新技术、新产业、新工艺、新产品，所有事物的发展都突出一个新字，工程教育也不例外，发展新工科，培养新型工程人才成为一种必然。新工科的建设与发展就是要培养以立德树人为根本，多元化的、创新型的卓越工程人才[7-8]，就是要培养具有创新能力、综合实践能力、自主学习能力、团队协作能力，同时能够很好地应对与解决复杂工程问题的新型工程人才。

在“以本为本”与“工程教育回归实践”的改革浪潮中，“工程训练”作为具有中国特色的高等工程教育实践的主战场，作为贯穿知识、能力、素质的工程实践培养课程，对新工科人才的培养具有重要意义。曾有学者从平台资源、场地与设备、课程体系、培养能力等方面进行论述，认为工程训练中心在新工科双创人才培养的建设中的作用和优势是不可替代的，符合当前高等工程人才的培养，更具优势[9]。

2.2 双创教育是新工科人才培养的重点

双创教育即创新创业教育，是由创客活动发展形成的一种教育方式[10]。创客活动是由教师引导、学生为主，着重通过具体的工程实践完成知识串联、跨学科融合、文化积淀、能力锻炼、意识养成等一系列创新创业人才培养过程[11]。李克强总理曾强调，创新创业是国家赢得未来的基础和关键，双创由众而厚积成势，因创而破茧成蝶。双创教育是高校创新创业人才培养的重要载体，对于高等工程卓越人才的培养具有重要意义[12]。当前中国高校双创教育多数基于校内的众创空间开展，其双创活动打破了专业、年级、学科、能力的限制，围绕着学生的兴趣和自主能动性，以项目为驱动，开展实践双创能力培养，很好地实现了知识融合、跨界素养锻炼，培养了学生的创新意识和创造能力[13]。如浙江大学的e-Works与Cooike创客空间、西安交通大学的“七楼创客汇”、广东工业大学的广州大学城两岸四地大学生创客空间等。因此有学者表示，众创空间教育是现代高等教育各类教育要素的创新，是高校教育性质的必然趋势[14]。此外，也有很多高校众创空间将校企融合共建、共研、共培、共产协同育人作为双创人才培养的主要战场，让双创教育培养扎根在产业发展和社会需求的沃土上，尽可能地避免内热外冷的尴尬局面，如天津大学的长荣健豪文化创客空间、上海交通大学的京东创客空间等。

2.3 工程训练与双创教育结合的发展趋势

从人才培养目标、方法及形式上来看，双创教育与工程训练不谋而合。创新与实践即双创教育与工程训练的一体化培养，能够完成知识重构、能力锻炼、素质养成的新工科人才培养目标，同样，创新与实践的深度融合，以创新引领实践，以实践驱动创造，以创造推动创业及产业发展，可以打破学科专业壁垒，实现知识融合、跨界协同，引领新工科人才培养机制的转变。为此国内的部分高校将工程训练中心与创客空间进行了有机结合，成立了围绕工程训练及工程实践活动为中心的双创实践中心，如清华大学的i.Center基础工业训练中心、哈尔滨工业大学的机械创新与创业实训中心、华中科技大学的工程实践创新中心等。2021年，经教育部工程训练教学指导委员会研究，上报教育部高教司同意，将全国大学生工程训练综合能力竞赛更名为中国大学生工程实践与创新能力大赛，更名后的竞赛是列入《教育部评审评估和竞赛清单（2021年版）》（教政法厅函〔2021〕2号）的重要赛事，是全国大学生工程训练综合能力竞赛的升级和完善，这也充分体现了工程实践与创新能力并重、并举的新发展趋势[15]。

3 工程训练中的双创教育实施路径探析

工程训练是在新时代、新经济、新工科、新课程、新对象、新基建背景下，高校培养面向工程应用型、学科交叉复合型、创新型人才的重要实践基地，工程训练与创新实践的建设与发展要有强烈的危机感和使命感，需要工训人以更大的勇气、魄力，更大的智慧探索高等工程实践与创新教育的新理念、新标准、新技术、新模式、新文化，建设和发展工程与创新并举的实践教学平台，加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才。

3.1 打造新工科背景下的双创工程训练实践教学平台

新工科背景下的卓越工程人才的培养，核心就是围绕智能制造及其产业服务，实现新型工程创新人才的培养，其教学平台应以实践教学为主线，以理论与产品制造基本技能锻炼为基础，以综合、创新训练为提升，将课程思政、劳动教育、工程伦理与工程文化传承教育、创新创业教育、终生学习教育贯穿始终，拓展工程思维与工程视野，培养养成工程素养，提高受教者面向及解决复杂工程问题能力的培养，打造由基础型工程实践、综合创新型工程实践、研究探索型工程实践、非技术能力工程实践、双创实践训练等五位一体的新工科双创工程训练实践教学平台。

3.2 构建多专业、多层次的工程创新实践教学课程体系

围绕着强基础、宽视野、厚实践、引创新、促探索的教学目标，构建新工科背景下的以学习者为中心的工程创新实践课程体系。“工程训练”是理论与实践一体化的工程认知与实践创新能力锻炼课程，新工科背景下“工程训练”的课程建设需要一如既往地重视受教者的理论基础课程与工程实践课程的有机结合，按专业与培养目标进行不同程度的“工程训练”课程体验。

建立面向文学、医学类、艺术类等非工科专业的通识性工程认知体验性实践创新课程。通过构建一类经典的具有现代智能制造背景的工程实践项目，结合受教者的专业组成独立的教学单元，以学生的兴趣驱动实践课程学习，让非工科专业的学生也可以在工程实践中了解工程文化，建立对工程的感性认识，引导学生形成跨学科、跨专业的大视野、大思维、大工程观，了解智能制造与各个领域的结合，完成工与文、工与医、工与艺等专业的融合。如开设基于六轴机器人或并联机械手编程的书法体验课程，开设基于人形机器人编程的舞蹈体验课程，开设智能服务机器人的智慧生活体验类课程，开设基于三维扫描和3D打印技术的医学类体验课程等，用工程语言诠释跨专业知识的融合和实践能力的锻炼，用精准的控制实现对工程素养、质量意识和系统思维的锻炼。

建立面向物理学、光学信息科学技术、电气自动化、电子工程、工业设计、计算机信息类、环境工程、材料控制类等理工类专业的通识性工程实践创新课程，着重围绕着“一件产品”工程实践课程开展实践学习。对于理科与近机械类专业的学生，数学语言是通用的工程语言，除了建立上述医学、文学类专业相似的工程体验类的实践课程单元外，这部分课程实践主要是围绕一件产品的制造过程体验，让学生建立从原材料、毛坯、加工、装配、调试到一件产品的制造全过程，以及产品与经济、环境、资源等之间的关系，除了培养工程素养，学习工程文化，更重要的是要了解典型的工程制造过程，得到实践能力的锻炼和创新思维的启发，为以后的创新工作与学习打下基础。如很多高校在非机械类工科专业的“工程训练”课程学习中都采用了双轨制的教学实践，一方面积极开展有关先进制造技术实训项目，在实训过程中开设数控加工、3D打印、激光加工、特种加工、机器人控制技术等为主的独立的小的实训单元，注重新技术、新工艺、新方法、新手段在工程实践中的应用，拓展工程思维，形成多学科知识的交叉融合；另一方面围绕着一个产品如“榔头”的制造与加工，将车、钳、铣、刨、磨等实训技术串联起来，让学生在完整一个产品的制造过程中获得工艺知识的学习、实践能力的训练和综合素质的提高及创新意识的培养。

建立面向机械工程、汽车工程等机械类专业的多层次、模块化、开放性的综合创新工程实践课程，除了完成工程的认知、工程文化的了解、工艺知识的学习、实践能力的锻炼、工程素养的养成以及创新意识与创新能力的锻炼，更重要的是要将“一个产品”的实践能力锻炼转向“一批产品”的创新实践能力锻炼。通常是构建项目驱动式综合创新实训课程，在课程中具体要做到以下几点：①让学生面向工程实践，运用所学专业知识，发现并解决问题，做好工艺规划，完成一件产品的制造，提高工程素养；②学习掌握宏观控形、微观控性，结合现代先进测量技术方法完成产品质量测评，建立并强化质量意识；③在保证加工质量的基础上，实践智能制造云管理技术，积极规划智能制造生产模式，做好一批产品，培养系统性工程思维；④坚持产学合作，鼓励工程训练走出课堂，进入工业制造场景，创造身临其境的大工程观，坚持企业走进来，将企业的工程人员请进来，面向工程实际问题，培养学生解决工程实践的能力和创新思维的锻炼；⑤坚持虚实结合的实训能力锻炼，打造虚拟仿真的类的智能制造云管理与实践平台，将产品设计与制造变成实践教学的场景。

3.3 构建体系化的智慧实践教学管理平台

打造理论扎实、实践过硬，多专业、多层次搭配的实训教师队伍，构建体系化的智慧实践教学管理平台。基于工程创新的综合实践教学平台，多层次、跨学科的体系化实践课程最终均需落实到教与学2个教学主体上，新工科背景下的双创工程训练需要构建学历、专业、年龄层次布局合理，基础理论知识扎实，实践技术精湛，创新能力和责任心强的实训师资队伍；同时在不同层次的实训课程教学中，注重不同专业层次的教师搭配，形成一门实训或一个实训项目多名教师同时完成授课的教学过程。

利用工程实践教学的现代化、信息化、网联化与智能化，积极推进实践教学与学习过程管理的深度融合，构建从选课、信息管理、安全教育培训、微课讲解（主要为实践理论与工程伦理、工程文化等知识等内容）、实践操作、课程考核与评价等一体化的综合信息化教学平台，打造辐射课内与课外、线上与线下、开放与共享结合的夯实基础实践能力，提升综合实践能力，引领学生创新实践的智慧工训综合管理平台。

4 结语

新工科背景下的“工程训练”是服务于创新驱动发展战略、制造强国战略、扎实提高工程实践教育质量的重要育人课程，是践行新时代高等本科院校课程思政、劳动教育、工程伦理与工程文化教育的重要育人环节，其发展趋势是夯实基础理论、强化实践能力、提高综合创新能力。高校在工程训练的建设过程中应聚焦工程观、质量观、系统观、文化观等塑造和培养新时代背景下的卓越本科人才，在实施路径中需要做到结合学校的专业特色及软硬件平台资源，“因校制宜”地开设基于不同教学目标的多样化双创“工程训练”课程，突出创新工程训练，构建智慧教学管理与服务平台，打造双创跨专业、学科的师资队伍，切实做到百花齐放，适应不同专业学生的不同需求，做到专业全覆盖，因材施教；同时守正出新，坚持知识传授与实践创新，又与时俱进、审时度势，做到大学四年课内与课外实践不断线，在校与终身学习实践不断线，探索并建设各个高校特有的双创工程实践育人模式。