综合创新能力引领下工程实践育人体系研究与改革

程毅，蒋建军，吕冰

(西北工业大学 工程实践训练中心，陕西 西安)

一 引言

在大国竞争背景下，航空航天、高技术船舶、先进轨道交通等国家战略产业高端装备在国民经济领域的重要性日益显现，成为实现我国“制造强国”梦的核心保障。还强烈依赖研发人员对装备的系统性认知以及通过创新手段实践专业技术的能力。高端战略装备研制中出现大量复杂的系统性工程问题[1]，上述问题的有效解决不仅需要扎实的专业知识，在此背景下，我国大力推动“新工科”建设，旨在培养“专业精通、学科融通、实践贯通”的综合性、高素养领军人才。

工程实践训练作为我国高等工程教育的重要组成部分[2]，是本科生实践专业能力、了解多学科知识的主阵地，相比于专业学科育人，其在受众广度、动手能力、综合能效等方面具有一定的有优势，因此，在“新工科”建设及复合型工程人才培养中工程实践教育应发挥重要作用。然而，传统工程实践普遍存在着育人理念陈旧、课程结构松散、能力体系不明确、平台支撑不完善等一系列问题，导致工程实践育人层次低、创新能力欠缺、系统性思维不足等问题。

西北工业大学工程实践训练中心基于学校育人目标、结合中心教学特色，深挖领军人才实践能力要素，以“实践意识、创新能力、系统性思维”培养为目标，创建了领军人才综合创新能力引领下的“多层次、模块化、递进式”实践育人体系，打造了“基础训练、前沿创新、综合交叉”三层级课程体系，建设了“基础工训，创新综合”两级实践平台，通过“校企协同- 赛教融合-国际化教育-研教联合”多元育人环境，形成了“基础层级厚素养、创新层级扬专长、综合层级促融合”的领军人才工程能力培养新机制。在五年的实践中，形成了大量优秀教学成果，在领域内产生了良好的声誉和推广效果。

二 工程实践教育现状及主要问题

（一） 工程实践育人现状分析

国内一流高校普遍重视工程实践教学，各高校工程训练中心都对自身育人环境进行建设，并形成了各具特色的实践育人体系：① 以山东大学为代表的创客空间模式，强调高水平竞赛对人才培养的重要性；②以北航为代表的学院、中心综合联动模式，强调高水平科研在人才培养中的重要性；③以上海交大为代表的校企协同模式，强调工程素养和能力在人才培养中的重要性。

表 1 国内各一流高校工程实践体系

综上，国内各一流高校工程训练中心对人才工程能力培养各具特色，普遍强调人才创新能力、综合能力，并对能力体系进行了分层，针对不同能力提出育人方法。

（二） 主要问题

随着现代科技的飞速发展，机器人、人工智能、大数据、虚拟现实等新兴科技日新月异，也对工程实践教育带来冲击。对此，教育部也提出了“六卓越一拔尖”计划、“新工科”建设等项目，旨在培养高素质工科人才，然而在上述高等工程教育突飞猛进的背景下，传统工程实践训练对大学生的“吸引力”却日益下降，究其原因：

1. 传统工程实践育人理念落后，忽略了现阶段国家重大战略产业对人才能力要求已发生了跨越式变革，两者间存在矛盾，形成了固步自封的局面，造成传统实践育人体系落后、人才培养层次低。

2. 传统工程实践知识陈旧、结构松散，与专业理论课程存在较大代差，且实践教学环境与专业理论知识间缺乏有效衔接，知识层级远低于学生预期，造成对学生吸引力和启发性不足，无法提升学生对知识的接受度。

国内各高校工程实践教育已普遍认识到上述问题，开设机器人、人工智能、大数据等创新创业实践课程[8]，并取得大量优秀的教学成果[9]，然而在上述新兴领域课程建设中又出现了如下问题：

3. 现阶段创新实践类课程建设中忽略能力培养的一般规律，忽视了不同学科学生侧重点应该有所不同，不同年级层次学生的理解能力、知识深度也不尽相同，与此同时，在课程建设中还出现了重新兴、轻传统的趋势，各类新兴领域课程各自为政，造成学生能力孤岛，难以支撑高阶人才系统性工程能力的培养[10]。

4.现阶段实践平台建设普遍出现重设备投入[11]、轻育人成效的现象，没有充分挖掘平台潜能[12]，且对于不同的课程使用相同的教学模式、培养手段，导致学生接受度及讲课效率降低，无法实现课程-平台-环境相互匹配，导致实践教学效果不尽如人意。

综上，目前工程实践教育呈现出多样化问题，其原因有新兴科技领域对传统工程教育的冲击，也有工程教育曲折发展导致的自身局限性。究其根本是工程实践教育落后于现代科技发展，缺乏创新活力和机制，无法达到国家高端战略产业对人才能力的期望值。因此，如何传承和发展工程实践教育，主动对接国家高端战略产业对领军人才的需求，真正成为学生 “专业理论知识”向“复杂系统性工程问题解决能力”跨越式发展的重要桥梁，是工程实践教育亟需解决的重大难题。

三 工程实践育人体系研究

（一） 工程实践育人现状分析

西北工业大学工程实践训练中心（简称“中心”）基于国内多所一流高校实践教学模式分析，结合学校及学科特点，从高素质领军人才培养中的实践能力要素分析入手，以综合创新实践能力培养为目标，遵循循序渐进、强调共性、突出个性的特征，提出了“基础层级厚素养、创新层级扬专长、综合层级促融合”的领军人才工程能力培养新机制，据此创建了领军人才综合创新能力引领下的“多层次、模块化、递进式”实践育人体系，如图 1 所示。

图1 “多层次、模块化、递进式”实践育人体系

（二） 领军人才“多层次”实践能力剖析

基于国家重大战略产业对人才需求发生跨越式变革导致人才实践能力要求进一步提升，制定了三层次实践能力体系，即“基础工程能力、创新工程能力、综合创新能力”，将各层级能力进一步细分为人格素养要素、工程素养要素和学科前沿要素，剖析要素特征，依次规划各要素培养阶段，形成了“优秀本科人才培养”“高素质拔尖人才培养”“未来领军人才培养”三个阶段，提出了如表 2 所示的“基础层级厚素养、创新层级扬专长、综合层级促融合”的领军人才工程能力培养新机制。

表2 领军人才工程实践育人新机制

（三） 实践课程体系“模块化”重构

在详细剖析实践育人要素后，提出以课程为根本的“模块化”实践课程体系，构筑了“基础训练、前沿创新、学科交叉”三层课程群，如图 2 所示。

图 2 “基础训练、前沿创新、学科交叉”三层课程群

图 3 课程体系建设

基础训练层：整合冷加工、热加工、电子实习课程，充分挖掘课程、实践训练、劳动育人内涵，联合机器人、逆向工程、虚拟仿真等内容，将先进的工程技术、制造理念融入教学，基于完全学分制建设模块化基础训练课程群，从而实现对不同大类学生的定制实践，支撑具有家国情怀、实践意识的优秀本科人才培养。

前沿创新层：深挖机器人、虚拟现实、3D 打印、逆向工程、精密加工等关键核心技术点，满足不同专业学生对自身领域的定向实践，培养以专业实践与创新、工程视野为代表的创新工程能力，支撑具有创新意识、熟识学科前沿的高素质拔尖人才培养。

综合创新层：在完成第一、二阶段能力培养的基础上，联通前两级课程，联合国外高校、优势学院、科研单位，开设高挑战度专业综合设计类课程，通过小班授课实现产品全生命周期的研发实践，邀请学院优秀教师教学并担任项目指导教师，将科研项目引入学生实践教学，最终完成具有解决系统性复杂工程问题能力的未来领军人才培养。

（四） “递进式”育人模式改革

以育人成效提升为根本目标，以知识循序渐进、能力精准培养为指导，面向领军人才三层级能力体系，构建“产学联合-赛教融合-国际化-研教融合”的递进式育人模式，实现课程架构-育人环境的相融统一。

产学联合：联合北京精雕、启创远景、安泰测试、正天激光、大疆等企业共建5 个实验室，将先进工程技术引入基础工程实践平台，提升本科生工程素养及通识能力。

赛教融合：基于综合创新课程指导学生参加全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生机器人大赛等高水平学科竞赛，在竞赛中培养学生创新能力。

国际化：基于国际化基地开设国际化课程、参与金砖国家创客大赛、国际无人机挑战赛等形式各异多样的国际化创新交流，在传播中国文化的同时拓展学生国际视野。

研教融合：联合优势学院引入高层次科研活动，模拟项目全流程开展，并推荐优秀学生参加国际级课题研究，使学生提前融入科研角色。

四 工程实践育人体系建设及实践

基于“多层次、模块化、递进式”实践育人体系，从课程改革、师资建设、平台建设、等多个方面开展育人体系实践。

（一） 课程体系建设

①基础工程训练课程：以4 学时为基本单元建成23 个基础工训模块，通过核心工训/轻量化工训课程模块互补选课、创新技能课程的定制选课，实现了工程基础素质培养。

②创新工程训练课程：以创新工程能力培养为核心，以系统化的工程思维、创新设计能力和创新技能应用为重点，建成了《基于中国剪纸文化的激光技术》《基于VR 技术的三维数字模型设计与虚拟仿真装配》《基于大学生工程能力竞赛无碳小车设计与制作》等为代表的新型领域及交叉学科创新实践类选修课24 门。

③综合创新实践课程：以综合实践能力培养为核心，以学科交叉思维、前沿知识探索、系统工程应用为重点，基于复杂工程问题，建设高阶做中学课程3 门，通过竞赛和科研项目驱动学生综合创新能力。

（二） 师资队伍建设

①中心师资引育：结合各类别教师的实际情况分别制定系统师资培训、学习计划，提升现有师资的业务能力和教学水平，5 年内引进具有硕士以上学位教师18 人，形成了一支涵盖材料、机械、电子等领域的具有丰富实践经验和创新创业能力的教师队伍。

②联合学院教师：联合学校机电、材料、航空、自动化等学院，通过校内双聘模式引进19 名优秀教师，建立理论教学与实践操作互补、学科交叉融合的联合指导团队，有效弥补了中心在高层次师资力量的短板。

③聘请企业导师：以教育部产学协同育人项目为载体，联合北京精雕、大疆等企业，建立双师型指导团队10 余个，通过校企联合培训工作坊的形式，

联合开展协同育人项目16 个，为学生提供了近距离接触企业前沿技术的机会。

（三） 创新平台建设

①建立中心-学院联动的创新社区：通过整合中心创新资源，联合学院建设8 个创新基地和1 个国际化实践基地，联合中航西飞、北京精雕、陕西晶元、启创远景等建立5 个创新实验室，通过创新社区实现设备资源和场地资源的充分共享和集成化管理，为学生提供24 小时不打烊的创新环境。

②建立特色的国际化实训基地：以本校学生国际化能力培养以及留学生工程实践为契机，打造具有工训特色的国际化工程实践课程体系，开设激光剪纸、木工坊、陶艺等课程，使学生体验中国传统文化；针对交流访问学生和校内留学生开展，从而建成全国具有示范性、引领性的国际化创新实践基地，托基地开展课程建设、师资培训等活动，进行实践活动交流。

③利用学校创新社团资源：和学工、团委联动，通过学生社团的代代相传，建立学生自主生血的机制，形成创新基地由学生管、创新项目由学生定、创新活动由学生执行的环境，推动300 余项竞赛项目开展。

图4 创新平台建设

（四） 育人体系实践成效

经过多年建设与实践，学生综合创新能力得到极大的提升，5 年来，指导300 余学生完成74 项大学生创新创业项目，700 余人次学生在500 余项国家级和省级学科竞赛中取得优异成绩，2016 年至今，获省部级以上奖励232 项，获奖比例接近70%，其中国家级奖项63 项：特等奖9 项，一等奖31 项，二等奖34 项，三等奖23 项；省部级奖项169 项。涌现出一大批优秀学生团队和个人，孵化“MT 创业团队”和智能机器人俱乐部团队“两个创新创业团队。

组织7 届中国大学生工程训练能力大赛的省级赛和全国赛、3 届西北五省工训教师技能竞赛；在创客教育基地联盟年会、部属工训中心主任联席会等教育教学会议上做专题报告8 次，产生了显著的学术影响；接待包含上海交大、哈工大、北航、南航、北理工、南理工、哈工程等在内的20 余所高校调研，所构建的课程体系和创新社区得到了工程实践领域广泛的认同。

五 结论与展望

基于国家战略产业高端装备研发对人才系统性思维、多学科融合等综合创新能力的需求，提出了“基础层级厚素养、创新层级扬专长、综合层级促融合”的领军人才工程能力培养新机制，通过领军人才“多层次”实践能力剖析、“模块化”实践课程体系重构、“递进式”育人环境建设，形成了“多层次、模块化、递进式”实践育人体系，并从课程、师资、平台、国际化、教学方法、文化等多个方面开展实践。所建成的面向综合创新能力培养的工程实践育人体系突破了陈旧实践理念的桎梏、重组了零散化的知识体系，有力的推动了实践育人“课程架构-实训平台-教学环境”相融统一，培养了一批具有“家国情怀、实践意愿、技术创新、系统思维”的未来领军人才，产生良好的辐射效果和社会美育，为培养高等工程领域优秀人才开辟了新方法。

在未来的建设中，将在以下方面进行创新和完善：

（1）构建“交互式创新科研育人平台”，提升中心科研育人水平，促进本科生在高水平科研活动中的参与度；并且进一步实现研究生实践培养，实现设计、研发、制造、测试一体化实践，增强研究生科研实践能力；承担校内科研团队、研究所的科研任务，促进中心教师参与高水平科研活动，提升中心教师科研育人水平。

（2）建设“实验室智能管理系统”，完成教学资源整合及其互联互通，实现实训教学资源配置优化，便于信息化教学及资源管理；完善中心数字教学资源公共服务体系，建成互联互通、开放灵活、多级分布式信息化“示教模块”，有效支撑中心和学生开展信息化教学应用；建成“管控准入模块”，提高中心信息化水平、管理效率、降低管理成本，实现中心设备利用率大幅提升。