綜合創新能力引領下工程實踐育人體系研究與改革

程毅，蔣建軍，呂冰

(西北工業大學 工程實踐訓練中心，陜西 西安)

一 引言

在大國競爭背景下，航空航天、高技術船舶、先進軌道交通等國家戰略產業高端裝備在國民經濟領域的重要性日益顯現，成為實現我國“制造強國”夢的核心保障。還強烈依賴研發人員對裝備的系統性認知以及通過創新手段實踐專業技術的能力。高端戰略裝備研制中出現大量復雜的系統性工程問題[1]，上述問題的有效解決不僅需要扎實的專業知識，在此背景下，我國大力推動“新工科”建設，旨在培養“專業精通、學科融通、實踐貫通”的綜合性、高素養領軍人才。

工程實踐訓練作為我國高等工程教育的重要組成部分[2]，是本科生實踐專業能力、了解多學科知識的主陣地，相比于專業學科育人，其在受眾廣度、動手能力、綜合能效等方面具有一定的有優勢，因此，在“新工科”建設及復合型工程人才培養中工程實踐教育應發揮重要作用。然而，傳統工程實踐普遍存在著育人理念陳舊、課程結構松散、能力體系不明確、平臺支撐不完善等一系列問題，導致工程實踐育人層次低、創新能力欠缺、系統性思維不足等問題。

西北工業大學工程實踐訓練中心基于學校育人目標、結合中心教學特色，深挖領軍人才實踐能力要素，以“實踐意識、創新能力、系統性思維”培養為目標，創建了領軍人才綜合創新能力引領下的“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，打造了“基礎訓練、前沿創新、綜合交叉”三層級課程體系，建設了“基礎工訓，創新綜合”兩級實踐平臺，通過“校企協同- 賽教融合-國際化教育-研教聯合”多元育人環境，形成了“基礎層級厚素養、創新層級揚專長、綜合層級促融合”的領軍人才工程能力培養新機制。在五年的實踐中，形成了大量優秀教學成果，在領域內產生了良好的聲譽和推廣效果。

二 工程實踐教育現狀及主要問題

（一） 工程實踐育人現狀分析

國內一流高校普遍重視工程實踐教學，各高校工程訓練中心都對自身育人環境進行建設，并形成了各具特色的實踐育人體系：① 以山東大學為代表的創客空間模式，強調高水平競賽對人才培養的重要性；②以北航為代表的學院、中心綜合聯動模式，強調高水平科研在人才培養中的重要性；③以上海交大為代表的校企協同模式，強調工程素養和能力在人才培養中的重要性。

表 1 國內各一流高校工程實踐體系

綜上，國內各一流高校工程訓練中心對人才工程能力培養各具特色，普遍強調人才創新能力、綜合能力，并對能力體系進行了分層，針對不同能力提出育人方法。

（二） 主要問題

隨著現代科技的飛速發展，機器人、人工智能、大數據、虛擬現實等新興科技日新月異，也對工程實踐教育帶來沖擊。對此，教育部也提出了“六卓越一拔尖”計劃、“新工科”建設等項目，旨在培養高素質工科人才，然而在上述高等工程教育突飛猛進的背景下，傳統工程實踐訓練對大學生的“吸引力”卻日益下降，究其原因：

1. 傳統工程實踐育人理念落后，忽略了現階段國家重大戰略產業對人才能力要求已發生了跨越式變革，兩者間存在矛盾，形成了固步自封的局面，造成傳統實踐育人體系落后、人才培養層次低。

2. 傳統工程實踐知識陳舊、結構松散，與專業理論課程存在較大代差，且實踐教學環境與專業理論知識間缺乏有效銜接，知識層級遠低于學生預期，造成對學生吸引力和啟發性不足，無法提升學生對知識的接受度。

國內各高校工程實踐教育已普遍認識到上述問題，開設機器人、人工智能、大數據等創新創業實踐課程[8]，并取得大量優秀的教學成果[9]，然而在上述新興領域課程建設中又出現了如下問題：

3. 現階段創新實踐類課程建設中忽略能力培養的一般規律，忽視了不同學科學生側重點應該有所不同，不同年級層次學生的理解能力、知識深度也不盡相同，與此同時，在課程建設中還出現了重新興、輕傳統的趨勢，各類新興領域課程各自為政，造成學生能力孤島，難以支撐高階人才系統性工程能力的培養[10]。

4.現階段實踐平臺建設普遍出現重設備投入[11]、輕育人成效的現象，沒有充分挖掘平臺潛能[12]，且對于不同的課程使用相同的教學模式、培養手段，導致學生接受度及講課效率降低，無法實現課程-平臺-環境相互匹配，導致實踐教學效果不盡如人意。

綜上，目前工程實踐教育呈現出多樣化問題，其原因有新興科技領域對傳統工程教育的沖擊，也有工程教育曲折發展導致的自身局限性。究其根本是工程實踐教育落后于現代科技發展，缺乏創新活力和機制，無法達到國家高端戰略產業對人才能力的期望值。因此，如何傳承和發展工程實踐教育，主動對接國家高端戰略產業對領軍人才的需求，真正成為學生 “專業理論知識”向“復雜系統性工程問題解決能力”跨越式發展的重要橋梁，是工程實踐教育亟需解決的重大難題。

三 工程實踐育人體系研究

（一） 工程實踐育人現狀分析

西北工業大學工程實踐訓練中心（簡稱“中心”）基于國內多所一流高校實踐教學模式分析，結合學校及學科特點，從高素質領軍人才培養中的實踐能力要素分析入手，以綜合創新實踐能力培養為目標，遵循循序漸進、強調共性、突出個性的特征，提出了“基礎層級厚素養、創新層級揚專長、綜合層級促融合”的領軍人才工程能力培養新機制，據此創建了領軍人才綜合創新能力引領下的“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，如圖 1 所示。

圖1 “多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系

（二） 領軍人才“多層次”實踐能力剖析

基于國家重大戰略產業對人才需求發生跨越式變革導致人才實踐能力要求進一步提升，制定了三層次實踐能力體系，即“基礎工程能力、創新工程能力、綜合創新能力”，將各層級能力進一步細分為人格素養要素、工程素養要素和學科前沿要素，剖析要素特征，依次規劃各要素培養階段，形成了“優秀本科人才培養”“高素質拔尖人才培養”“未來領軍人才培養”三個階段，提出了如表 2 所示的“基礎層級厚素養、創新層級揚專長、綜合層級促融合”的領軍人才工程能力培養新機制。

表2 領軍人才工程實踐育人新機制

（三） 實踐課程體系“模塊化”重構

在詳細剖析實踐育人要素后，提出以課程為根本的“模塊化”實踐課程體系，構筑了“基礎訓練、前沿創新、學科交叉”三層課程群，如圖 2 所示。

圖 2 “基礎訓練、前沿創新、學科交叉”三層課程群

圖 3 課程體系建設

基礎訓練層：整合冷加工、熱加工、電子實習課程，充分挖掘課程、實踐訓練、勞動育人內涵，聯合機器人、逆向工程、虛擬仿真等內容，將先進的工程技術、制造理念融入教學，基于完全學分制建設模塊化基礎訓練課程群，從而實現對不同大類學生的定制實踐，支撐具有家國情懷、實踐意識的優秀本科人才培養。

前沿創新層：深挖機器人、虛擬現實、3D 打印、逆向工程、精密加工等關鍵核心技術點，滿足不同專業學生對自身領域的定向實踐，培養以專業實踐與創新、工程視野為代表的創新工程能力，支撐具有創新意識、熟識學科前沿的高素質拔尖人才培養。

綜合創新層：在完成第一、二階段能力培養的基礎上，聯通前兩級課程，聯合國外高校、優勢學院、科研單位，開設高挑戰度專業綜合設計類課程，通過小班授課實現產品全生命周期的研發實踐，邀請學院優秀教師教學并擔任項目指導教師，將科研項目引入學生實踐教學，最終完成具有解決系統性復雜工程問題能力的未來領軍人才培養。

（四） “遞進式”育人模式改革

以育人成效提升為根本目標，以知識循序漸進、能力精準培養為指導，面向領軍人才三層級能力體系，構建“產學聯合-賽教融合-國際化-研教融合”的遞進式育人模式，實現課程架構-育人環境的相融統一。

產學聯合：聯合北京精雕、啟創遠景、安泰測試、正天激光、大疆等企業共建5 個實驗室，將先進工程技術引入基礎工程實踐平臺，提升本科生工程素養及通識能力。

賽教融合：基于綜合創新課程指導學生參加全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生機器人大賽等高水平學科競賽，在競賽中培養學生創新能力。

國際化：基于國際化基地開設國際化課程、參與金磚國家創客大賽、國際無人機挑戰賽等形式各異多樣的國際化創新交流，在傳播中國文化的同時拓展學生國際視野。

研教融合：聯合優勢學院引入高層次科研活動，模擬項目全流程開展，并推薦優秀學生參加國際級課題研究，使學生提前融入科研角色。

四 工程實踐育人體系建設及實踐

基于“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，從課程改革、師資建設、平臺建設、等多個方面開展育人體系實踐。

（一） 課程體系建設

①基礎工程訓練課程：以4 學時為基本單元建成23 個基礎工訓模塊，通過核心工訓/輕量化工訓課程模塊互補選課、創新技能課程的定制選課，實現了工程基礎素質培養。

②創新工程訓練課程：以創新工程能力培養為核心，以系統化的工程思維、創新設計能力和創新技能應用為重點，建成了《基于中國剪紙文化的激光技術》《基于VR 技術的三維數字模型設計與虛擬仿真裝配》《基于大學生工程能力競賽無碳小車設計與制作》等為代表的新型領域及交叉學科創新實踐類選修課24 門。

③綜合創新實踐課程：以綜合實踐能力培養為核心，以學科交叉思維、前沿知識探索、系統工程應用為重點，基于復雜工程問題，建設高階做中學課程3 門，通過競賽和科研項目驅動學生綜合創新能力。

（二） 師資隊伍建設

①中心師資引育：結合各類別教師的實際情況分別制定系統師資培訓、學習計劃，提升現有師資的業務能力和教學水平，5 年內引進具有碩士以上學位教師18 人，形成了一支涵蓋材料、機械、電子等領域的具有豐富實踐經驗和創新創業能力的教師隊伍。

②聯合學院教師：聯合學校機電、材料、航空、自動化等學院，通過校內雙聘模式引進19 名優秀教師，建立理論教學與實踐操作互補、學科交叉融合的聯合指導團隊，有效彌補了中心在高層次師資力量的短板。

③聘請企業導師：以教育部產學協同育人項目為載體，聯合北京精雕、大疆等企業，建立雙師型指導團隊10 余個，通過校企聯合培訓工作坊的形式，

聯合開展協同育人項目16 個，為學生提供了近距離接觸企業前沿技術的機會。

（三） 創新平臺建設

①建立中心-學院聯動的創新社區：通過整合中心創新資源，聯合學院建設8 個創新基地和1 個國際化實踐基地，聯合中航西飛、北京精雕、陜西晶元、啟創遠景等建立5 個創新實驗室，通過創新社區實現設備資源和場地資源的充分共享和集成化管理，為學生提供24 小時不打烊的創新環境。

②建立特色的國際化實訓基地：以本校學生國際化能力培養以及留學生工程實踐為契機，打造具有工訓特色的國際化工程實踐課程體系，開設激光剪紙、木工坊、陶藝等課程，使學生體驗中國傳統文化；針對交流訪問學生和校內留學生開展，從而建成全國具有示范性、引領性的國際化創新實踐基地，托基地開展課程建設、師資培訓等活動，進行實踐活動交流。

③利用學校創新社團資源：和學工、團委聯動，通過學生社團的代代相傳，建立學生自主生血的機制，形成創新基地由學生管、創新項目由學生定、創新活動由學生執行的環境，推動300 余項競賽項目開展。

圖4 創新平臺建設

（四） 育人體系實踐成效

經過多年建設與實踐，學生綜合創新能力得到極大的提升，5 年來，指導300 余學生完成74 項大學生創新創業項目，700 余人次學生在500 余項國家級和省級學科競賽中取得優異成績，2016 年至今，獲省部級以上獎勵232 項，獲獎比例接近70%，其中國家級獎項63 項：特等獎9 項，一等獎31 項，二等獎34 項，三等獎23 項；省部級獎項169 項。涌現出一大批優秀學生團隊和個人，孵化“MT 創業團隊”和智能機器人俱樂部團隊“兩個創新創業團隊。

組織7 屆中國大學生工程訓練能力大賽的省級賽和全國賽、3 屆西北五省工訓教師技能競賽；在創客教育基地聯盟年會、部屬工訓中心主任聯席會等教育教學會議上做專題報告8 次，產生了顯著的學術影響；接待包含上海交大、哈工大、北航、南航、北理工、南理工、哈工程等在內的20 余所高校調研，所構建的課程體系和創新社區得到了工程實踐領域廣泛的認同。

五 結論與展望

基于國家戰略產業高端裝備研發對人才系統性思維、多學科融合等綜合創新能力的需求，提出了“基礎層級厚素養、創新層級揚專長、綜合層級促融合”的領軍人才工程能力培養新機制，通過領軍人才“多層次”實踐能力剖析、“模塊化”實踐課程體系重構、“遞進式”育人環境建設，形成了“多層次、模塊化、遞進式”實踐育人體系，并從課程、師資、平臺、國際化、教學方法、文化等多個方面開展實踐。所建成的面向綜合創新能力培養的工程實踐育人體系突破了陳舊實踐理念的桎梏、重組了零散化的知識體系，有力的推動了實踐育人“課程架構-實訓平臺-教學環境”相融統一，培養了一批具有“家國情懷、實踐意愿、技術創新、系統思維”的未來領軍人才，產生良好的輻射效果和社會美育，為培養高等工程領域優秀人才開辟了新方法。

在未來的建設中，將在以下方面進行創新和完善：

（1）構建“交互式創新科研育人平臺”，提升中心科研育人水平，促進本科生在高水平科研活動中的參與度；并且進一步實現研究生實踐培養，實現設計、研發、制造、測試一體化實踐，增強研究生科研實踐能力；承擔校內科研團隊、研究所的科研任務，促進中心教師參與高水平科研活動，提升中心教師科研育人水平。

（2）建設“實驗室智能管理系統”，完成教學資源整合及其互聯互通，實現實訓教學資源配置優化，便于信息化教學及資源管理；完善中心數字教學資源公共服務體系，建成互聯互通、開放靈活、多級分布式信息化“示教模塊”，有效支撐中心和學生開展信息化教學應用；建成“管控準入模塊”，提高中心信息化水平、管理效率、降低管理成本，實現中心設備利用率大幅提升。