以学生为中心，推进机械类专业工程训练的改革与实践

刘志强+陈建兵

[摘 要]工程教育的核心特征在于其实践性。高校工程训练中心对工程科技人才的培养具有举足轻重的作用。“以学生为中心”是工程教育专业认证的核心理念。针对我国高校工程训练中心建设的某些不足，从这一理念出发，高校必须对机械类专业的工程训练进行训练体系反向设计和训练模式重构。“以学生为中心”的教育理念有利于推动工程训练中心建设，提高工程科技人才的培养质量。

[关键词]工程训练；以学生为中心；训练体系

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0137-04

工程作为实际的改造世界的物质实践活动，具有建造性、人文性、生态性、整体性和协调性等本质特征。因此，高等工程教育必须克服目前存在的学术化、学科化倾向，担负起工程自己的教育使命，回归工程本身。或者说，高等工程教育要超越“科学范式”（强调工程科学与理论分析），确立“工程范式”（强调工程教育的实学性、集成性和创新性）。

为此，我国参照《华盛顿协议》，按“国际实质等效”的要求，从2006年开始试点工科专业的国际认证，并于2013年成为《华盛顿协议》的预备会员。《华盛顿协议》是国际工程师互认体系6个协议中最权威、国际化程度较高、体系较为完整的协议，该协议提出的工程教育国际认证通用标准对工科专业学生毕业时的能力要求，正是对工程本质特征的反映。

工程教育专业认证的实践表明，“以学生为中心”的教育理念对于工科高校工程训练中心的建设和发展具有很好的推动作用。

一、工程训练面临的问题

工程教育的核心特征在于其实践性。我国工程教育实践教学主要包括实验教学（理论课程的实验和独立开设的实验课程）和集中实践教学（工程训练、认知实习、生产实习、课程设计、毕业设计）两大部分。然而，在我国本科工程教学体系中，存在重知识学习、轻能力培养的现象。2009年，中国工程院发布了一个调研报告，对国内高等工程教育的现状提出了批评：一是一些本科院校不能根据自己的实际，盲目争办“综合性、研究型”大学，导致学校建设目标趋同，人才培养目标单一；二是工科院校的实践教学被不同程度地削弱，使工程训练达不到最基本的要求；三是教师学术化倾向十分明显，学生创新能力不强，重论文、轻设计、缺实践。

由于高校与企业联系不密切，企业难以容纳大批学生实习等问题，生产实习大多是走马观花，学生很少有动手和提高实践能力的机会。因此，工科高校工程训练中心的建设就显得尤其重要。虽然我们在不断进步，改革的步伐从未停滞，但与国外相比，我国高校工程训练中心的建设还存在诸多不足，如：

（一）功能定位单一

以教为中心的教学功能几乎是所有高校工程训练中心存在的核心要素，忽视了学生的主体性和能动性。这种教学理念及相应的教学方法，不利于发挥学生的主动性、积极性和创造性，不利于培养学生主动实践的能力。

（二）训练目标不明确

训练目标与工科专业培养未来合格工程师的要求有差距，目标仍然以验证理论知识和掌握加工工艺为主，对培养学生的工程观、组织管理、团队协作等方面的要求比较模糊。

（三）专业课程体系设计不合理

专业课程体系设计盲目，训练目标模糊，导致训练体系层次偏低，训练内容与理论教学和其他实践环节脱节。对学生认识工程对于客观世界和社会的影响，考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素，综合运用理论和技术手段设计系统方案与思路创新等方面的训练不足。

（四）师资及硬件资源投入不足

师资队伍无法满足工程训练要求，软硬件资源投入不足。真正的工程师只有由工程经验丰富的教师，在一个充满活力的工程环境中才能培养出来。而我国工科教师学术化倾向十分明显，大部分教师热衷于申请课题、发表论文，对教学工作，特别是实践教学投入不足。

造成上述不足的原因是多方面的，“以学生为中心”的工程教育核心理念未能深入教育管理者和教师心中则是最主要的。由此，需要回答的问题有（但不限于）：

1.什么是以学生为中心的目标导向？

2.如何设计训练体系？

3.训练体系如何与专业培养计划中的理论教学和其他实践环节贯通？

4.如何建设工程训练所需的师资队伍？

二、以目标为导向，进行训练体系的反向设计

以学生为中心的目标导向就是用期望全体学生获得的学习成果，反推出所需的培养过程、培养要素和培养环节，以及对应的持续改进机制。

（一）培养目标

培养目标是指教育目的在各级各类教育机构中的具体化，它是由特定社会领域和特定社会层次的需要所决定的。在工程教育国际认证语境下，培养目标可表达为学生毕业5年左右，成为所工作领域的合格工程师，即解决“能做什么”的问题。而在“科学范式”教育模式下，通常是教师（强调工程科学与理论分析）根据自身的认识，主观设定学生需掌握的知识，制订课程体系，课程体系实际上决定了学生毕业时掌握的知识，这会造成毕业生能力与培养目标脱节，更与社会需求脱节。

（二）毕业生的能力要求

毕业生的能力要求是指学生完成学业时应该取得的学习成果，即学生产出，实质上是学生毕业时“能有什么”的问题。本文对毕业生能力要求的参考体系是《华盛顿协议》的通用标准，具体为：

1.具有人文社会科学素养、社会责任感和工程职业道德；

2.具有运用工程工作所需的相关数学、自然科学以及经济和管理知识的能力；

3.具有运用工程基础知识和本专业基本理论知识解决问题的能力，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势；

4.具备设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析；

5.掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素；

6.掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；

7.了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法律、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响；

8.具有一定的组织管理能力、表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力；

9.对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力；

10.具有国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力。

（三）训练体系的反向设计

训练体系的反向设计是指：调研内外需求，由需求确定培养目标；然后，由培养目标决定对毕业生的能力要求，把毕业生能力要求分解、落实到培养计划的各个环节（包含工程训练），形成课程体系。这里的课程体系是广义的，即为各个教学环节。尤其要注意的是，课程体系的改革，要改变讲课、实验、实习相分离的传统做法，充分利用工程训练中心的条件，实现讲课、实习、训练一体化。这样，在新生入校后，执行该培养计划，在质量保障体系（工程教育专业认证是质量保障体系的重要组成部分）的作用下，就能保证学生在毕业被授予学位时实现各能力培养要求，体现以学生为中心的成果导向，解决“能有什么”的问题；进而有效达成培养目标，解决“能做什么”的问题。培养目标、毕业要求、能力达成、训练体系之间的关系如表1所示。

三、训练模式的重构

重构训练模式与其他实践环节的贯通，是学生能力培养的实现手段。在学生产出导向视角下，机械工程训练教学体系必须摒弃“金工实习”的传统观念，树立“大工程观”。按国际工程认证通用标准划分训练层次，即认知、基本制造技术训练、先进制造技术训练、机电综合训练。随着科学的发展与技术的进步，现代机械产品已不是传统意义上的纯机械产品，而是机电一体化产品。因此，要开发以机械、电子、控制一体为核心，以工程性、综合性为特点的训练项目。

为满足专业补充标准的要求，还要对机械类专业的训练进行特殊设计和创新训练，设置课外创新训练课程。创新训练分为初级、中级、高级三个层次。对初级训练阶段的学生开展机械创新设计基础知识、机械运动方案创新设计、电路板设计等基础性的专题培训，夯实其基本理论与基本技能。对中级训练阶段的学生开展原理方案创新设计、机械系统创新案例、DSP系统设计、传感器应用技术等提高型专题培训，增强学生的综合应用能力。对高级训练阶段的学生开展大团队创新项目训练，引导学生自主研究，充分挖掘学生的创新潜能。

这样，就纵向形成了“认知、基本制造技术训练、先进制造技术训练、机电综合训练和创新训练”为主线的递进式、五层次训练体系。

机械工程训练中心的训练还覆盖能源动力工程、电气工程及其自动化、土木工程、水利水电工程、环境工程、轻化工程等工科专业，训练中心还要按专业模块划分训练环节，以满足不同专业的需要，横向形成多模块训练体系。

训练时间的安排要灵活，可实施分段训练。如，对安排4周工程训练（金工实习）的机类专业学生，可令其先进行一周的认知实习，再用2周时间与工程材料及热成型工艺、机械制造技术基础等课程结合，在完成图纸设计、教师审核后，分组、分批在一个学期内完成，最后一周则可与现代制造技术实习结合，完成工程实战。

根据以上思路，训练资源必须重新配置。要淘汰老旧落后设备，大量增加先进制造技术训练、机电综合训练、创新训练所需设备。

四、师资队伍的建设

“以学生为中心”的工程教育理念对工程训练中心的师资队伍建设提出了更高的要求。由于我国博士研究生的培养机制基本上属于研究导向型，缺乏工程实践经验方面的培养，很难胜任“工程范式”下的教学模式。因此，为了培养具有工程创新能力的工程人才，必须完善工科教师的培养机制。一要大力推动对工程博士的培养；二是利用省部共建引入的先进设备和技术支持，组织教师参加新技术培训；三是大力推进产学研合作模式，引导教师校企联合开展工程应用研究，提高他们的工程能力。唯有如此，才能将高质量的研究成果和研究方法传授给学生。

当前，重科研、轻教学的倾向在高校中是十分严重的。口里重视教学，实则以论文、科研项目为教师评价体系权重的最大指标，广大教师怎么会安心教学？所谓“教学出题目，科研做文章，成果进课堂”，讲的是教学以科研为基础，科研为教学服务。科研不为教学服务，以“学生为中心”就是一句空话。要以教师爱岗敬业、安心教学为前提，改革对教师的评价体系与职称晋升机制，能很好地调节教师在教学、科研和其他方面的投入。

工程训练中心需要教授、博士，更需要工程师和高级工程师，现场操作技师也是必不可少的。目前高校工程训练中心指导教师普遍存在职称、学历低，年龄老化，人员严重不足的现象。必须解放思想，打破事业编制的限制，大力实行人事代理制，从企业招聘全职工程师、技师；也需要从学校相关院系聘请机械、电子、材料、管理、自动化等专业的教授、博士，兼职帮助工程训练中心开展教学设计与建设工作。

五、典型训练环节的实例与推广

为探讨校外实习的部分环节在校内训练中心完成的可行性以及工程训练与理论教学贯通的可行性，2013年，我们对长沙理工大学机制专业2010级学生现代制造技术实习进行了改革试点。该级学生第四学年秋季学期开设数控技术、现代制造技术实习（时间为2周）。数控技术任课教师在课程教学过程中指导学生完成零件的编程，并通过数控仿真系统的虚拟制造考核（到工程训练中心）。实习环节在训练中心进行了1周，每个学生完成了3个零件的加工（线切割1件，数控机加工1件，快速成型1件），取得了非常好的效果。剩下一周时间再到大型先进制造企业参观，整体实习效果好，解决了到企业不能动手的问题。

在试点成功的基础上，我们对机制专业安排在机械工程训练中心的为期4周的实习进行了调整，实施过程及主要时间节点如下：

1.第一学年夏季学期机械工程导论与认知实习同时进行，时间1周。也为第二学年春季学期工程材料及热成型工艺课程教学做准备。

2.第二学年夏季学期进行2周的基本制造技术训练和先进制造技术训练。

3.第三学年秋季学期开设机械制造技术基础A、机械设计课程；随后进行机械设计课程设计，由课程任课教师与专业教师联合指导，完成正确的CAD图纸。在此过程中，数控技术任课教师介入，选择适合线切割、数控车、数控铣和加工中心加工的零部件重点指导。

4.第四学年秋季学期开设数控技术，在课程教学过程中完成零部件的编程，并通过数控仿真系统的虚拟制造考核（到训练中心），要求理论教师先期熟悉训练中心的虚拟制造系统；在现代制造技术实习环节（2周）时到训练中心完成零件的加工，时间1周。以上分段完成了4周的训练。现代制造技术实习的另一周时间要到大型先进制造企业进行参观实习。

该实例的流程及与学生能力培养的关系如图1所示。

对2015级学生，可全面实施图1所示的计划，学生将得到系统的工程实践经历。这使学生从2013年试点时只能完成3个零件的加工，发展到现在能完成机械部件乃至系统的设计制造，并得到综合运用理论和技术手段实施工程的能力训练，上升到一个新的高度——认识专业责任和专业伦理。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 袁广林.高等工程教育的理性回归——基于工程本质属性的思考[J].辽宁教育研究，2008（9）：18-21.

[2] 李晓强.工程教育再造的机理与路径[D].杭州：浙江大学，2008.

[3] 李培根，许晓东，陈国松.我国本科工程教育实践教学问题与原因探析[J].高等工程教育研究，2012（3）：1-6.

[4] 陈平.专业认证理念推进工科专业建设内涵式发展[J].中国大学教学，2014（1）：42-47.

[责任编辑：刘凤华]