运用顶层设计 建设高水平综合性工程训练中心

胡明星

(西安理工大学实验室管理处，陕西西安 710048)

0 引言

工程训练中心是“十一五”期间西安理工大学重点建设的国家级实验教学示范中心(建设单位)。在创建国家级工程训练中心的过程中，学校既不是简单地扩充原来的金工实习中心，又没有局限于示范中心建设评审指标和验收标准进行“按图索骥”式的建设，而是应用顶层设计的方法手段，根据学校教育事业发展规划和办学特色，由学校层面开始对工程训练中心未来发展进行规划和定位，突出学生综合能力的训练与教学资源整合，强调学生自主管理和分层次特色培养，逐步建立起辐射全国、国内一流的多功能、开放型工程训练中心，在探索国家级实验教学示范中心建设模式上进行了卓有成效地实践和探索。

1 顶层设计内涵、特点与作用

顶层设计最初为引进的工程学概念，英文为Topdown，其被定义为:从最高端向最低端、从一般到特殊展开系统推进的设计方法，是自上而下、自高端至低端层层系统推进的设计方法。具体讲，顶层设计就是用系统方法，以全局视角，对各要素进行系统配置和组合，制定实施路径和策略。它不同于传统设计模式即底层设计模式(Bottom-up)，是一种新的逆向设计模式，它既是一种新的方法，也是一种新理念［1］。顶层设计具有应用性、操作性的突出特点，强调执行力，在执行中注重细节，实施精细化管理和全面质量管理，注重各环节之间的互动与衔接［2］。顶层设计和发展战略规划一样，都是高校发展进行理性设计的重要手段，都注重从目标、措施到结果的过程控制，但发展战略规划更强调宏观性、原则性和前瞻性，而顶层设计则更强调系统化、清晰化、可操控。在实践中，只有将这两种理性设计方法结合起来，才能够为高校发展提供更加科学的指引［3-5］。

国家级示范中心建设本身就是一项系统工程，从建设的总体目标出发，站在全局进行规划和设计，在更大范围上实现综合，促进新的实验教学体系的形成就显得尤为重要和迫切［6］。顶层设计恰恰为工程提供了整体思维、统筹考虑的有效途径和方法。在示范中心建设中只有放弃局部利益，站在实验教学体系乃至学科发展的整体利益高度来确定建设的思路和方案，才能够使示范中心建设的绩效趋于更佳，又好又快地达到建设目标［7］。采用顶层设计方法进行示范中心建设，有利于从全局出发，选择制定正确的建设方案，避免局部建设和重复建设带来的发展不平衡以及资源共享率低下等弊端，使示范中心建设既包含评审要求的规定动作，又具备求实创新的自选动作［8］。

2 顶层设计在工程训练中心建设中的应用

2005年，学校在曲江校区规划建设新的工程训练中心。为确保建设的高起点高水平，学校成立了知名教授组成的工程训练专家委员会，负责对工程训练在学校人才培养体系中的地位、作用、发展定位及训练项目设置、运行模式进行研究和决策。学校确定了工程训练中心组织管理体系，即由实验室管理处直属管理，实行在工程训练专家委员会指导下的中心主任负责制［9］。2007年工程训练中心获批国家级实验教学中心(建设单位)，学校严格按照教育部关于普通高校国家级实验教学示范中心建设和评审工作的有关要求进行建设［10-11］，逐渐形成了集传统制造技术、现代制造技术、机电系统测试分析、电工电子技术和云计算中心为一体的工程训练，成为学校人才培养、科学研究和社会服务体系中不可缺少的校级公共平台。工程训练中心的建设成效得到广泛认可，顶层设计的效果得到显现，先后有国内外150余所高校到校参观交流。2013年4月，工程训练中心建设特色和人才培养模式再次得到教育部本科教学工作审核评估专家组的好评。

2.1 工程训练体系的目标定位与总体框架

学校结合学科特色和工程教育实践发展，提出了“以学生为本，以提高学生综合素质为主线，夯实实践基础，强调综合应用，注重学生个性发挥”的建设思路。专家委员会明确指出工程训练要贯穿工程意识以及真实工程背景，通过平台建设的真实性、综合性，实践体系的系统性、完整性，指导团队的专门性、协同性，管理运行的科学性、开放性，来达到认识和动手相融合、理论与实践相融合，基础与创新相融合，服务于学校“培养具有创新精神的高素质应用型人才”的目标要求。经过近年来的探索，逐渐形成了明确的培养目标定位、反馈协调机制和管理运行机制，完善了工程训练中心顶层设计框架结构(见图1)，建成了规模较大、具有国内一流水平的综合性工程训练教学平台，在教学研究型大学提升人才培养质量，培育学校核心竞争力方面进行了有效探索和实践［12-15］。

图1 工程训练中心顶层设计框架结构及关系示意图

2.2 工程训练中心主要建设内容

(1)工程训练教学体系。根据工程训练中心发展定位，专家委员会设计了以提高学生综合素质为主线，以培养具有较强工程实践能力和创新意识的人才为核心，以改革实践教学内容、模式、方法及手段为途径，注重学科交叉，融知识、能力、素质为一体，体现本科生理论教学进程及学生能力培养的阶段性特点，共性、个性与阶段性相结合的三层次多模块化的实践教学体系(见图2)。

图2 工程训练实践教学体系

基础工程实践层次:通过工程知识认知(科学与技术原理认知、工程背景知识认知和设备及工艺装备知识认知)、基础工程训练(机械加工技术实践、材料与成型技术实践、电工电子技术实践)环节的训练，达到了解科学原理、认识工程背景、熟悉工艺知识、学习工程技能、增强动手能力、激发学习兴趣等目的。

综合工程实践与应用层次:通过综合实践(现代制造技术实践、机电综合实践、电类综合实践)、综合应用(综合实践项目的延伸及应用、配合理论教学的工程应用、课外自主实践综合应用)环节的训练，达到了解产品概念、建立设计思路、熟悉工艺流程、体验工艺过程、掌握调试方法、培养分析能力等目的。

特色与创新实践层次:通过专业技术特色实践(分析与设计、工艺与制造、测试与控制、系统与集成项目)、学生自主创新实践(学生课外科技活动、学生创新实践项目、科技社团及兴趣小组活动)环节的训练，达到激发创新意识、培养创新能力、鼓励个性发挥、培养专业特长、强调自主学习、培养综合能力等目的。

(2)工程实践课程群。根据工程训练实践教学体系和专业特色，专家指导委员会设计了面向不同专业、不同培养阶段的实践课程群，按照完全学分制的教学要求，开出多层次模块化的训练项目，在共性培养的同时，注重学生个性化的发展需求(见表1)。

表1 课群设置

注重教学内容、教学方法和教学手段改革。基础课群在传统机加工、热加工、电工电子技术基础上融入数控加工、特种加工、PLC等现代工程技术，培养学生的基本工程素质，拓宽工程视野;综合课群采取项目式教学方法，以项目实施为主线，学生为主体，教师为引导，通过团队合作完成一个项目，培养学生初步的工程综合应用能力;特色课群基于当代先进工程应用技术的某一方向，融入教师科研及教学改革成果，采取启发式、讨论式、交互式相结合的互动式实践教学新方法，通过真实工程实践掌握技术内涵，培养学生的专业特长、工程创新意识与能力。

(3)云计算中心。围绕教学改革与信息化发展需求，专家指导委员会设计了具有高性能计算能力的云计算中心与云存储服务，中心局域网络系统有线千兆到桌面，无线300兆到终端。目前，已建成了以刀片服务器、高性能工作站为基础的云计算中心，可向学生提供 AD6、Protel、Pro/E、3D MAX、Geomagic、Ansys等 40余种工程设计、分析、制造软件的应用服务，学生不受空间限制，使用平板电脑、智能手机、电脑完成学习和设计任务;整合大量的工程技术课件和各种素材(动画、视频、图形图像、文本等)，扩展了网络教学资源库，保证了网络教学资源的丰富性;开发使用的教学综合管理系统，满足了工程技术综合实践教学改革对教学调度、学生成绩评定、设备和训练场地的预约、人员考核、物流管理等方面的信息化管理要求。

(4)开放运行管理机制。立足中心资源效益最大化，专家指导委员会设计了以学生为主体、学生自主管理的实验室开放运行管理体制，并规划了专门的学生科技实践开放区，购置专项设备，配备专业指导教师参与指导学生国家大学生创新项目、科技竞赛和社团活动。教师和学生带着创意或者设计方案通过预约就可以进入开放实践区，并使用中心的各类资源。目前，学校有11个学生社团常年在此活动，参与学生每年近2 000人。仅2012年学生依托工程训练中心开展课外科技竞赛活动获得国家级奖12项、省级奖13项。中心与国内外基金会、企业建立多方位合作机制，建有唐仲英大学生工程实践能力培养基地、黄河水电大学生综合实践创新基地、德国卡尔蔡司精密测量技术及人才培养合作基地、美国Xilinx复杂数字系统设计联合实验室、美国惠普云计算高校示范中心、美国Stratasys快速成型联合实验室、美国Parallels高性能虚拟化示范项目、台湾固纬电子测试联合实验室、陕西省“春笋计划实践基地”及西安市“青少年科普教育基地”等，在人才培养和社会服务中发挥了积极作用。

3 结语

顶层设计作为项目管理决策与规划的先进设计方法之一，在学校工程训练中心建设和人才培养体系构建中发挥了重要作用。目前，中心建筑面积1.7万m2，设备总值0.34亿万元，获得省级以上教学成果10余项，已成为国内高校中颇具特色、训练水平先进的综合性工程训练中心，实现了对学校理工、经管、文法、艺术等学科门类61个专业的全覆盖，开设训练项目202项，年均接待学生5 000余人、大学生课外实践2 000余人。“十二五”期间，工程训练中心将继续深化教育教学改革，坚持内涵与特色发展方向，在总结已有成果与经验的基础上，积极探索国际视野背景下卓越工程师培养模式和培养途径，稳步提升工程训练水平和人才培养质量，不断扩大国家级工程训练中心的辐射力和影响力，更好地为经济社会发展服务。

［1］纪大海，杜 萍.顶层设计:高校人才培养新视角［J］.中国高等教育，2010(7):40-42.

JI Dahai，DU Ping.Top-level design:New perspective of University personnel training［J］.China Higher Education，2010，(7):40-42.

［2］许耀桐.顶层设计内涵解读与首要任务分析［J］.人民论坛，2012(6):8-9.

XU Yao-tong.Interpretation of the top-level design and analysis of the primary task［J］.People’s Tribune，2012(6):8-9

［3］徐 敦.顶层设计理念与高校的科学发展［J］.中国高等教育，2008(22):12-13.

XU Dun.Concept of top-level design and scientific development of universities［J］.China Higher Education，2008(22):12-13.

［4］沈召前，李大伟.发展规划:高校改革与发展的顶层设计［J］.理论研究，2006(5):137-139.

SHEN Zhao-qian，LI Da-wie.Development plan:Top-level design of university reformation and development［J］. Reformation ＆Strategy，2006(5):137-139.

［5］王宝泉，张伯乾.制定高校实验室建设规划的探讨［J］.实验室研究与探索，2006，25(3):383-385.

WANG Bao-quan，ZHANG Bo-qian.Exploration of Working Out a Plan for Building Laboratories in Universities［J］.Research and Exploration in Laboratory，2006，25(3):383-385.

［6］刘广军，史仍州.试析化学实验(室)系统的整体化功能［J］.济宁师专学报，1995，59(3):54-55.

LIU Guang-jun，SHI Reng-zhou.Analysis of the overall capabilities of chemistry experiments laboratory System ［J］.Journal of Jining Teachers College，1995，59(3):54-55.

［7］钱学森.论系统工程［M］.长沙:湖南科技出版社，1988.

［8］冀 宏，张根华，韩曜平.“顶层设计”在基础生物学实验教学示范中心建设中的作用与实践［J］.实验室研究与探索，2009，28(4):211-215.

JI Hong，ZHANG Gen-hua，HAN Yao-ping.Function and practice of top-Level design on establishing representative center of biology expermiental teaching［J］.Research and Exploration in Laboratory，2009，28(4):211-215.

［9］胡明星，何望云.构建开放、共享、体现学校鲜明办学特色的实验室创新体制［J］.实验室研究与探索，2007，26(7):26-28.

HU Ming-xing， HE Wang-yun. Establishing laboratory creative system with special features of opening and sharing［J］.Research and Exploration in Laboratory，2007，26(7):26-28.

［10］教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知［Z］.(教高［2005］8号)，2005-05-12.

［11］夏有为.建设教学实验室的“国家队”［J］.实验室研究与探索，2006，25(3):335-338.

XIA You-wei.Constructing a national team of teaching laboratories［J］.Research and Exploration in Laboratory，2006，25(3):383-385.

［12］别敦荣，田恩舜.论大学核心竞争力及其提升路径［J］.复旦教育论坛，2004，2(1):55-60.

BIE Dun-rong，TIAN En-shun.The university’s core competence and its promoting［J］.Fudan Education Forum，2004，2(1):55-60.

［13］王小铁，施迎春.教学研究型大学核心竞争力培育与提升研究［J］.新一代，2012(7):61-66.

WANG Xiao-tie， SHI Ying-Chun. Research on the core competitiveness cultivate and enhance of teaching and research Universities［J］.New Generation，2012(7):61-66.

［14］韦 化，秦钢年，黄大明，等.地方高校实验教学示范中心建设的研究与实践［J］.实验室研究与探索，2008，27(9):68-70.

WEI Hua，QIN Gang-nian，HUANG Da-ming，et al.Construction of experimental teaching demonsfration center for local university［J］.Research and Exploration in Laboratory，2008，27(9):68-70.

［15］宋象军，汪春华，胡 驰，等.以实验教学示范中心建设为契机，促进实验室建设工作［J］.实验科学与技术，2008，6(2):127-129.

SONG Xiang-jun，WANG Chun-hua，HU Chi，et al.Accelerating laboratory construction by establishing epresentative centerof experimental teaching［J］.Experiment Science ＆ Technology，2008，6(2):127-129.