农林类高校多维多尺度工程训练教学体系构建与评价

姚立健，倪益华,2，金春德，侯英岢,2，赵 超，徐丽君

（1. 浙江农林大学 工程学院，浙江 杭州 311300；2. 浙江农林大学 工程训练中心，浙江 杭州 311300）

工程训练中心为学生提供创新、开放的公共实践教学平台[1]，已成为高等工程教育重要的实践教学场所[2]。工程训练（以下简称“工训”）教学注重理论知识、工程素养和实践能力的有机融合，注重提高学生动手能力和工程意识，是普通专业课程无法取代的[3]。教育部网站显示，截至2019年6月15日，全国有农林类本科院校35所[4]，这些院校越来越重视加强工程训练中心建设[5-8]。有的农林类高校的工训中心与机械类二级学院共建，两者师资、场地与设备共享共用；有的则拥有独立的办学场地与师资。工训中心的发展为我国实现农业现代化提供了强有力的工程人才支撑，但在多年的建设和运行过程中存在如下一些问题：

（1）工训课程的教学目标未能充分融合经济社会需求及学校办学宗旨，导致校际之间或学校内各专业之间的训练科目区分度不高[9]，缺乏农林特色；

（2）各工训科目的能力边界重叠、难易层次模糊，无法为课程评价提供一个明确的、可衡量的标准，因此很难构建有力的教学质量持续改进机制；

（3）工训考核偏重操作技能和作品质量，忽视对学生创造精神和创新种子[10]等卓越工程师应有素质的培育。

基于上述问题，本文以我校机械设计制造及其自动化专业工训课程改革为例，围绕国家战略与社会需求，以OBE（outcomes-based education，成果导向教育）理念为指导，结合学校办学宗旨、专业功能、课程定位等，阐述工训课程在完成机械专业人才培养目标中应承担的角色，继而反向设计多维度课程目标，再根据课程目标细化层次有序、特色鲜明、可量化考核的训练科目，为农林类高校工科专业工程训练教学创新提供参考。

1 工程训练中心课程定位

我校现有64个本科专业，其中工科专业16个、农科专业9个。为更好落实教育部等部门《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》要求，加强实践育人基地建设，在原有主要面向工科专业的金工车间的基础上，于2012年新建工程训练中心，现面向全校工科和非工科专业开设3类工训课程，受训学生约1200人次/学年。近年来，机械专业工程训练课程设置主动对接国家及地方农林装备重点行业转型升级及乡村振兴战略，与学校、专业办学方向同频共振，旨在培养参训学生在发现、分析和解决农林业生产领域复杂工程问题时的设计、制造和使用工具的能力，并具备强烈社会责任感、良好职业规范和团队合作精神。据此，我校机械专业工训中心课程应体现如下三方面要求：①课程目标应体现学生达成服务现代农林产业的制造技能与工程素养；②训练科目应植入应用于农林产业的工具使用和设备操作等教学内容；③应建设实现上述课程目标的师资队伍和实训场所等保障条件。

基于上述要求及OBE理念，我校机械专业工训课程体系构建思路如图1所示。

图1 机械专业工训课程体系构建思路

2 工程训练中心教学体系构建

2.1 多维度课程目标分解

根据浙江省教育评估院等第三方机构统计，我校机械专业毕业生就业除传统机电工程领域外，还在涉农、涉林行业供职，且占比有缓慢上升趋势。毕业生在工作中所面临的复杂工程问题一般具有鲜明的产业特色，如：如何制造和使用农业生产装备、如何操作机床进行板材加工和家具制造等。这就需要工程训练的课程目标能覆盖上述毕业要求，从而在教育分类中找准自己的位置[6]。另外，现代产业技术更新迭代迅猛，毕业生不仅应具备具体的操作技能，还应具备创新能力、工程素养及持续学习的能力。基于以上分析，结合工程教育认证思路，将工程训练课程目标横向分解为5个能力维度，实现对毕业要求的全覆盖，如表1所示。

表1 农林特色的多维度课程目标分解

维度A为设计开发能力，即学生应具备在满足设备、功能、效率、成本等条件约束下设计出创新性作品的能力，作品包括图纸、程序、工艺或工序等。对于优秀作品，通过作品展览、参加学科竞赛、申请专利等形式予以鼓励。维度A将创新设计思维引入工程训练，让学生体会到创新设计是一切创造性工程的前提。

维度B围绕学生设计的作品、特定产品或生产任务，开展制造与生产训练，以达成学生认识并熟练使用工具的能力，这是工程训练的核心能力。学生不但应具备根据自己设计的图纸、程序和工艺操作冷热加工设备、数控设备，制造一般机械零件并成功装配的能力，还需掌握根据生产工序的编排，驾驶主要农业机械进行农业生产的能力。维度B突破传统训练科目的边界，体现了农林类高校的工训特色。

维度C和维度D主要通过学习并遵守法律法规、政策制度和劳动纪律，提升学生社会责任感，并养成良好的职业规范，最终形成现代产业所需的良好工程素养。这两个能力以往在工训实践和考核中并不被重视。

维度E训练的是学生团队协作能力，主要指依靠团队开展课程设计、学科竞赛、科研项目等的能力。该能力体现了学生持续发展的潜力。通过训练在学生中形成团队友爱、团队协作的文化氛围。

2.2 多尺度训练科目难易细化

工训教学与其他专业课程教学一样都应遵循由浅入深、由简到繁的教育规律。按本科4年时间的先后次序，将工程训练难易程度纵向细化为“通识、基础、综合、拔尖”4个尺度，实现大一到大四工程训练不断线。通过逐层递推、循序渐进的方式，不断提升学生解决机械工程及其相关领域复杂工程问题的能力。高、低层之间尺度界限清晰、分辨率高，同时又具有一定逻辑关系。各层的尺度描述如表2所示。

表2 农林特色的多尺度训练科目难易细化

尺度1为工程领域应知应会教育，即通识层次，目的是让学生理解工程技术对社会的价值，激发学生的责任感、使命感，共0.5周，采用理论教学授课形式。

尺度2主要任务是让学生掌握基础的设计方法和制造技能，并形成良好的工程素养。采用理论教学和实际操作相结合形式，尤其设置操作木工机床和驾驶农业机械特色训练科目，最终实现通才与专才兼顾、理论与实践融通，共 2.5周。从课程设置上，尺度 1和尺度2由工程训练I课程负责实施，在第2学期完成，共3学分。

尺度3为综合训练层次，在第4学期完成。这个阶段的学生已经学习完成工程材料、机械设计、机械制造基础等部分专业核心课程，初步具备完成小型项目的能力，此时通过问题引导、案例驱动等教学策略，训练学生综合运用各种制造方法，结合电子、自动化等技术设计制造复杂机电产品的能力。共 1.5周，对应课程为工程训练II，1.5学分。

尺度4为拔尖层面，主要面向以机械专业为主的大三和大四本科生科研项目、学科竞赛等第二课堂，激发学生主动实践的意愿[11]，让学生在拔尖竞争中体验高阶特质的创新创造乐趣，实现理论、实践、再理论、再实践的循环上升。本尺度对大学4年工训实践不断线极为重要[12]。对应课程为创新创业类公选课工程训练III，共32学时，2学分。

2.3 条件保障

在师资方面，重视“双师型”人才的内培和外引[13]。从机械专业年轻教师中选拔培养对象，加强对其专业实践技能培养，对已有工程师背景的原金工指导教师，应鼓励他们积极学习理论知识。两种类型的师资应相向努力、取长补短，力争成为“双师型”工训教师。同时应加强与业界的合作[14]，积极从机械、板材、家具企业、农业合作社和农机管理部门等社会单位聘请兼职教师指导学生工训。在场地方面，打破原有工训中心物理空间限制，积极拓展校外实践基地，选择行业知名企业和龙头农业合作社作为校外工训场所，让学生在真实的生产环境中进一步提升技能。

3 工程训练能力达成度评价

3.1 评价内容与权重

评价学生的学习产出是 OBE教学闭环中的重要环节，既体现教育公平和对用人单位负责，也是持续改进工训教学质量的前提和基础。按照科目全覆盖、能力可衡量的原则，将机械专业工程训练Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的教学内容按前述的5个维度和4个尺度形成5×4矩阵，使之成为可量化计算的学生工训行为表现，其达成度评价内容和分值（权重）如表3所示。

表3 评价内容与分值（权重）设置

根据训练形式的差异，分别采用理论考试、实践操作、作品答辩和实训报告等4种方式对这20类科目进行考核。理论考试为笔试，主要考查学生对工业技术的社会价值、工程师的社会责任与行为规范、安全知识和产业政策，以及常见设备基本结构与原理等的理解，为后续的现场实训打下一定工程基础。实践操作采用现场考核方式，通过在真实工程环境中，观察学生操作设备的熟练程度及规范程度、作品制造的质量和效率、劳动纪律遵守情况及设备保养习惯等，甄别学生掌握上述技能的等级。本环节突出形成性评价，而不仅仅评价作品质量高低。作品答辩采用公开答辩方式，以组为单位，由组长上台对项目进行全面汇报，考查学生是否能正确表述设计理念、设计方案、设计过程，还考查学生理解文化对工程活动的影响以及评价自己作品优劣的能力等。实训报告采用书面方式，主要出现在综合实训即工程训练Ⅱ中，要求学生写明每次实训的目的、内容、进度、结果等，通过批改实训报告，教师应考查学生是否能很好地展示在实践中解决复杂工程问题的方案，分析其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

3.2 评价细则

对学生工训能力的评价最终要落实到课程上来，根据表3矩阵的考核方式及分值权重，按工训课程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别汇总如表4所示。

通过表3和表4可计算课程总评成绩及5个能力维度的各自达成度。例如根据表3，在工程训练Ⅰ中，某生A1科目的实际得分为4.5分，A2科目的实际得分为15分，而工程训练Ⅰ中维度A的满分为25分，则该生工程训练Ⅰ中维度 A的达成度为（4.5+15）/25=78%。

表4 工程训练I、Ⅱ、Ⅲ考核方式与权重设置

再例如，根据表4，在工程训练Ⅱ中，实践操作、作品答辩和实训报告的满分分别为50分、30分和20分，某生实际得分分别为37分、25分和15分，则该生工程训练Ⅱ的课程总评成绩为37+25+15=77分。

3.3 持续改进机制

持续改进机制如图1所示。通过计算课程总评成绩及5个能力维度的各自达成度，能发现教学环节中存在的问题并反馈给相关教师，再由教师从完善教学方法、调整教学内容开始，逐层正向反馈、优化调整，评价周期为1年，最终达到持续改进教学质量的目的。建立由学院督导、工训中心主任及机械专业骨干教师组成的工训教学质量督查小组, 对日常工程实训教学进行定期听课和检查。除了自查和督查外，还要经常听取“工程材料”“先进制造技术”“农业机械学”等并修和后续课程对工训教学的意见和建议[15]，不断完善工训科目设置及其与其他课程的有序衔接。另外，定期搜集雇主对毕业生工训能力的间接评价，也是实现持续改进的重要途径。

4 改革成效

自 2016年我校工程训练中心全面启动新一轮教学改革以来，取得的成效体现在以下三个方面。

（1）构建了具有农林特色的机械专业工程训练课程体系。围绕提升学生综合工程素质这个中心，将农机驾驶、家具制作等科目植入工训课程，将工训能力细化为5维度、4尺度，形成20类可衡量的训练科目，构建闭环的在线监督及反馈机制，为农林类高校中各专业工程训练教学体系构建提供借鉴。

（2）通过持续改进教学内容和教学方法，学生整体工程实践能力显著提升，为参与科研项目、学科竞赛等课外活动提供了丰富的可选生源。2016—2018年，机械专业学生参加各类科技创新创业训练项目30多项，其中国家级创新训练项目5项，新苗人才计划7项；学生发表学术论文14篇，授权国家专利33件；在工程综合能力训练竞赛等各类学科竞赛中获奖 211项，其中省部级以上竞赛奖项52项，尤其是在“东方红杯大学生智能农业装备创新大赛”“中国农业机器人大赛”“圣奥杯智慧家具创新大赛”和“金砖国家创客大赛”等特色鲜明的学科竞赛中取得良好成绩。

（3）办学条件不断完善。通过制定相应政策和采取有效措施，引进和培养了一批综合素质良好的工程训练师资队伍，工训教师中有工程师背景的占比从2013年的56%提升到2018年的100%，教师在全国金工与工训青年教师微课教学比赛中表现优秀。积极拓展工训中心的物理空间，先后与5个机械制造企业、4个农机合作社和 7个家具企业合作建立校外实训基地，聘请校外指导教师20余名，极大地改善了办学条件。通过与相关企事业单位建立定期的联络反馈机制，增强与这些单位的全面实训合作，完善了校外教学质量闭环反馈体系。

5 结语

基于 OBE理念对农林类高校工程训练课程进行教学改革，通过明确课程培养目标、拓展训练科目、细化考核评价等方式，构建起具有农林特色的工训课程体系，符合新工科建设理念，有助于进一步推动工程实践教育教学改革。通过教改实践，学生的实践动手能力、工程素养得到极大提升，解决复杂工程问题的能力得到加强，在学科竞赛、科研项目、授权专利等方面均取得较好成效，提升了学生就业的社会竞争力。在教改过程中，教师工程经验、实践基地建设也得到极大改善，为培养符合社会需求的工程人才提供有力的条件支撑。在后续建设中，将更加注重信息技术在工训教学中的应用，大力推广“互联网+工训教学”活动，将虚拟仿真、线上线下、翻转课堂等信息技术引入工训教学，努力打造工训体系中的“金课”。