孫曉燕 隗德民 丁 航 金 輝

濟(jì)南大學(xué)工程訓(xùn)練中心 山東濟(jì)南 250022

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃要求面向工業(yè)界、面向世界、面向未來培養(yǎng)造就一大批高素質(zhì)的卓越工程師后備人才，而工程訓(xùn)練是培養(yǎng)卓越工程師的重要環(huán)節(jié)。工程訓(xùn)練是理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的結(jié)合，重在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。當(dāng)今的工程訓(xùn)練，不僅僅是培養(yǎng)高技能人才，而是培養(yǎng)具有良好知識(shí)結(jié)構(gòu)、工程實(shí)踐能力、工程綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維的設(shè)計(jì)型、研究型和管理型復(fù)合式工程人才?，F(xiàn)有的工程訓(xùn)練體系大多安排學(xué)生逐次進(jìn)行各個(gè)教學(xué)科目的單機(jī)訓(xùn)練及工藝訓(xùn)練，各科目之間聯(lián)系較少，學(xué)生經(jīng)過工程訓(xùn)練后所學(xué)技能難以融會(huì)貫通，而企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)是多種加工方法的高度融合，高等教育要培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神，能夠完全勝任企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或生產(chǎn)一線各項(xiàng)工作的卓越工程師[1]，亟須構(gòu)建一個(gè)接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系。

1 接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系內(nèi)涵

1.1 CDIO工程教育模式

CDIO，其中C是構(gòu)思(Conceive)、D是設(shè)計(jì)(Design)、I是實(shí)施(Implement)、O是運(yùn)行(Operate)[2]。它以工程項(xiàng)目從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，尤其是項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施能力以及較強(qiáng)的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力。

工程訓(xùn)練教學(xué)完全符合CDIO“做中學(xué)”的理念和方法。具體地說，就是在構(gòu)建工程訓(xùn)練體系的過程中，以接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程項(xiàng)目為主線，把專業(yè)知識(shí)、工程技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)融入項(xiàng)目教學(xué)過程中。教師的指導(dǎo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都以項(xiàng)目為核心進(jìn)行，教授和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和訓(xùn)練與項(xiàng)目核心融合為一體。項(xiàng)目訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)學(xué)生在項(xiàng)目研發(fā)過程中的實(shí)踐，通過實(shí)踐更形象生動(dòng)地領(lǐng)會(huì)課本所學(xué)理論知識(shí)，通過實(shí)踐更好地貫徹素質(zhì)教育，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，通過實(shí)踐完成從簡單到綜合、從知識(shí)到能力的轉(zhuǎn)化。

1.2 “虛擬工廠”教學(xué)方法

工程訓(xùn)練中心的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境應(yīng)該突出現(xiàn)場(chǎng)、突出訓(xùn)練、突出實(shí)踐、突出一線、突出基層，應(yīng)該向模擬企業(yè)或模擬工程的方向發(fā)展。“虛擬工廠”教學(xué)方法就是模擬企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境來進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。教學(xué)內(nèi)容和方式與企業(yè)產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)加工相吻合，學(xué)生通過完成項(xiàng)目課題來模擬企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)。在教師的指導(dǎo)下，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行從設(shè)計(jì)產(chǎn)品外觀性能、制訂加工方案，到合理安排生產(chǎn)加工，直至加工出成品的完整生產(chǎn)過程。“虛擬工廠”教學(xué)模式要求學(xué)生“現(xiàn)在所學(xué)的”與“現(xiàn)在企業(yè)所用的”相一致，從而保證學(xué)生“將來要做的”與“畢業(yè)時(shí)企業(yè)所要求的”相符合。

工程訓(xùn)練擁有實(shí)施“虛擬工廠”教學(xué)方法的有利教學(xué)資源，配備與企業(yè)相似的生產(chǎn)車間，指導(dǎo)教師具有過硬的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目教學(xué)。通過與企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)接近的工程訓(xùn)練項(xiàng)目培養(yǎng)，學(xué)生不僅具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更重要的是具有把所學(xué)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)加工的工程實(shí)踐能力。

1.3 接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、學(xué)科交叉、滲透和綜合，現(xiàn)代工程具有科學(xué)性、社會(huì)性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)。工程訓(xùn)練的主要目標(biāo)：首先，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生了解和認(rèn)識(shí)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式和工藝過程，熟悉和掌握一定工程基礎(chǔ)知識(shí)，具有解決工程實(shí)際問題的能力和初步的工業(yè)過程控制能力；其次，工程訓(xùn)練要最大限度地與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合，達(dá)到卓越工程師培養(yǎng)所要求的綜合能力訓(xùn)練，提高學(xué)生的綜合工程素質(zhì)，為學(xué)生今后的科學(xué)研究或就業(yè)提供平臺(tái)。

接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系借鑒CDIO工程教育模式，融入“虛擬工廠”教學(xué)方法，以CDIO項(xiàng)目為工程訓(xùn)練體系的主線，實(shí)施接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的項(xiàng)目化課程教學(xué)[3]。每個(gè)項(xiàng)目由“研究—開發(fā)—設(shè)計(jì)—制造—運(yùn)行”等現(xiàn)代工程鏈組成，學(xué)生在工程訓(xùn)練過程中開發(fā)設(shè)計(jì)，并通過車削、銑削、刨削、磨削、鉗工、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割、數(shù)控電火花、鑄造、鍛造、焊接、熱處理、電子電工技術(shù)等多種加工處理方法完成項(xiàng)目制造，并運(yùn)行檢驗(yàn)。針對(duì)不同學(xué)科不同專業(yè)的學(xué)生，從應(yīng)用角度出發(fā)，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)或個(gè)人興趣選擇不同項(xiàng)目進(jìn)行訓(xùn)練。高年級(jí)學(xué)生還可以根據(jù)自己的專業(yè)課程自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新項(xiàng)目。CDIO項(xiàng)目工程訓(xùn)練使教學(xué)模式由單機(jī)訓(xùn)練和單純工藝訓(xùn)練轉(zhuǎn)向了以工程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主流的實(shí)踐能力、綜合工程素質(zhì)與創(chuàng)新意識(shí)的綜合訓(xùn)練。

需要特別指出的是，接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練項(xiàng)目是真實(shí)產(chǎn)品的制造過程，通過真實(shí)工程項(xiàng)目教學(xué)的天然優(yōu)勢(shì)和有效途徑，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任、安全、質(zhì)量、群體、環(huán)保、管理、創(chuàng)新和社會(huì)等工程意識(shí)[4]。這種模擬企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)進(jìn)行的工程實(shí)踐不僅可以使學(xué)生增強(qiáng)事業(yè)心和責(zé)任感，真正地體驗(yàn)工程環(huán)境，還可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題的欲望。在真實(shí)的生產(chǎn)實(shí)踐中，學(xué)生會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題，大部分是書本知識(shí)所不能解決的，模擬生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)踐訓(xùn)練給學(xué)生一個(gè)自由創(chuàng)造的空間，并賦予一份責(zé)任，以此激勵(lì)興趣、開拓思維、鼓勵(lì)發(fā)問、啟發(fā)創(chuàng)意，使學(xué)生對(duì)真實(shí)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)及制造方法、工藝過程有完整清晰的體驗(yàn)和認(rèn)知，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析并解決工程問題的實(shí)踐能力。

2 構(gòu)建接近企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的工程訓(xùn)練體系

2.1 建立工程訓(xùn)練項(xiàng)目庫

目前，工程訓(xùn)練基礎(chǔ)課程是面向大學(xué)二年級(jí)機(jī)械專業(yè)及非機(jī)械工科專業(yè)學(xué)生開放的。大學(xué)二年級(jí)學(xué)生只學(xué)習(xí)了公共基礎(chǔ)課程及少數(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程，要求他們?cè)趨⒓庸こ逃?xùn)練初期就進(jìn)行項(xiàng)目創(chuàng)新是不現(xiàn)實(shí)的，因此，要先行建立一個(gè)工程訓(xùn)練項(xiàng)目庫(如圖1所示)。項(xiàng)目庫中有豐富的項(xiàng)目資源，學(xué)生參加工程訓(xùn)練可以先選擇一至多個(gè)項(xiàng)目，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行項(xiàng)目加工方案設(shè)計(jì)，實(shí)際加工制造，產(chǎn)品成品運(yùn)行檢驗(yàn)等訓(xùn)練環(huán)節(jié)。

圖1 工程訓(xùn)練項(xiàng)目體系框圖

項(xiàng)目庫中的項(xiàng)目應(yīng)先由教師甄選，要符合教學(xué)目的，項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容通過教師精心設(shè)計(jì)，合理組織，才能取得預(yù)期的良好教學(xué)效果[5]。指導(dǎo)教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)把項(xiàng)目研發(fā)分解為具體的實(shí)施過程，讓學(xué)生分步驟地、有聯(lián)系地進(jìn)行車削、銑削、刨削、磨削、鉗工、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割、數(shù)控電火花、鑄造、鍛造、焊接、熱處理、電子電工技術(shù)等多種加工方法訓(xùn)練。如果是較大的項(xiàng)目，需要幾批學(xué)生合作完成，則還要設(shè)計(jì)好學(xué)生的前后銜接，防止出現(xiàn)漏洞。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，要讓學(xué)生合理分組，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神，順利完成工作任務(wù)。這一過程既可鍛煉學(xué)生個(gè)人實(shí)踐能力，又能提高學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作與領(lǐng)導(dǎo)能力等人文品質(zhì)。通過項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生將具有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力、基礎(chǔ)工程素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。

項(xiàng)目教學(xué)結(jié)束時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)研發(fā)項(xiàng)目過程進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)項(xiàng)目要求完成分析調(diào)研報(bào)告，總結(jié)所學(xué)所得。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入大三、大四后，結(jié)合自己的專業(yè)課題，利用先期工程訓(xùn)練中的自主創(chuàng)新項(xiàng)目，再次參與工程訓(xùn)練中心創(chuàng)新研發(fā)課程，研發(fā)新項(xiàng)目并進(jìn)行生產(chǎn)加工，從而形成螺旋上升式的良性循環(huán)(如圖1所示)。優(yōu)秀的創(chuàng)新項(xiàng)目也將存入工程訓(xùn)練項(xiàng)目庫，隨著項(xiàng)目庫的不斷豐富，學(xué)生項(xiàng)目選擇度大大增強(qiáng)，創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力和綜合工程素質(zhì)也將得到提高。

2.2 搭建“虛擬訂單”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

為模擬真實(shí)企業(yè)生產(chǎn)，項(xiàng)目產(chǎn)品研制采用“虛擬訂單”模式，工程訓(xùn)練中心網(wǎng)站開設(shè)產(chǎn)品展示平臺(tái)及產(chǎn)品網(wǎng)上預(yù)訂平臺(tái)，根據(jù)現(xiàn)有項(xiàng)目產(chǎn)品，可以網(wǎng)上預(yù)約定制，根據(jù)訂單進(jìn)行生產(chǎn)加工。起初為“虛擬訂單”，學(xué)生在網(wǎng)上選擇某個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行工程訓(xùn)練，即進(jìn)行了“虛擬下單”，在隨后的實(shí)際訓(xùn)練過程中，要求按照“虛擬訂單”的數(shù)量及質(zhì)量要求制作產(chǎn)品。隨著接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系不斷成熟完善，“虛擬訂單”會(huì)逐漸過渡為真實(shí)訂單。

“虛擬訂單”工程訓(xùn)練模式模擬了真實(shí)的企業(yè)生產(chǎn)加工，學(xué)生的訓(xùn)練不再是一門課程一項(xiàng)技術(shù)地學(xué)習(xí)，而是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成一個(gè)保證質(zhì)量的訂單，學(xué)生會(huì)有強(qiáng)烈的責(zé)任感，在加工制作的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)認(rèn)真仔細(xì)，訓(xùn)練效果將大大提高。此外，在項(xiàng)目生產(chǎn)過程中，學(xué)生會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題，這些問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)比書本內(nèi)容復(fù)雜得多，訂單加工環(huán)境會(huì)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，發(fā)揮創(chuàng)新意識(shí)及時(shí)采用積極有效的方法解決這些問題，從而進(jìn)一步提高學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

2.3 建設(shè)“多師型”指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)

在高校教師隊(duì)伍中，有較好實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)的教師，通常理論基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，而理論基礎(chǔ)好的指導(dǎo)教師實(shí)踐動(dòng)手操作能力又較為薄弱。接近企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的工程訓(xùn)練體系，每個(gè)項(xiàng)目即為一次產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)踐，既需要有先進(jìn)理論來支持設(shè)計(jì)研發(fā)，又需要實(shí)實(shí)在在地加工出產(chǎn)品實(shí)物，更為特別的是產(chǎn)品的生產(chǎn)過程往往不只是單一加工方法能夠完成的，而需要多種加工方法共同融合而成，這就需要建設(shè)一支“多師型”指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)既要有能以理論指導(dǎo)產(chǎn)品合理創(chuàng)新的教師，也要有能指導(dǎo)產(chǎn)品加工生產(chǎn)的教師，不同的教師可以指導(dǎo)不同環(huán)節(jié)科目的加工。

“多師型”指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，根據(jù)工作需要，既要承擔(dān)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)及項(xiàng)目指導(dǎo)又要有一定的科研能力，技術(shù)開發(fā)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)制造能力。針對(duì)指導(dǎo)教師各自的薄弱環(huán)節(jié)，學(xué)校應(yīng)給予相應(yīng)的培訓(xùn)。通過培訓(xùn)和相應(yīng)的激勵(lì)政策，使指導(dǎo)教師提高學(xué)歷、培養(yǎng)能力、增強(qiáng)實(shí)力、開發(fā)潛力，最終達(dá)到更好地授業(yè)育人的目的。

2.4 基礎(chǔ)訓(xùn)練與創(chuàng)新綜合訓(xùn)練相結(jié)合

由于低年級(jí)學(xué)生只學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)課程，動(dòng)手實(shí)踐操作能力有所欠缺，因此低年級(jí)學(xué)生工程訓(xùn)練初期只進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練，即進(jìn)行工程訓(xùn)練項(xiàng)目庫中已有項(xiàng)目訓(xùn)練。經(jīng)過基礎(chǔ)訓(xùn)練的學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，也有一定的基礎(chǔ)工程素質(zhì)，在高年級(jí)時(shí)，選修參加工程訓(xùn)練中心創(chuàng)新訓(xùn)練課程，利用低年級(jí)所學(xué)知識(shí)，結(jié)合自己的專業(yè)課題發(fā)揮創(chuàng)新精神，與專業(yè)教師、訓(xùn)練指導(dǎo)教師交流討論，進(jìn)行創(chuàng)新項(xiàng)目研發(fā)及生產(chǎn)可行性研究，可行的項(xiàng)目在教師指導(dǎo)下，進(jìn)行生產(chǎn)加工。基礎(chǔ)訓(xùn)練為創(chuàng)新綜合訓(xùn)練提供必要的動(dòng)手實(shí)踐技能保證，創(chuàng)新綜合訓(xùn)練是基礎(chǔ)訓(xùn)練的升華提高(如圖2所示)，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體的創(chuàng)新、研發(fā)、制作。學(xué)生經(jīng)過基礎(chǔ)訓(xùn)練及創(chuàng)新綜合訓(xùn)練，成為一名主導(dǎo)工程項(xiàng)目研發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)，能勝任現(xiàn)場(chǎng)或生產(chǎn)一線各項(xiàng)工作的卓越工程師。

2.5 校企合作資源共享

利用工程訓(xùn)練中心已有設(shè)備、人才優(yōu)勢(shì)，吸引企業(yè)投入設(shè)備、產(chǎn)品、技術(shù)、資金共建工程訓(xùn)練基地，營造企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)的工程訓(xùn)練環(huán)境。校企合作的關(guān)鍵要素是讓學(xué)生參與，即學(xué)生進(jìn)行的工程訓(xùn)練為合作項(xiàng)目的全部或某一部分，讓學(xué)生不出校門即可在工程訓(xùn)練中獨(dú)立頂崗加工產(chǎn)品。

通過產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的校企合作，指導(dǎo)教師、學(xué)生與企業(yè)人員共同研究項(xiàng)目，互相交流，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。一方面，高校擁有高素質(zhì)的教學(xué)科研隊(duì)伍，為企業(yè)提供有力的技術(shù)支持；另一方面，隨著接近企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際工程訓(xùn)練體系的不斷完善和成熟，學(xué)生切實(shí)參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的研發(fā)生產(chǎn)，提高了學(xué)生的實(shí)踐研發(fā)能力和工程素質(zhì)；同時(shí)，在合作完成項(xiàng)目過程中，指導(dǎo)教師的科研能力和實(shí)踐技能進(jìn)一步提高，為更好的指導(dǎo)學(xué)生提供有力保障，真正達(dá)到了三贏。

3 結(jié)束語

借鑒CDIO工程教育模式，應(yīng)用“虛擬工廠”教學(xué)方法，提出了構(gòu)建接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系，并對(duì)實(shí)施項(xiàng)目工程訓(xùn)練，搭建“虛擬訂單”平臺(tái)，建設(shè)“多師型”指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)等具體環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入探索研究。實(shí)踐證明，接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的工程訓(xùn)練體系，可以大大提高學(xué)生參與工程訓(xùn)練的興趣，增強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合工程素質(zhì)和創(chuàng)新思維，為高等教育培養(yǎng)卓越工程師提供有力支持。

[1] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[2] 劉榮佩,史慶南,陳揚(yáng)建,王奇.CDIO工程教育模式[J].中國冶金教育,2011(5):9-11.

[3] 張淑麗,劉勝輝,張宏國.軟件工程CDIO綜合訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)與執(zhí)行研究[J].黑龍江教育,2011(10):8-9.

[4] 傅水根,武靜.深化工程實(shí)踐教學(xué)改革,全面促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008(1):7-10.

[5] 劉海蓉.南洋理工學(xué)院“教學(xué)工廠”模式與啟示[J].金融理論與教學(xué),2011(5):96-98.