面向新工科的工程训练教学改革与实践

顾平灿 刘全良 李振华 王春涛 袁跃峰

【摘要】为适应科技革命和产业变革的新形势，结合浙江海洋大学工程训练中心的实际情况，从培养目标、实践平台、师资队伍和教学方法等方面建设入手，提出了旨在建立工程意识、提高工程素质、增强工程实践能力的改革理念和方案，为构建新型工程训练平台奠定基础。

【关键词】新工科  工程训练  教学改革  工程教育

【基金项目】2018年浙江省高等教育“十三五”第一批教学改革研究项目（jg20180160）。

【中图分类号】G648.9;TB-4          【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）18-0179-03

对于工科学生而言，大学四年是参与工程实践、形成工程思维、获得工程经验的最好机会。令人遗憾的是，实践教学作为工程教育教学体系的重要组成部分，却没有得到学校、教师和学生的足够重视，实践教学始终是本科工程教育人才培养的薄弱环节。同样在工程教育研究领域，研究者对实践教学的关注较少，更缺乏系统的研究和探讨。

针对工科毕业生工程实践中存在训练时间不足，实践与能力薄弱等问题，借鉴国外工程技术人才培养模式，构建“大工程”教育观，结合新时代创新型、复合型人才所具备的能力要素， 优化和整合实践教育资源， 构建工程实践平台，促进学生主动学习，激发学生个性发展，努力实现育人环境的柔性化、个性化、研究化。构建新型工程训练实践教学平台，建成的工程训练中心应包含现代制造业的基本要素，形成覆盖机电、测控、环境、管理、思政教学的实践教学体系。它是一个“准工业现场”，是学生在校参加工业培训的工程实践教学基地，同时又是学生自主学习和课外科技活动的现代化公共教学实践支撑平台。

1.工程训练教学现状

1.1 国外工程训练

在高等工程教育改革大潮的引领下，国外高校纷纷出台一系列政策加强工程训练。如美国出台了本科实践导向、研究导向、技术创新等各种各样的特色计划，促进高校积极开展工程训练。德国强化与生产实践的联系，学生的理论学习与实践训练分别交替地在学校和工厂中开展，以理论指导实践，以实践巩固理论，表现为学校与工厂、理论与实践的紧密结合。丹麦采用问题导向的教学模式，通过在实践中解决问题的方式培养学生的实践能力。英国与日本则在学校里设置工业中心，用于进行培养工业意识、实践技能和工程师素养的基本训练，更高层次的训练则放在企业里进行。

1.2 我国工程训练教学

经过这些年的建设，多数院校的工程训练已经拓宽了实践范围，突破了原来金工实习教学框架，建成了集传统制造技术训练、先进制造技术训练、综合实践训练和创新实践训练为一体，以模块化选课为主要特征的实践教学中心，实现了从工厂教学向教学工厂的转换。

1.3 我校工程训练教学

（1）人才培养目标不明确。高等工程教育的培养目标是工程师，我校工程训练课程培养目标不明确，偏离了工程师的培养目标，甚至与科学教育、人文教育相似，工程教育的特殊性没有充分体现。

（2）实践教学体系不完善。随着教育体制改革深入，高等教育从精英教育向大众教育转变，办学规模不断扩大，开设许多新专业，而工程训练教学内容并没有按照新专业要求做相应调整。从各专业的实践教学体系看，教学设计和实践活动缺乏层次性。工程训练、认识实习、生产实习、毕业实习之间没有明显的梯度和层次。

（3）工程训练实践教学方法和课程体系相对落后。我校工程训练教学仍围绕“教师中心、教材中心和课堂中心”而组织的，发挥了教师在教学过程中的权威和主导作用，忽视了学生的主体性和能动性。教学方法仍然以讲授、按老师要求实操为主，学生自由探索、自主学习、主动实践的环境还不具备。学生始终处于被动实践的状态，不利于发挥学生的主动性、积极性和创造性。 课程体系相对落后，课程内容的重构和更新也只是处于起步阶段。工程训练课时偏少，内容陈旧、更新慢，在训练项目安排上，基础性、验证性偏多，创新性、 设计性、综合性实践偏少。对实践教学方法缺乏系统深入的研究和创新，实训环节的具体安排方式落后，探究式、研究性教学方法没有得到很好的应用，学生难以发挥学习的主动性。

（4）师资队伍建設落后。实践教学的专职教师学历、职称偏低，知识结构和能力单一。缺乏丰厚工程背景又有学术水平的“双师”型教师;实践教学师资队伍呈现边缘化趋势，建设水平不能满足工程技术人才培养目标的要求。

2.改革内容

2.1明确培养目标，实现学生能力阶梯式提升

在工程技术人才能力素质要求的框架下，结合工程训练课程教学目标，对各训练层次提出具体能力素质目标。

基础训练层：了解工业生产过程;掌握基本操作技能;掌握基础工艺知识。

综合训练层：了解产品研发过程;培养跨学科知识的综合应用能力;独立解决问题的能力、团队沟通协作能力。

拓展训练层：具备大工程意识，培养工程师素质和职业技能。

创新训练层：培养创新能力;培养技术研发能力;培养工程管理能力。

2.2整合校内实验实训资源，构建新型工程训练平台

按照“模块化、组合式、开放型”的思路，建设立体化实践教学平台，结合工程训练中心的特色，梳理工程训练中心设备情况，整合其他学院的实验实训资源，对照工程训练课程的培养目标，构建新型工程训练平台，该平台包含四个训练模块：

工程认知模块（包括工程知识导论、产品设计认知、工程材料认知、机构认知、制造技术认知、仪器设备认知）;传统制造技术模块（包括工程材料及热处理、车工、钳工、铸工、焊工、铣工、磨工、电子技术实训、柴油机拆装）;先进制造技术模块（包括数控车、数控铣、线切割、电火花成型机、工业机械手、3D 打印、CAD/CAM 实训）;创新能力训练模块（慧鱼机器人实训、数字化设计制造实训、机电一体化综合实训、船模设计制作）。该平台具有以下特点：

（1）分阶段。按照工程认知教育、传统制造训练、先进制造训练、创新设计训练等不同内容和要求，合理分布于大学四年学制中，分阶段实施。

（2）模块化。按内容设计组合成多种训练模块，把固定时间、固定内容、固定模式的训练变为菜单式选择。

（3）全方位。为提高学生的职业技能，训练内容应覆盖管理、市场、效益、质量、安全、环保、系统等各个方面。

（4）综合性。产品的制造过程是一个系统，工程训练应包含设计、制造、控制、管理等环节，运用多学科知识及多种技术手段解决实际工程问题，从而实现从多角度培养学生的综合工程能力。

（5）开放式。训练中心以开放方式服务于学生，鼓励学生课外自主选择，不局限于课内教学计划，开设开放型训练内容。

2.3 改革传统教学方法，提高实践教学效果

（1）结合不同教学对象与实验项目，采取不同的教学方法

①讨论式教学法。讨论式教学方贯穿于实践全过程。例如，在实践项目设计制作过程中，教师会先讲解有关实践要求和原理，讨论互动，充分调动学生的积极性;项目制作过程中，进行设计方案的讨论，比较不同学生设计方案的优劣;项目制作完成后，现场总结交流答辩、点评，以总结和交流。

②开放式教学法。设计一系列的实验项目可自主选择，也可由学生自主设计项目;中心所创建的机械设计基地、电子设计基地等全部实行全开放式创新教学，学生自主管理。

③任务驱动教学法。结合项目化综合实践教学改革，由教师给定设计任务和要求或由学生自主设计项目，从资料收集、方案拟定、设计与调试到撰写设计报告，由学生自行完成，强调学生实践过程的“自主性”，这种面向任务的教学方法给予学生最大的发挥空间，让学生体验工程研发过程，培养学生的创新精神和创新能力。同时学生在自主设计中出现的新问题进一步促进教师教学水平的提高，达到教学相长的促进作用。

（2）利用“真实情景”信息技术手段，提高学生工程实践能力

从数控机床、加工中心、机器人到智能传送等装备给学生展示大工程的真实情景。教师结合多媒体课件、视频录相以及动画，将设备操作维护规范、工业现场的安全防护问题，生产设备等真实地呈现在学生的面前，提高了教师的教学效率，提升了学生的工程实践能力。

（3）引入现代化教学手段，优化教学过程，培养学生自主学习能力

①工程训练中心配备了多媒体投影设备，采用电子教案授课和实践现场授课结合。针对开放式实验教学特点，制作了PPT课件、网络课程系统软件等，利用多媒体教学手段缩短实验课的讲授。

②科学利用网络技术，加强网上实验室建设，推广虚拟实验和仿真实验等技术手段，促进虚拟、仿真实验与实际实验的有机结合，提高实验教学效果。

（4）加强师资队伍建设，提高教师实践教学能力

建设一支素质较高、结构合理相对稳定的教学队伍，是工程训练中心持续发展的关键，是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的保障，中心在师资引进、师资培养、团队建设及特色建设方面继续加强师资队伍的建设，努力建设成一支热爱实践教学工作，教学理念先进，科研能力强，实践经验丰富的实践教学队伍。

①制定激励政策，引进高水平实践教学师资

通过激励政策引进具有企业背景的技术人员充实到实践教学队伍，到2020年，教师队伍中高级职称教师比例占教师数量的30%以上，具有硕士及以上学位的教师占30%以上，具有企业工程实践背景教师比例占70%以上，建成一支老中青结合、职称结构合理的实践教学梯队。

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，鼓励实践教师参与学校的科研和教研项目，激励实践教师发表论文。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高校、企业进行访问交流和进修，营造有利于教师成长的良好环境。

③创立结构合理的教学团队，注重团队建设，发挥团队优势

加强团队经验的融合与分享。注重将校内具特色的教师融合形成整体优势，形成专兼职一体化的教师团队，教师以团体形式进行教学活动和教研活动，开展课堂授课与实践教学的集体备课，定期开展教学方法的研讨。

④建立激励性人才管理机制，促进实验教师的教学能力的提高

制定合理的人才培训方案与激励机制，激励教师继续深造、开展教学改革及科研，以提高自身和整个师资队伍的水平。鼓励教师开展教学改革研究、开放实验项目研究，为中青年教师主持和负责教学科研项目创造条件和促进教学仪器的研究与开发。注重教师教学能力的培养，举行青年教师讲课比赛、教学课件比赛、实践操作评比和师德师风考核评优工作，提升实践教师对教学工作的参与感和责任感，促进师资队伍师德建设及教学水平的提高。

3.改革目标

工程训练中心是重要实践教学平台，以专业工程认证为契机，秉承“以素质为先、以实践为重、以创新为魂”的教学理念。教学目标定位于建立工程意识、提高工程素質、增强工程实践能力、培养创新精神和创新能力。构建多层次、多模式、培养学生工程实践与创新能力的综合工程训练实践教学体系，通过“讨论互动”“项目驱动”和“开放式”等模式组织教学，加大信息化建设力度，加强师资队伍建设，提高教师业务能力，将工程中心建设成为服务于浙江省地方经济，满足复合型特色人才的工程实践能力、创新能力和职业素质培养要求，理念先进、特色鲜明、设施精良、队伍优质的工程训练中心。

参考文献：

[1]胡珏.工程教育改革背景下的工程训练平台研究[D] 杭州：浙江大学，2009.

作者简介：

顾平灿（1968年-），男，副教授，研究方向：机械制造。