应用型高校工程训练教学模式构建与实践

殷志锋 栗伟周 李瑞华 葛新锋

摘  要：根据新经济时代社会对人才的需求和目前工程训练教学中存在的问题，提出了分层次、多模块、开放式、立体化的工程训练教学模式，并贯穿本科人才培养全过程。实践表明，通过实施工程训练教学模式，学生的动手能力、工程实践能力、创新能力和工程素质都得到明显的提升。该模式的构建，使作为学校培养应用型人才主阵地的工程训练中心的定位更加清晰、理念更加科学、功能更加完善。

关键词：分层次;多模块;开放式;立体化;工程训练

中图分类号：G642     文献标识码：A    文章编号：2096-3769（2021）06-033-06

2017年教育部办公厅发布的《新工科建设北京指南》中明确提出“根据工程技术的最新发展构建工程实践教育体系，推进基于成果导向的大学生工程实践能力提升”[1][2][3][4]。宋健[5]，朱高峰[6]等院士也呼吁为了适应社会发展对人才的要求，倡导全面实施工程教育，提出全面提升所有在校大学生的工程素养和工程能力，强调“工程为人人，人人知工程”的理念。工程素养的培养和工程能力的提升依赖以工程训练为基础的实践教学，工程训练教学以工业环境为背景，以产品全生命周期为主线，给学生以工程实践的教育、工业制造的了解和工程文化的体验[7][8]。工程训练是应用型高校实践教学体系和实施工程素质教育的重要组成部分，在培养学生的工程素质、工程能力、实践技能、创新意识方面，具有不可替代性。在教学属性方面，具有实践性和通识性。在教学方式方面，具有开放性和多样性。

一、工程训练教学中存在的问题

目前工程训练作为工程教育本科阶段重要的实践环节还存在着实践教学理念不新，顶层设计不科学[9]，實践教学内容分散，层次性、系统性不强等问题[10]，工训中心多是承袭实习工厂，很多只有金工实习内容，内容和真实的工业有区隔，不能胜任解决复杂工程问题。另外，由于我国传统社会重理论轻实践的教育理念导致众多高校在人才培养上定位不清、分类不明，在专业设置和培养方案上趋同化[11][12]，反映在工程训练上从内容到形式甚至几乎完全一样，没有特色，更没有和地方经济结构对人才的需求相适应[13]。为解决上述问题，同时结合国际高等工程教育的培养理念和培养高等工程技术人才的客观需要[14]，构建了集工程技术训练、科学研究、技术服务、学生创新和生产实习为一体的综合教学研发实训平台，形成了立体化、分层次、多模块、开放式的实践教学体系，以体现理论与实践的融合、理论指导实践，最终实现知识向能力的转化、能力向价值的塑造。

二、分层次、多模块、开放式、立体化实践教学体系构建

（一）多层次多模块的能力提升培养方式

根据不同专业的学科背景和不同训练的要求，结合学科特点和实践教学规律，按照分层次、多模块、开放式的教学改革思路，将工程实践教学划分为工程基础训练、工程技能训练、工程综合训练、工程创新训练4个层次，如图1所示，难度和复杂性逐层推进，和专业对应的毕业要求指标点之间的课程能力矩阵，如表1所示。在全校各专业学生实训时，根据工程能力提升需要和未来工作的要求，文科生（包含体音美专业）采用工程基础训练的相关模块，理科生、非机非电工科学生除了工程基础训练之外还要参加部分工程技能训练模块和部分工程综合训练模块，机电类相关专业学生参加所有工程训练的层次和模块，同时这些训练模块也供全校学生根据自己的兴趣和发展需求来选修。

实践课程体系覆盖全体在校大学生，实践训练内容和难度呈现多层次推进、螺旋式上升的特点。工程认知训练以帮助学生了解基本的工程概念、增强行业认知度、初步规划自身发展为主;工程技能训练以熟悉基本操作技能、锻炼实践动手能力、体验工作状态为主;工程综合训练注重分析解决问题、理论联系实际的能力、解决复杂工程问题的能力;工程创新训练注重培养处理工程项目能力、全面的专业创新意识和创造能力。总之，在工程训练实践教学体系的运行过程中，明确以培养大学生工程能力为根本，培养工程素质，着重提升工程应用能力、工程意识和工程创新能力，构建具有工程基础、技能、综合、创新多层次立体化开放式的实践教学体系。

（二）全过程立体化开放式能力提升培养体系

工程训练教学体系（工程基础实训、工程技能实训、工程综合训练和工程创新训练）内容层层递进，如图2所示。

1.工程基础训练

主要为各专业学生提供工程基础知识，根据大一学生的知识背景，设置专业教育和机械工程导论等课程，通过车间实物、展品展柜、展板课件等，以参观、参与、动手操作等方式，初步了解机械工程的相关基础知识和产品的生产制造过程，重点是让学生建立起工程的概念，激发学生的求知欲，同时为后续深入学习专业知识提供工程背景知识。

2.工程技能训练

以培养学生使用工具的能力为主，使其具有初步的工程实践能力。通过真实的工程环境和实践场景，让学生了解真实的生产过程和生产要素，使用常用的工具装备，建立起工艺和工程的概念，扩展到工程系统。结合专业，以课内为主，设计并制作相关作品，做到有“机”可谈，激发学生的训练热情。通过过程的参与，增强工程意识，提升实践能力。

3.工程综合训练

按照工程认证的要求，以解决复杂工程问题为训练目的，通过知识的综合运用，使学生从调研需求开始经历一次完整的机械产品研制过程，建立起从部件到系统的观念，使学生树立大工程观，培养学生综合设计能力、创新设计能力、自主学习创造知识的能力和团队合作意识。

4.工程创新训练

根据应用型人才培养质量标准[15]，应用型本科人才能力培养不限于技术操作，还要有知识应用、创新、学习和就业等多方面的能力。创新能力的培养通过完整的学科竞赛（目前有机器人竞赛、大学生工程训练综合能力竞赛、大学生机械设计创新大赛）、自主创新（自己确定项目，自己实施，工程训练中心提供资金支持。自主创新的产品通过“淘客班”网上销售）、产学合作（学生参与校企合作项目以及横向合作项目，真正接触产品研发一线）、第二课堂和“小混合”班等形式的训练来实现，使学生得到全面系统的工程训练。

以全体本科生的工程实践能力提升为主线，将知识传授、价值引领贯穿其中，根据不同专业和年级实施不同层次的训练项目和内容，集中和开放实践（开放实践方式有两层意思，一是场地和工具开放，提供7×24小时开放服务资源，学生可以随时预约实训。二是内容开放，综合实训项目和创新实训项目根据技术发展进行调整，保证实训内容紧跟技术发展和贴近工厂实际）相结合，训练过程做到知识传授、能力提升和价值引领三位一体，贯穿大学四年。通过各个环节实训项目的实施和迭代，实训难度和综合性层层递进，学生的实践能力逐步提升。

三、具体措施和改革成效

（一）具体措施

1.更新实训内容、升级实训设施、丰富实训方法

根据所设计的122+X实训教学体系[16]，其中，“1”是所有文科类学生实训一周，获1个学分;“2”是指理科和工科学生实训2周，获2个学分;“X”有两个含义，一是工科专业实训课程，主要针对机电、机械专业学生，二是面向全校所有学生的通识类课程。通过课程内容的学习，提高学生的操作能力。

对工程训练中心进行改造和扩建，新建智能制造与数字化仿真实验中心、数字化产品设计与创新实训中心和虚拟仪器与检测技术研究中心，购置一批能够代表先进制造技术方向的设备，满足各层次实训对设备的需求。对122+X实训教学内容和项目进行优化，修改教学大纲，调整综合性和创新型工程训练项目比重，构建“工程基础训练、工程技能训练、工程综合训练、工程创新训练”四层次课程体系，形成分层次、多模块、开放式、立体化的工程训练课程体系，将工程训练贯穿人才培养全过程。

工程基础训练层次新增智能制造过程、磨具制造过程和塑料产品生产过程;在工程技能训练层次新增激光加工、剪板折弯、走心机，与现有设备一起涵盖金属加工的基本加工类型，能够满足现代工程背景下人才工程实践能力的培养;在工程综合训练层次，根据新工科人才解决复杂工程问题的要求，以项目制形式进行综合训练，给定题目，以小组为单位，重在强调知识的运用和问题的解决，包括方案制定、原理分析、技术实现和样机装调等完整的项目过程;在工程创新训练层次，将机械产品的设计制造开发过程向两端延伸，从发现问题并给出解决方案的训练思路出发，强调工程师素质的培养和创新实践能力的提升。

2.课赛结合，将学科竞赛纳入到第一课堂

常规实训教学与学科竞赛脱离，使学科竞赛仅能让一小部分参与的学生受益，学科竞赛的辐射作用被严重削弱[17]。而从人才培养的角度看，学科竞赛和课堂教学的根本任务和目标是一致的。工程训练中心将实训教学与学科竞赛打通，以课赛结合的方式将学科竞赛纳入到第一课堂，使学科竞赛成为课堂教学内容的一部分，进一步扩大学科竞赛在人才培养方面的优势。

目前工程训练中心开展课赛结合的方式主要有两种：一是开放式课赛结合，即在实训课程开课时，借鉴学科竞赛的方式发布命题（部分命题直接从学科竞赛往年的题目中抽取），学生根据所发布的命题，在实训教师指导下，以项目方式自主进行设计和制作，最终依据竞赛规则对实训作品进行评价打分，与报告成绩和实操成绩共同组成实训最终成绩。开放式课赛结合方式主要应用于非机非电类专业（如艺术设计、土木、道桥等）学生的工程基础实训和机电类专业（如电气、机械等）学生的工程综合训练。二是融入式课赛结合，即将学科竞赛的考核评价方式融入到实训课堂。以电子工艺实训为例，传统的电子工艺实训以“教师讲解——学生实操——教师评价”方式为主，学生在实训过程中从一开始的兴趣到最后“不过如此”，课程未关注学生“想要进一步学习和创新的意愿”，学生终身学习的能力培养未体现，融入式课赛结合方式首先将电子工艺实训的内容进行整合，将之前的实训作品改良升级，使学生焊接制作完成的作品具备“对抗”属性，考核评价方式直接设置成竞赛评比，将评比结果作为实训成绩，联合报告成绩和实操成绩组成最终成绩。融入式课赛结合适用于機电类和近机电类（如物联网、网络工程、交通设备与控制工程等）专业学生的工程技能训练。

3.引、育、换并举打造“三师”队伍

由于客观条件限制，工程训练中心成立之初只有7人，而且大部分是从学校（学生）到学校（教师），没有相关行业经历和工程经验，不能满足实践教学要求。因此，工程训练中心争取学校的支持，多措并举、不拘一格，先后从行业企业引进工程师、技师15人。但由于行业企业工程师技师的理论水平还有提升的空间，工程训练中心邀请信息工程学院、机电学院等博士教授对工程训练中心的工程师和技师进行理论提升。同时通过校企合作，把工程训练中心的教师和企业工程师进行交换，教师增加行业经历和工程经验，企业工程师以公开课、训练营、讲座、师资培训等多种形式开展为学生提供近距离接触企业前沿技术的机会。通过引、育、换措施，工程训练中心形成了教师、工程师、技师共存的“三师”队伍，同时计划对现有师资进行系统培训，提升业务教学水平，培养适应多岗位、多方向的“三师型”（集教师、工程师、技师于一身）教师，为工程训练中心的可持续发展奠定基础。

4.按照OBE理念构建实训效果评价机制

遵循OBE的理念，形成全周期评价、全过程考核和多角度反馈能够持续改进和提高的工程训练教学评价体系，如图3所示。

实训评价主要监测教学目标达成情况，依托评价指标进行。评价指标的形成融合实训前、中、后全过程，实训前评价软硬件设备和师生情况，实训中评价主要包括过程性材料和三方校内评价，实训后包括作品、报告、实操、竞赛以及企业评价等，通过对三个环节的评价汇总分析，形成评价指标，最终形成优化闭环。该教学评价体系被河南省教育厅评为2020年度“教育评价改革典型案例”。

（二）取得的成效

构建了适应地方应用型高校提升大学生创新能力的实践教学体系。按照分层次、多模块、开放式、立体化教学思路，系统构建了四个层次、多个模块、复杂程度逐步提升、项目随技术进步逐步更新、开放式的工程训练实践教学体系，为应用型高校工程训练教学提供了可参考的思路。

通过四层次工程训练，形成了培养大學生工程能力的长效机制，提供开放式的自主使用平台，将学生从传统金工实训操作扩充到综合实训和创新实训，提升了大学生工程实践能力、工程创新能力和解决复杂工程问题能力。参加全国大学生电子设计竞赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛等获各级各类奖238项，受益学生数近1000人，年获奖数量和增长情况，如图4所示。自2016年实施分层次、多模块、开放式、立体化的工程训练教学模式始，每年参加学科竞赛获奖率保持在90%以上，2019年获奖数量达到81项，2020年以后受疫情影响参赛规模和获奖数量有所回落。

工程训练中心教师的教学水平和教学能力也得到进一步提升，同时示范效应显著，多次代表学校在河南省和全国金工（工训）教学研究会工作经验交流会及工程训练综合能力竞赛研讨会上交流发言，得到了同行专家的一致认可。

工程训练课程目标的形成矩阵，如表2所示。能力形成途径包括实训、竞赛、项目以及其他方式，其中实训是各层次训练能力形成的强相关因素，竞赛和项目以高层次的工程训练支撑为主。

参考文献：

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On the Construction and Practice of Engineering Training in Application-Oriented University

YIN Zhi-feng， LI Wei-zhou， LI Rui-hua， GE Xin-feng

（Center of Engineering Training ， Xuchang University， Xuchang HeNan 461000， China）

Abstract： Based on the social demand for college students' ability in the new economic era， in regard of the problems of teaching in engineering training， a multi-level， multi-module， open-ended and multi-dimensional teaching system in engineering training is proposed and practiced throughout the undergraduate program， in which students' comprehensive ability to practice， innovate and qualities as an engineer have been significantly improved. The new model makes the engineering training center， the main sector of the college to cultivate students' comprehensive ability to practice， have a much clearer disposition， more scientific concepts and more complete functions. It not only improves the competency of college graduates but also the ability of the school to serve the local economy.

Key words： Hierarchical; Multi Module; Open-ended; Multi-dimensional; Engineering Training

Learning Motivation

收稿日期：2021-08-21

作者简介：殷志锋（1975），男，河南许昌人，教授，硕士研究生，研究方向为通讯工程、工程训练;葛新锋（1978），男，河南许昌人，副教授，博士研究生，研究方向为先进制造技术、工程训练。

此文为河南省高等教育教学改革研究与实践重点项目（2019SJGLX137）和许昌学院新工科研究与实践项目（XGK202007）的研究成果。