基于多目标培养模式的创新实践教学体系研究

彭斌等

摘要：针对机械类专业普通班、基地班、卓越工程师班、国防生班和2+2国际班的不同培养模式及目标，整体按基础理论与实践、专业知识与实践、综合能力与创新实践三个层次，构建通识教育实践模块、专业大类教育实践模块、专业主干课程实践模块和专业选修课程实践模块四大实践模块。通过探讨多目标培养模式下的创新实践教学体系，重点强调规划创新实践体系平台的层次性、先进性、灵活性和侧重性，从而满足多目标培养模式下工科学生的学习需求，并提高创新能力。

关键词：多目标；创新；实践教学

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：10054634（2015）05008205

0引言

人才培养的目标是培养具有良好人文素养、科学素质与社会责任感，学科基础扎实，具有自我学习能力、创新精神和创新能力的一流人才。实践教学作为人才培养中至关重要的环节也是推动高等教育发展的重要思想动力。许多发达国家都在积极践行实践教学思想且产生诸多颇有影响力的实践教学模式，如德国双元制、澳大利亚能力本位思想，包括国内目前流行的CDIO工程教育模式，均映射出实践教学思想的光辉。模拟公司、项目教学、行动导向教学、引导探究教学等先进的教学体系都是实践教学模式改革成果的具体体现13：。

目前，我国的实践教学主要以认识实习、课程实验、课程设计、生产实习、综合训练、毕业实习和毕业设计等方式贯穿于理论教学中。由于受到时间、经费、实习基地、实践经验等因素的限制，学生的实践环节只能走马观花，导致实践教学的效果不甚理想，也不能充分发挥学生的潜在创新能力。经济、社会与科技发展对人才的需求具有多样化的特点。既需要适应不同岗位的专业型人才，也需要一专多能的复合型人才；既需要具有较强科研能力的学术型人才，也需要具有较强技术能力的工程应用型人才。国外高等教育的培养注重知识的广博，加强基础性课程；注重文理渗透和跨学科教育；加强国际化教育，同时对不同层次的人才都有不同的要求和目标，大学生除了个人学习外，还积极参加各种社团和实践活动，在实践活动中激发了创新精神，强化了实践能力，根据自己的不同兴趣爱好和能力来发挥自己的最大特长46：。

兰州理工大学机电工程学院本科专业目前设置有普通班、基地班、卓越工程师班、国防生班和2+2国际班，这样的五类班级存在不同的培养模式和目标。笔者详细分析和调研了五类学生的不同学习情况以及对于创新实践教学的不同需求，从而针对性地制定了相应的培养模式和体系，提出了多目标培养模式（即学术型、复合型、工程应用型三类人才）的本科人才培养目标，并以此为基础，以工程基础实践训练、机械基础实践、专业综合实践、综合创新与科学研究和学生科技创新实践的教学平台为支撑，为不同层次的学生提供多元化的培养方案，实现人才培养目标的多样化。多目标培养模式下的创新实践教学体系改革是一项系统工程，是一种思想上的革命，这意味着除了获得充分的理论研究支撑外，更迫切需要进行思维方式的变革78：。

1创新实践教学体系的内容

创新实验教学体系以工程素质教育和创新能力培养为核心，以实践（实验）课程为主，理论教学与实践（实验）教学组织合一，进一步丰富实验教学内容，加大综合设计型和创新型实验比例，构建“4+1”的创新实践教学体系，即由工程基础实践训练教学平台、机械基础实践教学平台、专业综合实践教学平台、综合创新与科学研究实践平台和学生科技创新实践平台组成。

四大实践教学平台由工程基础实践训练教学平台、机械基础实践教学平台、专业综合实践教学平台、综合创新与科学研究实践平台和学生科技创新实践平台五大教学层次构成。

1） 工程基础认识和实践层次：针对不同专业、不同类别的学生，开设不同的训练模块。在现有金工训练模式的基础上，面向学校新增培养点，包括国防生、基地班、卓越班、国际班等，依据培养目标及侧重点，设置不同模块的机械加工基础训练和与先进制造技术相关的认知实习，主要包含对普通机床和数控机床结构原理的认识、熟练使用和操作各类机床；通过观看视频、教师讲解以及各种实物的参观和操作，初步了解先进制造技术的内涵及发展。

2） 机械基础综合实践层次：在完成机械基础系列实验的基础上，加大对学生综合设计能力的培养。针对一般的实际工程问题，使学生由数学建模、计算机辅助设计与优化设计到机电控制系统设计与调试，依次完成三个阶段的综合实践，通过数学建模、方案论证、工程设计和优化、机构创新、机电综合和实验调试等环节，提高学生综合应用知识解决实际问题的能力。

3） 专业综合技术层次：加强学生机械设计、制造、机电控制技术、数控技术等专业应用能力的培养。对机械类专业本科三、四年级学生以及国防生、基地班、卓越班等，开设2周从设计到制造的CAD/CAM的综合训练；开展2周的数控机床与加工中心的拆装、控制与数控技术的综合训练；3周的专业课程设计主要要求学生综合运用所学知识对设计方案进行分析、评比和优化从而设计出简单且经济合理的零部件；2周的专业方向训练主要侧重于学生的有限元分析和优化设计能力培养。整个的专业综合技术层次集信息与制造于一体；集知识与技能于一体；集设计与工艺于一体。

4） 创新实践训练层次：强化学生综合创新能力的培养。对机械专业本科三、四年级的学生以及国防生、基地班、卓越班等开展机电一体化柔性生产综合训练、机器人综合训练与创新、机电一体化嵌入式运动控制创新实验等，并为参加科技创新竞赛的学生提供理论与实践相结合的培训课程，并将创新实践贯穿于学生整个四年的本科教育教学过程，根据不同专业、不同学生类型、在不同的学习阶段的创新需求，因材施教。

5） 科学研究层次：开展虚拟现实技术、反求工程、机器人视觉与远程控制等相关实验课程；并借助于中心的资源条件和教师科研项目，对本科生以及国防生、基地班、卓越班等进行毕业设计（论文）和研究生课题研究，有将近25%的同学在不同程度上参与了各种层次的科研项目，年平均指导科学研究层次的创新训练达600余人次，吸纳了一批对研究感兴趣的同学参与到各种科研开发项目中。

为满足复合型应用人才的培养，在实践教学课程体系设置时充分考虑对学生综合能力的全面培养，构建多维实践课程体系。该体系由不同层次、不同类型、不同形式的实践环节组成，实践层次和类型通过不同的形式交叉进行。实践教学体系在实施时，要突出实践能力和创新能力培养，加大综合性、设计性、工程实践性、研究探索性实验的比例，鼓励学生积极参与教师的教学科研、学科知识竞赛、科技活动和创造发明。学院通过建立相应的创新设计实验平台、设立学生辅助实验岗等形式，保证实验室全天开放，让有创新思维的学生有一个实现自己创意的场所，从而满足不同类型班级的培养模式和目标。在创新能力的培养上，充分利用学生科技创新平台，进一步加大科技创新训练的层次和内容。多渠道筹资经费，以学生科技创新竞赛和科技兴趣培养为重点，紧密结合国家大学生创新性实验项目、各类大学生创新基金，以及科技竞赛，引导学生自主选题、竞赛等方式，为学生提供科技创新的软硬件平台与技术指导服务。突出因材施教的创新教育，鼓励个性化、探索性科技创新活动。普通班主要以综合素质为目标；基地班主要以学术研究为目标；卓越工程师班主要以创新实践为目标；国防生班主要以综合实践能力为目标；2+2国际班主要以开拓国际视野和培养跨文化交流能力及国际竞争力为目标，另外，学院对国防生班、基地班、卓越工程师班和2+2国际班的管理和教育实行“学术导师”制，大学生入校即选择学术导师，学院按照个人意向和导师需求进行双向选择。学术导师主要负责学生的科创教育、学术管理等，实现四年创新实践教学不断线。对于人才的培养提出了重在强调“学生自己设计实验方案、自己动手进行实验、自我思考进行实验结果分析”的过程，重点在于通过实验，加强学生能力的培养，可以考虑实验时间因素，容许学生的实验失败（没有做出预想的结果），但必须如实完整地撰写实验报告，对失败的内容进行详尽分析，并针对性地提出改进措施。以培养学生针对工程实际问题，独立或协作进行实验方案设计的能力、自己动手进行实验搭接的操作能力以及独立进行实验结果分析的思考能力。针对国防生班，学院从大学二年级开始就布置毕业设计课题，毕业设计课题以解决企业问题为导向，配备的导师都是经验丰富的设计能手，这样在3年半的学校学习结束时能高质量的完成设计课题；针对基地班，学院配备学术能力强的导师不定期进行指导，让学生充分详细的了解学术前沿，接触并树立先进的设计和制造理念，引导学生更好的选择自己今后的学术方向；针对卓越工程师班，从入学开始就进行工程实践知识和理论的学习，并配备有企业工作背景和经验的导师进行指导，前往学校的合作企业进行实践训练，让学生在最短时间内熟悉并建立基本的工程理念，在整个大学期间实践训练和理论学习不断线，让两者能够相辅相成，达到最佳的效果；针对国际班，学院配备有出国经历的学术骨干进行跟踪辅导，让学生了解国外大学的情况，熟悉国外的生活环境和学习环境，明确自己的学习目标和人生目标，为出国学习先做好必要的知识储备和充分的心理准备；针对专业普通班，学院充分调动学生积极性，挖掘个人潜在能力，尽力提供最佳的学习环境和创新平台，真正让每一个学生在大学四年的学习生涯中都能人尽其才，发挥所长。

2[2]基于多目标培养模式创新实践教学体系的特点

针对多目标培养模式和目标提出了：校企联合培养机制；学用结合人才培养模式；多层次、多维度的网络化实践教学体系模式；国际合作人才培养模式；学生科研探索模式，最终达到“人无我有，人有我优，人优我特，人特我新”的创新实践教学体系特点，主要体现在以下方面。

2.1[2]多种培养模式融合，实行“层次化、四年不断线”的实践教学体系

针对学校目前现有的普通本科生、国防生、基地班、卓越班、国际班等培养点，构建多种培养模式，并实行从工程基础认识和实践、专业基础实验、先进制造技术实验、综合创新实验到科学研究等层次化的实践教学体系。各种培养模式以机械工程为背景，通过中心的层次化和模块化的实践教学，既体现各自培养特点与侧重点的不同，又形成了各培养模式的相互融合与统一、特色鲜明。通过工程基础训练、课程设计、毕业设计等环节，有效融入科研探究内容，做到实践教学四年不断线，持续地、有效地培养学生的实际动手能力和工程设计能力。

[BT（2+2]2.2[2]以实际工程技术对象和工业现场为原型，构建跨学科专业实验平台，加强学生综合设计能力、创新能力与工程管理意识

以国家、省、市级以及企业合作项目等科研成果或综合实验平台为实际工程对象，构建跨学科专业实验平台，在加强机电一体化设计的基础上，将工程管理内容融入机械基础实践教学中，以项目形式组织学生完成相关机构设计、工艺分析等实验教学内容。并针对实际工程问题，让学生由数学建模、计算机辅助设计与优化设计到机电控制系统设计与调试，依次完成三个阶段的综合实践，加强学生对机械系统的综合训练、加强解析法实践的系列实验和综合训练。培养过程突出计算机应用，由手工设计计算向计算机分析计算转变，加强学生机构方案构思和综合应用知识独立解决实际问题的能力，提高学科综合应用能力和创新设计能力。

[BT（2+3]2.3[2]以“数字化、智能化、网络化、集成化”等现代制造技术特征与技术发展为牵引，开展数字化设计、制造、系统集成的专业综合训练和创新实践

充分利用现代先进制造技术与前沿技术的发展成果，着力培养满足现代企业需要的机械类高素质专门人才。结合工业现场原型，加强学生的创新实践活动，提高专业综合与综合创新能力。依托先进制造技术平台，以数控技术为主线，注重机、电、液压和测试等知识的融合，并以实际柔性生产线为对象，进行应用实践；通过CAD/CAE/CAM综合实训，实现从零件的数字化设计、三维造型、仿真分析、数控编程、虚拟加工、刀具轨迹验证、网络传输程序、数控零件加工一体化的综合实践训练；依托机器人综合创新平台，以机电控制技术为主线，促进机械设计、计算机、传感技术、信息技术、机器视觉与人工智能技术的有机融合；反求技术与虚拟现实技术、CAM及快速成型的相互融合与实践，进一步将学生专业综合训练与创新推进到一个新的层次。

2.4[2]依托学校的学科优势，实现教学科研相互促进与融合

让优秀专业师资有效融入到实践教学体系的教学指导工作中，促进师资与教学内容的共同进步。专业教师的科研工作能提升和发展实践教学，也有利于本科生、国防生、基地班、卓越班和国际班等多种培养模式的组织实施及相互融合，以专业建设、学科与专业教学的发展来提升实践教学质量，同时以实践教学体系的建设工作来推动专业建设的发展，二者相互促进，形成良性循环，扩大集成与示范效益。另外，这种建设与管理运行模式实现了5个统一：实践教学体系建设与专业建设的统一、实验指导教师与专业教师的融合统一、研究生与本科生教育的衔接统一、多模式培养计划的协调统一。

[BT（1+1]3[2]基于多目标培养模式创新实践教学体系的效果

[JP+1]创新实践教学体系构建了模块化、开放式的科技创新训练模式，并与各类科技竞赛有机结合，实现了不同类型学生创新能力的培养。近5年来，举办了兰州理工大学“大学生机械创新设计大赛”、“大志杯”三维CAD创新设计大赛、“宜海飞舟”船模大赛、钳工设计制作大赛等科技竞赛活动。学生完成的科创作品申报专利30余项，获得省部级及以上奖励40余项，学生在科技创新训练基地共完成实物作品100余件，多项成果已转化为产品并获甘肃省大学生创业大赛奖励，学生自发组织成立了“甘肃三集农业科技发展有限公司”等创业公司。2012年，学院的“机械设计科技创新基地”、“机器人科技创新基地”被评为校级科技创新基地。经过层次化、系统化实践教学培养的学生，因“动手能力强、上手快、工作认真踏实”而深得用人单位的好评。近五年来，机械类学生的就业率始终保持在95%以上，名列学校及甘肃省前茅；另外，学院组织开展的科技创新活动，对学生的专业学习兴趣起到了很大的激发作用，绝大多数参与过科技创新训练的学生的学习成绩均排在年级或班级前面，因而考研率较高，相当一部分学生因“创新意识强、创新成果多”，在保研和研究生复试过程中深得其他高校好评。近五年来，有40多名学生考取了清华大学和华中科技大学等重点高校的研究生。教学科研相互促进，注重科研反哺教学。学院鼓励学生积极参与教师的科研项目；将教师的多项科研成果转化为实验教学项目，引导学生进行较高层次的科研探究；实现学生从“专利申请[CD*4/5]产品研发[CD*4/5]创业大赛[CD*4/5]市场化推广”的工程创新教育模式。创新实践教学体系使学生获取从设计到实现“设计思想”的知识和能力。

4结束语

实践证明，多目标培养模式下的创新实践教学体系在培养高素质综合创新型人才方面取得了显著成效，达到了预期人才培养目标。多目标培养模式下的创新实践教学体系改革是一项巨大的系统工程，需要各学科老师的配合来推进。同时，不同学校也有不同的情况，这些都需要在今后的应用中不断完善和改进。

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