高占凤 吴文江 张建超 曹学峰
[摘 要]通过分析大学生工程实践和创新能力培养的现状和大学生不同教育阶段的学习特点，针对存在的问题，积极探索产教融合模式，研究基于工程训练并考虑不同学习阶段和专业特点的大学生创新训练模式，将分层次的创新教育培养纳入实践教学体系，构建基本培养与个性化培养相融合的创新能力实践培养体系。
[关键词]实践教学;工程训练;大学生;创新训练;教学体系
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）06-0166-03
随着知识经济的迅速发展，具有创新创业能力的人才越来越受到各行各业的欢迎。党的十七大提出“提高自主创新能力，建设创新型国家”和“促进以创业带动就业”的发展战略。2015年国务院《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》的下达表明，创新创业教育已上升为国家战略稳步推进[1]。2017年教育部发布的“新工科”建设复旦共识目标是致力于培养大量多样化、工程素质高、具有创新能力的工程技术人才。可见，培养大学生创新创业素质、提高其创新创业能力是高等教育的重中之重。
实践教学在培养学生掌握科学方法和强化实践动手能力方面起着重要作用，同时也是培养具有创新能力的高素质工程技术人才的必要环节。但传统实践教学在培养学生创新能力方面还存在一些问题：如对创新能力培养与实践教学的关系把握不准;较少考虑大学生不同教育阶段的学习特点;在课程体系设计上缺少行业人员参与，存在与工程实际和前沿知识脱节的现象;缺乏较为完善的创新能力教学培养体系、训练缺乏系统性等问题。如何构建以提升工程素质和创新能力为导向的实践教学体系，将提高学生在解决实际问题中的思辨、设计和创新能力落到实处是目前各高校亟待解决的课题。
一、国内外大学生工程实践和创新能力培养现状
国外高校特别是一些发达国家，如美国、欧洲的大学非常重视大学生实践能力的培养，大学毕业生的实践能力和创新意识较强。美国麻省理工学院利用课余及假期时间加强学生的工程实际训练且训练形式多样化，例如做研究实验的“本科研究导向计划”“本科实践导向计划”和“技术创业计划”等，学生根据自己的需求可以自主决定到有关场所或实验室进行训练，这能全面培养学生的创新能力。美国的一些院校还通过工程研究中心开展工程实践训练，要求学生至少要有一半的时间参与到工程研究中心的小型工程设计中。德国的高等工程教育强调教育与训练一体化，注重对社会资源的利用，实行校企合作模式，工程训练在真实的企业中进行，充分发挥企业在实践训练中的优势。法国的高等工程教育更注重实践性，采用国家、学校、社会、教师和学生五位一体的工程教育培养体系，学生接受大量的工程实践训练并分阶段在企业里进行工程实训[2]。
香港理工大学工业中心在企业界提供多种形式的资助下模拟“工业环境”进行实训教学，保证了大学生工业训练技术上的先进性。为了适应工程教育改革的发展方向，国内大部分工科和综合性高校成立了工程训练中心，不断丰富实践教学资源，搭建综合性实践教学硬件平台，在优化实践教学体系，改进实践教学内容和积极探索实践教学新模式等方面进行教学改革。实践教学模式也由单一的封闭式训练方式逐步转变为开放性、综合性的工程训练模式，这对培养具有工程素养、实践能力和创新能力较强的复合型人才起到一定的推动作用。但是，目前工程训练在培养学生创新能力方面还存在如下问题。
1.忽视创新意识和创新能力的训练。大部分教师在工程训练课程教学过程中忽视对学生创新意识的引导，只是单纯地将其作为锻炼学生动手能力的课程来组织，缺乏创新能力培养环节。同时，大多数学生抱着混学分的态度来上课，将工程训练简单地等同于劳动，不愿意主动结合实际进行功能扩展、深入思考和探究等创新性工作。
2.创新训练还没有贯穿整个工程训练实践教学体系，且训练缺乏针对性。目前，在课程设置和教学安排上还存在对大学生不同学习阶段特点考虑较少、创新能力培养与工程训练项目融合程度不够、与工程实际有一定程度的脱节、缺乏与专业相关的个性化培养和训练缺乏系统性等问题[3]。
3.教学模式单调，教师队伍知识老化。实践教学师资队伍的工程素质和指导能力参差不齐，部分教学教师知识老化，跟不上技术发展。某些实训工种教学手段单一，教学过程还采用“填鸭式”授课和“手把手”指导。学生意识不到任何创意设计，主动性和积极性严重不足，没有达到激发学生创新意识和培养学生创新能力的教学目的。
二、我国大学生不同教育阶段的学习特点分析
我国大学本科基本学制一般为四年，学习年限一般为3～6年。以四年大学本科为例，一般可分为基础理论课学习、专业基础和专业课学习、毕业论文等不同教育阶段，每个阶段都有其各自的内容和特点。
在基础理论课学习阶段，工科大学生主要学习思想道德修养、法律基础、计算机、数学、外语等公共必修课程。学习的目的主要是拓宽学生的知识面和加深学生对基础学科知识的理解，为其进一步学习专业知识、提高能力、训练思维方法打基础，也让大学生对高中生活和大学生活有一个适应。本阶段的学习对整个大学阶段的学习十分重要，对大学生的未来发展亦有深刻的影响。
专业基础和专业课学习，包括专业基础知识领域的基本概念、原理、规律及处理问题的思维方法以及系统的专业理论知识。此阶段，学生既要学习教科书上的结论和专业知识，又要学习其研究方法，还要认真做好实验，掌握实验技术和实验技能，不断提高自己观察现象、发现问题、提出问题的能力，锻炼自己的科学思维能力和动手能力，养成良好的科学习惯。在学习专业基础课时，由于大学生还没有系统地进行专业知识的学习和专业实践训练，这导致学生对这些基础知识的重要性认识不足，从而产生消极态度。教师应在教学过程中引导大学生重视专业基础课，同时理论联系实际，加深学生对基础知识的理解和应用。
毕业论文是大学生在走上工作岗位独立工作之前的预备演习，是对所学知识、技能的综合运用和重新组合的阶段。此阶段要求大学生在教师的指导下独立思考和独立完成与毕业论文相关的各种学习活动。
三、分层次、递进式的工程训练创新教学体系
我校工程训练中心是河北省示范实验中心建设单位，开展多种形式的工程训练教学，融科研和社会服务于一体。工程训练中心以培养学生的基本工程素质、实践动手能力和创新能力为主要教学目标，以如何引发学生的研究兴趣和探究、提高学生的实践能力和创新能力为教学改革的重要内容，对工程训练硬件平台建设、实践教学体系、创新教育模式等方面进行了一系列研究、实践和总结提高，积累了有益的经验[4-6]。在分析大学生不同教育阶段学习特点的基础上，笔者针对我校的办学方向、服务行业和学科优势，以面向铁道建设与工程管理、土木工程和交通运输行业、机电一体化行业等创新型工程技术人才为培养目标，探索了基于工程训练的分层次、循序渐进的创新能力培养模式[7]。在此基础上，结合工程训练中心已经建成的模块化、层次化、渐进式、开放式的工程训练综合教学体系，充分考虑学生的专业差异和不同学习阶段的学习特点，积极改进现有各模块的教学内容并增加创新教学环节，增加具有前沿性的教学模块，加强创新教学平台建设，将铁道实践教学、创新意识和创新精神培养融入工程训练教学过程中，构建了具有铁道特色的多层次、模块化、递进式的工程训练实践教学体系，包含“工程认知训练”“工程技术基础训练”“工程技术训练”和“工程创新训练”四个由低到高的层次，每个层次的教学内容都和学生的学习阶段和专业特点相适应。让学生从一年级开始一直到毕业前都有机会进入工程训练中心进行不同层次的工程技术实践训练，逐步有计划地培养学生的实践动手能力、工程素质和创新能力，使学生在整个大学学习期间都能得到有计划的创新训练，以增强学生的就业竞争力。
（一）工程认知训练
全校除机电类、材料类专业外都在大一下学期开设有必修课程工程实践能力训练A，时间为1周。课程内容设置包括不受专业限制、不受学科限制、不受文理类别限制的通识类模块和针对专业特点的扩展模块，适当增加了工程科技前沿、先进制造和机电一体化等内容。主要学习基本工具、常用仪器仪表的使用以及训练基本操作技能，使学生初步接触与工业生产相关的各种应用技术。通过现场讲解、动手实践、项目指导等方式培养学生的观察能力和基本操作技能，初步培养学生的大工程观，建立学生的工程概念，树立学生的工程创新意识。该层次增设若干培养学生创新意识的训练内容，例如创意制作、机电一体化技术认知、先进制造技术认知等。
（二）工程技术基础训练
面向机械电子类、材料类和应用物理等专业二年级学生开设必修课——工程训练（原金工实习）和面向全校所有专业开设通识课——工程实践能力强化与提高。这些课程主要进行工程技术基础训练，以加深学生对工艺知识的理解、强化操作技能训练为主。工程训练课程根据内容复杂程度和时间划分为A、B、C、D四种，实训时间分别为5周、4周、3周和2周，对应机械工程及其自动化专业、测控技术与仪器、工业设计、建筑环境与能源应用、电气类、应用物理等专业。这样做的目的是锻炼学生的动手实践能力、加工制作能力，培养学生的创新设计能力。
为了弥补传统金工实习教学内容相对落后、各工种之间缺少连贯性和对学生的创新意识培养方面的不足，工程训练中心在传统实训项目的基础上增加了加工中心、激光加工、3D打印、柔性制造系统等新的训练内容，尽最大可能使学生接触和了解较新的技术、先进的工艺和使用新材料。我们改变原有的教学模式，引导学生重视机械制造加工工艺，增加自主设计环节，培养其创新设计能力，要求学生把联系相对紧密的模块做合理的链接，从而形成完整的作品。同时，为了满足部分学生深入学习的需求，我们还增设了工程实践能力强化与提高通识课，供完成工程实践能力训练A和工程训练实训的学生选修，让学生在自己喜欢的领域得到进一步训练和提高。目前，我们已经开设包括铁路牵引供电网、先进加工技术、机器人技术等10余个强化项目。学生可以根据兴趣和专业特点选择不同的项目进行深入学习，利用相应实训室的软硬件资源进行作品方案设计、可行性分析、建模与仿真、加工与制作、功能分析与评价等全方位训练，这能有效强化学生的加工制作技能和创新设计能力。
（三）工程技术训练
为了培养学生的专业技能和提升学生适应未来工作岗位的能力，我们针对较高年级的学生开设数字化设计与制造、机电一体化技术实训、工程创新训练、铁道知识实训、高铁技术实训等多门实践类选修课程，主要强调实践技能训练与自主设计。在教学过程中我们利用“启发互动+项目驱动”实训模式和“课堂授课+开放实训室”的方式开展教学，通过实训使选课学生掌握相应的专业技能，为后续的创新能力训练打下基础。以工程创新训练课程为例，训练项目主要有指定项目和自选项目两大类，自选项目必须经过学生答辩后经教师指导团队认定。由2～3名学生自由组成创新小组，在限定的时间内进行选题、课题分析和查阅文献、实施方案设计、可行性分析和建模，经指导教师团队考核通过后再进行零部件加工、装配以及作品功能测试等，系统地训练学生利用所掌握的知识分析和解决具体工程问题的技能，培养和强化学生的创新设计能力。
（四）工程创新训练
该层次着重培养学生的工程综合能力和创新能力。主要针对学有余力的学生开展各级创新创业计划项目和科技创新竞赛等实践活动。利用工程训练平台、创新实训室和创客空间组织学生开展多种形式的创新训练活动。针对大学生创新训练存在与工程实际脱节的现状，近几年工程训练中心与多家企业、公司进行产学研合作，积极引导学生参与工程实际项目的研发工作，从工程实际问题中遴选出合适的子课题参与国家级、省级、校级的各类大学生科技竞赛和创新创业训练计划，包括大学生创新创业训练计划项目，各级别大学生工程训练综合能力竞赛、机械创新设计大赛和挑战杯大赛等。通过查阅文献、问题分析、方案设计，可行性分析、工程设计和计算、零件加工工艺编制，加工和装配、调试和改进、撰写研究报告等环节的训练，提高学生的综合创新能力。例如：“铁路轨道除沙车的设计与制作”被列为国家级大学生创新创业计划项目，参训学生获国家专利3项，荣获河北省第1届大学生创新创业年会特等奖，同时被多家新闻媒体追踪报道。并且，该创新训练模式受到了“就业50强”进校考察专家的一致好评。
四、结语
创新能力培养是“卓越工程师教育培养计划”和“新工科”建设的重要环节，尤其在当前“大众创业、万众创新”的时代，大学生创新教育再次得到国内各大高校的重视。可以依托工程训练校内教学平台，开展产学研多层次实践教学，进行基于工程实际项目的创新能力训练，将大学生分层次、渐进式创新训练融入已建成的工程训练课程体系中，对大学生创新能力进行系统地和有针对性地训练。从建立创新观念、树立创新意识到进行创新设计、创新实践逐步实现大学生创新能力的渐进式培养。这不但能使学生的实践动手能力、工程技能和创新能力得到锻炼，而且还有助于培养学生的协作精神、专业沟通能力，进而提高大学生的综合素质。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 国务院办公厅《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》[EB/OL].[2015-05-13] .http：//www.gov.cn/xinwen/2015-05/13/content_2861327.htm.
[2] 卢静，刘付军.国外高等工程教育工程实践训练启示[J].河南工程学院学报，2009（4）：64-66.
[3] 成琼，郝建平，刘牧众，等.培养综合工程素质创新工程训练模式[J].实验室研究与探索，2010（8）：130-132.
[4] 张建超，吴文江，高占凤，等.基于“卓越工程师”培养理念下的工程训练与创新平台建设[J].教育教学论坛，2015（48）：115-116.
[5] 高占凤，张建超，吴文江，等.依托工程训练中心的创新型工程训练体系构建[J].教育教学论坛，2013（50）：26-28.
[6] 吴文江，张建超，高占凤，等.基于工程实际项目的大学生工程实践能力培养[C].International Conference on Education and Management Science（ICEMS 2016），2016：309-312.
[7] 高占凤，吴文江，李周男，等.基于工程训练的大学生创新教育模式研究[J].河北农业大学学报（农林教育版），2017（6）：78-82.
[责任编辑：陈 明]
