基于“互联网+工程实训”自主训练模式探究

孟兆生，岳彩霞，田 军，徐建成，孙建华

(1.黑龙江工程学院 工程训练中心，哈尔滨 150050；2.黑龙江工程学院 发展规划处，哈尔滨 150050，3.黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，哈尔滨 150050)

2015年“互联网+”行动计划推动了移动互联网、云计算、大数据、物联网等现代技术与制造业的结合，2017年新工科建设的引领性、交融性、创新性、跨界性、发展性的特征，对工程实践教育提出了更高要求，各高校对工程训练中心进行升级改造，对工程实训课程体系进行重新构建。文中基于“互联网+工程实训”运行模式提出工程训练模式创新解决方案，力求建立具有智能模式的工程训练环境，建立完善的创新训练机制，把互联网技术融入工程训练全过程，构建全新的无需教师指导的“无人工训”教学运行体系。

1 工程实训课程现有运行模式面临的困境分析

1.1 工程实训指导教师队伍状况堪忧

目前，高校理论课教师队伍建设进入博士化、国际化的阶段，而实践教师队伍面临诸多困境。一是全国各本科院校的工程训练中心除国家级或省级实验教学示范中心属于教学单位外，大部分属于教辅部门。由于教辅部门业绩津贴固定，做不到多劳多得，很难调动教职工的积极性。即使通过思想政治工作等手段，强调讲奉献，但并非长久之计[1]。二是有的工程训练中心教职工偏少，达不到规定的生师比。一般每学年要完成全校一个学年数千名学生的工程实训教学任务，不可避免地造成疲于应付的局面，同时还存在极大的安全隐患。三是工程实训指导教师构成复杂。一般是由教师、实验教师、工人技师、合同制聘任人员等组成。实践教师队伍不稳定、流动性大。其中，素质高、能力强、具有丰富经验的人越来越少，严重影响实践教师队伍质量，制约着工程实训课程质量的提高。四是编制问题。有一些工程训练中心不同程度地存在进人困难的情况，招聘的指导教师达不到在编学历要求，属于编制外合同制人员，不能享受相应待遇[2]。

1.2 工程实训教学任务繁重

目前，绝大多数工科院校要求所有学生进行不同层次、不同时长的工程实训教学，而大部分院校的指导教师缺编运行，教学任务繁重。一是参加实习的学生绝对数量在增加。据不完全统计，每年约有1 000～7 000名左右学生进行工训实习，需要完成10～40万左右人时的教学工作量。二是在教学过程中，要求的教学内容越来越丰富，既有实际操作，也有工程文化认知；既有规定的实践内容也有独立制作的创新作品；既有工程实训项目也有技能竞赛；既要培养技术能力也要培养非技术能力。三是设备管理工作量增大。工程训练中心不仅拥有各种常规的材料成形与加工制造设备，随着应用型本科转型发展，有些学校已经拥有几万米实训场地及上亿元实训设备。包括一批先进的智能制造数控加工设备、逆向工程增材制造特种加工设备等；有的还装备有柔性制造系统、物流系统及机械手臂等。这些设备的管理、维修、保养都需要很大的工作量。四是工程训练中心科研、教研、组织学生参加各类竞赛等活动越来越多。组织学生参与各级各类竞赛活动，需要付出很多业余时间，更增加了教师的工作量[3]。

另外，工程训练中心实训场所开放工作量大。工程训练中心面向全校各专业进行实训教学，几乎全年所有教学周都在上课，即便如此，也不能满足学生训练的需要。一是有兴趣的同学需要更多的时间去做自己喜欢的项目；二是参加各种竞赛的同学需要反复试制自己的作品；三是项目教学任务需要更多的时间去完成。这些都需要采取实训场地开放的措施去满足上述工作需要。这就需要指导教师牺牲大量休息时间参与指导，致使许多指导教师超负荷工作，得不到很好的休息。因此，如何在实训场所开放过程中减轻教师的负担，是亟待解决的问题[4]。

2 基于“互联网+教育”工程实训运行模式创新解决方案

针对目前工程训练中心的实际情况，结合工作实际，制定出创新解决方案。主要是利用“互联网+技术”，全面改革传统的实训课程教学手段与方法，以全新的理念为学生提供信息化、智能化、自主式的学习实训平台，激发学生潜能，提高教学效率，增强实训效果。

2.1 工程实训课程自主训练的环境建设

2.1.1 在线学习平台建设

根据教育部2018年4月印发《教育信息化2.0行动计划》、2019年2月印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》等通知精神，工程训练中心首先要注重工程实训网站信息化建设。工程训练中心不仅是校内工程实践训练基地，也是科技创新创业基地和职业技能培训中心。因此，需要构建集教学、实训和管理于一体的信息化教学及管理系统平台，创新优化教学和管理[5]。搭建学生工程实训网上预约登记信息数据库、各实训场所三维实景导航数据库、各实训项目安全操作知识数据库、着装检测数据库、各实训项目操作慕课、微课、视频数据库、学生实训期间操作过程数据库、学生各实训项目加工工件质量检测数据库、学生各实训成绩管理数据库、工程实训工具、耗材管理数据库等[6]。

工程实训教学的信息化主要体现在：在教学设计方面，应对自主探究、协作学习和混合学习信息化；在交互方面，对师生之间、学生之间的交互、学生与项目内容间的交互信息化；在评价方面，对在线平台进行相关评价，对实训过程评价信息化[7]。

2.1.2 利用“互联网+技术”，强化工程实训设备安全防控

学生利用互联网在线学习获得准入考核通过后，已经具备安全规范基础知识，具备一定的安全意识。为确保安全，必须对加工设备在硬件上进一步加强安全保障。

主要思路是利用设备硬件控制技术，对实训设备进行升级改造，让设备本身通过安装安全控制模块实现设备硬件安全控制。通过加装紧急报警功能、各种监控程序等软件控制部分，让设备真正具备全方位安全保障功能，做到设备上电可控、设备安全操作可控；设备可通过视频监控，设备使用人、使用时间可控；启动、关闭设备安全提示，从而保证设备与人身的安全，满足24小时开放条件。在操作环节，对学生可能出现的违反安全操作规程以及超速、超载危险运行的情况实时监控，出现问题及时报警并通过安全控制装置立即停机，保护实训学生人身安全和设备安全。真正将各工程实训项目的安全操作规范落实到具体的工程实训项目环节，时时提醒、规范学生操作全过程。规范安全使用工、量、夹具并进行管理，使学生在进行工程实训同时，养成良好的安全操作规范习惯，提高自身管理能力。

2.2 工程实训课程自主训练的总体设计方案

自主训练的总体设计方案包括三个模块。第一个模块：网上选课，通过在线平台自主学习训练科目的基础知识和安全常识，测试通过后实训场地准入；第二模块：工程识图，工艺流程，实际操作训练；第三模块：工件检测，成绩评定。其流程如图1所示。

图1 “互联网+工程实训”课程自主训练流程

2.2.1 第一模块：主要解决实训场地准入问题

1)利用“互联网+技术”，解决实训教学基础知识问题。创新建设工程训练中心网站，增加慕课、微课等平台。学生利用工训教务系统进行选课，通过学号登陆工训网站，或者扫描二维码关注工训微信公众号，进入相应界面。在开放模式下，自主安排学习时间，利用实训中心信息化平台及新媒体以碎片化形式进行学习，自主完成实训教学基础知识和安全常识的学习，培养学生自主学习能力[8]。

2)利用“互联网+技术”，设立工程训练中心实训知识准入制度。通过在线学习，进行实训安全常识和基础知识考试。安全规范和操作规程项目考试成绩必须满分；基础知识90%正确为合格。符合条件才可以进入实训阶段，允许上机操作。

“安全第一”是开设工程实训课程始终坚持的第一要务，要求学生时刻保持安全意识。学生在具备工业常识的同时，也要掌握基本的安全急救措施。学生实训前签订安全承诺书，在思想意识里筑牢安全防线。在条件允许的情况下，制定在实训期间学生购买人身保险制度，为学生提供保障。

3)利用“互联网+技术”，设立工程训练中心实训着装准入制度。建议学生保留入校的军训服装作为实训工装。着装要求：身着工训服；焊接实训的同学必须穿长袖；要戴工训帽，长发同学需将头发有效束起放在帽子里；不得穿凉鞋、拖鞋、高跟鞋等鞋子[9]。

在实训门口，每名学生刷一卡通或者输入学号，然后站在转台上，利用照相式原理，进行非接触式光学立体扫描，将数据通过USB接口连接计算机设备，对其工训服装及防护要求等进行识别。针对符合工程实训服装要求的程度，依据相应标准，设备自动评出服装准入成绩，合格者可以准入实训区域[10]。

针对具体工种还要进行特殊着装扫描。比如：进行焊接实训，增加检查项目，是否戴防护手套，是否戴焊帽、护目镜，是否穿符合焊接要求的鞋等进行甄别，符合安全操作服装要求，才可以进入焊接实训区域进行实训。

2.2.2 第二模块：利用“互联网+技术”，创新解决工程识图教学资源问题

在传统工程实训教学中，学生往往会在工程图纸识别上出现认识偏差和理解错误。目前可以在“互联网+技术”支持下，基于虚拟现实技术，借助AR技术辅助教学识图。虚实结合，增强交互方式，更好地理解图纸所表达的信息[11]。

学生可以通过手机APP进行扫描识别待加工零件图，进行虚拟化显示。学生可全方位观察模型，有助于更好地识图，这样可以增强工程实训教学的吸引力，提升学生的学习兴趣[12]。

在充分理解工程图纸的前提下，利用模拟仿真平台分析工艺流程，观看演示过程，在理解掌握操作要领的情况下进行实际操作。

2.2.3 第三模块：利用“互联网+技术”，实施自动检测工件，自动评定成绩

对于学生在实训中加工的作品，放在检测平台上，利用三维扫描仪，进行长、宽、高、圆弧半径尺寸检验，同时可对工件表面粗糙度、形位公差等进行全方位检测。检测后自动生成检测结果，结合行业标准制定的评分要求，经过判定自动给出学生该项作品的综合成绩[13]。

如果学生感觉成绩不理想，可以利用课余时间，进行反复训练直到满意为止。因为加工一次只能说是体验，只有反复多次地操作才叫训练。只有多次训练才能真正深入掌握操作要领，提高操作技能。践行专注、敬业、精益、创新精神，不断雕琢自己的作品，不断改善加工工艺，充分享受作品通过辛勤劳动不断升华的过程，潜移默化地培养追求卓越、精益求精的品质，以造就具有工匠精神的新时代卓越工程师[14]。

学生的最终成绩由在线学习的成绩、进入实训场地时着装和安全防护符合要求程度的成绩、各实训工种操作的成绩等构成。各个环节的数据会记录在中心信息化管理平台，直至所有实训项目或环节考核完成，系统会按权重自动汇总出学生实训总成绩，避免人为干预，成绩公正透明。学生完成课程后，在规定时间内，可以自主查询成绩。成绩不合格的，按规定选择重修或者补做[15]。

利用“互联网+技术”，通过大数据采集，可以得到工程实训设备使用情况，包括学生操作使用设备信息、分时段统计设备使用率等信息，实时进行科学分析、研判，以便统筹调控总体实训状况。通过数据分析可以判断设备使用频率的具体时段，以便及时提示学生选课的时段，尽量使学生的实训呈均匀分布，不至于造成拥挤。

3 结束语

通过以上方案探讨分析，基于“互联网+工程实训”开展学生自主训练，实现“无人工训”，以解决工程训练中心现存的困境。利用“互联网+技术”，提出全流程创新解决方案，改进实训教学模式，解决指导教师短缺问题。建立学生工程实训知识、实训着装、实训操作安全准入制度。解决工程识图虚拟教学问题，推进工程实训项目教学实现“智能化”。实施工程实训作品自动检测，平台自动生成实训成绩。培养学生自主学习和实际操作能力，使学生技术能力和非技术能力协同发展。