高校实验实训教学平台建设和运行机制的研究与实践

郑 艺，付 铁，马树奇，丁洪生，龙晓燕，李艺君

（1. 北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081；2. 燕山大学 河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室，河北 秦皇岛 066004；3. 燕山大学 材料科学与工程学院 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066004）

2018年2月，教育部印发了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，其中强调建设能够满足实践教学需要的实验实习实训平台，加强校内实验教学资源建设，构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的实验教学平台[1]。高校实验实训教学平台（以下简称“实训平台”）的建设与运行是一个非常复杂的课题，目前，各类实训平台仍存在着发展不均衡、课程体系不完善、硬件设施不充足、教学理念相对滞后等问题，在一定程度上阻碍了一流人才培养质量的进一步提升[2-8]。借鉴北京理工大学（以下简称“我校”）工程训练中心材料成型实践创新平台的建设与运行中的经历与经验，对高校实训平台建设机制和运行机制的研究与实践进行几点总结与归纳。

1 实训平台的建设机制与运行机制

机制是指各要素之间的结构关系和运行方式，其内涵可以表述为在正视事物各个部分存在的前提下，协调各部分之间关系以更好地发挥作用的具体运行方式。针对实训平台而言，建设机制是指在平台实验室规划、实验室设备与设施布局、实训区域分配、实验设备的采购等方面所提供的理论依据，以使实训平台在建设实施中更加科学合理，能够符合高校人才培养的要求，并体现实训平台的定位，满足教学、科研的需要。运行机制是指在实训平台建成后，如何基于平台设施有效合理地配置各要素之间的布局及结构，充分发挥其功能，使实训平台能够高效运行，达到预期的实际效果。

2 实训平台建设和运行的特性与共性

高校实训平台的特性在于不同高校的定位、育人目标、教学理念、专业特色，以及不同专业间的知识特点与学科特点的不同，而这些不同导致了实训平台之间的外在或内在特殊表征的差异，使得每个实训平台在建设内涵、理念乃至其表现出的实践性、综合性、创新性、开放性等方面的不同。但是，高校实训平台的共性是培养学生终身学习的能力，以及培养学生在遇到复杂问题时能够分析问题和解决问题的能力。实训平台所提供的并不只是某一专业的知识、某一门实验课程的具体操作方法，而是提供一个途径和一种氛围，锻炼学生的学习能力，培养学生的思考方式，通过既有知识的学习体验科学实验及工程技术过程，提升实践创新能力。

基于高校实训平台的特性与共性分析，我校材料成型实践创新教学平台（以下简称“平台”）是学校良乡新工程训练中心 7大实训平台之一，其建设内涵与其他实训平台建设的初衷是一致的，即构建高水平人才培养体系。平台的建设与运行机制主要围绕学生终身学习能力、实践创新能力、通识教育等几个关键点展开。

3 平台建设和运行机制研究的技术路线

技术路线是指对要达到研究目标准备采取的技术手段、具体步骤及解决关键性问题的方法等在内的研究途径，应尽可能详尽，每一步骤的关键点要阐述清楚并具有可操作性。

高校实训平台的构建一般依托学校的资金投入和硬件建设，其技术路线围绕平台的建设机制和运行机制，着力研究平台建成之前的建设机制和建成之后的运行机制问题，以回答建设一个什么样的平台、怎样建设这个平台、平台建成之后怎样维护和运行等三个问题。

我校平台建设机制主要包括建设理念、平台定位、软平台建设、硬平台建设、运行机制等。建设理念涵盖人才培养目标、学科发展等；平台定位考虑实验教学的实际需要、学科发展的需要等；软硬件平台建设包括课程体系规划、教学目标制定、实训模块建设、材料成型知识体系研究、实训室规划与布局、设备布局与规划、场地布局与综合布线要素等；其运行机制主要包括平台实验设备管理、教学管理、师资队伍形成性评价体系与奖励机制等。平台建设机制与运行机制所包含的各个要素，具有相互依存、彼此解释的逻辑关系。建设机制的理念可作为平台前期建设的理论依据，也为后期运行机制提供了理论支撑。平台建成后，设备如何科学管理、课程如何基于教学目标有效开展、教学内容如何基于新平台的硬件条件而得到深度挖掘、教学模式如何改革创新、平台师资队伍如何科学建设等运行机制问题直接关系到平台建设的成效。图1所示为材料成型实践创新教学平台顶层设计技术路线。

图1 材料成型实践创新教学平台顶层设计技术路线图

4 平台建设机制研究

4.1 平台定位

我校工程训练中心是以实践教学、自主研究和科技创新为主体的常态化工程教育实体，围绕教学、研究、传承、服务等4大功能而定位。平台作为工程训练中心的教学平台之一，其定位主要依据工程训练中心的总体目标而制定，并结合材料成型专业特点与工程训练课程特色。

平台以材料学专业为基础，并结合其他学科专业，具有工程训练课程的工程实践特性。以材料成型实践教学为主要手段，培养学生的实践能力、创新能力和终身学习能力。课程分层次、多模块，具有通识性和学科交叉性，强调实践性，并兼顾理论联系实践的教学原则。平台的定位是面向全校材料类、机械类、近机械类及非机类等相关专业本科生和研究生的实践课程系统化开展的工程实践基地，既作为工程训练课程开展的重要场所，也作为选修课程实验、专业课程实验、开放实验、课程设计以及毕业设计等的支撑平台，同时是承担卓越工程师教育培养计划、工程教育专业认证、学科建设、科学研究、创新创业的综合性平台。材料成型实践创新教学平台定位如图2所示。

4.2 平台课程体系规划

平台课程体系主要依据材料成型知识体系而制定。在兼顾知识体系的基础上，综合考虑课程规划的科学性，突出材料学学科前沿，引进先进材料成型方法，强调学科交叉性和通识性，注重工艺方法上的工程联系，避免非绿色环保实训内容和高危险实训内容，避免操作性差、参与度低、设备利用率不高或机制原理肤浅的实训内容。在知识体系框架下，平台课程体系包括材料液态成型、塑性成型、连接成型、非金属材料成型等，以及有利于学生自主学习的课程，如组织性能分析、虚拟仿真技术等，还包括视频教学、虚拟仿真实验、MOOC等。平台课程体系能够为学生的实践创新能力培养提供有效保障。

图2 材料成型实践创新教学平台定位

4.3 平台实验室布局与设备规划

根据课程体系，结合各实验模块的内容特点，并考虑学生数量规模，制定学生实训分组人机比例，从而确定实验设备的台套数。实验室布局及分配需要综合考虑多方面要素，既要尽量使同一学科体系下的实训模块区域相邻，又要综合考虑实训设备尺寸、位置、数量与实训区域面积是否相宜，还要专门考虑具有特殊要求的设备放置条件，如上下水、冷却循环、特殊排风等。结合实训大楼的排水通风等位置特点，进行合理划分布局，并应考虑各教学设备的特点，以免实训教学出现交叉影响。图3所示为平台部分实训模块下的实验室与设备规划布局平面图。图4显示了平台所属的热处理与组织性能表征实验室设备规划布局平面图与建成实物图。

图3 部分材料成型实训模块下的实验室与设备规划布局平面图

图4 热处理与组织性能表征实验室设备规划布局平面图与建成实物图

5 平台运行机制研究

5.1 实验设备管理与运行机制

（1）设备购置、入账与建档管理。设备购置前，应进行充分的论证与调研，包括仪器设备型号、产品样本，调查供应商资质、信誉等，了解设备的技术性能与实验教学要求和教学场地环境是否相符，并应充分掌握设备运行所涉及的所有工艺流程。设备的验收与入账依据学校规定进行，充分审核设备技术参数与项目合同是否相符，保留验收测试原始记录，并按照规定进行设备建档与负责人划分。依据学校标准，制定工程训练中心、材料成型实训平台、各实验室的设备管理制度，制定设备履历表，要求设备从购置、入账、建档、使用、维修维护、报废等各个环节，均有章可依、有据可查。

（2）设备安全管理。首先应该从规划和采购源头入手，避免高危实验设备的进入；其次须制定严格的设备安全管理制度。在实验教学之前，需要使学生了解设备的危险点、运行原理和特点，以及可能会产生的理化特性危险、人身伤害或影响健康的危害等；还应使学生了解相应的防护及抢救措施。针对实验设备特点、操作专业性程度、危险等级等对设备进行层次分级，如有的设备学生在培训后可直接操作，有的设备需要指导教师监护下操作，有的需要实验教师操作演示后学生才可操作等。

（3）设备使用与设备开放。基于学科交叉、新工科及大工程理念，实训平台是面向全校师生，服务于实践创新活动的公共开放平台。因此，平台设备应“物尽其用”，尽力提升实验设备的开放程度，提高设备利用率，发挥平台实践创新教学的影响力及示范辐射作用。建立相应的设备预约和开放共享制度，促进实验选修课、开放共享课、项目驱动课以及其他实践教学研究与改革课程的发展。

5.2 教学管理运行与机制

（1）平台课程资源库建设。在建设思路上，一是针对相关专业知识体系的特点，根据实验实训教学的要求，尽量使课程资源模块化；二是在各独立课程资源的基础上，突出教学的层次性和需求性，设置专业性强、实践度高、原理性深、通识性广、强调工程素养和工匠精神以及具有一定难度的综合创新类课程体系。以平台教学资源库为例，整合材料成型实训平台的知识体系、课程体系、实训模块，理顺整合材料成型实训课程与工程训练其他课程模块逻辑关系与实训关系，构建材料成型实践创新教学资源库、材料液态成型技术实训项目资源库、材料塑性成型技术实训项目资源库等。

（2）平台教学学术资源库建设。建立了平台教学学术资源库，为教师提供各种教学资源，包括视频音频资料、各种案例、参考文献等，以及材料成型实践创新教学平台规划与建设研究[5]、基于史密斯-雷根模式的铸造技术实训教学设计[6]、焊接技术实训的教学内容和教学方法探析[7]、材料成型技术实践教学平台的建设与思考[9]、新时期高校工程训练中心师资队伍建设探索[10]、不同状态AZ80镁合金的金相试样制备方法[11]、基于学科竞赛的实践教学模式研究与实践[12]等研究项目。平台教学学术资源库为教师的教学研究、教学改革与创新，以及提高教学能力提供了有效的资源保障与支持。

（3）师资队伍建设。在实验实训师资队伍建设上，高校要进一步改革创新人事聘任制度，在事业编制与非事业编制师资队伍建设上给予政策上的倾斜，注重实训教师的实验能力培养和教学能力提升。推进校企合作，促进优秀企业工程师与高校实训教师的交流合作，建立一支良好的专兼职教学队伍，同时鼓励我校学科带头人、科研项目负责人、青年教师等兼职参与平台教学设计和教学内容制定等。目前，引入B系列教职员工聘任概念（即非事业编制）扩充到A系列教职员工（即事业编制）中，以解决实验实践教师及教学平台管理人员的数量缺乏问题，并设立了动态评价、聘任长效机制等管理方法。在此基础上，工程训练中心积极培养青年教师的专业能力和教学能力，并进一步探索校企合作，实施AB系列教职员工共性化与特性化培养，促进实训教师队伍的良性发展。

5.3 形成性评价体系与奖励机制

借鉴工程认证的基于学习成果的教学理念，从实训平台的整体定位和建设运行机制出发，制定教学成效的量化评价标准，建设科学合理的评价体系，并形成反馈机制，保持具有较好教学成效的教学环节，改进教学成效不明显的教学环节。教学效果的评价与平台的改进是不断循环和提高的过程。图 5所示为材料成型教学平台基于 OBE（outcome-based education）的教学质量评价体系设计。

图5 材料成型教学平台基于OBE的教学质量评价体系设计

6 平台建设与运行成效

（1）平台建立了材料液态成型、塑性成型、连接成型、非金属材料成型等6大课程体系，设立了焊接技术创新实训区、焊接机器人工作站、砂型铸造实践创新区、精密铸造创意实训区、钣金技术实践创新区等，建筑面积达1 811 m2，购置设备总值达408万元。其中，重点解决了焊接区通风、铸造区扬尘、钣金区地基与振动等。围绕OBE教学理念，结合实训设备与环境，进行工程实训文化建设，为学生提供“现代化生产车间”式的、安全的实训实践体验和科学探索的学习氛围和途径。平台于 2019年正式建成并投入使用，效果良好。

（2）建立了8大类实训项目资源库，开展了多项新的实训内容，注重项目驱动型课程的建设。2019年，共接纳本校40个专业4 571名学生的通识认知学习、专业实践实习、专业课程实验、综合创新实训及竞赛、公选课等任务，同时接待了北京市其他院校及全国10多个省市570名高中生的实践创新教学活动等。平台的多模块、新内容、多环节的实训项目有效提升了学生的学习兴趣，提高了其工程素养。在作品制作与科学实验中，学生体会到了实践创新的快乐，掌握了科学实验的一般思路和方法，在拓展知识面的同时锻炼了终身学习能力，以及实践创新能力。

（3）平台作为我校工程训练中心的重要组成部分，立足本校、面向社会，积极开展对外交流与合作，向外辐射建设理念与改革成果。除承担本校和其他院校的实践教学活动，以及承办国内会议外，还接待了来自国内外不同院校的师生、大学生暑期夏令营、徐特立科学营以及韩国、马来西亚、英国等中学校长、留学生及高中生等累计近千人次。同时，还接待了国内外高校教师、专业认证及审核评估专家等，并派出部分教师到国内其他院校进行学习和交流，起到了良好的交流及示范作用。

（4）平台的创新教学模式促进了教学研究，丰富了教学资源。平台教师及学生在教学改革及科学研究的基础上，累计发表相关研究论文多篇，其中，中文核心期刊 7篇[5-7,9-12]，涉及相关教改项目多项，并获得了我校教学成果奖一等奖1项、二等奖2项等。同时，促成和支撑了平台课程的OBE建设与工程认证，以及教学平台课程的在线MOOC建设和我校“乐学”在线学习平台建设。

（5）在师资队伍建设方面，平台依托工程训练中心的国家级教学团队，坚持理论教学与实践教学密切结合，有机地将教师、实验技术人员以及以技师为主的工人技术人员成为一个整体，相互依托、彼此融合；有效利用了B系列岗位扩充实训师资队伍，并制定了详细的青年教师培养计划；注重一岗多能和提升专业水平，吸引中青年教师融入平台建设。经过几年的努力，平台在科学研究、教学改革、教学内容等方面均取得了显著成绩，先后获得多项国家级、省部级及校级教学、科研奖励。

7 结语

围绕高校高水平人才体系构建，进一步提高实训平台的人才培养质量，从大学生终身学习能力、实践创新能力、通识教育等立足点出发，界定了教学平台建设机制与运行机制的具体涵义，探讨了高校实训平台的特性与共性。在借鉴我校平台建设与运行的经历与经验基础上，从技术路线、建设机制和运行机制等三个方面对高校实训平台的构建及运行进行了探讨。目前，我校平台已经取得了部分成效，在实践创新、人才培养、实践课程建设等方面发挥了积极的作用。