基于新工科的工程训练培养体系构建与实践

朱玉平，张学军

（南京邮电大学 工程训练中心，江苏 南京 210023）

1 新工科对工程训练的新要求

随着经济社会的发展和新经济、新产业、新技术、新业态的不断涌现，社会对人才的需求不断发生变化，迫切需要新工科人才支撑[1]。我国在2016年提出新工科概念，不到一年的时间，形成了“复旦共识”和“天大行动”等。新工科，“新”是取向，本质还是“工科”，新工科的内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[2]。在国家深入实施创新驱动发展、“互联网+”等重大发展战略的大背景下，新工科是深化高等工程教育改革，适应新科技革命、新产业革命、新经济发展的必然选择。

工程训练中心是高校进行工程教育的重要教学实践平台，主要进行基础工程实践教学，其教学受众人数多，已成为高校进行大学生创新创业教育，工程意识和能力培养的重要基地，也是大学生将理论知识及专业知识转化为实践创新能力的重要平台[3-4]。

新工科建设的目标是培养具有能够引领未来的工程人才，培养学生正确的价值观、使命感、家国情怀，激发想象力，树立大工程观，增强多学科协同交叉意识、关联创新能力等。因此，高校需对工程训练的培养体系及课程结构进行整合与重构，需采用新的教育教学方法和手段，以学生为中心，依托网络、仿真技术等开展创新性教学[5]。新工科建设对我国高校如何进一步探索工程训练培养模式，实现工程实践创新能力培养具有重要的指导意义。近年来，我校工程实训中心（以下简称“中心”）为适应新工科建设需要，在工程训练培养方面进行了一系列的改革与探索，在培养模式上注重和突出人才培养特色，开展多学科交叉融合的工程训练，实现对学生工程实践创新能力的培养，以达到新工科的新要求。

2 工程训练培养体系构建

原教学方式将知识传授与能力培养分别进行，学习内容缺少紧密关联，学生很难从孤立的知识点及技能训练上实现从知识向能力的有效转变，以达到工程实践创新能力培养的目的[6]。基于新工科建设要求及工程教育培养规律，中心突破按知识点逐个讲授、训练，依次完成并进行考核的传统工程训练方式。中心优化了现代工程训练培养体系结构，构建了“认知、基础、自主、创新”4个层级，各层级项目将“知识能力、实践创新”融为一体，形成工程实践创新能力培养体系。

2.1 多层次的创新能力培养体系

中心的工程训练培养体系打破了原有项目之间的界限，注重知识能力的贯通及渐进叠加融合，建立了多层一体化实践创新能力培养体系（见图1）。其中认知训练主要面向首次参加工程训练的新生或文科学生，使学生能够初步了解机械、电子工程的基础知识及产品制造工艺过程，了解特种加工、3D打印等新技术工艺，着重使学生建立工程意识，激发学生的兴趣和好奇心，同时也为后续课程的学习提供工程背景。基础训练主要面对来中心进行金工实习、电装实习的学生，通过这种真实工程环境使学生初步掌握根据加工要求选择相应的材料、制作工艺及加工设备，使学生建立电子电路的感性认识，熟悉电子产品从设计、加工、检测到完成的整个过程。综合自主训练是在基础训练上，通过中心开设的基础创新课程、开放实验项目以及结合校竞赛项目，为学生提供工程实践能力的指导训练，激发学生的学习动力。综合自主训练可以满足学生个性化学习的需要，初步培养学生系统、综合地应用现代工程知识的能力和再创造的能力，实现“自主研学、自由创造”的培养目的。创新训练为更高难度级别创新训练项目，主要通过中心开设的高级创新课程、省级及以上级别竞赛、大创项目等开展实训，其内容更具挑战性。中心有创新训练教学指导团队为学生提供指导，鼓励学生跨学科、跨专业组合团队进行项目选择。

图1 多层一体化实践创新能力培养体系

2.2 分层递进式的创新实践能力培养

传统的单个知识点能力训练很难达到“能力叠加”，实现学生创新能力的培养。根据工程训练的特点及新工科的要求，在设计实训项目内容及实训方式时秉承将知识与能力融为一体的理念，最终实现由知识学习向创新能力的转化。遴选不同训练层次应掌握的知识点，根据实际工程应用及专业认证的要求，建立知识与能力之间的关系，项目内容的设计重点考虑覆盖需掌握的知识点和能力点。综合创新项目设计考虑多学科交叉融合，通过考核学生完成的项目作品评价学生的实践创新能力。学生可根据自己的专业、兴趣及基础选择实训项目。通过中心综合实训学习平台，学生可进行课程的自主学习或课堂学习，以便掌握必要的实训知识点。在教师指导下，学生将掌握的分散知识点在工程训练中心进行相关项目的实践，通过完成实训作品，实现各主要知识点向工程实践创新能力的转化。

2.3 多模块的基础训练教学模式

基于成果导向教育（outcome-based education，OBE）理念，设计并建立了中心基础训练培养模式。通过分析研究各类学科对工程训练实践教学环节的要求，设计了工程训练基础课程“新”体系，在训练内容上满足专业认证要求的同时，使其成为具有专业特色、为专业搭建适宜专业发展的工程训练基础课程平台[7]。

中心的金工实习、电装实习每年接纳本科生实训5 000余人次。根据新工科及工程实践能力培养的需要，设计了“平台+模块”的金工实习和电装实习基础训练教学模式，针对不同专业的培养目标，平台设计了不同专业必修的知识点及实验内容，如数控车、钳工、普车、铣、磨、智能制造等为金工实习平台的主要实践内容，而电子装配和表面贴装为电装实习的主要实践内容。各实践模块则根据不同专业要求，选择不同模块作为实训内容，如金工实习可供选择的模块有快速成型、加工中心、特种加工、焊接等，对电装实习可供选择的模块有PCB制板、电工技能、网络综合布线等。中心基础训练教学模式如图2所示。

图2 中心基础训练教学模式

3 建设多维实践创新资源体系

我国高校工程训练中心大部分由原来的校办厂发展而来，经过10多年的发展，特别是根据新工科建设要求，工程训练的内涵及培养目标均发生了很大变化，工程训练已经远非传统意义上的纯机械加工训练或单学科技能训练，而是由常规的金属工艺实习向现代工程实践创新能力培养转化，由单机技能实训向局域网络条件下技术集成实训转化，由操作技能实训向技能与综合实践、创新实践相结合转化[8]。

3.1 建设多学科交叉融合的综合实践平台

针对新工科对培养多学科交叉与融合、多元化、创新型卓越工程人才的需要，中心遵循“宽口径、厚基础、重创新、重能力、可持续发展”的原则，改变传统单学科及技能训练的实训理念，强化现代工程制造基础，注重机械、电子、通信、计算机、管理、材料等多学科交叉融合，以信息化和网络化为教学手段的现代工程制造[9-10]。中心除拥有传统机械、电子电气设备外，还增加了数控机床、特种加工、快速成型、表面贴装等先进制造设备，为学生提供先进的现代大工程实训平台。中心自制了可视化、网络化的实训教学系统，学生可随时对关键操作进行点播，提高实训教学效果。在设计工程训练项目时，其内容涵盖多学科，以学生为中心，以项目驱动为主，辅以教师的启发引导，使学生在完成实训项目的过程中能够实现跨专业之间的交流与互动，增强其工程意识、质量意识、管理意识、团队意识，有效培养了学生的工程创新和适应能力，进而使学生掌握大工程的设计理念，从而提升其融合多学科的工程能力。

3.2 建设、整合中心线上资源平台

工程训练的特点是项目内容多、时间比较紧，有的实训内容不便重复做。通过线上虚拟仿真对实体实验进行模拟，拓展了教学内容的广度和深度，延伸了学生进行实训的时间和空间。通过线上线下相结合可开展个性化的实训教学新模式，逐步形成开放共享、运行有效的实训教学新体系，为培养学生具有扎实信息基础知识、较强工程创新意识和创新实践动手能力，构建了良好的平台支撑[11]。中心借助现代教育技术将实训中的主要知识点、加工关键点、安全加工等制作成微课，图文并茂、简洁易懂，便于学生自学。此外，采用互联网技术开展教学，借助VR训练及在线学习，使学生学习的时间跨度延伸为“课程内学时+课程外时间”，学习的空间可以拓展为“实训室+网络平台”。在互联网的“多维度、立体化”体系下构建开放的线上育人平台，提高了现场教学效率及实习效果。

3.3 产学融合，协同育人

中心通过深入加强校企合作开展创新工程实践能力培养。合作成立联合实验室，联合企业开发研制智能制造系统，与企业深度合作进行协同育人项目，设立校企模块课程，构建校企合作培养机制；聘请企业、校外专家来校讲授最新的工程技术及创新成果，聘请企业工程师参与中心工程训练体系结构的设计、项目的遴选、创新项目指导等。中心利用企业的先进技术和设备资源对学生进行面向工程实际的专业训练，解决人才培养和工程实际需求脱节的现象。此外，通过校企合作，中心教师可与企业工程技术人员相互配合共同解决生产中的实际问题，紧跟实际工程技术及行业发展趋势，有利于中心指导教师特别是青年教师的技术和技能水平的提高。

4 构建实训目标保障体系

为实现新工科人才培养目标，中心围绕面向新工科的实践创新能力培养体系，从整合实训软硬件平台、加强师资队伍建设、完善实训质量评价监控等方面，构建实现工程教育培养目标的保障体系。

4.1 整合构建实训平台

中心在人才培养过程中注重和突出学校的人才培养特色，着重培养学生的工程创新能力，已建设完成传统机械制造、先进机械制造、加工中心、数字化制造虚拟仿真、智能制造、电子装配、电工技能、表面贴装、工业机器人、PCB制板等 18个实训区。依托各实训区，整合构建了由工程实训平台、创新训练平台、科研服务平台和信息化与可视化实验平台组成的“3+1”实训平台，进一步提高了实训平台的综合性及有效性。

4.2 建设高水平实训教师团队

建设一支高水平的创新型教师队伍是实现工程实践创新能力培养的重要保障。中心按照“双师型”教师的要求建设教师队伍，根据跨学科创新人才培养的需要，聘请了相关学院、其他高校及企业的专家作为中心的兼职指导教师。中心已初步建立了一支含机械制造、自动化、计算机、通信、电子、经管等多学科交叉、适应创新人才培养需要、结构合理的专兼职实训教师队伍。中心教师团队具有良好的创新意识及团队合作精神，能积极引导学生参加创新实践活动，为中心的工程实践能力培养提供了有力的支撑。

4.3 建立实训质量保障体系

为保证工程训练教学质量及教学管理工作有效运行及实施，在实践创新平台的基础上，建立了实践教学质量保障体系[12]。依据实践教学培养目标，构建了实践教学质量标准和实践教学质量评价体系，与保障体系形成相互支撑的良好循环。通过评价实践教学质量，分析实践教学的薄弱点，改进实践教学的相应环节和保障内容，形成良性闭环，进而更好地支撑实践创新平台。中心质量保障体系如图3所示。

探索从学生互评到教师及教学督导评价的实训质量评价体系，设置不同权重，根据不同的评价方式，设计相应的实践教学评价表。评价总分由不同的评价渠道结合权重后的得分所组成，综合评价分为优秀、良好、合格、不合格等档次。建立科学的实践教学管理制度，能够有效保障实践教学质量评价体系有序、有效运行，为学生工程实践创新能力的培养提供有力保障。

图3 中心质量保障体系

5 结语

工程训练中心是学生在校受众最多的公共实践教学平台。为适应新工科建设对工程训练的新要求，对中心的人才培养模式进行了优化与改革。基于新工科工程训练要求，构建了以工程实践能力培养为核心、分层递进一体化的能力培养体系，实现了学生大学 4年工程实践创新能力不断递进提升。该培养体系具有较好的示范辐射作用，为高校创新型人才培养进行了有益的探索与实践。