孟兆生，岳彩霞，田 軍，徐建成，孫建華

(1.黑龍江工程學院 工程訓(xùn)練中心，哈爾濱 150050；2.黑龍江工程學院 發(fā)展規(guī)劃處，哈爾濱 150050，3.黑龍江工程學院 土木與建筑工程學院，哈爾濱 150050)

2015年“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃推動了移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)與制造業(yè)的結(jié)合，2017年新工科建設(shè)的引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性、發(fā)展性的特征，對工程實踐教育提出了更高要求，各高校對工程訓(xùn)練中心進行升級改造，對工程實訓(xùn)課程體系進行重新構(gòu)建。文中基于“互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓(xùn)”運行模式提出工程訓(xùn)練模式創(chuàng)新解決方案，力求建立具有智能模式的工程訓(xùn)練環(huán)境，建立完善的創(chuàng)新訓(xùn)練機制，把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入工程訓(xùn)練全過程，構(gòu)建全新的無需教師指導(dǎo)的“無人工訓(xùn)”教學運行體系。

1 工程實訓(xùn)課程現(xiàn)有運行模式面臨的困境分析

1.1 工程實訓(xùn)指導(dǎo)教師隊伍狀況堪憂

目前，高校理論課教師隊伍建設(shè)進入博士化、國際化的階段，而實踐教師隊伍面臨諸多困境。一是全國各本科院校的工程訓(xùn)練中心除國家級或省級實驗教學示范中心屬于教學單位外，大部分屬于教輔部門。由于教輔部門業(yè)績津貼固定，做不到多勞多得，很難調(diào)動教職工的積極性。即使通過思想政治工作等手段，強調(diào)講奉獻，但并非長久之計[1]。二是有的工程訓(xùn)練中心教職工偏少，達不到規(guī)定的生師比。一般每學年要完成全校一個學年數(shù)千名學生的工程實訓(xùn)教學任務(wù)，不可避免地造成疲于應(yīng)付的局面，同時還存在極大的安全隱患。三是工程實訓(xùn)指導(dǎo)教師構(gòu)成復(fù)雜。一般是由教師、實驗教師、工人技師、合同制聘任人員等組成。實踐教師隊伍不穩(wěn)定、流動性大。其中，素質(zhì)高、能力強、具有豐富經(jīng)驗的人越來越少，嚴重影響實踐教師隊伍質(zhì)量，制約著工程實訓(xùn)課程質(zhì)量的提高。四是編制問題。有一些工程訓(xùn)練中心不同程度地存在進人困難的情況，招聘的指導(dǎo)教師達不到在編學歷要求，屬于編制外合同制人員，不能享受相應(yīng)待遇[2]。

1.2 工程實訓(xùn)教學任務(wù)繁重

目前，絕大多數(shù)工科院校要求所有學生進行不同層次、不同時長的工程實訓(xùn)教學，而大部分院校的指導(dǎo)教師缺編運行，教學任務(wù)繁重。一是參加實習的學生絕對數(shù)量在增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年約有1 000～7 000名左右學生進行工訓(xùn)實習，需要完成10～40萬左右人時的教學工作量。二是在教學過程中，要求的教學內(nèi)容越來越豐富，既有實際操作，也有工程文化認知；既有規(guī)定的實踐內(nèi)容也有獨立制作的創(chuàng)新作品；既有工程實訓(xùn)項目也有技能競賽；既要培養(yǎng)技術(shù)能力也要培養(yǎng)非技術(shù)能力。三是設(shè)備管理工作量增大。工程訓(xùn)練中心不僅擁有各種常規(guī)的材料成形與加工制造設(shè)備，隨著應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型發(fā)展，有些學校已經(jīng)擁有幾萬米實訓(xùn)場地及上億元實訓(xùn)設(shè)備。包括一批先進的智能制造數(shù)控加工設(shè)備、逆向工程增材制造特種加工設(shè)備等；有的還裝備有柔性制造系統(tǒng)、物流系統(tǒng)及機械手臂等。這些設(shè)備的管理、維修、保養(yǎng)都需要很大的工作量。四是工程訓(xùn)練中心科研、教研、組織學生參加各類競賽等活動越來越多。組織學生參與各級各類競賽活動，需要付出很多業(yè)余時間，更增加了教師的工作量[3]。

另外，工程訓(xùn)練中心實訓(xùn)場所開放工作量大。工程訓(xùn)練中心面向全校各專業(yè)進行實訓(xùn)教學，幾乎全年所有教學周都在上課，即便如此，也不能滿足學生訓(xùn)練的需要。一是有興趣的同學需要更多的時間去做自己喜歡的項目；二是參加各種競賽的同學需要反復(fù)試制自己的作品；三是項目教學任務(wù)需要更多的時間去完成。這些都需要采取實訓(xùn)場地開放的措施去滿足上述工作需要。這就需要指導(dǎo)教師犧牲大量休息時間參與指導(dǎo)，致使許多指導(dǎo)教師超負荷工作，得不到很好的休息。因此，如何在實訓(xùn)場所開放過程中減輕教師的負擔，是亟待解決的問題[4]。

2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”工程實訓(xùn)運行模式創(chuàng)新解決方案

針對目前工程訓(xùn)練中心的實際情況，結(jié)合工作實際，制定出創(chuàng)新解決方案。主要是利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，全面改革傳統(tǒng)的實訓(xùn)課程教學手段與方法，以全新的理念為學生提供信息化、智能化、自主式的學習實訓(xùn)平臺，激發(fā)學生潛能，提高教學效率，增強實訓(xùn)效果。

2.1 工程實訓(xùn)課程自主訓(xùn)練的環(huán)境建設(shè)

2.1.1 在線學習平臺建設(shè)

根據(jù)教育部2018年4月印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》、2019年2月印發(fā)《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》等通知精神，工程訓(xùn)練中心首先要注重工程實訓(xùn)網(wǎng)站信息化建設(shè)。工程訓(xùn)練中心不僅是校內(nèi)工程實踐訓(xùn)練基地，也是科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地和職業(yè)技能培訓(xùn)中心。因此，需要構(gòu)建集教學、實訓(xùn)和管理于一體的信息化教學及管理系統(tǒng)平臺，創(chuàng)新優(yōu)化教學和管理[5]。搭建學生工程實訓(xùn)網(wǎng)上預(yù)約登記信息數(shù)據(jù)庫、各實訓(xùn)場所三維實景導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫、各實訓(xùn)項目安全操作知識數(shù)據(jù)庫、著裝檢測數(shù)據(jù)庫、各實訓(xùn)項目操作慕課、微課、視頻數(shù)據(jù)庫、學生實訓(xùn)期間操作過程數(shù)據(jù)庫、學生各實訓(xùn)項目加工工件質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫、學生各實訓(xùn)成績管理數(shù)據(jù)庫、工程實訓(xùn)工具、耗材管理數(shù)據(jù)庫等[6]。

工程實訓(xùn)教學的信息化主要體現(xiàn)在：在教學設(shè)計方面，應(yīng)對自主探究、協(xié)作學習和混合學習信息化；在交互方面，對師生之間、學生之間的交互、學生與項目內(nèi)容間的交互信息化；在評價方面，對在線平臺進行相關(guān)評價，對實訓(xùn)過程評價信息化[7]。

2.1.2 利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，強化工程實訓(xùn)設(shè)備安全防控

學生利用互聯(lián)網(wǎng)在線學習獲得準入考核通過后，已經(jīng)具備安全規(guī)范基礎(chǔ)知識，具備一定的安全意識。為確保安全，必須對加工設(shè)備在硬件上進一步加強安全保障。

主要思路是利用設(shè)備硬件控制技術(shù)，對實訓(xùn)設(shè)備進行升級改造，讓設(shè)備本身通過安裝安全控制模塊實現(xiàn)設(shè)備硬件安全控制。通過加裝緊急報警功能、各種監(jiān)控程序等軟件控制部分，讓設(shè)備真正具備全方位安全保障功能，做到設(shè)備上電可控、設(shè)備安全操作可控；設(shè)備可通過視頻監(jiān)控，設(shè)備使用人、使用時間可控；啟動、關(guān)閉設(shè)備安全提示，從而保證設(shè)備與人身的安全，滿足24小時開放條件。在操作環(huán)節(jié)，對學生可能出現(xiàn)的違反安全操作規(guī)程以及超速、超載危險運行的情況實時監(jiān)控，出現(xiàn)問題及時報警并通過安全控制裝置立即停機，保護實訓(xùn)學生人身安全和設(shè)備安全。真正將各工程實訓(xùn)項目的安全操作規(guī)范落實到具體的工程實訓(xùn)項目環(huán)節(jié)，時時提醒、規(guī)范學生操作全過程。規(guī)范安全使用工、量、夾具并進行管理，使學生在進行工程實訓(xùn)同時，養(yǎng)成良好的安全操作規(guī)范習慣，提高自身管理能力。

2.2 工程實訓(xùn)課程自主訓(xùn)練的總體設(shè)計方案

自主訓(xùn)練的總體設(shè)計方案包括三個模塊。第一個模塊：網(wǎng)上選課，通過在線平臺自主學習訓(xùn)練科目的基礎(chǔ)知識和安全常識，測試通過后實訓(xùn)場地準入；第二模塊：工程識圖，工藝流程，實際操作訓(xùn)練；第三模塊：工件檢測，成績評定。其流程如圖1所示。

圖1 “互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓(xùn)”課程自主訓(xùn)練流程

2.2.1 第一模塊：主要解決實訓(xùn)場地準入問題

1)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，解決實訓(xùn)教學基礎(chǔ)知識問題。創(chuàng)新建設(shè)工程訓(xùn)練中心網(wǎng)站，增加慕課、微課等平臺。學生利用工訓(xùn)教務(wù)系統(tǒng)進行選課，通過學號登陸工訓(xùn)網(wǎng)站，或者掃描二維碼關(guān)注工訓(xùn)微信公眾號，進入相應(yīng)界面。在開放模式下，自主安排學習時間，利用實訓(xùn)中心信息化平臺及新媒體以碎片化形式進行學習，自主完成實訓(xùn)教學基礎(chǔ)知識和安全常識的學習，培養(yǎng)學生自主學習能力[8]。

2)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，設(shè)立工程訓(xùn)練中心實訓(xùn)知識準入制度。通過在線學習，進行實訓(xùn)安全常識和基礎(chǔ)知識考試。安全規(guī)范和操作規(guī)程項目考試成績必須滿分；基礎(chǔ)知識90%正確為合格。符合條件才可以進入實訓(xùn)階段，允許上機操作。

“安全第一”是開設(shè)工程實訓(xùn)課程始終堅持的第一要務(wù)，要求學生時刻保持安全意識。學生在具備工業(yè)常識的同時，也要掌握基本的安全急救措施。學生實訓(xùn)前簽訂安全承諾書，在思想意識里筑牢安全防線。在條件允許的情況下，制定在實訓(xùn)期間學生購買人身保險制度，為學生提供保障。

3)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，設(shè)立工程訓(xùn)練中心實訓(xùn)著裝準入制度。建議學生保留入校的軍訓(xùn)服裝作為實訓(xùn)工裝。著裝要求：身著工訓(xùn)服；焊接實訓(xùn)的同學必須穿長袖；要戴工訓(xùn)帽，長發(fā)同學需將頭發(fā)有效束起放在帽子里；不得穿涼鞋、拖鞋、高跟鞋等鞋子[9]。

在實訓(xùn)門口，每名學生刷一卡通或者輸入學號，然后站在轉(zhuǎn)臺上，利用照相式原理，進行非接觸式光學立體掃描，將數(shù)據(jù)通過USB接口連接計算機設(shè)備，對其工訓(xùn)服裝及防護要求等進行識別。針對符合工程實訓(xùn)服裝要求的程度，依據(jù)相應(yīng)標準，設(shè)備自動評出服裝準入成績，合格者可以準入實訓(xùn)區(qū)域[10]。

針對具體工種還要進行特殊著裝掃描。比如：進行焊接實訓(xùn)，增加檢查項目，是否戴防護手套，是否戴焊帽、護目鏡，是否穿符合焊接要求的鞋等進行甄別，符合安全操作服裝要求，才可以進入焊接實訓(xùn)區(qū)域進行實訓(xùn)。

2.2.2 第二模塊：利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，創(chuàng)新解決工程識圖教學資源問題

在傳統(tǒng)工程實訓(xùn)教學中，學生往往會在工程圖紙識別上出現(xiàn)認識偏差和理解錯誤。目前可以在“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”支持下，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，借助AR技術(shù)輔助教學識圖。虛實結(jié)合，增強交互方式，更好地理解圖紙所表達的信息[11]。

學生可以通過手機APP進行掃描識別待加工零件圖，進行虛擬化顯示。學生可全方位觀察模型，有助于更好地識圖，這樣可以增強工程實訓(xùn)教學的吸引力，提升學生的學習興趣[12]。

在充分理解工程圖紙的前提下，利用模擬仿真平臺分析工藝流程，觀看演示過程，在理解掌握操作要領(lǐng)的情況下進行實際操作。

2.2.3 第三模塊：利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，實施自動檢測工件，自動評定成績

對于學生在實訓(xùn)中加工的作品，放在檢測平臺上，利用三維掃描儀，進行長、寬、高、圓弧半徑尺寸檢驗，同時可對工件表面粗糙度、形位公差等進行全方位檢測。檢測后自動生成檢測結(jié)果，結(jié)合行業(yè)標準制定的評分要求，經(jīng)過判定自動給出學生該項作品的綜合成績[13]。

如果學生感覺成績不理想，可以利用課余時間，進行反復(fù)訓(xùn)練直到滿意為止。因為加工一次只能說是體驗，只有反復(fù)多次地操作才叫訓(xùn)練。只有多次訓(xùn)練才能真正深入掌握操作要領(lǐng)，提高操作技能。踐行專注、敬業(yè)、精益、創(chuàng)新精神，不斷雕琢自己的作品，不斷改善加工工藝，充分享受作品通過辛勤勞動不斷升華的過程，潛移默化地培養(yǎng)追求卓越、精益求精的品質(zhì)，以造就具有工匠精神的新時代卓越工程師[14]。

學生的最終成績由在線學習的成績、進入實訓(xùn)場地時著裝和安全防護符合要求程度的成績、各實訓(xùn)工種操作的成績等構(gòu)成。各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)會記錄在中心信息化管理平臺，直至所有實訓(xùn)項目或環(huán)節(jié)考核完成，系統(tǒng)會按權(quán)重自動匯總出學生實訓(xùn)總成績，避免人為干預(yù)，成績公正透明。學生完成課程后，在規(guī)定時間內(nèi)，可以自主查詢成績。成績不合格的，按規(guī)定選擇重修或者補做[15]。

利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，通過大數(shù)據(jù)采集，可以得到工程實訓(xùn)設(shè)備使用情況，包括學生操作使用設(shè)備信息、分時段統(tǒng)計設(shè)備使用率等信息，實時進行科學分析、研判，以便統(tǒng)籌調(diào)控總體實訓(xùn)狀況。通過數(shù)據(jù)分析可以判斷設(shè)備使用頻率的具體時段，以便及時提示學生選課的時段，盡量使學生的實訓(xùn)呈均勻分布，不至于造成擁擠。

3 結(jié)束語

通過以上方案探討分析，基于“互聯(lián)網(wǎng)+工程實訓(xùn)”開展學生自主訓(xùn)練，實現(xiàn)“無人工訓(xùn)”，以解決工程訓(xùn)練中心現(xiàn)存的困境。利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，提出全流程創(chuàng)新解決方案，改進實訓(xùn)教學模式，解決指導(dǎo)教師短缺問題。建立學生工程實訓(xùn)知識、實訓(xùn)著裝、實訓(xùn)操作安全準入制度。解決工程識圖虛擬教學問題，推進工程實訓(xùn)項目教學實現(xiàn)“智能化”。實施工程實訓(xùn)作品自動檢測，平臺自動生成實訓(xùn)成績。培養(yǎng)學生自主學習和實際操作能力，使學生技術(shù)能力和非技術(shù)能力協(xié)同發(fā)展。