應(yīng)用型高校工程訓(xùn)練教學(xué)模式構(gòu)建與實踐

殷志鋒 栗偉周 李瑞華 葛新鋒

摘 ?要：根據(jù)新經(jīng)濟(jì)時代社會對人才的需求和目前工程訓(xùn)練教學(xué)中存在的問題，提出了分層次、多模塊、開放式、立體化的工程訓(xùn)練教學(xué)模式，并貫穿本科人才培養(yǎng)全過程。實踐表明，通過實施工程訓(xùn)練教學(xué)模式，學(xué)生的動手能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)都得到明顯的提升。該模式的構(gòu)建，使作為學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才主陣地的工程訓(xùn)練中心的定位更加清晰、理念更加科學(xué)、功能更加完善。

關(guān)鍵詞：分層次;多模塊;開放式;立體化;工程訓(xùn)練

中圖分類號：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：2096-3769（2021）06-033-06

2017年教育部辦公廳發(fā)布的《新工科建設(shè)北京指南》中明確提出“根據(jù)工程技術(shù)的最新發(fā)展構(gòu)建工程實踐教育體系，推進(jìn)基于成果導(dǎo)向的大學(xué)生工程實踐能力提升”[1][2][3][4]。宋健[5]，朱高峰[6]等院士也呼吁為了適應(yīng)社會發(fā)展對人才的要求，倡導(dǎo)全面實施工程教育，提出全面提升所有在校大學(xué)生的工程素養(yǎng)和工程能力，強(qiáng)調(diào)“工程為人人，人人知工程”的理念。工程素養(yǎng)的培養(yǎng)和工程能力的提升依賴以工程訓(xùn)練為基礎(chǔ)的實踐教學(xué)，工程訓(xùn)練教學(xué)以工業(yè)環(huán)境為背景，以產(chǎn)品全生命周期為主線，給學(xué)生以工程實踐的教育、工業(yè)制造的了解和工程文化的體驗[7][8]。工程訓(xùn)練是應(yīng)用型高校實踐教學(xué)體系和實施工程素質(zhì)教育的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)、工程能力、實踐技能、創(chuàng)新意識方面，具有不可替代性。在教學(xué)屬性方面，具有實踐性和通識性。在教學(xué)方式方面，具有開放性和多樣性。

一、工程訓(xùn)練教學(xué)中存在的問題

目前工程訓(xùn)練作為工程教育本科階段重要的實踐環(huán)節(jié)還存在著實踐教學(xué)理念不新，頂層設(shè)計不科學(xué)[9]，實踐教學(xué)內(nèi)容分散，層次性、系統(tǒng)性不強(qiáng)等問題[10]，工訓(xùn)中心多是承襲實習(xí)工廠，很多只有金工實習(xí)內(nèi)容，內(nèi)容和真實的工業(yè)有區(qū)隔，不能勝任解決復(fù)雜工程問題。另外，由于我國傳統(tǒng)社會重理論輕實踐的教育理念導(dǎo)致眾多高校在人才培養(yǎng)上定位不清、分類不明，在專業(yè)設(shè)置和培養(yǎng)方案上趨同化[11][12]，反映在工程訓(xùn)練上從內(nèi)容到形式甚至幾乎完全一樣，沒有特色，更沒有和地方經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對人才的需求相適應(yīng)[13]。為解決上述問題，同時結(jié)合國際高等工程教育的培養(yǎng)理念和培養(yǎng)高等工程技術(shù)人才的客觀需要[14]，構(gòu)建了集工程技術(shù)訓(xùn)練、科學(xué)研究、技術(shù)服務(wù)、學(xué)生創(chuàng)新和生產(chǎn)實習(xí)為一體的綜合教學(xué)研發(fā)實訓(xùn)平臺，形成了立體化、分層次、多模塊、開放式的實踐教學(xué)體系，以體現(xiàn)理論與實踐的融合、理論指導(dǎo)實踐，最終實現(xiàn)知識向能力的轉(zhuǎn)化、能力向價值的塑造。

二、分層次、多模塊、開放式、立體化實踐教學(xué)體系構(gòu)建

（一）多層次多模塊的能力提升培養(yǎng)方式

根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)科背景和不同訓(xùn)練的要求，結(jié)合學(xué)科特點和實踐教學(xué)規(guī)律，按照分層次、多模塊、開放式的教學(xué)改革思路，將工程實踐教學(xué)劃分為工程基礎(chǔ)訓(xùn)練、工程技能訓(xùn)練、工程綜合訓(xùn)練、工程創(chuàng)新訓(xùn)練4個層次，如圖1所示，難度和復(fù)雜性逐層推進(jìn)，和專業(yè)對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點之間的課程能力矩陣，如表1所示。在全校各專業(yè)學(xué)生實訓(xùn)時，根據(jù)工程能力提升需要和未來工作的要求，文科生（包含體音美專業(yè)）采用工程基礎(chǔ)訓(xùn)練的相關(guān)模塊，理科生、非機(jī)非電工科學(xué)生除了工程基礎(chǔ)訓(xùn)練之外還要參加部分工程技能訓(xùn)練模塊和部分工程綜合訓(xùn)練模塊，機(jī)電類相關(guān)專業(yè)學(xué)生參加所有工程訓(xùn)練的層次和模塊，同時這些訓(xùn)練模塊也供全校學(xué)生根據(jù)自己的興趣和發(fā)展需求來選修。

實踐課程體系覆蓋全體在校大學(xué)生，實踐訓(xùn)練內(nèi)容和難度呈現(xiàn)多層次推進(jìn)、螺旋式上升的特點。工程認(rèn)知訓(xùn)練以幫助學(xué)生了解基本的工程概念、增強(qiáng)行業(yè)認(rèn)知度、初步規(guī)劃自身發(fā)展為主;工程技能訓(xùn)練以熟悉基本操作技能、鍛煉實踐動手能力、體驗工作狀態(tài)為主;工程綜合訓(xùn)練注重分析解決問題、理論聯(lián)系實際的能力、解決復(fù)雜工程問題的能力;工程創(chuàng)新訓(xùn)練注重培養(yǎng)處理工程項目能力、全面的專業(yè)創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力?？傊诠こ逃?xùn)練實踐教學(xué)體系的運行過程中，明確以培養(yǎng)大學(xué)生工程能力為根本，培養(yǎng)工程素質(zhì)，著重提升工程應(yīng)用能力、工程意識和工程創(chuàng)新能力，構(gòu)建具有工程基礎(chǔ)、技能、綜合、創(chuàng)新多層次立體化開放式的實踐教學(xué)體系。

（二）全過程立體化開放式能力提升培養(yǎng)體系

工程訓(xùn)練教學(xué)體系（工程基礎(chǔ)實訓(xùn)、工程技能實訓(xùn)、工程綜合訓(xùn)練和工程創(chuàng)新訓(xùn)練）內(nèi)容層層遞進(jìn)，如圖2所示。

1.工程基礎(chǔ)訓(xùn)練

主要為各專業(yè)學(xué)生提供工程基礎(chǔ)知識，根據(jù)大一學(xué)生的知識背景，設(shè)置專業(yè)教育和機(jī)械工程導(dǎo)論等課程，通過車間實物、展品展柜、展板課件等，以參觀、參與、動手操作等方式，初步了解機(jī)械工程的相關(guān)基礎(chǔ)知識和產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程，重點是讓學(xué)生建立起工程的概念，激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時為后續(xù)深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識提供工程背景知識。

2.工程技能訓(xùn)練

以培養(yǎng)學(xué)生使用工具的能力為主，使其具有初步的工程實踐能力。通過真實的工程環(huán)境和實踐場景，讓學(xué)生了解真實的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)要素，使用常用的工具裝備，建立起工藝和工程的概念，擴(kuò)展到工程系統(tǒng)。結(jié)合專業(yè)，以課內(nèi)為主，設(shè)計并制作相關(guān)作品，做到有“機(jī)”可談，激發(fā)學(xué)生的訓(xùn)練熱情。通過過程的參與，增強(qiáng)工程意識，提升實踐能力。

3.工程綜合訓(xùn)練

按照工程認(rèn)證的要求，以解決復(fù)雜工程問題為訓(xùn)練目的，通過知識的綜合運用，使學(xué)生從調(diào)研需求開始經(jīng)歷一次完整的機(jī)械產(chǎn)品研制過程，建立起從部件到系統(tǒng)的觀念，使學(xué)生樹立大工程觀，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新設(shè)計能力、自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造知識的能力和團(tuán)隊合作意識。

4.工程創(chuàng)新訓(xùn)練

根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[15]，應(yīng)用型本科人才能力培養(yǎng)不限于技術(shù)操作，還要有知識應(yīng)用、創(chuàng)新、學(xué)習(xí)和就業(yè)等多方面的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)通過完整的學(xué)科競賽（目前有機(jī)器人競賽、大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、大學(xué)生機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽）、自主創(chuàng)新（自己確定項目，自己實施，工程訓(xùn)練中心提供資金支持。自主創(chuàng)新的產(chǎn)品通過“淘客班”網(wǎng)上銷售）、產(chǎn)學(xué)合作（學(xué)生參與校企合作項目以及橫向合作項目，真正接觸產(chǎn)品研發(fā)一線）、第二課堂和“小混合”班等形式的訓(xùn)練來實現(xiàn)，使學(xué)生得到全面系統(tǒng)的工程訓(xùn)練。

以全體本科生的工程實踐能力提升為主線，將知識傳授、價值引領(lǐng)貫穿其中，根據(jù)不同專業(yè)和年級實施不同層次的訓(xùn)練項目和內(nèi)容，集中和開放實踐（開放實踐方式有兩層意思，一是場地和工具開放，提供7×24小時開放服務(wù)資源，學(xué)生可以隨時預(yù)約實訓(xùn)。二是內(nèi)容開放，綜合實訓(xùn)項目和創(chuàng)新實訓(xùn)項目根據(jù)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行調(diào)整，保證實訓(xùn)內(nèi)容緊跟技術(shù)發(fā)展和貼近工廠實際）相結(jié)合，訓(xùn)練過程做到知識傳授、能力提升和價值引領(lǐng)三位一體，貫穿大學(xué)四年。通過各個環(huán)節(jié)實訓(xùn)項目的實施和迭代，實訓(xùn)難度和綜合性層層遞進(jìn)，學(xué)生的實踐能力逐步提升。

三、具體措施和改革成效

（一）具體措施

1.更新實訓(xùn)內(nèi)容、升級實訓(xùn)設(shè)施、豐富實訓(xùn)方法

根據(jù)所設(shè)計的122+X實訓(xùn)教學(xué)體系[16]，其中，“1”是所有文科類學(xué)生實訓(xùn)一周，獲1個學(xué)分;“2”是指理科和工科學(xué)生實訓(xùn)2周，獲2個學(xué)分;“X”有兩個含義，一是工科專業(yè)實訓(xùn)課程，主要針對機(jī)電、機(jī)械專業(yè)學(xué)生，二是面向全校所有學(xué)生的通識類課程。通過課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的操作能力。

對工程訓(xùn)練中心進(jìn)行改造和擴(kuò)建，新建智能制造與數(shù)字化仿真實驗中心、數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計與創(chuàng)新實訓(xùn)中心和虛擬儀器與檢測技術(shù)研究中心，購置一批能夠代表先進(jìn)制造技術(shù)方向的設(shè)備，滿足各層次實訓(xùn)對設(shè)備的需求。對122+X實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容和項目進(jìn)行優(yōu)化，修改教學(xué)大綱，調(diào)整綜合性和創(chuàng)新型工程訓(xùn)練項目比重，構(gòu)建“工程基礎(chǔ)訓(xùn)練、工程技能訓(xùn)練、工程綜合訓(xùn)練、工程創(chuàng)新訓(xùn)練”四層次課程體系，形成分層次、多模塊、開放式、立體化的工程訓(xùn)練課程體系，將工程訓(xùn)練貫穿人才培養(yǎng)全過程。

工程基礎(chǔ)訓(xùn)練層次新增智能制造過程、磨具制造過程和塑料產(chǎn)品生產(chǎn)過程;在工程技能訓(xùn)練層次新增激光加工、剪板折彎、走心機(jī)，與現(xiàn)有設(shè)備一起涵蓋金屬加工的基本加工類型，能夠滿足現(xiàn)代工程背景下人才工程實踐能力的培養(yǎng);在工程綜合訓(xùn)練層次，根據(jù)新工科人才解決復(fù)雜工程問題的要求，以項目制形式進(jìn)行綜合訓(xùn)練，給定題目，以小組為單位，重在強(qiáng)調(diào)知識的運用和問題的解決，包括方案制定、原理分析、技術(shù)實現(xiàn)和樣機(jī)裝調(diào)等完整的項目過程;在工程創(chuàng)新訓(xùn)練層次，將機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計制造開發(fā)過程向兩端延伸，從發(fā)現(xiàn)問題并給出解決方案的訓(xùn)練思路出發(fā)，強(qiáng)調(diào)工程師素質(zhì)的培養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力的提升。

2.課賽結(jié)合，將學(xué)科競賽納入到第一課堂

常規(guī)實訓(xùn)教學(xué)與學(xué)科競賽脫離，使學(xué)科競賽僅能讓一小部分參與的學(xué)生受益，學(xué)科競賽的輻射作用被嚴(yán)重削弱[17]。而從人才培養(yǎng)的角度看，學(xué)科競賽和課堂教學(xué)的根本任務(wù)和目標(biāo)是一致的。工程訓(xùn)練中心將實訓(xùn)教學(xué)與學(xué)科競賽打通，以課賽結(jié)合的方式將學(xué)科競賽納入到第一課堂，使學(xué)科競賽成為課堂教學(xué)內(nèi)容的一部分，進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)科競賽在人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢。

目前工程訓(xùn)練中心開展課賽結(jié)合的方式主要有兩種：一是開放式課賽結(jié)合，即在實訓(xùn)課程開課時，借鑒學(xué)科競賽的方式發(fā)布命題（部分命題直接從學(xué)科競賽往年的題目中抽?。?，學(xué)生根據(jù)所發(fā)布的命題，在實訓(xùn)教師指導(dǎo)下，以項目方式自主進(jìn)行設(shè)計和制作，最終依據(jù)競賽規(guī)則對實訓(xùn)作品進(jìn)行評價打分，與報告成績和實操成績共同組成實訓(xùn)最終成績。開放式課賽結(jié)合方式主要應(yīng)用于非機(jī)非電類專業(yè)（如藝術(shù)設(shè)計、土木、道橋等）學(xué)生的工程基礎(chǔ)實訓(xùn)和機(jī)電類專業(yè)（如電氣、機(jī)械等）學(xué)生的工程綜合訓(xùn)練。二是融入式課賽結(jié)合，即將學(xué)科競賽的考核評價方式融入到實訓(xùn)課堂。以電子工藝實訓(xùn)為例，傳統(tǒng)的電子工藝實訓(xùn)以“教師講解——學(xué)生實操——教師評價”方式為主，學(xué)生在實訓(xùn)過程中從一開始的興趣到最后“不過如此”，課程未關(guān)注學(xué)生“想要進(jìn)一步學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的意愿”，學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力培養(yǎng)未體現(xiàn)，融入式課賽結(jié)合方式首先將電子工藝實訓(xùn)的內(nèi)容進(jìn)行整合，將之前的實訓(xùn)作品改良升級，使學(xué)生焊接制作完成的作品具備“對抗”屬性，考核評價方式直接設(shè)置成競賽評比，將評比結(jié)果作為實訓(xùn)成績，聯(lián)合報告成績和實操成績組成最終成績。融入式課賽結(jié)合適用于機(jī)電類和近機(jī)電類（如物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)工程、交通設(shè)備與控制工程等）專業(yè)學(xué)生的工程技能訓(xùn)練。

3.引、育、換并舉打造“三師”隊伍

由于客觀條件限制，工程訓(xùn)練中心成立之初只有7人，而且大部分是從學(xué)校（學(xué)生）到學(xué)校（教師），沒有相關(guān)行業(yè)經(jīng)歷和工程經(jīng)驗，不能滿足實踐教學(xué)要求。因此，工程訓(xùn)練中心爭取學(xué)校的支持，多措并舉、不拘一格，先后從行業(yè)企業(yè)引進(jìn)工程師、技師15人。但由于行業(yè)企業(yè)工程師技師的理論水平還有提升的空間，工程訓(xùn)練中心邀請信息工程學(xué)院、機(jī)電學(xué)院等博士教授對工程訓(xùn)練中心的工程師和技師進(jìn)行理論提升。同時通過校企合作，把工程訓(xùn)練中心的教師和企業(yè)工程師進(jìn)行交換，教師增加行業(yè)經(jīng)歷和工程經(jīng)驗，企業(yè)工程師以公開課、訓(xùn)練營、講座、師資培訓(xùn)等多種形式開展為學(xué)生提供近距離接觸企業(yè)前沿技術(shù)的機(jī)會。通過引、育、換措施，工程訓(xùn)練中心形成了教師、工程師、技師共存的“三師”隊伍，同時計劃對現(xiàn)有師資進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，提升業(yè)務(wù)教學(xué)水平，培養(yǎng)適應(yīng)多崗位、多方向的“三師型”（集教師、工程師、技師于一身）教師，為工程訓(xùn)練中心的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4.按照OBE理念構(gòu)建實訓(xùn)效果評價機(jī)制

遵循OBE的理念，形成全周期評價、全過程考核和多角度反饋能夠持續(xù)改進(jìn)和提高的工程訓(xùn)練教學(xué)評價體系，如圖3所示。

實訓(xùn)評價主要監(jiān)測教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，依托評價指標(biāo)進(jìn)行。評價指標(biāo)的形成融合實訓(xùn)前、中、后全過程，實訓(xùn)前評價軟硬件設(shè)備和師生情況，實訓(xùn)中評價主要包括過程性材料和三方校內(nèi)評價，實訓(xùn)后包括作品、報告、實操、競賽以及企業(yè)評價等，通過對三個環(huán)節(jié)的評價匯總分析，形成評價指標(biāo)，最終形成優(yōu)化閉環(huán)。該教學(xué)評價體系被河南省教育廳評為2020年度“教育評價改革典型案例”。

（二）取得的成效

構(gòu)建了適應(yīng)地方應(yīng)用型高校提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的實踐教學(xué)體系。按照分層次、多模塊、開放式、立體化教學(xué)思路，系統(tǒng)構(gòu)建了四個層次、多個模塊、復(fù)雜程度逐步提升、項目隨技術(shù)進(jìn)步逐步更新、開放式的工程訓(xùn)練實踐教學(xué)體系，為應(yīng)用型高校工程訓(xùn)練教學(xué)提供了可參考的思路。

通過四層次工程訓(xùn)練，形成了培養(yǎng)大學(xué)生工程能力的長效機(jī)制，提供開放式的自主使用平臺，將學(xué)生從傳統(tǒng)金工實訓(xùn)操作擴(kuò)充到綜合實訓(xùn)和創(chuàng)新實訓(xùn)，提升了大學(xué)生工程實踐能力、工程創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題能力。參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽等獲各級各類獎238項，受益學(xué)生數(shù)近1000人，年獲獎數(shù)量和增長情況，如圖4所示。自2016年實施分層次、多模塊、開放式、立體化的工程訓(xùn)練教學(xué)模式始，每年參加學(xué)科競賽獲獎率保持在90%以上，2019年獲獎數(shù)量達(dá)到81項，2020年以后受疫情影響參賽規(guī)模和獲獎數(shù)量有所回落。

工程訓(xùn)練中心教師的教學(xué)水平和教學(xué)能力也得到進(jìn)一步提升，同時示范效應(yīng)顯著，多次代表學(xué)校在河南省和全國金工（工訓(xùn)）教學(xué)研究會工作經(jīng)驗交流會及工程訓(xùn)練綜合能力競賽研討會上交流發(fā)言，得到了同行專家的一致認(rèn)可。

工程訓(xùn)練課程目標(biāo)的形成矩陣，如表2所示。能力形成途徑包括實訓(xùn)、競賽、項目以及其他方式，其中實訓(xùn)是各層次訓(xùn)練能力形成的強(qiáng)相關(guān)因素，競賽和項目以高層次的工程訓(xùn)練支撐為主。

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On the Construction and Practice of Engineering Training in Application-Oriented University

YIN Zhi-feng， LI Wei-zhou， LI Rui-hua， GE Xin-feng

（Center of Engineering Training ， Xuchang University， Xuchang HeNan 461000， China）

Abstract： Based on the social demand for college students' ability in the new economic era， in regard of the problems of teaching in engineering training， a multi-level， multi-module， open-ended and multi-dimensional teaching system in engineering training is proposed and practiced throughout the undergraduate program， in which students' comprehensive ability to practice， innovate and qualities as an engineer have been significantly improved. The new model makes the engineering training center， the main sector of the college to cultivate students' comprehensive ability to practice， have a much clearer disposition， more scientific concepts and more complete functions. It not only improves the competency of college graduates but also the ability of the school to serve the local economy.

Key words： Hierarchical; Multi Module; Open-ended; Multi-dimensional; Engineering Training

Learning Motivation

收稿日期：2021-08-21

作者簡介：殷志鋒（1975），男，河南許昌人，教授，碩士研究生，研究方向為通訊工程、工程訓(xùn)練;葛新鋒（1978），男，河南許昌人，副教授，博士研究生，研究方向為先進(jìn)制造技術(shù)、工程訓(xùn)練。

此文為河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐重點項目（2019SJGLX137）和許昌學(xué)院新工科研究與實踐項目（XGK202007）的研究成果。