地方高校新工科层次化实践教学体系研究

王 栋，韩变枝

一、引言

随着经济社会高速发展，科技创新突飞猛进，现代工程系统和工程环境变得更加复杂，对工程人才的结构和质量都提出了新的要求。现代工程技术人才不仅要具备扎实专业理论知识和技能，还应具备科学思维能力、工程实践能力、创新能力、管理协作能力、终身学习能力以及优秀职业道德等［1］。当前各国都对创新型工程技术人才培养给予了高度重视，要求在工程教育中培养学生的基础知识、专业知识，并充分融合实践技能和综合能力等［2］。现实业界的普遍反映是，应用型、复合型、创新型人才出现了结构性的紧缺，学生的工程实践综合能力较弱［3］。其中一个很重要的原因在于实验教学体系设计不合理，教学内容与产业需求之间还存在较大差距，学生工程实践的能力培养不够，实践教学质量不理想。针对各行业急需高素质创新型工程技术人才的状况，我国积极推进“新工科”建设，积极推进地方高校的办学方向由学术型向应用型转型，以期真正增强地方高校为区域经济社会发展服务的能力。因此，地方高校要把培养应用型、复合型、创新型工程技术人才、服务产业转型升级作为“新工科”建设的理念先导［4］。

应用型人才培养的重要特征就是实践性和创新性，尤其是特别注重实践技能和解决实际问题的能力培养。工程实践是培养大学生工程能力与创新能力的主要途径，是实践育人的关键环节［5］。马克思主义认识论认为理论学习与实践训练是一体融通的，不可或缺也不可割裂，也没有必然统一的先后次序［6］。当前亟需解决的问题在于实践体系的重构和实践教学方法的改革，既要让学生牢固掌握基础理论和专业知识，也引导学生从被动实践逐步转向主动实践，充分锻炼和提升学生的实践操作能力和工程创新能力。

二、现状分析

据新景程研究的报告，2019届全国本科毕业生对实践教学的“满意”评价为60.84%，理工院校本科毕业生对实践教学的“满意”评价仅为59.94%［7］。下面从历史、观念、体制、文化以及资源投入等方面分析其根本原因，以期探讨高校实施工程实施教学改革的思路。

1.教学理念陈旧，人才培养模式单一

传统工程教育强调专业知识的系统性和学科性，以教师、教材和课堂为中心，实践训练多为验证性基本技能训练，因而是被动性实践教学。在这种教学理念及教学模式下，学生获取的知识面较窄，不利于培养学生实践能力、管理协作能力和沟通能力，更谈不上培养创新创业能力和终身学习能力等，无法满足创新型工程技术人才的培养要求。

2.培养目标不明确，课程内容陈旧

虽然专业人才培养方案结合现代工程教育理念也在不断地修订完善，但总体来看仍沿用传统知识体系进行课程设置，而且课程内容更新较慢。工程教育的人才培养目标是工程师，却缺乏工程实践方面的教学内容，学生获得知识无法满足将来工作需要。另外，专业人才培养方案流于形式，课程体系与人才培养标准缺乏有效对接，呈现“两张皮”的状况，这也是工程教育教学改革的一项关键任务。

3.教学体系不完善，实践教学缺位

高校普遍开设了通识教育课、学科基础课、专业核心课、专业选修课、素质拓展选修课等，也安排有课内实验和集中实践教学环节，工科实践学分占到30%。但教学体系中理论课程量过大，实践性特征不明显。具体来说，这主要表现为课程内容缺乏整合，实践教学安排零散，理论课程与实践环节之间缺乏沟通，各实践教学环节之间缺乏联系，实践教学方法相对落后等。总之，未能建立起“专业核心技能—综合实践能力—科技创新能力”训练体系。

4.受时空和环境制约，实践教学低水平重复

传统的教学体系在实施过程中，由于教学时间减少，实践内容模块化或零碎地附属于各个环节或各门课程，学生的学习犹如走马观花。实践教学活动限于实验室范围，只服务于某门课程，且项目单一、验证性多、重复度高，学生难以产生兴趣。另外，学校的开放性不足，缺乏与产业界的密切联系，难以了解企业对人才培养的态度，学生的实践训练受到制约。

5.资源投入不足，实践教学质量难以保证

当前高校的实践平台多为陈旧的教学仪器设备，先进的研究设备更新不及时，面向生产实践和行业需求的实践项目寥寥无几。另外，教师队伍的工程素质和实践经验不足，既具有丰富工程背景又具有较高学术水平的教师紧缺，实践教学的质量难以保证。

三、建设思路

王沛民教授提出，工程教育实践改革要把握概念、课程和模式三个关键点［8］。借鉴国外工程教育实践，高校构建工程教育实践教学体系要以马克思主义实践观、全面工程教育观为指导，改变“学科导向”“科学导向”的惯性思维和常规做法，落实“新工科”“OBE”“做中学”等教学理念，向“实践导向”“能力导向”转变。具体来说，高校要以提高实践技能为侧重点，明确培养目标，细化培养标准，创新实践课程内容和形式，体现“两性一度”特征，构建能力发展培养的层次化体系，实现理论课程与实践课程的一体化融合。同时，高校还要注重教学模式的协同改革。因此，高校的实践教学体系构建应包括培养目标、培养标准、课程体系、层次化教学安排、实验资源、师资队伍以及管理机制等内容。

四、实施措施

1.理顺关系，优化体系

行业企业深度参与培养过程，是实现“新工科”建设计划的必要保障［9］。具体来说，高校要让行业企业深度参与人才培养方案的制订、实施和评价，明确培养目标；对接国家标准和工程认证标准，细化培养标准；建立知识能力标准要求与课程的对应关系矩阵，优化课程体系，理顺实践环节与理论课程之间的关系。

2.合理设计，层次安排

课程体系结构是实现工程教育教学理念和人才培养标准的重要途径［10］。高校要坚持理论为基、实践为要、能力为重的基本原则，构建“三段一线五位一体”层次化实践教学体系（见图1），实现“科学知识—技术知识—工程知识”的渗透融合，实现“基础技能—专业技能—综合能力”的稳步提升。“一线”是指将某典型工程项目贯穿学习全过程；“三段”是学生培养过程“基础—提高—综合”三个阶段，对应基本技能、专业技能、综合能力三个层次；“五位一体”是指实验、实习实训、学科竞赛、企业培养和社会实践，对应基础实践、综合实践、创新实践和社会实践四个平台。理论知识支撑为自然科学、人文素质、工程通识教育和工程专业技术等课程，对应必修、选修两个课程平台。整个体系以工程项目工作过程系统化融入各教学环节。其中，实验项目设计特别强调工程的集成性与创新性，实现层次性和连贯性，加强综合类实验和工程设计；实践内容要适应新的变化，适当增加跨学科课程内容，包括经济、法律、管理、环境及职业伦理等方面的知识，增加国际化合作项目和可持续发展的内容。

图1 “三段一线五位一体”层次化实践教学体系

3.整合资源，高效利用

高校要整合实验室、工程训练中心、校内外实习基地和科研基地等教学资源，以工程项目的技术应用和工程方法为主线，按细分的工作过程和企业需求来设计开发实践项目，实现“验证—综合与设计—创新与探索”层层递进的实验项目，形成基础技能、专业技能、工程设计和工程应用循序渐进的“多段式”工程训练模式。

4.转变角色，注重方法

从学生主体视角出发，教师角色要转变为学生身边的教练员和引导者。具体来说，教师要采用探究教学、案例教学、项目教学和基于问题等的教学方法，引导学生从被动实践逐步转向主动实践。另外，高校一方面要鼓励教师下企业锻炼，提升实践能力，另一方面要聘请行业企业工程技术人员强化实践教学师资队伍，双管齐下提高教师的实践教学水平。

五、应用实践

山西工程技术学院（下文或简称“学校”）作为地方涉煤类工科高校，围绕地质测绘、煤炭开采、煤机装备、矿井建设和加工利用开设相关工程专业。近年来，山西工程技术学院积极落实“新工科”建设行动计划，持续优化实践体系和教学模式，不断提升学生的专业实践、工程问题分析、工程设计能力以及综合素养。

1.明确实践教学定位，优化体系

山西工程技术学院转变传统认识，将实践教学提升到与课堂理论教学同等重要的地位，激发学生的学习兴趣和学习动力，特别是注重学生的动手实践能力和工程创新能力的培养。首先，学校明确了培养目标，优化教学资源，建立了人才培养方案中知识能力要求与课程对应的关系矩阵。其次，强化基层教学组织作用，以工程项目为主线，整合实践教学资源，按学科设置实践教学中心，完善管理机制。再次，教学体系和教学模式协同改革，设计、开发了实践项目和内容。最后，注重教师角色转换和教学方法，根据学生不同阶段的学习特点，层层推进，步步强化，切实保障工程技术人才实践能力的培养效果。

2.层次化实验项目设计

山西工程技术学院将煤炭开采中采、掘、运、提等煤机装备为工程项目，选取典型零部件为原型，以提高学生工程认识、工程实践能力、实际分析问题和解决问题能力及创新能力等为目标，重新规划和设计实验教学项目，形成验证性实验为基础、综合与设计性实验为主体、创新与探究性实验为导向的层次化实验教学体系，具体如图2所示。

图2 层次化实验教学体系

（1）验证性实验项目设计：以帮助学生巩固理论知识、掌握基础实验方法和认知机械设计制造基本工艺为目标，实验类型分为自然科学基础实验、学科基础实验和专业基础实验，并围绕理论课程知识点系统化设计实验项目内容。其中，自然科学基础实验有物理、化学实验，以原理测试和表征观察为主；学科基础实验包含电路、力学及材料实验，以基础理论和性能测定为主；专业基础实验内容包含机构、零件结构、性能、精度等实验，以机械认知、参数测定为主。同时结合实验室现有的仪器设备，设置必做和选做项目，不断丰富实验内容，供学生自主选择。

（2）综合与设计性实验项目设计：以锻炼学生知识、能力的综合运用以及实践能力为目标，重点建设综合与设计性实验项目和内容。具体来说，面向煤机制造工程领域的发展热点，依托先进科研成果，以新技术、新工艺应用为设计重心，以虚拟仿真技术为有益补充，建设机械设计、机械加工、机电控制、数控技术、液压气动及接口设计等实验项目，使其在机构设计、工艺分析、制造加工和驱动控制等环节更贴近生产实践。这样，就弥补原有综合实验项目较少、单一的缺陷，充分锻炼了学生解决本专业领域复杂工程问题的能力。即，让学生综合利用所学的基础知识和专业知识，开发、选择并使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，设计综合解决方案，提升学生的工程素质和综合能力。

（3）创新与探索性实验项目设计：以引导学生探索工程领域热点和新兴技术、锻炼其创新能力和科学探究能力为目标，设计和开发创新与探究性实验项目。具体来说，学校面向专业领域生产技术发展热点，设计开发机构组合、增材制造、自动控制创新实验项目，充分结合研究团队在工业软件、3D打印、电火花加工、熔覆技术、PLC应用技术及性能调控等方面取得的科研成果，利用学校的科研实验室设备，设计开放性的探究性实验内容。这样的教学设计，激发了学生的研究兴趣，为学生毕业后从事相关领域的研究、设计、开发等工作以及研究生阶段的学习奠定基础。

3.层次化实践项目设计

当前学校基本形成“基础—提高—综合”层层递进、螺旋上升的实践教学体系（见图3）。

图3 层次化实践教学体系

其中，基础阶段以培养学生知识运用、动手实践、树立工程理念和认知制造企业为目标，实践内容分为零件测绘、工程软件训练和企业认知实习。具体方案是：围绕理论课程知识点，系统化设计实践项目，以皮带运输机减速器为模型，训练学生识读、绘制零件图和三维造型的能力；通过在校内煤矿实景教学基地及企业的实地参观，让学生熟悉煤机装备生产流程和企业文化，并树立工程意识。

提高阶段以培养学生动手实践能力、系统思维能力、强化工程意识为目标，完成典型零件的加工实训，完成煤机设备的减速器—机构—机器—拖动控制系统等设计训练。同时，通过企业岗位实践和多样化技术学习，让学生进一步掌握机械制造工艺方法、设计方法。

综合阶段主要有企业实训、参加科技活动和社会实践等，鼓励学生积极参加科研训练和社会实践，提升综合素养。首先，根据工程能力创新型人才培养要求和学生爱好特长，结合企业技术岗位，让学生完成工程技术专题化学习，如液压支架缸筒数控加工等。然后，让学生结合实际工程项目，完成毕业设计。最后，设置学分，通过工程应用实践和校企联合评价，提升学生的工程设计等综合实践能力。

4.层次化实验教学模式创新

教学模式创新注重突出学生主体地位和教师引导作用，为“新工科”背景下的机械设计制造及其自动化专业人才的实践创新能力培养提供保障。（1）实验教学类型。验证性实验项目：依据实验指导书，教师示范并指导学生完成，同时启发引导学生自行设计验证方案；综合与设计性实验项目：依据实验目标要求和实验条件，学生自由分组，完成方案设计、过程实施和结果分析，教师提供技术指导，突出学生的自主性和协作性；创新与探索性实验项目：依据工程技术前沿，教师团队结合学生选题提出系列实验题目，学生查阅资料并提出实验方案，自行完成设计、实施、结果分析与探讨，教师团队对实验方案、内容和结果分析进行建议性指导。（2）实验教学阶段。基础实践阶段：以机械认识和了解企业为主，学生独立完成零部件绘制和工程软件应用，教师进行指导并完成效果评价；提高实践阶段：以动手操作训练强化工程意识为主，小组完成零部件加工和课程设计，教师组织答辩评价，生产岗位实践，校企共同评价；综合阶段：以企业专门培养为主，完成实际工程项目和毕业设计，校企共同评价。

5.实践效果

通过问卷调查，在学习目标达成、教学内容完善、教学方法互动参与、实践教学层次推进、教学模式与生产契合等几个方面，95%以上的学生对层次化实践教学新体系表示满意。一是认为教学内容更贴近工程实际和产业发展现状，突出了学生在学习和实践操作中的主体地位；二是认为其更有利于专业知识学习不同阶段的能力锻炼和培养，对将来就业和深造具有良好的帮助。总之，从效果来看，学生学习兴趣增强，愿意参与工程实践，主动思考和动手的积极性增强，综合能力有了明显提升。学科竞赛中学生参与度由原来的3%提升到11%，获奖数量大幅增涨。企业对待实习的态度也有了明显转变，认为阶段化培养拉近了校企间距离，基本解决了毕业生上岗难、上手慢等问题。

六、结束语

当前，基于工程人才综合性、创新性等能力培养的要求进一步提升，实施“新工科”建设计划是高校工科专业建设和教学改革的重要举措，而科学构建工程专业实践教学体系和教学模式具有关键支撑作用。本文以山西工程技术学院为例，在实践教学现状分析的基础上，提出工科专业实践教学体系的改革思路和实施措施，构建了工科专业层次化实践教学体系，并对机械设计制造及其自动化专业人才实践与创新能力的培养进行了初步研究和实践。其探索经验可为其他高校的实践教学改革和工程人才培养提供借鉴。需要说明的是，新体系的实施对教学评价、教学管理等方面提出了新的要求和挑战，高校在教师培养、资源投入和校企合作、协同创新方面还需进一步强化。