工程教育背景下工程训练实践教学模式的探索

赵华成，何理瑞，李增芳

(浙江水利水电学院 工程实验实训中心，浙江 杭州 310018)

实践教学是应用技术型本科院校工程教育中一个重要的组成部分，一方面通过实践教学使学生获取感性知识，巩固和深化课堂理论知识的学习；另一方面实践教学可以训练学生运用所学的基本理论和基本技能,培养学生分析、解决问题的能力和实践能力[1-3].工程训练是集理论知识、能力培养、素质提升为一体的实践教学模式，通过制造工程实践，传授制造工程知识，训练工程实践能力和创新思维.新形势下如何深化工程训练实践教学改革，更新工程训练实践教学内容，采用灵活的工程训练实践教学方法，建立和完善有效的教学质量评价体系，是当前深化实践教学改革和教学管理的重点[4-6].本文从实践教学体系、教学实施方法以及教学管理体系等方面对工程训练实践教学模式的构建进行探讨.

1 工程训练实践教学存在的问题

1.1 学生自主性不够，处于被动状态

综合考察高校工程训练实践教学方法及评价方式，在高校中以教师为中心的现象依然很突出，教学的中心始终不能很好的回归学生.在教学的环节中，学生依然处于被动接受的状态，自主性无法完全得到解放，此类现象在实践教学方法中表现的更为明显，传统的实践教学方法，教师占据着教学的主体从而导致学生不能发挥能动性，长久之后造成学生缺乏自身的主动思考[7].

1.2 实践教学中工程教育理念缺失

我国高等教育传统教学一直是“重理论、轻实践”，知识传授比重远大于实践能力培养.在具体的课程设置和教学安排上，实验实训时间大幅压缩，实践课程的比重不断下降，很多实践课程多是教师示范教学或参观，学生实际动手操作机会少.另外，由于学生规模较大，实践教学条件在很大程度上不能满足实践教学的要求.

1.3 实践教学师资呈现边缘化趋势

一方面，高水平、高学历教师更倾向于理论教学，而不愿从事实践教学，造成师资数量不足.另一方面，实践教师队伍中教师的工程素质和实践经验不足，缺少行业背景的高级专门人才，或是既有丰厚工程背景又有学术水平的“双师”型教师.

2 多层次、多模块的综合工程训练实践教学体系的构建

在教学体系建设中，从工程技术人才培养的整体需要出发，按照知识、能力、素质协调发展的原则，以工程实践和创新能力培养为主线，进行多层次、多模式的实践教学模块建设和教学内容改革；按照复合型人才的需求，扩大工程实践教学课程体系，逐步形成“工程认知、基础训练、综合实践和创新训练”为一体的综合性工程训练课程群[8-9].通过课内课外、校企共建、虚实结合一系列新建的实践训练项目，注重实践内容与科研项目、工程项目及企业需求的紧密结合，不断提高综合性、设计性、创新性训练所占比例，不断提升学生工程素质、工程实践和综合创新能力(见图1).

图1 工程训练实践教学体系示意图

2.1 工程认知模块

工程认知模块为第一层次，目的是让学生认知工程实践通识，启发实践创新.

该模块主要依托工程认知前期通识课程，引导学生参观大学生创新实践成果展示中心、工程实践教学基地等认识工程实践和大学生创新实践，从而在大学生初始阶段形成实践创新的萌芽.让学生通过动手实践，初步掌握常用机械、电子等操作技能，培养学生的工程意识、工程兴趣，进一步拓宽知识面，为今后课程的开展提供一定的基础.

2.2 工程基础训练模块

工程基础训练模块为第二层次，目的是培养学生基础实践能力.

该模块主要依托《金工实习》等课程，学生根据专业类别分类实习，主要学习传统金属加工方法、工艺知识、各种加工设备的使用及其基本操作方法和操作技能；学习以数控技术为特征的现代制造技术基本原理、工艺知识、各种数控加工设备的使用及其基本操作方法和操作技能.培养学生的基本工程素质，实践动手能力，基本分析和解决问题的能力.

依托《电工电子实习》等课程，主要开展电子元器件识别与测试、安全用电、仪器设备操作、电子产品的设计制作等训练，既培养学生的工程实践能力和创新意识，又为后续专业课程、课程设计以及毕业设计打下扎实的工程基础.

2.3 工程技术综合实践模块

工程技术综合实践模块为第三层次，目的是培养学生工程应用能力.

该模块依托机电系统综合实践课程群，如开设工程综合实践、机电系统综合创新设计等系列课程，主要面向工程实际的技术综合实践课程，侧重于工程综合实践能力和集成创新意识的培养.课程的任务是结合工业系统实践资源，为学生提供多层次、多模式的工程项目实践内容，使学生熟悉工程项目研发程序，体验项目设计和实施过程，进一步加强对专业理论知识的理解，提高分析、解决实际问题的能力.

依托机器人技术实践课程群，如开设机器人电子技术基础与制作、组合机器人及其图形化编程等课程，主要是为了拓宽学生的专业知识面，培养综合运用多学科知识的能力，培养适应现代化建设需要的高层次机电一体化人才，以适应现代科学技术发展的需要.

2.4 工程综合创新训练模块

面向对象为三四年级本科生，目的是培养学生创新实践能力和工程研究能力.

该模块依托创新类实践课程群，如开设《大学生机械设计竞赛指导》《大学生电子设计竞赛指导》《工程训练综合能力竞赛指导》等课程，通过实践引领、创新引导等方式，吸引学生积极的参加赛前的课程学习和实践，从而有效的促进了学生的机械工程实践能力和电子设计实践能力的提升.

依托大学生工程训练综合能力竞赛、大学生电子设计竞赛等学科技能竞赛，通过赛前组队选拔、课程前置学习、项目实践、校级比赛、省级、比赛历练，不断提升学生的创新实践能力、团队合作能力和良好的沟通表达能力.鼓励学生组队申报创新创业项目、开放实验项目以及参与教师科研项目，通过项目的申报和项目实践，不断提升学生的创新实践和工程应用能力，为后续良好的就业能力提升打好基础.

3 基于实践教学体系的实施方法

3.1 自主式实践项目设计

以项目为载体开展教学活动，可以充分调动学生的主体性.自主式项目设计思路，即学生按教师提出的功能要求或给定主题进行项目的自主设计，或由学生自主选题进行设计，设计的项目包括从立项到产品交付的全过程.针对工程训练系列课程的特点，按自主式项目设计方法建设开放的工程训练项目库，形成图2所示的“三层次”自主式项目化工程训练教学体系[10].

图2 “三层次”自主式项目设计思路

3.2 “二段式”教学组织模式

“二段式”教学组织模式，即基础训练阶段和项目化训练阶段，分别从基础实践教学和项目化实训教学两个方面组织工程训练实践教学.在教学过程中，引进合作式教学方法，学生组成项目组开展项目实践，并通过项目评审和考核加强引导，提高学生工程综合思维能力，促进团队协作等非技术素质的养成和工程意识的提高[11]，“二段式”教学过程组织实施路线图(见图3).

3.3 “虚实结合”虚拟实验教学平台

实践教学是大学生专业知识获取和技能培养不可缺少的环节.而在学生理论知识学习和实践能力培养过程中，往往有一些实验与实践环节是在真实环境下难以实现、观察或者成本较高实施难度较大.为使学生对专业理论与知识有亲身的体验和直观感受，有必要借助虚拟仿真技术，利用数字化、多媒体、网络化软硬件技术，精确模拟真实环境和作业任务，让学生在虚拟仿真实验平台下，完成真实环境难以实现的认知和实践过程，从而提高学生对知识的深入理解和综合运用程度.图4是机械制造虚拟教学设计，包括机床结构认知、工装夹具的拆装模拟、数控技术的虚拟加工和装配，以及机电产品的仿真设计.

图3 “二段式”教学过程组织实施路线图

图4 机械制造虚拟仿真教学设计

3.4 信息化教学管理系统

工程教育背景下，课内教学转向开放式教学，实验室及设备的不断改进和完善，传统的实验室教学及管理模式已经无法胜任；同时由于工程训练相关课程内容多，为保证课程教学质量和提供教学管理效率、实现教学资源的共享化、实现教材、课件和网站等多种介质的立体化融合，因此需要构建集教学与管理于一体的信息化教学及管理系统平台，建立科学的信息化教学管理系统，以有效地保障教学管理过程始终在规范、优化、高效的状态下运行.信息化教学管理系统(见图5).

例如利用教学过程控制系统，实现教学过程开放化管理体制，对实验教学、仪器设备、实验预约等实行监管和控制.教师和学生都需通过实验室安全准入系统考核，得到进入实验室的权限，通过实验室预约系统可以预约实验室，进而进入实验室进行教学或者学习，整个教学过程会通过视频监控系统进行监控，使实验教学在时间、资源上开放，最大程度地实现各类实验教学资源的共享.为学生自主实验及个性化发展提供了良好的条件，提高了实验教学的兴趣.

图5 实践教学质量监控体系

3.5 加强师资队伍建设，提高教师实践教学能力.

为了实现课程教学改革与建设、科研与教学研究、学生实践与创新创业能力培养等目标，在师资引进、师资培养、团队建设及特色建设方面继续加强教学队伍的建设，努力建设成一支热爱实践教学，教育理念先进，教学科研能力强，信息技术水平高，实践经验丰富，勇于创新的实践教学队伍.

(1)制定鼓励性政策，引入高水平教师从事实践教学.通过政策积极引进硕士以上或具有企业、行业背景的高级专门人才充实到工程实践教学队伍中，形成合理的人才梯队，建成一支专兼职结合、结构合理的复合型师资梯队.

(2)建立完善的教师培养制度，校企共建共同提升教师实践教学能力.建立完善的职称培养目标体系，制定个人职业发展规划目标，鼓励教职工参与学校教学研究和科研项目，落实措施激励教职工发表教学教改及科研论文，增强教职工的提升职称的动力和信心.制定年度青年教师培养目标，积极创造条件鼓励优秀青年教师攻读博士、硕士学位，有计划地选拔和支持优秀青年教师参加培训、学习，促进他们尽快成才.鼓励骨干教师到国内外知名高校、企业进行访问交流和进修等.

4 教学模式的实践应用

多层次、多模块的综合工程训练实践教学体系在工程训练实践教学中取得了较好成效：

(1)多层次、多模块的教学体系使学生能够在专业学习过程中循序渐进的、不断线的进行实践性学习.教学体系所设计的分模块训练，要求学生从基础技能训练开始,到知识的综合应用，使学生从知识积累向综合应用转化.同时，实践内容由浅到深，使不同专业、不同层次的学生都能积极参加到工程实践教学中.

(2)教学体系采用不同形式的教学方法开展实践教学，要求指导教师改变传统教学方法，认真设计每次的实践教学环节，引导学生自主完成教学项目，同时促使学生积极主动学习，特别是“综合实践”和“创新训练”模块，要充分调动学生主动学习的积极性和创造性.

5 结 语

多层次、多模块的综合工程训练实践教学体系能更好地激发学生的潜能，使学生能够在专业学习过程中循序渐进的、不断线的进行实践性学习，有利于培养学生的工程素质、创新实践能力.多层次、多模式的教学体系不仅注重学生实践能力的培养，而且注重学生知识结构的合理构建，使学生具有应用各科知识解决工程问题的能力.