基于工程创新教育的实践教学体系探索

王浩程, 冯志友, 王文涛

(天津工业大学 a.工程教学实训中心; b.机械工程学院,天津 300387)

0 引 言

在卓越工程师培养的大背景下[1]，旨在加强学生工程实践能力锻炼的工程实践教学应着眼于学生创新思维和创新能力的培养，注重知识、能力、素质的协调发展[2]，通过改革传统实践教学体系，探索良性高效的实践教学运行机制，增加创新教育课程和设计性综合性实验项目，建设创造教育实验基地，不断增强实践教学的趣味性，使学生意识到具备较强的实践动手能力对于今后自身发展的重要性。同时达到在实践中加深对理论知识的理解，提高动手实践能力的目的，促使学生形成主动思考、自我创新的意识。

本文从探讨传统实践教学体系存在的问题入手，以工程创新教育的实践教学体系、方案分析为核心，研究如何构建针对卓越工程技术人才培养的学生创新实践基地。

1 传统工程实践教学体系的现状及存在问题

从体系内容上看，传统的实践教学从教学计划、教学内容、教学方式等方面已凸显陈旧[4]，主要表现在硬件设施长期得不到较大改善，实习教学设备陈旧，实习教学指导人员对现代工程制造业了解少，实习教学内容及方式单一。总体来说，工程实践教学现状存在以下三方面的不相适应。

(1) 与卓越工程技术人才的培养目标不相适应。卓越工程技术人才的培养目标应使学生在本科阶段具备优秀的工程素质，包括知识、能力、品德；形成一定的创新意识和创新思维[3]。要实现这一培养目标，必须在实践教学中加强学生自主学习的能力、应用专业知识解决实际问题的能力以及创新能力的锻炼。而目前的实习教学沿用多年不变的传统过程，面对不断扩大的招生规模，面对应试教育形成的学生的被动思维，面对新技术、新工艺的不断出现，要实现卓越工程技术人才的培养目标在一定程度上已成为空谈。

(2) 与学生就业能力的要求不相适应。随着经济社会的快速发展，人才的标准越来越高，用人单位对学生的实践动手能力需求越来越高。这就要求在市场经济环境中能够有针对性地调整实践教学计划，打破传统的教学模式，使实践教学内容更加丰富，实践教学方式更加灵活。然而在现实中，实践教学的许多方面不尽如人意，突出表现在固有的实践教学计划、教学内容、教学方式等在很大程度上不能满足新形势下庞大的学生就业群体对提高就业能力的迫切要求[5-6]。例如在在本科实践教学体系中，毕业实习和毕业设计占有重要地位。而实际上由于就业形势的严峻，找到工作的同学已经开始上班，没找到工作的同学急于应聘，因此毕业实习形同虚设，毕业设计疲于应付。在这种情况下单纯指责学生不认真是不现实的，应该认真思考如何能够在三年级甚至再早一些充分发挥校内实践基地的作用，加大对学生实践能力的培养力度，使学生能够尽早适应市场就业对自身能力的需求[7]。

(3) 与工科学生综合工程素质的提高不相适应。在大工程背景下培养学生的工程素质，其概念远非单纯指工程技术或工艺方面的能力。在竞争日益激烈的市场环境中，做为一名工科学生，除应掌握必要的理论和实践知识外，还应主动去适应市场，在头脑中树立管理意识、质量意识、创新意识、安全意识、营销意识、群体意识、环境意识、法律意识等，这些都是具备优秀综合工程素质的学生所不可缺少的[8]。而过于传统的实践教学过程已经不能有效地促进学生综合工程素质的锻炼和提高。

2 基于工程创新教育的实践教学体系改革

基于工程创新教育的实践教学体系的建立将有效地促进学生优秀工程素质的提高[9]。工程实践教学强调能力培养。创新型实践教学体系体现在工程实践教学中就是打破陈规，在要求学生动手实践的同时，更加注重学生动脑思考，变被动为主动，变要我做为我要做[10]。工程实践的过程是了解工业生产的方法和过程，更是了解技术发明创造的方法和过程。通过特色实验室的建设突出展示工程创新教育的实效。

2.1 创新型工程实践教学过程的建立

创新型的工程实践教学过程应着眼于学生创新思维和创新能力的培养[11]，通过改革教学内容和教学方法，采用现代化教学手段，增强实践教学的趣味性，使学生意识到具备较强的实践动手能力对于今后自身发展的重要性。同时达到在实践中加深对理论知识的理解，提高动手实践能力的目的，促使学生形成主动思考、自我创新的意识。教学过程强调实践教学课程内容的建设。涉及到教学大纲的完善、教学内容的补充，课件的制作，以及学生从自主设计到动手操作加工出工件的过程。

此外，刨新型的工程实践教学过程还应强调学生就业能力提高的实际效果。就业能力的强与弱，直接体现在接受四年本科教育后学生在求职过程中社会对其认可的程度，亦反映出学生在毕业时自身综合素质的高与低。学生就业能力不断提高应该是新型的工程实践教学过程在实施过程中所取得的最直接的教学成果。为达到这一教学目的，应在本科四年的工程实践教学中，围绕“体验教育—工程素质教育—创新教育”的阶梯上升教学过程，让学生在工程实践的氛围中去体验，在模拟生产企业的环境中去体验，在体验过程中提高自身的工程素质，锻炼自身的创新能力。唯有这样，学生才能在参与工程实践的同时，不断提高认识问题、思考问题、解决工程实际问题的能力，增强参与社会竞争的信心。

由此可见，创新型的工程实践教学过程应体现出三方面的特点：① 工程实践课程的教学计划应有连续性，应贯穿本科学生四年的培养过程。学生在一至四年级均有机会参加工程实践活动，工程实践可分为认知实习、制造过程实习、创新制作、技能培训等若干步骤。② 工程实践教学内容应紧跟形势，在保留必要传统教学内容的前提下，应突出强调以计算机技术为基础的新技术、新工艺。③ 工程实践教学方式应灵活多样。其出发点是培养学生参加工程实践活动的兴趣，促使他们积极思考，主动学习。

2.2 创新型实践教学体系

工程实践教学体系的改革创新，是实现创新型人才培养目标的重要前提。它涉及到教学计划的调整，教学内容的补充，实验室建设等方面，要建立分层次、连续性的工程技术人才培养体系[12]。教学内容的合理设置设置，形成一个连续性的、贯穿学生学习生涯的实践教学体系并形成有效的质量监控机制，对于学生全面稳固地锻炼自身工程素质是至关重要的[13]。必须细致疏理学生整个学习过程中的教学环节，将其分为基础、专业基础和专业三部分，结合知识、能力、素质培养，在组织教学中确定工程项目，将其有机融入工程教学活动中。创新型实践教学体系如图1所示。

图1 创新型实践教学体系

适应社会的需求，创新型工程实践教学体系应该具备以下两个特点：

(1) 具有工程创新教育的教学内容。必须认识到，创新教育不能仅仅停留在宣传层面上，创新课程(包括创造学和技术创新方法论)和创新实验室的建设是实质性地推进创新教育的必经之路。引导学生参加科技创新活动，从思维和方法两个角度学习工程创新知识，对于提高学生的工程素质是非常重要的。

(2) 具有产学结合的教学内容。产学合作是工程教育改革的一大战略[14]。基于工程创新教育的实践教学如无产业内容，特别是不能将产业内容有机地融入工程教学活动中，卓越工程技术人才的培养就有可能成为纸上谈兵。需要重视的问题是，应正确对待产业在工程素质培养的教学中所处的位置。如果两者的关系处理不当，则产业不仅起不到对工程教育过程的促进作用，相反在很大程度上会对工程教育过程产生负面影响。

2.3 工程实践教学的平台建设

在创新型工程实践教学体系的指导下，应着力构建基于卓越工程师培养的工程能力训练平台[15-16]。工程训练中心的建设和发展应以机电控结合的教学内容为核心，与机械、自动化等学院密切合作，搭建设施先进、管理科学、内容丰富，能够培养高水平应用型人才的现代工程实训大平台。在从管理机制、运行模式、内涵外延等方面抓好这个大平台建设的基础上，必须努力推进所涵盖创新教育、就业能力教育、产学合作教育三个平台的构建。这三个平台既是现代机电工程实践教学大平台的具体内容，也是其重要支撑。工程实践教学平台建设如图2所示。

图2 工程实践教学平台建设

3 创新型实践教学体系应用成效

立足于卓越工程师的培养，天津工业大学工程教学实训中心在探索工程创新教育、培养学生创新精神和实践能力、实践教学体系的改革等方面取得了很大成效，具体表现在以下几方面：

(1) 基于工程创新教育的实践教学课程体系已经建立。以思维创新实验室有关创新方法和创新思维的教学内容为依托改革传统实习实验实习项目，锻炼学生创新思维能力方面，着力促进学生自主学习实践，增加设计性、综合性实践环节。

(2) 以创新实践教学为引导的实验室建设取得成效。在传统实践教学改革方面，采用课堂及模型演示与多媒体教学相结合的现场教学模式；建立了思维创新实验室，突出强调学生创新方法和思维方式的实践训练，注重加强学生创新思维能力的培养；在先进制造技术实践教学中采用自制设备实现了设计—编程—加工的一体化教学进程；线切割实习中，指导教师引导学生掌握基本操作技能后，让学生发挥想象力，切出各种图案；机电控制实践教学方面，以机器人为工程对象引导学生的学习兴趣。

(3) 构建起面向卓越工程师培养的工程能力训练平台。平台建设集中体现在培养学生综合工程素质的工作上；体现在开展创新教育、企业模拟运营实验项目和在项目教学中团队协作能力的锻炼。

(4) 形成了分层次、连续性、模块化的工程实践教学格局。经过建设，工程实训中心已经形成基础训练、综合训练、创新实践3个实验实践教学层次。为培养学生的创新能力、创新思维和创新精神，中心在实训大楼专门辟出约300 m2的创新实践培养区，开展种类创新实践项目。

(5) 形成了以创新教育为引导的实践教学特色。创新实验室建设、自制设备、设备项目教学、产学合作、国际交流等工作的有效推进，凸显了开展工程创新教育所形成的工程实践教学特色。

4 结 语

基于工程创新教育的实践教学体系改革要以培养学生现代工程意识和能力为核心，将知识传授、能力培养、素质提高融为一体，构建起国内先进的开放型机电综合创新实验教学平台。经过几年的努力，天津工业大学工程教学实训中心在实践教学方面形成了工程创新教育模式、传统计划教学模式及学生第二课堂活动运行模式相融合的实践教学体系，结合创造教育实验基地和高技能人才培训基地的建设，促进卓越工程技术人才的培养，有效地提高了学生的创新思维和动手能力。

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