“創(chuàng)新融合、開放共享”工程訓(xùn)練平臺(tái)內(nèi)涵建設(shè)研究

俞建峰 沈 堅(jiān) 彭 威 錢陳豪 張朝陽(yáng)

(江南大學(xué) a.機(jī)械工程學(xué)院;b.江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214122)

為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，國(guó)家提出了“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，面對(duì)新時(shí)代對(duì)人才的要求，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)已經(jīng)成為關(guān)注的重點(diǎn)，同時(shí)創(chuàng)新思維依賴于工程實(shí)踐的鍛煉，因此必須培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力[1]。如今各大高校都建立了工程訓(xùn)練中心，工程訓(xùn)練中心已成為工科類高校中教學(xué)規(guī)模最大，受教學(xué)生最多的實(shí)踐教學(xué)基地[2]。

工程訓(xùn)練是高等院校工程人才培養(yǎng)過程中的重要組成部分，是學(xué)生學(xué)習(xí)工藝知識(shí)，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的實(shí)踐性基礎(chǔ)課程[3]，所以以“創(chuàng)新融合、開放共享”為核心思想的工程訓(xùn)練平臺(tái)內(nèi)涵建設(shè)研究，能夠?qū)ΜF(xiàn)有工程訓(xùn)練教學(xué)體系進(jìn)行改革，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)訓(xùn)練到滿足新時(shí)代要求的現(xiàn)代化工程訓(xùn)練平臺(tái)的轉(zhuǎn)變，從而能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

1 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1998年年底，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、天津大學(xué)等11所高校利用教育部組織的世界銀行貸款，率先在國(guó)內(nèi)建立首批工程訓(xùn)練中心[4]。到目前為止，我國(guó)大多數(shù)高校擁有了比較完善的工程訓(xùn)練體系。

江南大學(xué)工程訓(xùn)練中心是面向全校本科生和研究生開展實(shí)踐和創(chuàng)新訓(xùn)練的教學(xué)基地。該中心以“新工科”教育理念為指導(dǎo)，緊緊圍繞研究型大學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型專門人才的辦學(xué)目標(biāo)，堅(jiān)持以學(xué)生為主體，堅(jiān)持傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)，著力培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、綜合分析與設(shè)計(jì)能力、科研能力與創(chuàng)新精神。

工程訓(xùn)練中心加強(qiáng)先進(jìn)教學(xué)條件的建設(shè)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涵蓋傳統(tǒng)加工——車、銑、磨、鉗、鑄、焊；特種加工——激光雕刻、電火花切割；先進(jìn)制造——三維掃描、3D打印等教學(xué)環(huán)節(jié)。現(xiàn)有教學(xué)儀器設(shè)備557臺(tái)(套)，總價(jià)值近3 000萬元。每年接納全校19個(gè)專業(yè)2 500多名學(xué)生實(shí)訓(xùn)，完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)近20萬人時(shí)數(shù)。

江南大學(xué)工程訓(xùn)練中心經(jīng)過2年多的建設(shè)，在硬件水平上已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。但是相對(duì)于硬件條件的建設(shè)，工程訓(xùn)練中心在內(nèi)涵建設(shè)上仍存在一些亟待解決的問題，比如軟件建設(shè)滯后于硬件建設(shè)，缺乏企業(yè)管理層面的系統(tǒng)工程訓(xùn)練，面向全校工科類專業(yè)的集成化實(shí)踐平臺(tái)不夠完善等。對(duì)于這些不足，江南大學(xué)積極對(duì)工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法進(jìn)行改革，使其能更好地滿足培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求。

2 工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

2.1 建設(shè)理念與目標(biāo)

工程訓(xùn)練教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新潛質(zhì)的教育責(zé)任[5]。面對(duì)21世紀(jì)的人才培養(yǎng)需求，江南大學(xué)以“創(chuàng)新融合、開放共享”作為工程訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)的核心思想，將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與綜合素質(zhì)融入整個(gè)培養(yǎng)過程中，同時(shí)整合多方資源，建成一個(gè)面向全校師生的開放式平臺(tái)。平臺(tái)涵蓋現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，能夠適應(yīng)時(shí)代技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)出具有獨(dú)立工程能力的創(chuàng)新型工程人才。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

2.2.1以工程創(chuàng)新為主線的實(shí)踐教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容 江南大學(xué)工程訓(xùn)練中心以培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、強(qiáng)化工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，重點(diǎn)圍繞機(jī)械設(shè)計(jì)、智能制造、機(jī)電檢測(cè)與控制及系統(tǒng)集成等工程技術(shù)主線，架構(gòu)了機(jī)械工程實(shí)踐教育的教學(xué)體系。努力構(gòu)建厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、強(qiáng)能力、顯個(gè)性、鼓勵(lì)創(chuàng)新的開放式工程實(shí)踐教學(xué)新體系，以及多學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)交叉滲透的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，以此來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

如圖1所示，通過認(rèn)知、實(shí)踐、應(yīng)用、創(chuàng)新四個(gè)方面循序漸進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，著力提升學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力。積極鼓勵(lì)學(xué)生參與到各類學(xué)科競(jìng)賽之中，如工程圖學(xué)競(jìng)賽、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等。與此同時(shí)，創(chuàng)立各類大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，學(xué)生通過參與到此類項(xiàng)目，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目有更深的理解。此外，通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、工程實(shí)踐、創(chuàng)新實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)等6個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，將文化基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)有機(jī)串接，完善“認(rèn)知-實(shí)踐-應(yīng)用-創(chuàng)新”實(shí)踐教學(xué)體系。同時(shí)該中心為各類創(chuàng)新項(xiàng)目提供場(chǎng)地，設(shè)立了先進(jìn)制造實(shí)踐基地、機(jī)電控制實(shí)踐基地、增減材制造及其他多個(gè)實(shí)踐教學(xué)基地，在這些教學(xué)基地中，學(xué)生能夠?qū)嵉夭僮鳎憻拰?shí)際動(dòng)手能力，并且了解最新的工程技術(shù)，提高創(chuàng)新意識(shí)與綜合實(shí)踐能力。

2.2.2面向新工科的工程訓(xùn)練課程和網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)建設(shè) 教育部從2017年2月開始積極推進(jìn)新工科建設(shè)，全力探索領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式。因此各高校要對(duì)現(xiàn)有的課程體系進(jìn)行改革，構(gòu)建面向工科專業(yè)的工程訓(xùn)練系列課程，對(duì)于非工科專業(yè)，設(shè)立以工程素質(zhì)訓(xùn)練為主的系列課程。對(duì)于不同需求的學(xué)生設(shè)立與之相對(duì)應(yīng)的課程，按照新工科的要求，打破學(xué)科之間的壁壘，進(jìn)行學(xué)科融合教學(xué)。在課程設(shè)計(jì)上，高校要設(shè)立融合多方面知識(shí)的綜合課程，讓學(xué)生的知識(shí)面更加廣泛，以此提高學(xué)生的綜合能力。同時(shí)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)的建設(shè)，讓學(xué)生能夠更加充分地了解如今工程領(lǐng)域的研究進(jìn)展，不斷更新現(xiàn)有的工程訓(xùn)練課程資源庫(kù)，根據(jù)如今最新的工程技術(shù)，如3D打印技術(shù)，各類先進(jìn)制造技術(shù)等，設(shè)立包括圖片、動(dòng)畫、視頻在內(nèi)的一系列網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，讓學(xué)生能夠更好地了解產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工制造到最終裝配的流程，同時(shí)根據(jù)新設(shè)備、新工藝的特點(diǎn)編寫滿足現(xiàn)有要求的綜合實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)手冊(cè)等教輔材料。

圖1 以工程創(chuàng)新為主線的教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容

2.2.3虛擬仿真工程訓(xùn)練實(shí)踐平臺(tái)建設(shè) 為解決如今工程訓(xùn)練中心軟件建設(shè)滯后于硬件建設(shè)的問題，積極推進(jìn)基于虛擬仿真的工程訓(xùn)練實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)。近年來，虛擬化仿真技術(shù)發(fā)展迅速，各類虛擬軟件不僅能夠模擬真實(shí)的物理設(shè)備，還能夠像真實(shí)設(shè)備一樣對(duì)其進(jìn)行操作[6]。目前工程訓(xùn)練中心擁有比較先進(jìn)的工藝裝備與數(shù)字化控制平臺(tái)。在當(dāng)前工程實(shí)訓(xùn)數(shù)字化車間的基礎(chǔ)上，擬采用系統(tǒng)工程、虛擬仿真等先進(jìn)技術(shù)，建立面向工程實(shí)訓(xùn)中心的虛擬制造平臺(tái)，教授學(xué)生CAD/CAE/CAM技術(shù)方面的知識(shí)，學(xué)生可以通過使用ADMAS，ANSYS等軟件來進(jìn)行模擬分析，使用各類數(shù)控模擬軟件進(jìn)行加工工藝仿真研究，這樣既可以讓學(xué)生對(duì)加工過程有更深的了解，擴(kuò)展學(xué)生分析問題、解決問題的廣度和深度，同時(shí)也為實(shí)踐教學(xué)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，能夠提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

2.2.4建設(shè)多層次、多方面的工程實(shí)訓(xùn)體系 進(jìn)行多層次的工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)，對(duì)于不同的教學(xué)需求，提供不同的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)授課規(guī)范性。工程訓(xùn)練平臺(tái)面向全校開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)和創(chuàng)新研究。實(shí)訓(xùn)體系分三個(gè)層次，如圖2所示。第一個(gè)層次：按照全校機(jī)械類和非機(jī)械類工程實(shí)訓(xùn)要求，劃分不同的教學(xué)層次，對(duì)于機(jī)械類學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)A教學(xué)，對(duì)于非機(jī)類學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)B教學(xué)，同時(shí)進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)。第二個(gè)層次：滿足機(jī)械類學(xué)生先進(jìn)制造實(shí)踐能力提升的需求，在智能工廠內(nèi)教授產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造以及裝備等方面的專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生的綜合能力和工程能力。第三個(gè)層次：開展面向全校學(xué)生的科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，如科技競(jìng)賽、產(chǎn)品試制活動(dòng)等，提高學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。開展不同層次的工程實(shí)訓(xùn)，有利于教學(xué)資源利用最大化，更好地滿足全校師生的需求。

圖2 多層次的工程實(shí)訓(xùn)體系

2.2.5構(gòu)建面向全校的工科集成化實(shí)踐平臺(tái) 工程訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)的理念是“創(chuàng)新融合、開放共享”，最終目標(biāo)是通過對(duì)全校7個(gè)工程類學(xué)院(機(jī)械類和近機(jī)類)的工程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行信息化集成，建設(shè)一個(gè)開放的具有層次化、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)的現(xiàn)代工程訓(xùn)練信息平臺(tái)。對(duì)此，學(xué)校設(shè)計(jì)一個(gè)擁有較為完善的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)中心網(wǎng)站，讓公眾能夠更好地了解訓(xùn)練中心的情況。整合學(xué)校與各個(gè)學(xué)院的教學(xué)資源，然后進(jìn)行開放共享，通過使用網(wǎng)絡(luò)信息查詢與網(wǎng)絡(luò)預(yù)約的管理系統(tǒng)，使全校師生能夠更好地使用教學(xué)資源。此外，此平臺(tái)還設(shè)有在線學(xué)習(xí)、交流互動(dòng)、在線考核等功能，滿足學(xué)生的各類需求。運(yùn)用此平臺(tái)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)際動(dòng)手能力。

2.3 取得的效果

自工程訓(xùn)練平臺(tái)建成以來，為學(xué)校的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)做出了巨大的貢獻(xiàn)，取得了許多創(chuàng)新成果，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力也有了很大的提高。工程訓(xùn)練中心面向相關(guān)專業(yè)學(xué)科，開放實(shí)訓(xùn)資源，為全校學(xué)生的科技競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練提供資源支持。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量直接影響科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，決定國(guó)家的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力[7]。為此，學(xué)校對(duì)“創(chuàng)新融合、開放共享”工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)進(jìn)行探索研究，通過以工程創(chuàng)新為主線的實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)，面向新工科的工程訓(xùn)練課程資源庫(kù)，基于虛擬仿真的工程訓(xùn)練實(shí)踐平臺(tái)，建設(shè)多層次、多方面的工程實(shí)訓(xùn)體系，最終建成面向全校的工科集成化實(shí)踐平臺(tái)，此平臺(tái)能夠很好地滿足人才培養(yǎng)的要求。江南大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心將在學(xué)校的大力支持下，繼續(xù)深化改革，努力建成體系完善、運(yùn)行高效的工程實(shí)訓(xùn)中心，以培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，輸送出符合新時(shí)代要求的高素質(zhì)人才。