高校實驗實訓教學平臺建設和運行機制的研究與實踐

鄭 藝，付 鐵，馬樹奇，丁洪生，龍曉燕，李藝君

（1. 北京理工大學 機械與車輛學院，北京 100081；2. 燕山大學 河北省重型裝備與大型結構力學可靠性重點實驗室，河北 秦皇島 066004；3. 燕山大學 材料科學與工程學院 亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室，河北 秦皇島 066004）

2018年2月，教育部印發了《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，其中強調建設能夠滿足實踐教學需要的實驗實習實訓平臺，加強校內實驗教學資源建設，構建功能集約、資源共享、開放充分、運作高效的實驗教學平臺[1]。高校實驗實訓教學平臺（以下簡稱“實訓平臺”）的建設與運行是一個非常復雜的課題，目前，各類實訓平臺仍存在著發展不均衡、課程體系不完善、硬件設施不充足、教學理念相對滯后等問題，在一定程度上阻礙了一流人才培養質量的進一步提升[2-8]。借鑒北京理工大學（以下簡稱“我校”）工程訓練中心材料成型實踐創新平臺的建設與運行中的經歷與經驗，對高校實訓平臺建設機制和運行機制的研究與實踐進行幾點總結與歸納。

1 實訓平臺的建設機制與運行機制

機制是指各要素之間的結構關系和運行方式，其內涵可以表述為在正視事物各個部分存在的前提下，協調各部分之間關系以更好地發揮作用的具體運行方式。針對實訓平臺而言，建設機制是指在平臺實驗室規劃、實驗室設備與設施布局、實訓區域分配、實驗設備的采購等方面所提供的理論依據，以使實訓平臺在建設實施中更加科學合理，能夠符合高校人才培養的要求，并體現實訓平臺的定位，滿足教學、科研的需要。運行機制是指在實訓平臺建成后，如何基于平臺設施有效合理地配置各要素之間的布局及結構，充分發揮其功能，使實訓平臺能夠高效運行，達到預期的實際效果。

2 實訓平臺建設和運行的特性與共性

高校實訓平臺的特性在于不同高校的定位、育人目標、教學理念、專業特色，以及不同專業間的知識特點與學科特點的不同，而這些不同導致了實訓平臺之間的外在或內在特殊表征的差異，使得每個實訓平臺在建設內涵、理念乃至其表現出的實踐性、綜合性、創新性、開放性等方面的不同。但是，高校實訓平臺的共性是培養學生終身學習的能力，以及培養學生在遇到復雜問題時能夠分析問題和解決問題的能力。實訓平臺所提供的并不只是某一專業的知識、某一門實驗課程的具體操作方法，而是提供一個途徑和一種氛圍，鍛煉學生的學習能力，培養學生的思考方式，通過既有知識的學習體驗科學實驗及工程技術過程，提升實踐創新能力。

基于高校實訓平臺的特性與共性分析，我校材料成型實踐創新教學平臺（以下簡稱“平臺”）是學校良鄉新工程訓練中心 7大實訓平臺之一，其建設內涵與其他實訓平臺建設的初衷是一致的，即構建高水平人才培養體系。平臺的建設與運行機制主要圍繞學生終身學習能力、實踐創新能力、通識教育等幾個關鍵點展開。

3 平臺建設和運行機制研究的技術路線

技術路線是指對要達到研究目標準備采取的技術手段、具體步驟及解決關鍵性問題的方法等在內的研究途徑，應盡可能詳盡，每一步驟的關鍵點要闡述清楚并具有可操作性。

高校實訓平臺的構建一般依托學校的資金投入和硬件建設，其技術路線圍繞平臺的建設機制和運行機制，著力研究平臺建成之前的建設機制和建成之后的運行機制問題，以回答建設一個什么樣的平臺、怎樣建設這個平臺、平臺建成之后怎樣維護和運行等三個問題。

我校平臺建設機制主要包括建設理念、平臺定位、軟平臺建設、硬平臺建設、運行機制等。建設理念涵蓋人才培養目標、學科發展等；平臺定位考慮實驗教學的實際需要、學科發展的需要等；軟硬件平臺建設包括課程體系規劃、教學目標制定、實訓模塊建設、材料成型知識體系研究、實訓室規劃與布局、設備布局與規劃、場地布局與綜合布線要素等；其運行機制主要包括平臺實驗設備管理、教學管理、師資隊伍形成性評價體系與獎勵機制等。平臺建設機制與運行機制所包含的各個要素，具有相互依存、彼此解釋的邏輯關系。建設機制的理念可作為平臺前期建設的理論依據，也為后期運行機制提供了理論支撐。平臺建成后，設備如何科學管理、課程如何基于教學目標有效開展、教學內容如何基于新平臺的硬件條件而得到深度挖掘、教學模式如何改革創新、平臺師資隊伍如何科學建設等運行機制問題直接關系到平臺建設的成效。圖1所示為材料成型實踐創新教學平臺頂層設計技術路線。

圖1 材料成型實踐創新教學平臺頂層設計技術路線圖

4 平臺建設機制研究

4.1 平臺定位

我校工程訓練中心是以實踐教學、自主研究和科技創新為主體的常態化工程教育實體，圍繞教學、研究、傳承、服務等4大功能而定位。平臺作為工程訓練中心的教學平臺之一，其定位主要依據工程訓練中心的總體目標而制定，并結合材料成型專業特點與工程訓練課程特色。

平臺以材料學專業為基礎，并結合其他學科專業，具有工程訓練課程的工程實踐特性。以材料成型實踐教學為主要手段，培養學生的實踐能力、創新能力和終身學習能力。課程分層次、多模塊，具有通識性和學科交叉性，強調實踐性，并兼顧理論聯系實踐的教學原則。平臺的定位是面向全校材料類、機械類、近機械類及非機類等相關專業本科生和研究生的實踐課程系統化開展的工程實踐基地，既作為工程訓練課程開展的重要場所，也作為選修課程實驗、專業課程實驗、開放實驗、課程設計以及畢業設計等的支撐平臺，同時是承擔卓越工程師教育培養計劃、工程教育專業認證、學科建設、科學研究、創新創業的綜合性平臺。材料成型實踐創新教學平臺定位如圖2所示。

4.2 平臺課程體系規劃

平臺課程體系主要依據材料成型知識體系而制定。在兼顧知識體系的基礎上，綜合考慮課程規劃的科學性，突出材料學學科前沿，引進先進材料成型方法，強調學科交叉性和通識性，注重工藝方法上的工程聯系，避免非綠色環保實訓內容和高危險實訓內容，避免操作性差、參與度低、設備利用率不高或機制原理膚淺的實訓內容。在知識體系框架下，平臺課程體系包括材料液態成型、塑性成型、連接成型、非金屬材料成型等，以及有利于學生自主學習的課程，如組織性能分析、虛擬仿真技術等，還包括視頻教學、虛擬仿真實驗、MOOC等。平臺課程體系能夠為學生的實踐創新能力培養提供有效保障。

圖2 材料成型實踐創新教學平臺定位

4.3 平臺實驗室布局與設備規劃

根據課程體系，結合各實驗模塊的內容特點，并考慮學生數量規模，制定學生實訓分組人機比例，從而確定實驗設備的臺套數。實驗室布局及分配需要綜合考慮多方面要素，既要盡量使同一學科體系下的實訓模塊區域相鄰，又要綜合考慮實訓設備尺寸、位置、數量與實訓區域面積是否相宜，還要專門考慮具有特殊要求的設備放置條件，如上下水、冷卻循環、特殊排風等。結合實訓大樓的排水通風等位置特點，進行合理劃分布局，并應考慮各教學設備的特點，以免實訓教學出現交叉影響。圖3所示為平臺部分實訓模塊下的實驗室與設備規劃布局平面圖。圖4顯示了平臺所屬的熱處理與組織性能表征實驗室設備規劃布局平面圖與建成實物圖。

圖3 部分材料成型實訓模塊下的實驗室與設備規劃布局平面圖

圖4 熱處理與組織性能表征實驗室設備規劃布局平面圖與建成實物圖

5 平臺運行機制研究

5.1 實驗設備管理與運行機制

（1）設備購置、入賬與建檔管理。設備購置前，應進行充分的論證與調研，包括儀器設備型號、產品樣本，調查供應商資質、信譽等，了解設備的技術性能與實驗教學要求和教學場地環境是否相符，并應充分掌握設備運行所涉及的所有工藝流程。設備的驗收與入賬依據學校規定進行，充分審核設備技術參數與項目合同是否相符，保留驗收測試原始記錄，并按照規定進行設備建檔與負責人劃分。依據學校標準，制定工程訓練中心、材料成型實訓平臺、各實驗室的設備管理制度，制定設備履歷表，要求設備從購置、入賬、建檔、使用、維修維護、報廢等各個環節，均有章可依、有據可查。

（2）設備安全管理。首先應該從規劃和采購源頭入手，避免高危實驗設備的進入；其次須制定嚴格的設備安全管理制度。在實驗教學之前，需要使學生了解設備的危險點、運行原理和特點，以及可能會產生的理化特性危險、人身傷害或影響健康的危害等；還應使學生了解相應的防護及搶救措施。針對實驗設備特點、操作專業性程度、危險等級等對設備進行層次分級，如有的設備學生在培訓后可直接操作，有的設備需要指導教師監護下操作，有的需要實驗教師操作演示后學生才可操作等。

（3）設備使用與設備開放。基于學科交叉、新工科及大工程理念，實訓平臺是面向全校師生，服務于實踐創新活動的公共開放平臺。因此，平臺設備應“物盡其用”，盡力提升實驗設備的開放程度，提高設備利用率，發揮平臺實踐創新教學的影響力及示范輻射作用。建立相應的設備預約和開放共享制度，促進實驗選修課、開放共享課、項目驅動課以及其他實踐教學研究與改革課程的發展。

5.2 教學管理運行與機制

（1）平臺課程資源庫建設。在建設思路上，一是針對相關專業知識體系的特點，根據實驗實訓教學的要求，盡量使課程資源模塊化；二是在各獨立課程資源的基礎上，突出教學的層次性和需求性，設置專業性強、實踐度高、原理性深、通識性廣、強調工程素養和工匠精神以及具有一定難度的綜合創新類課程體系。以平臺教學資源庫為例，整合材料成型實訓平臺的知識體系、課程體系、實訓模塊，理順整合材料成型實訓課程與工程訓練其他課程模塊邏輯關系與實訓關系，構建材料成型實踐創新教學資源庫、材料液態成型技術實訓項目資源庫、材料塑性成型技術實訓項目資源庫等。

（2）平臺教學學術資源庫建設。建立了平臺教學學術資源庫，為教師提供各種教學資源，包括視頻音頻資料、各種案例、參考文獻等，以及材料成型實踐創新教學平臺規劃與建設研究[5]、基于史密斯-雷根模式的鑄造技術實訓教學設計[6]、焊接技術實訓的教學內容和教學方法探析[7]、材料成型技術實踐教學平臺的建設與思考[9]、新時期高校工程訓練中心師資隊伍建設探索[10]、不同狀態AZ80鎂合金的金相試樣制備方法[11]、基于學科競賽的實踐教學模式研究與實踐[12]等研究項目。平臺教學學術資源庫為教師的教學研究、教學改革與創新，以及提高教學能力提供了有效的資源保障與支持。

（3）師資隊伍建設。在實驗實訓師資隊伍建設上，高校要進一步改革創新人事聘任制度，在事業編制與非事業編制師資隊伍建設上給予政策上的傾斜，注重實訓教師的實驗能力培養和教學能力提升。推進校企合作，促進優秀企業工程師與高校實訓教師的交流合作，建立一支良好的專兼職教學隊伍，同時鼓勵我校學科帶頭人、科研項目負責人、青年教師等兼職參與平臺教學設計和教學內容制定等。目前，引入B系列教職員工聘任概念（即非事業編制）擴充到A系列教職員工（即事業編制）中，以解決實驗實踐教師及教學平臺管理人員的數量缺乏問題，并設立了動態評價、聘任長效機制等管理方法。在此基礎上，工程訓練中心積極培養青年教師的專業能力和教學能力，并進一步探索校企合作，實施AB系列教職員工共性化與特性化培養，促進實訓教師隊伍的良性發展。

5.3 形成性評價體系與獎勵機制

借鑒工程認證的基于學習成果的教學理念，從實訓平臺的整體定位和建設運行機制出發，制定教學成效的量化評價標準，建設科學合理的評價體系，并形成反饋機制，保持具有較好教學成效的教學環節，改進教學成效不明顯的教學環節。教學效果的評價與平臺的改進是不斷循環和提高的過程。圖 5所示為材料成型教學平臺基于 OBE（outcome-based education）的教學質量評價體系設計。

圖5 材料成型教學平臺基于OBE的教學質量評價體系設計

6 平臺建設與運行成效

（1）平臺建立了材料液態成型、塑性成型、連接成型、非金屬材料成型等6大課程體系，設立了焊接技術創新實訓區、焊接機器人工作站、砂型鑄造實踐創新區、精密鑄造創意實訓區、鈑金技術實踐創新區等，建筑面積達1 811 m2，購置設備總值達408萬元。其中，重點解決了焊接區通風、鑄造區揚塵、鈑金區地基與振動等。圍繞OBE教學理念，結合實訓設備與環境，進行工程實訓文化建設，為學生提供“現代化生產車間”式的、安全的實訓實踐體驗和科學探索的學習氛圍和途徑。平臺于 2019年正式建成并投入使用，效果良好。

（2）建立了8大類實訓項目資源庫，開展了多項新的實訓內容，注重項目驅動型課程的建設。2019年，共接納本校40個專業4 571名學生的通識認知學習、專業實踐實習、專業課程實驗、綜合創新實訓及競賽、公選課等任務，同時接待了北京市其他院校及全國10多個省市570名高中生的實踐創新教學活動等。平臺的多模塊、新內容、多環節的實訓項目有效提升了學生的學習興趣，提高了其工程素養。在作品制作與科學實驗中，學生體會到了實踐創新的快樂，掌握了科學實驗的一般思路和方法，在拓展知識面的同時鍛煉了終身學習能力，以及實踐創新能力。

（3）平臺作為我校工程訓練中心的重要組成部分，立足本校、面向社會，積極開展對外交流與合作，向外輻射建設理念與改革成果。除承擔本校和其他院校的實踐教學活動，以及承辦國內會議外，還接待了來自國內外不同院校的師生、大學生暑期夏令營、徐特立科學營以及韓國、馬來西亞、英國等中學校長、留學生及高中生等累計近千人次。同時，還接待了國內外高校教師、專業認證及審核評估專家等，并派出部分教師到國內其他院校進行學習和交流，起到了良好的交流及示范作用。

（4）平臺的創新教學模式促進了教學研究，豐富了教學資源。平臺教師及學生在教學改革及科學研究的基礎上，累計發表相關研究論文多篇，其中，中文核心期刊 7篇[5-7,9-12]，涉及相關教改項目多項，并獲得了我校教學成果獎一等獎1項、二等獎2項等。同時，促成和支撐了平臺課程的OBE建設與工程認證，以及教學平臺課程的在線MOOC建設和我校“樂學”在線學習平臺建設。

（5）在師資隊伍建設方面，平臺依托工程訓練中心的國家級教學團隊，堅持理論教學與實踐教學密切結合，有機地將教師、實驗技術人員以及以技師為主的工人技術人員成為一個整體，相互依托、彼此融合；有效利用了B系列崗位擴充實訓師資隊伍，并制定了詳細的青年教師培養計劃；注重一崗多能和提升專業水平，吸引中青年教師融入平臺建設。經過幾年的努力，平臺在科學研究、教學改革、教學內容等方面均取得了顯著成績，先后獲得多項國家級、省部級及校級教學、科研獎勵。

7 結語

圍繞高校高水平人才體系構建，進一步提高實訓平臺的人才培養質量，從大學生終身學習能力、實踐創新能力、通識教育等立足點出發，界定了教學平臺建設機制與運行機制的具體涵義，探討了高校實訓平臺的特性與共性。在借鑒我校平臺建設與運行的經歷與經驗基礎上，從技術路線、建設機制和運行機制等三個方面對高校實訓平臺的構建及運行進行了探討。目前，我校平臺已經取得了部分成效，在實踐創新、人才培養、實踐課程建設等方面發揮了積極的作用。