王 棟，韓變枝

一、引言

隨著經(jīng)濟社會高速發(fā)展，科技創(chuàng)新突飛猛進，現(xiàn)代工程系統(tǒng)和工程環(huán)境變得更加復雜，對工程人才的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量都提出了新的要求?，F(xiàn)代工程技術(shù)人才不僅要具備扎實專業(yè)理論知識和技能，還應具備科學思維能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力、管理協(xié)作能力、終身學習能力以及優(yōu)秀職業(yè)道德等［1］。當前各國都對創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)給予了高度重視，要求在工程教育中培養(yǎng)學生的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識，并充分融合實踐技能和綜合能力等［2］?，F(xiàn)實業(yè)界的普遍反映是，應用型、復合型、創(chuàng)新型人才出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性的緊缺，學生的工程實踐綜合能力較弱［3］。其中一個很重要的原因在于實驗教學體系設(shè)計不合理，教學內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)需求之間還存在較大差距，學生工程實踐的能力培養(yǎng)不夠，實踐教學質(zhì)量不理想。針對各行業(yè)急需高素質(zhì)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的狀況，我國積極推進“新工科”建設(shè)，積極推進地方高校的辦學方向由學術(shù)型向應用型轉(zhuǎn)型，以期真正增強地方高校為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展服務的能力。因此，地方高校要把培養(yǎng)應用型、復合型、創(chuàng)新型工程技術(shù)人才、服務產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級作為“新工科”建設(shè)的理念先導［4］。

應用型人才培養(yǎng)的重要特征就是實踐性和創(chuàng)新性，尤其是特別注重實踐技能和解決實際問題的能力培養(yǎng)。工程實踐是培養(yǎng)大學生工程能力與創(chuàng)新能力的主要途徑，是實踐育人的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［5］。馬克思主義認識論認為理論學習與實踐訓練是一體融通的，不可或缺也不可割裂，也沒有必然統(tǒng)一的先后次序［6］。當前亟需解決的問題在于實踐體系的重構(gòu)和實踐教學方法的改革，既要讓學生牢固掌握基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，也引導學生從被動實踐逐步轉(zhuǎn)向主動實踐，充分鍛煉和提升學生的實踐操作能力和工程創(chuàng)新能力。

二、現(xiàn)狀分析

據(jù)新景程研究的報告，2019屆全國本科畢業(yè)生對實踐教學的“滿意”評價為60.84%，理工院校本科畢業(yè)生對實踐教學的“滿意”評價僅為59.94%［7］。下面從歷史、觀念、體制、文化以及資源投入等方面分析其根本原因，以期探討高校實施工程實施教學改革的思路。

1.教學理念陳舊，人才培養(yǎng)模式單一

傳統(tǒng)工程教育強調(diào)專業(yè)知識的系統(tǒng)性和學科性，以教師、教材和課堂為中心，實踐訓練多為驗證性基本技能訓練，因而是被動性實踐教學。在這種教學理念及教學模式下，學生獲取的知識面較窄，不利于培養(yǎng)學生實踐能力、管理協(xié)作能力和溝通能力，更談不上培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和終身學習能力等，無法滿足創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)要求。

2.培養(yǎng)目標不明確，課程內(nèi)容陳舊

雖然專業(yè)人才培養(yǎng)方案結(jié)合現(xiàn)代工程教育理念也在不斷地修訂完善，但總體來看仍沿用傳統(tǒng)知識體系進行課程設(shè)置，而且課程內(nèi)容更新較慢。工程教育的人才培養(yǎng)目標是工程師，卻缺乏工程實踐方面的教學內(nèi)容，學生獲得知識無法滿足將來工作需要。另外，專業(yè)人才培養(yǎng)方案流于形式，課程體系與人才培養(yǎng)標準缺乏有效對接，呈現(xiàn)“兩張皮”的狀況，這也是工程教育教學改革的一項關(guān)鍵任務。

3.教學體系不完善，實踐教學缺位

高校普遍開設(shè)了通識教育課、學科基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課、專業(yè)選修課、素質(zhì)拓展選修課等，也安排有課內(nèi)實驗和集中實踐教學環(huán)節(jié)，工科實踐學分占到30%。但教學體系中理論課程量過大，實踐性特征不明顯。具體來說，這主要表現(xiàn)為課程內(nèi)容缺乏整合，實踐教學安排零散，理論課程與實踐環(huán)節(jié)之間缺乏溝通，各實踐教學環(huán)節(jié)之間缺乏聯(lián)系，實踐教學方法相對落后等?？傊?，未能建立起“專業(yè)核心技能—綜合實踐能力—科技創(chuàng)新能力”訓練體系。

4.受時空和環(huán)境制約，實踐教學低水平重復

傳統(tǒng)的教學體系在實施過程中，由于教學時間減少，實踐內(nèi)容模塊化或零碎地附屬于各個環(huán)節(jié)或各門課程，學生的學習猶如走馬觀花。實踐教學活動限于實驗室范圍，只服務于某門課程，且項目單一、驗證性多、重復度高，學生難以產(chǎn)生興趣。另外，學校的開放性不足，缺乏與產(chǎn)業(yè)界的密切聯(lián)系，難以了解企業(yè)對人才培養(yǎng)的態(tài)度，學生的實踐訓練受到制約。

5.資源投入不足，實踐教學質(zhì)量難以保證

當前高校的實踐平臺多為陳舊的教學儀器設(shè)備，先進的研究設(shè)備更新不及時，面向生產(chǎn)實踐和行業(yè)需求的實踐項目寥寥無幾。另外，教師隊伍的工程素質(zhì)和實踐經(jīng)驗不足，既具有豐富工程背景又具有較高學術(shù)水平的教師緊缺，實踐教學的質(zhì)量難以保證。

三、建設(shè)思路

王沛民教授提出，工程教育實踐改革要把握概念、課程和模式三個關(guān)鍵點［8］。借鑒國外工程教育實踐，高校構(gòu)建工程教育實踐教學體系要以馬克思主義實踐觀、全面工程教育觀為指導，改變“學科導向”“科學導向”的慣性思維和常規(guī)做法，落實“新工科”“OBE”“做中學”等教學理念，向“實踐導向”“能力導向”轉(zhuǎn)變。具體來說，高校要以提高實踐技能為側(cè)重點，明確培養(yǎng)目標，細化培養(yǎng)標準，創(chuàng)新實踐課程內(nèi)容和形式，體現(xiàn)“兩性一度”特征，構(gòu)建能力發(fā)展培養(yǎng)的層次化體系，實現(xiàn)理論課程與實踐課程的一體化融合。同時，高校還要注重教學模式的協(xié)同改革。因此，高校的實踐教學體系構(gòu)建應包括培養(yǎng)目標、培養(yǎng)標準、課程體系、層次化教學安排、實驗資源、師資隊伍以及管理機制等內(nèi)容。

四、實施措施

1.理順關(guān)系，優(yōu)化體系

行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程，是實現(xiàn)“新工科”建設(shè)計劃的必要保障［9］。具體來說，高校要讓行業(yè)企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)方案的制訂、實施和評價，明確培養(yǎng)目標；對接國家標準和工程認證標準，細化培養(yǎng)標準；建立知識能力標準要求與課程的對應關(guān)系矩陣，優(yōu)化課程體系，理順實踐環(huán)節(jié)與理論課程之間的關(guān)系。

2.合理設(shè)計，層次安排

課程體系結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)工程教育教學理念和人才培養(yǎng)標準的重要途徑［10］。高校要堅持理論為基、實踐為要、能力為重的基本原則，構(gòu)建“三段一線五位一體”層次化實踐教學體系（見圖1），實現(xiàn)“科學知識—技術(shù)知識—工程知識”的滲透融合，實現(xiàn)“基礎(chǔ)技能—專業(yè)技能—綜合能力”的穩(wěn)步提升。“一線”是指將某典型工程項目貫穿學習全過程；“三段”是學生培養(yǎng)過程“基礎(chǔ)—提高—綜合”三個階段，對應基本技能、專業(yè)技能、綜合能力三個層次；“五位一體”是指實驗、實習實訓、學科競賽、企業(yè)培養(yǎng)和社會實踐，對應基礎(chǔ)實踐、綜合實踐、創(chuàng)新實踐和社會實踐四個平臺。理論知識支撐為自然科學、人文素質(zhì)、工程通識教育和工程專業(yè)技術(shù)等課程，對應必修、選修兩個課程平臺。整個體系以工程項目工作過程系統(tǒng)化融入各教學環(huán)節(jié)。其中，實驗項目設(shè)計特別強調(diào)工程的集成性與創(chuàng)新性，實現(xiàn)層次性和連貫性，加強綜合類實驗和工程設(shè)計；實踐內(nèi)容要適應新的變化，適當增加跨學科課程內(nèi)容，包括經(jīng)濟、法律、管理、環(huán)境及職業(yè)倫理等方面的知識，增加國際化合作項目和可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)容。

圖1 “三段一線五位一體”層次化實踐教學體系

3.整合資源，高效利用

高校要整合實驗室、工程訓練中心、校內(nèi)外實習基地和科研基地等教學資源，以工程項目的技術(shù)應用和工程方法為主線，按細分的工作過程和企業(yè)需求來設(shè)計開發(fā)實踐項目，實現(xiàn)“驗證—綜合與設(shè)計—創(chuàng)新與探索”層層遞進的實驗項目，形成基礎(chǔ)技能、專業(yè)技能、工程設(shè)計和工程應用循序漸進的“多段式”工程訓練模式。

4.轉(zhuǎn)變角色，注重方法

從學生主體視角出發(fā)，教師角色要轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生身邊的教練員和引導者。具體來說，教師要采用探究教學、案例教學、項目教學和基于問題等的教學方法，引導學生從被動實踐逐步轉(zhuǎn)向主動實踐。另外，高校一方面要鼓勵教師下企業(yè)鍛煉，提升實踐能力，另一方面要聘請行業(yè)企業(yè)工程技術(shù)人員強化實踐教學師資隊伍，雙管齊下提高教師的實踐教學水平。

五、應用實踐

山西工程技術(shù)學院（下文或簡稱“學校”）作為地方涉煤類工科高校，圍繞地質(zhì)測繪、煤炭開采、煤機裝備、礦井建設(shè)和加工利用開設(shè)相關(guān)工程專業(yè)。近年來，山西工程技術(shù)學院積極落實“新工科”建設(shè)行動計劃，持續(xù)優(yōu)化實踐體系和教學模式，不斷提升學生的專業(yè)實踐、工程問題分析、工程設(shè)計能力以及綜合素養(yǎng)。

1.明確實踐教學定位，優(yōu)化體系

山西工程技術(shù)學院轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)認識，將實踐教學提升到與課堂理論教學同等重要的地位，激發(fā)學生的學習興趣和學習動力，特別是注重學生的動手實踐能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。首先，學校明確了培養(yǎng)目標，優(yōu)化教學資源，建立了人才培養(yǎng)方案中知識能力要求與課程對應的關(guān)系矩陣。其次，強化基層教學組織作用，以工程項目為主線，整合實踐教學資源，按學科設(shè)置實踐教學中心，完善管理機制。再次，教學體系和教學模式協(xié)同改革，設(shè)計、開發(fā)了實踐項目和內(nèi)容。最后，注重教師角色轉(zhuǎn)換和教學方法，根據(jù)學生不同階段的學習特點，層層推進，步步強化，切實保障工程技術(shù)人才實踐能力的培養(yǎng)效果。

2.層次化實驗項目設(shè)計

山西工程技術(shù)學院將煤炭開采中采、掘、運、提等煤機裝備為工程項目，選取典型零部件為原型，以提高學生工程認識、工程實踐能力、實際分析問題和解決問題能力及創(chuàng)新能力等為目標，重新規(guī)劃和設(shè)計實驗教學項目，形成驗證性實驗為基礎(chǔ)、綜合與設(shè)計性實驗為主體、創(chuàng)新與探究性實驗為導向的層次化實驗教學體系，具體如圖2所示。

圖2 層次化實驗教學體系

（1）驗證性實驗項目設(shè)計：以幫助學生鞏固理論知識、掌握基礎(chǔ)實驗方法和認知機械設(shè)計制造基本工藝為目標，實驗類型分為自然科學基礎(chǔ)實驗、學科基礎(chǔ)實驗和專業(yè)基礎(chǔ)實驗，并圍繞理論課程知識點系統(tǒng)化設(shè)計實驗項目內(nèi)容。其中，自然科學基礎(chǔ)實驗有物理、化學實驗，以原理測試和表征觀察為主；學科基礎(chǔ)實驗包含電路、力學及材料實驗，以基礎(chǔ)理論和性能測定為主；專業(yè)基礎(chǔ)實驗內(nèi)容包含機構(gòu)、零件結(jié)構(gòu)、性能、精度等實驗，以機械認知、參數(shù)測定為主。同時結(jié)合實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，設(shè)置必做和選做項目，不斷豐富實驗內(nèi)容，供學生自主選擇。

（2）綜合與設(shè)計性實驗項目設(shè)計：以鍛煉學生知識、能力的綜合運用以及實踐能力為目標，重點建設(shè)綜合與設(shè)計性實驗項目和內(nèi)容。具體來說，面向煤機制造工程領(lǐng)域的發(fā)展熱點，依托先進科研成果，以新技術(shù)、新工藝應用為設(shè)計重心，以虛擬仿真技術(shù)為有益補充，建設(shè)機械設(shè)計、機械加工、機電控制、數(shù)控技術(shù)、液壓氣動及接口設(shè)計等實驗項目，使其在機構(gòu)設(shè)計、工藝分析、制造加工和驅(qū)動控制等環(huán)節(jié)更貼近生產(chǎn)實踐。這樣，就彌補原有綜合實驗項目較少、單一的缺陷，充分鍛煉了學生解決本專業(yè)領(lǐng)域復雜工程問題的能力。即，讓學生綜合利用所學的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，開發(fā)、選擇并使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，設(shè)計綜合解決方案，提升學生的工程素質(zhì)和綜合能力。

（3）創(chuàng)新與探索性實驗項目設(shè)計：以引導學生探索工程領(lǐng)域熱點和新興技術(shù)、鍛煉其創(chuàng)新能力和科學探究能力為目標，設(shè)計和開發(fā)創(chuàng)新與探究性實驗項目。具體來說，學校面向?qū)I(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展熱點，設(shè)計開發(fā)機構(gòu)組合、增材制造、自動控制創(chuàng)新實驗項目，充分結(jié)合研究團隊在工業(yè)軟件、3D打印、電火花加工、熔覆技術(shù)、PLC應用技術(shù)及性能調(diào)控等方面取得的科研成果，利用學校的科研實驗室設(shè)備，設(shè)計開放性的探究性實驗內(nèi)容。這樣的教學設(shè)計，激發(fā)了學生的研究興趣，為學生畢業(yè)后從事相關(guān)領(lǐng)域的研究、設(shè)計、開發(fā)等工作以及研究生階段的學習奠定基礎(chǔ)。

3.層次化實踐項目設(shè)計

當前學?；拘纬伞盎A(chǔ)—提高—綜合”層層遞進、螺旋上升的實踐教學體系（見圖3）。

圖3 層次化實踐教學體系

其中，基礎(chǔ)階段以培養(yǎng)學生知識運用、動手實踐、樹立工程理念和認知制造企業(yè)為目標，實踐內(nèi)容分為零件測繪、工程軟件訓練和企業(yè)認知實習。具體方案是：圍繞理論課程知識點，系統(tǒng)化設(shè)計實踐項目，以皮帶運輸機減速器為模型，訓練學生識讀、繪制零件圖和三維造型的能力；通過在校內(nèi)煤礦實景教學基地及企業(yè)的實地參觀，讓學生熟悉煤機裝備生產(chǎn)流程和企業(yè)文化，并樹立工程意識。

提高階段以培養(yǎng)學生動手實踐能力、系統(tǒng)思維能力、強化工程意識為目標，完成典型零件的加工實訓，完成煤機設(shè)備的減速器—機構(gòu)—機器—拖動控制系統(tǒng)等設(shè)計訓練。同時，通過企業(yè)崗位實踐和多樣化技術(shù)學習，讓學生進一步掌握機械制造工藝方法、設(shè)計方法。

綜合階段主要有企業(yè)實訓、參加科技活動和社會實踐等，鼓勵學生積極參加科研訓練和社會實踐，提升綜合素養(yǎng)。首先，根據(jù)工程能力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求和學生愛好特長，結(jié)合企業(yè)技術(shù)崗位，讓學生完成工程技術(shù)專題化學習，如液壓支架缸筒數(shù)控加工等。然后，讓學生結(jié)合實際工程項目，完成畢業(yè)設(shè)計。最后，設(shè)置學分，通過工程應用實踐和校企聯(lián)合評價，提升學生的工程設(shè)計等綜合實踐能力。

4.層次化實驗教學模式創(chuàng)新

教學模式創(chuàng)新注重突出學生主體地位和教師引導作用，為“新工科”背景下的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)人才的實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供保障。（1）實驗教學類型。驗證性實驗項目：依據(jù)實驗指導書，教師示范并指導學生完成，同時啟發(fā)引導學生自行設(shè)計驗證方案；綜合與設(shè)計性實驗項目：依據(jù)實驗目標要求和實驗條件，學生自由分組，完成方案設(shè)計、過程實施和結(jié)果分析，教師提供技術(shù)指導，突出學生的自主性和協(xié)作性；創(chuàng)新與探索性實驗項目：依據(jù)工程技術(shù)前沿，教師團隊結(jié)合學生選題提出系列實驗題目，學生查閱資料并提出實驗方案，自行完成設(shè)計、實施、結(jié)果分析與探討，教師團隊對實驗方案、內(nèi)容和結(jié)果分析進行建議性指導。（2）實驗教學階段?；A(chǔ)實踐階段：以機械認識和了解企業(yè)為主，學生獨立完成零部件繪制和工程軟件應用，教師進行指導并完成效果評價；提高實踐階段：以動手操作訓練強化工程意識為主，小組完成零部件加工和課程設(shè)計，教師組織答辯評價，生產(chǎn)崗位實踐，校企共同評價；綜合階段：以企業(yè)專門培養(yǎng)為主，完成實際工程項目和畢業(yè)設(shè)計，校企共同評價。

5.實踐效果

通過問卷調(diào)查，在學習目標達成、教學內(nèi)容完善、教學方法互動參與、實踐教學層次推進、教學模式與生產(chǎn)契合等幾個方面，95%以上的學生對層次化實踐教學新體系表示滿意。一是認為教學內(nèi)容更貼近工程實際和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，突出了學生在學習和實踐操作中的主體地位；二是認為其更有利于專業(yè)知識學習不同階段的能力鍛煉和培養(yǎng)，對將來就業(yè)和深造具有良好的幫助?？傊?，從效果來看，學生學習興趣增強，愿意參與工程實踐，主動思考和動手的積極性增強，綜合能力有了明顯提升。學科競賽中學生參與度由原來的3%提升到11%，獲獎數(shù)量大幅增漲。企業(yè)對待實習的態(tài)度也有了明顯轉(zhuǎn)變，認為階段化培養(yǎng)拉近了校企間距離，基本解決了畢業(yè)生上崗難、上手慢等問題。

六、結(jié)束語

當前，基于工程人才綜合性、創(chuàng)新性等能力培養(yǎng)的要求進一步提升，實施“新工科”建設(shè)計劃是高校工科專業(yè)建設(shè)和教學改革的重要舉措，而科學構(gòu)建工程專業(yè)實踐教學體系和教學模式具有關(guān)鍵支撐作用。本文以山西工程技術(shù)學院為例，在實踐教學現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，提出工科專業(yè)實踐教學體系的改革思路和實施措施，構(gòu)建了工科專業(yè)層次化實踐教學體系，并對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)人才實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進行了初步研究和實踐。其探索經(jīng)驗可為其他高校的實踐教學改革和工程人才培養(yǎng)提供借鑒。需要說明的是，新體系的實施對教學評價、教學管理等方面提出了新的要求和挑戰(zhàn)，高校在教師培養(yǎng)、資源投入和校企合作、協(xié)同創(chuàng)新方面還需進一步強化。