基于工程創新教育的實踐教學體系探索

王浩程, 馮志友, 王文濤

(天津工業大學 a.工程教學實訓中心; b.機械工程學院,天津 300387)

0 引 言

在卓越工程師培養的大背景下[1]，旨在加強學生工程實踐能力鍛煉的工程實踐教學應著眼于學生創新思維和創新能力的培養，注重知識、能力、素質的協調發展[2]，通過改革傳統實踐教學體系，探索良性高效的實踐教學運行機制，增加創新教育課程和設計性綜合性實驗項目，建設創造教育實驗基地，不斷增強實踐教學的趣味性，使學生意識到具備較強的實踐動手能力對于今后自身發展的重要性。同時達到在實踐中加深對理論知識的理解，提高動手實踐能力的目的，促使學生形成主動思考、自我創新的意識。

本文從探討傳統實踐教學體系存在的問題入手，以工程創新教育的實踐教學體系、方案分析為核心，研究如何構建針對卓越工程技術人才培養的學生創新實踐基地。

1 傳統工程實踐教學體系的現狀及存在問題

從體系內容上看，傳統的實踐教學從教學計劃、教學內容、教學方式等方面已凸顯陳舊[4]，主要表現在硬件設施長期得不到較大改善，實習教學設備陳舊，實習教學指導人員對現代工程制造業了解少，實習教學內容及方式單一。總體來說，工程實踐教學現狀存在以下三方面的不相適應。

(1) 與卓越工程技術人才的培養目標不相適應。卓越工程技術人才的培養目標應使學生在本科階段具備優秀的工程素質，包括知識、能力、品德；形成一定的創新意識和創新思維[3]。要實現這一培養目標，必須在實踐教學中加強學生自主學習的能力、應用專業知識解決實際問題的能力以及創新能力的鍛煉。而目前的實習教學沿用多年不變的傳統過程，面對不斷擴大的招生規模，面對應試教育形成的學生的被動思維，面對新技術、新工藝的不斷出現，要實現卓越工程技術人才的培養目標在一定程度上已成為空談。

(2) 與學生就業能力的要求不相適應。隨著經濟社會的快速發展，人才的標準越來越高，用人單位對學生的實踐動手能力需求越來越高。這就要求在市場經濟環境中能夠有針對性地調整實踐教學計劃，打破傳統的教學模式，使實踐教學內容更加豐富，實踐教學方式更加靈活。然而在現實中，實踐教學的許多方面不盡如人意，突出表現在固有的實踐教學計劃、教學內容、教學方式等在很大程度上不能滿足新形勢下龐大的學生就業群體對提高就業能力的迫切要求[5-6]。例如在在本科實踐教學體系中，畢業實習和畢業設計占有重要地位。而實際上由于就業形勢的嚴峻，找到工作的同學已經開始上班，沒找到工作的同學急于應聘，因此畢業實習形同虛設，畢業設計疲于應付。在這種情況下單純指責學生不認真是不現實的，應該認真思考如何能夠在三年級甚至再早一些充分發揮校內實踐基地的作用，加大對學生實踐能力的培養力度，使學生能夠盡早適應市場就業對自身能力的需求[7]。

(3) 與工科學生綜合工程素質的提高不相適應。在大工程背景下培養學生的工程素質，其概念遠非單純指工程技術或工藝方面的能力。在競爭日益激烈的市場環境中，做為一名工科學生，除應掌握必要的理論和實踐知識外，還應主動去適應市場，在頭腦中樹立管理意識、質量意識、創新意識、安全意識、營銷意識、群體意識、環境意識、法律意識等，這些都是具備優秀綜合工程素質的學生所不可缺少的[8]。而過于傳統的實踐教學過程已經不能有效地促進學生綜合工程素質的鍛煉和提高。

2 基于工程創新教育的實踐教學體系改革

基于工程創新教育的實踐教學體系的建立將有效地促進學生優秀工程素質的提高[9]。工程實踐教學強調能力培養。創新型實踐教學體系體現在工程實踐教學中就是打破陳規，在要求學生動手實踐的同時，更加注重學生動腦思考，變被動為主動，變要我做為我要做[10]。工程實踐的過程是了解工業生產的方法和過程，更是了解技術發明創造的方法和過程。通過特色實驗室的建設突出展示工程創新教育的實效。

2.1 創新型工程實踐教學過程的建立

創新型的工程實踐教學過程應著眼于學生創新思維和創新能力的培養[11]，通過改革教學內容和教學方法，采用現代化教學手段，增強實踐教學的趣味性，使學生意識到具備較強的實踐動手能力對于今后自身發展的重要性。同時達到在實踐中加深對理論知識的理解，提高動手實踐能力的目的，促使學生形成主動思考、自我創新的意識。教學過程強調實踐教學課程內容的建設。涉及到教學大綱的完善、教學內容的補充，課件的制作，以及學生從自主設計到動手操作加工出工件的過程。

此外，刨新型的工程實踐教學過程還應強調學生就業能力提高的實際效果。就業能力的強與弱，直接體現在接受四年本科教育后學生在求職過程中社會對其認可的程度，亦反映出學生在畢業時自身綜合素質的高與低。學生就業能力不斷提高應該是新型的工程實踐教學過程在實施過程中所取得的最直接的教學成果。為達到這一教學目的，應在本科四年的工程實踐教學中，圍繞“體驗教育—工程素質教育—創新教育”的階梯上升教學過程，讓學生在工程實踐的氛圍中去體驗，在模擬生產企業的環境中去體驗，在體驗過程中提高自身的工程素質，鍛煉自身的創新能力。唯有這樣，學生才能在參與工程實踐的同時，不斷提高認識問題、思考問題、解決工程實際問題的能力，增強參與社會競爭的信心。

由此可見，創新型的工程實踐教學過程應體現出三方面的特點：① 工程實踐課程的教學計劃應有連續性，應貫穿本科學生四年的培養過程。學生在一至四年級均有機會參加工程實踐活動，工程實踐可分為認知實習、制造過程實習、創新制作、技能培訓等若干步驟。② 工程實踐教學內容應緊跟形勢，在保留必要傳統教學內容的前提下，應突出強調以計算機技術為基礎的新技術、新工藝。③ 工程實踐教學方式應靈活多樣。其出發點是培養學生參加工程實踐活動的興趣，促使他們積極思考，主動學習。

2.2 創新型實踐教學體系

工程實踐教學體系的改革創新，是實現創新型人才培養目標的重要前提。它涉及到教學計劃的調整，教學內容的補充，實驗室建設等方面，要建立分層次、連續性的工程技術人才培養體系[12]。教學內容的合理設置設置，形成一個連續性的、貫穿學生學習生涯的實踐教學體系并形成有效的質量監控機制，對于學生全面穩固地鍛煉自身工程素質是至關重要的[13]。必須細致疏理學生整個學習過程中的教學環節，將其分為基礎、專業基礎和專業三部分，結合知識、能力、素質培養，在組織教學中確定工程項目，將其有機融入工程教學活動中。創新型實踐教學體系如圖1所示。

圖1 創新型實踐教學體系

適應社會的需求，創新型工程實踐教學體系應該具備以下兩個特點：

(1) 具有工程創新教育的教學內容。必須認識到，創新教育不能僅僅停留在宣傳層面上，創新課程(包括創造學和技術創新方法論)和創新實驗室的建設是實質性地推進創新教育的必經之路。引導學生參加科技創新活動，從思維和方法兩個角度學習工程創新知識，對于提高學生的工程素質是非常重要的。

(2) 具有產學結合的教學內容。產學合作是工程教育改革的一大戰略[14]。基于工程創新教育的實踐教學如無產業內容，特別是不能將產業內容有機地融入工程教學活動中，卓越工程技術人才的培養就有可能成為紙上談兵。需要重視的問題是，應正確對待產業在工程素質培養的教學中所處的位置。如果兩者的關系處理不當，則產業不僅起不到對工程教育過程的促進作用，相反在很大程度上會對工程教育過程產生負面影響。

2.3 工程實踐教學的平臺建設

在創新型工程實踐教學體系的指導下，應著力構建基于卓越工程師培養的工程能力訓練平臺[15-16]。工程訓練中心的建設和發展應以機電控結合的教學內容為核心，與機械、自動化等學院密切合作，搭建設施先進、管理科學、內容豐富，能夠培養高水平應用型人才的現代工程實訓大平臺。在從管理機制、運行模式、內涵外延等方面抓好這個大平臺建設的基礎上，必須努力推進所涵蓋創新教育、就業能力教育、產學合作教育三個平臺的構建。這三個平臺既是現代機電工程實踐教學大平臺的具體內容，也是其重要支撐。工程實踐教學平臺建設如圖2所示。

圖2 工程實踐教學平臺建設

3 創新型實踐教學體系應用成效

立足于卓越工程師的培養，天津工業大學工程教學實訓中心在探索工程創新教育、培養學生創新精神和實踐能力、實踐教學體系的改革等方面取得了很大成效，具體表現在以下幾方面：

(1) 基于工程創新教育的實踐教學課程體系已經建立。以思維創新實驗室有關創新方法和創新思維的教學內容為依托改革傳統實習實驗實習項目，鍛煉學生創新思維能力方面，著力促進學生自主學習實踐，增加設計性、綜合性實踐環節。

(2) 以創新實踐教學為引導的實驗室建設取得成效。在傳統實踐教學改革方面，采用課堂及模型演示與多媒體教學相結合的現場教學模式；建立了思維創新實驗室，突出強調學生創新方法和思維方式的實踐訓練，注重加強學生創新思維能力的培養；在先進制造技術實踐教學中采用自制設備實現了設計—編程—加工的一體化教學進程；線切割實習中，指導教師引導學生掌握基本操作技能后，讓學生發揮想象力，切出各種圖案；機電控制實踐教學方面，以機器人為工程對象引導學生的學習興趣。

(3) 構建起面向卓越工程師培養的工程能力訓練平臺。平臺建設集中體現在培養學生綜合工程素質的工作上；體現在開展創新教育、企業模擬運營實驗項目和在項目教學中團隊協作能力的鍛煉。

(4) 形成了分層次、連續性、模塊化的工程實踐教學格局。經過建設，工程實訓中心已經形成基礎訓練、綜合訓練、創新實踐3個實驗實踐教學層次。為培養學生的創新能力、創新思維和創新精神，中心在實訓大樓專門辟出約300 m2的創新實踐培養區，開展種類創新實踐項目。

(5) 形成了以創新教育為引導的實踐教學特色。創新實驗室建設、自制設備、設備項目教學、產學合作、國際交流等工作的有效推進，凸顯了開展工程創新教育所形成的工程實踐教學特色。

4 結 語

基于工程創新教育的實踐教學體系改革要以培養學生現代工程意識和能力為核心，將知識傳授、能力培養、素質提高融為一體，構建起國內先進的開放型機電綜合創新實驗教學平臺。經過幾年的努力，天津工業大學工程教學實訓中心在實踐教學方面形成了工程創新教育模式、傳統計劃教學模式及學生第二課堂活動運行模式相融合的實踐教學體系，結合創造教育實驗基地和高技能人才培訓基地的建設，促進卓越工程技術人才的培養，有效地提高了學生的創新思維和動手能力。

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