何嵐嵐， 張海光， 胡慶夕

(上海大學(xué) 工程訓(xùn)練國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 200444)

0 引 言

教育部[2007]1號文件中指出“繼續(xù)開展大學(xué)生競賽活動，重點(diǎn)資助在全國具有較大影響和廣泛參與面的大學(xué)生競賽活動，激發(fā)大學(xué)生的興趣和潛能，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識和創(chuàng)新精神[1]?！苯陙恚黝惛傎悓映霾桓F，通過競賽培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能已經(jīng)獲得了教育行業(yè)的共識。但是目前的競賽數(shù)量多，水平差距大，很多競賽缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生還僅僅獲得的是理論知識的學(xué)習(xí)或者創(chuàng)新設(shè)計(jì)的鍛煉[2]。關(guān)于學(xué)科競賽與學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)、教學(xué)改革等的研究也成為了研究熱點(diǎn)[3-7]，也取得了一些研究成果，但多為泛泛而談，結(jié)合具體競賽的人才培養(yǎng)模式鮮有研究。

全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽(簡稱“工訓(xùn)大賽”)是教育部高等教育司發(fā)文舉辦的全國性大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐競賽活動，是一項(xiàng)面向全國在校本科生開展科技創(chuàng)新工程實(shí)踐活動的全國性大賽[8]。該賽事主要以國內(nèi)各高校綜合性工程訓(xùn)練教學(xué)平臺為依托，旨在促進(jìn)各高校提高工程實(shí)踐和工程訓(xùn)練教學(xué)改革和教學(xué)水平，培養(yǎng)大學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、制造工藝、實(shí)際動手、工程管理、現(xiàn)場應(yīng)變和團(tuán)隊(duì)合作能力，是促進(jìn)創(chuàng)新以及實(shí)踐能力培養(yǎng)而開展的一項(xiàng)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動[9-10]。從2009年第一屆開始至今已經(jīng)成功舉辦了五屆全國性大賽，每一屆都涉及全國上百所高校參與，采用現(xiàn)場加工制造、裝配調(diào)試、競技挑戰(zhàn)的競賽形式，對學(xué)生能力的培養(yǎng)和考核較為全面，因此該賽事受到越來越多高校的關(guān)注和參與，競賽的含金量也正在逐年提升。

現(xiàn)以全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽為牽引，提煉多年大賽的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建工程實(shí)踐課程體系，以培養(yǎng)兼具創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、制造、采購、應(yīng)變及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的全方位復(fù)合型人才為目標(biāo)，探索大學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)模式。同時(shí)為大賽形式和內(nèi)容提供新的備選方案，助力大賽的發(fā)展。

1 工訓(xùn)大賽與工程素質(zhì)培養(yǎng)的相關(guān)性

2009年出臺的《全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽章程》明確指出：“全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽以“重在實(shí)踐，鼓勵(lì)創(chuàng)新”為指導(dǎo)思想，旨在加強(qiáng)大學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識和合作精神的培養(yǎng)，激發(fā)大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究與探索的興趣，挖掘大學(xué)生的創(chuàng)新潛能與智慧，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造良好的條件；推動高等教育人才培養(yǎng)模式和實(shí)踐教學(xué)的改革，不斷提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。”[11]，即工訓(xùn)大賽是學(xué)生在具備了基本的工程實(shí)踐技能的基礎(chǔ)上，通過大賽這種載體來加強(qiáng)實(shí)踐能力，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新潛能，而要達(dá)到這個(gè)目的，必須結(jié)合大賽探究人才工程素質(zhì)培養(yǎng)的模式，并進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)體系的改革。

1.1 工訓(xùn)大賽的核心價(jià)值

工訓(xùn)大賽一般由三部分組成：① 賽前按照命題設(shè)計(jì)，包括小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝制定以及制造成本分析；② 按照設(shè)計(jì)的圖紙完成小車的制造，采購相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件和配件，并進(jìn)行小車的裝配和調(diào)試；③ 利用指定工藝現(xiàn)場進(jìn)行部分零件的設(shè)計(jì)、制造及裝配調(diào)試，并根據(jù)抽簽確定賽道參數(shù)，小車在賽道上進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行競技。

從該競賽的過程中可看出：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要考查學(xué)生創(chuàng)新能力以及設(shè)計(jì)能力；制造和裝配環(huán)節(jié)主要考查學(xué)生掌握基礎(chǔ)工程實(shí)踐知識和技能的程度；現(xiàn)場競技環(huán)節(jié)考查學(xué)生的臨場應(yīng)變和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。因此，若在工訓(xùn)大賽中取得好成績，要求參賽選手要具備創(chuàng)新思維、動手實(shí)踐、文檔撰寫以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合能力，做到了對學(xué)生綜合工程素質(zhì)的全方位考評。

1.2 工訓(xùn)大賽培養(yǎng)工程素質(zhì)的途徑

該競賽因其高度綜合性，對學(xué)生綜合工程素質(zhì)提出了很高的要求，學(xué)生必須在夯實(shí)了理論知識和實(shí)踐技能的基礎(chǔ)上，不斷提高自身的創(chuàng)新能力，因此充分體現(xiàn)了工訓(xùn)大賽的核心思想就是“重在實(shí)踐，鼓勵(lì)創(chuàng)新”。通過競賽形成了一套完整的創(chuàng)新與實(shí)踐綜合能力訓(xùn)練方案，為培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)提供了一條可行的途徑[12-15]。建立以工訓(xùn)大賽為牽引的工程素質(zhì)培養(yǎng)模式，進(jìn)行一系列的改革，包括課程體系、師資隊(duì)伍、校園創(chuàng)新氛圍等，使其成為推動復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要載體。

1.3 工訓(xùn)大賽推動復(fù)合人才培養(yǎng)

工訓(xùn)大賽對于學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)作用毋庸置疑，但是大賽舉辦至今盡管一直在不斷提升競賽難度，完善競賽規(guī)則，但是尚不能完全跟上制造業(yè)對技術(shù)和人才的新需求，比如信息技術(shù)、智能技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等在該大賽中尚未體現(xiàn)，同時(shí)還要進(jìn)一步加強(qiáng)成本意識。因此，如果能夠形成一套完整的培養(yǎng)模式，并在人才培養(yǎng)過程中，為工訓(xùn)大賽培養(yǎng)和選拔兼具多種能力于一身的掌握先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合型人才，同時(shí)為大賽的形式和內(nèi)容提供緊跟行業(yè)需求的新方案，必將對大賽的發(fā)展將起到積極的推動作用。

2 大賽牽引下的工程素質(zhì)培養(yǎng)模式

2.1 工程素質(zhì)培養(yǎng)模式

工程技術(shù)訓(xùn)練中心作為國家級實(shí)踐教學(xué)示范中心，一直在努力探索工程素質(zhì)人才培養(yǎng)的培養(yǎng)模式。通過總結(jié)工程訓(xùn)練綜合能力大賽的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，并將其與中心開設(shè)的課程進(jìn)行緊密結(jié)合，構(gòu)建了“以賽帶課”、“以課帶學(xué)”“以學(xué)助賽”的三位一體人才培養(yǎng)模式(見圖1)，即以競賽項(xiàng)目作為課程學(xué)習(xí)的載體，以課程教學(xué)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生有目標(biāo)學(xué)習(xí)的過程，最后通過學(xué)習(xí)過程的知識和經(jīng)驗(yàn)積累優(yōu)選出競賽選手。

圖1 “三位一體”工程素質(zhì)培養(yǎng)模式

(1) 以競賽項(xiàng)目為載體。工訓(xùn)大賽是學(xué)生對知識的深度理解、消化吸收并再創(chuàng)造的實(shí)踐過程，需要通過長期的教學(xué)工作來實(shí)現(xiàn)。而現(xiàn)有的課堂教學(xué)課程之間缺少關(guān)聯(lián)性，采用的案例不具有代表性，大多數(shù)課程缺少創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，以大賽項(xiàng)目為載體，將競賽用小車引入課程，結(jié)合中心的軟硬件資源、師資情況和學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，逐步構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的競賽項(xiàng)目體系。

(2) 以課程教學(xué)為基礎(chǔ)。工訓(xùn)大賽是對學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能的綜合考查，但是這些能力的培養(yǎng)離不開學(xué)科基本理論、知識和技能的學(xué)習(xí)，而這些知識必然要通過課堂教學(xué)來獲取。因此，必須抓住課堂教學(xué)這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)與競賽相關(guān)的課程體系，改革現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，根據(jù)不同年級學(xué)生的知識層次和實(shí)踐能力，開設(shè)相應(yīng)的課程，做到循序漸進(jìn)有的放矢地培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。

(3) 以學(xué)習(xí)成果助競賽。學(xué)生在以競賽項(xiàng)目為載體的課程學(xué)習(xí)過程中，會有新的創(chuàng)意方案，包括賽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、功能升級與擴(kuò)展、競賽規(guī)則改進(jìn)與完善等。例如，結(jié)構(gòu)向更小更輕更易于調(diào)節(jié)方向發(fā)展，從無碳小車到機(jī)電小車到3D打印小車發(fā)展到智能小車。通過系列課程的有序開展，積累大量的學(xué)生創(chuàng)新作品，同時(shí)學(xué)生的工程素質(zhì)也得到了系統(tǒng)培養(yǎng)和提升，從學(xué)生的設(shè)計(jì)中可以選出更具時(shí)代性更典型的作品作為競賽的候選賽題，也有利于優(yōu)選出綜合能力強(qiáng)的學(xué)生參加大賽，避免短期集中培訓(xùn)式的選拔，從而可以大大提高競賽的獲獎(jiǎng)率。

總之，課程教學(xué)、競賽項(xiàng)目和學(xué)生培養(yǎng)這三者是相輔相成的關(guān)系，缺一不可，環(huán)環(huán)相扣，在規(guī)劃得當(dāng)和實(shí)施到位的前提下，將形成良性循環(huán)，是一個(gè)完整的“三位一體”式的工程素質(zhì)培養(yǎng)體系，對其他學(xué)科競賽的人才培養(yǎng)均具有一定的借鑒意義。

2.2 構(gòu)建工程素質(zhì)課程體系

要真正落實(shí)工程素質(zhì)人才培養(yǎng)模式，課程是核心，將大賽項(xiàng)目引入以及對于學(xué)生的培養(yǎng)都必須通過課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)。那么隨著學(xué)生知識面和知識層次的變化，設(shè)計(jì)并開設(shè)相關(guān)的課程是需要解決的最關(guān)鍵問題。結(jié)合工訓(xùn)大賽項(xiàng)目及中心多年的課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了由基礎(chǔ)性工程實(shí)訓(xùn)、專業(yè)基礎(chǔ)及選修課程和創(chuàng)新類課程構(gòu)成的工程素質(zhì)培養(yǎng)的課程體系(見圖2)。

本環(huán)節(jié)的教學(xué)，教師順應(yīng)學(xué)生的思維傾向，鼓勵(lì)學(xué)生小組內(nèi)動手操作，把重點(diǎn)放在從條件入手分析上。再通過畫示意圖、列表等方法分析數(shù)據(jù)和數(shù)量的關(guān)系，初步掌握運(yùn)用數(shù)形結(jié)合分析數(shù)量關(guān)系的方法。教師針對學(xué)生的薄弱點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)要抓“相關(guān)聯(lián)”的兩個(gè)條件。也正是通過教師的點(diǎn)撥，學(xué)生的智慧火花閃現(xiàn)：“老師，我發(fā)現(xiàn)‘單價(jià)’是關(guān)鍵。”“我也有新發(fā)現(xiàn)……”相信學(xué)生從分析數(shù)量關(guān)系開始，就建立匹配的“模型”，這對于他們“解決問題”，無疑是一筆長期受用的財(cái)富！

圖2 面向工訓(xùn)大賽的工程素質(zhì)培養(yǎng)課程體系

(1) 基礎(chǔ)性工程實(shí)訓(xùn)。該層次包括工程通識類和基礎(chǔ)實(shí)踐類兩個(gè)課程模塊。其中，工程通識類課程面向大一所有新生，從多方面讓學(xué)生對工程領(lǐng)域有較為全面的初步認(rèn)知，激發(fā)其學(xué)習(xí)機(jī)械工程和電氣工程領(lǐng)域知識的興趣?；A(chǔ)實(shí)踐類課程又分為機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)踐和電子基礎(chǔ)實(shí)踐，是面向全校理工大類學(xué)生開展的以實(shí)踐動手為主的實(shí)習(xí)課程，并運(yùn)用“案例教學(xué)法”和“項(xiàng)目教學(xué)法”將大賽作品中的典型案例引入課程，讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握機(jī)械制造和電子與自動化兩個(gè)方面的基礎(chǔ)知識，并具備一定的實(shí)踐技能。

(2) 專業(yè)基礎(chǔ)及選修課程。該課程是在基礎(chǔ)實(shí)踐課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的專業(yè)必修和選修課程。其中“三維設(shè)計(jì)與工程制圖”課程是為解決目前學(xué)生繪制的工程圖與實(shí)際工業(yè)需求嚴(yán)重脫節(jié)的窘境，對原有的機(jī)械制圖課程進(jìn)行改革，在課程中以工訓(xùn)大賽的無碳小車作為教學(xué)案例(見圖3)，利用業(yè)界公認(rèn)的高端設(shè)計(jì)軟件CATIA作為工具，培養(yǎng)學(xué)生讀圖和機(jī)械設(shè)計(jì)能力，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力?！癈ATIA實(shí)踐”課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在課程中以工訓(xùn)大賽的無碳小車為例學(xué)習(xí)零件三維實(shí)體建模、機(jī)構(gòu)及整車裝配、工程圖繪制等，是競賽項(xiàng)目設(shè)計(jì)必不可少的技能之一。

(a) 小車底板零件工程圖

(b) 小車整體裝配圖

教材使用中心教師主編的機(jī)械工業(yè)出版社教材《三維建模與工程制圖》。

(3) 創(chuàng)新類課程。該層次課程在一、二層次的基礎(chǔ)上開設(shè)，針對學(xué)有余力、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)，且具備較強(qiáng)創(chuàng)新能力的學(xué)生開發(fā)，屬于具有研究性質(zhì)的實(shí)踐課程。該類課程包括“機(jī)械基礎(chǔ)創(chuàng)新與實(shí)踐(1)、(2)”和“電子基礎(chǔ)創(chuàng)新與實(shí)踐(1)、(2)”，配備具有大賽指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)的教師，學(xué)生以小組團(tuán)隊(duì)形式參與，利用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法，形成以自主式、合作式、研究式為主的學(xué)習(xí)方式。根據(jù)競賽要求以及對競賽未來趨勢預(yù)測確定項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生通過查閱資料、設(shè)計(jì)方案、編制工藝、加工制造、檢驗(yàn)修改、采購零配件、組裝調(diào)試、設(shè)計(jì)報(bào)告、現(xiàn)場答辯等全過程，將前期所學(xué)到的知識融會貫通并熟練運(yùn)用，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及團(tuán)隊(duì)合作能力等綜合工程素質(zhì)培養(yǎng)。課程學(xué)習(xí)過程中有助于選拔優(yōu)秀學(xué)生作為競賽選手，同時(shí)也通過學(xué)生的不斷創(chuàng)新提取新的競賽形式和內(nèi)容(見圖4)。

該課程體系有明顯的層次性，專業(yè)性逐漸增強(qiáng)，創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的要求逐漸增加，各門課程之間的相關(guān)性強(qiáng)，并且都有很明顯的實(shí)踐動手能力的需求和培養(yǎng)環(huán)節(jié)，符合大賽對創(chuàng)新型復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求。

(a) 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

(b) 無碳小車

(c) 3D打印小車

(d) 電控小車

3 工程素質(zhì)培養(yǎng)模式實(shí)施及成效

3.1 實(shí)施措施

(1) 加強(qiáng)指導(dǎo)教師隊(duì)伍建設(shè)。競賽中學(xué)生是主體，教師是保障，學(xué)生的能力培養(yǎng)以及競賽結(jié)果與指導(dǎo)教師的經(jīng)驗(yàn)和能力息息相關(guān)。根據(jù)課程體系的構(gòu)建以及競賽對教師梯隊(duì)的需求，建立一支指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)豐富、知識及技能水平高、且能夠?qū)崿F(xiàn)傳承幫帶的師資隊(duì)伍尤為重要。

(2) 營造及優(yōu)化競賽氛圍。利用各種宣傳機(jī)會，如舉辦與大賽相關(guān)的講座、論壇、研討會，讓學(xué)生了解大賽的要求，清楚知道可以對自己的能力提高的作用，營造一種創(chuàng)新和實(shí)踐的氛圍，利用往屆同學(xué)的切身體驗(yàn)做到口碑相傳，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)模式的良性開展。

(3) 建立激勵(lì)及約束機(jī)制。既然是競賽，必然存在失利的風(fēng)險(xiǎn)，制定全面考評獎(jiǎng)勵(lì)制度有利于教師和學(xué)生能夠全身心地投入該項(xiàng)工作。對于學(xué)生可以采取對等課程的學(xué)分減免、推免研究生時(shí)優(yōu)先考慮、畢業(yè)優(yōu)先推薦就業(yè)等措施；對于教師將競賽成績與職稱評定、年終考核、單項(xiàng)獎(jiǎng)、年度評優(yōu)及績效工資掛鉤。

3.2 實(shí)施成效

至今，中心在國家和省級各屆工訓(xùn)學(xué)科大賽上一共獲獎(jiǎng)32項(xiàng)，其中獲得省級競賽一等獎(jiǎng)以上占89%和國家級競賽一等獎(jiǎng)以上占62%，多年競賽成果驗(yàn)證了該人才培養(yǎng)模式的可行性。

4 結(jié) 語

通過分析工程訓(xùn)練綜合能力競賽與工程素質(zhì)培養(yǎng)的相互關(guān)系，將工訓(xùn)大賽引入工程素質(zhì)培養(yǎng)過程中，構(gòu)建了課程教學(xué)、競賽項(xiàng)目和學(xué)生培養(yǎng)“三位一體”式的工程素質(zhì)人才培養(yǎng)體系，尤其詳細(xì)論述了課程教學(xué)體系建設(shè)思路，并對該模式實(shí)施的保障措施進(jìn)行了總結(jié)，該培養(yǎng)模式已經(jīng)在工程技術(shù)訓(xùn)練中心得到了實(shí)施，效果顯著，無論對學(xué)校學(xué)科發(fā)展、中心教學(xué)改革、教師教學(xué)能力和經(jīng)驗(yàn)提升以及學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)都起到了積極的作用。同時(shí)該模式對于其他學(xué)科的人才培養(yǎng)可供參考。