论文部分内容阅读
摘 要：本文针对工程训练教学目前存在的不足，紧盯提升大学生工程创新能力的目标，探索出一条改革之路：构建多学科交叉融合的工程“生态”环境，提高课程发展能力；践行“大工程观”，改革工程训练基础实习内容；借鉴国际成功经验，实施多元工程创新项目教学。经过在南京理工大学工程训练中心多年的实践表明，改革思路和举措是行之有效的。
关键词：大工程观；工程创新；项目教学
近年来，高等工科院校的工程训练中心普遍获得了更多的关注与投入，在实习环境、设备升级及内涵建设方面都有了长足发展，为学生的工程实践能力提高做出了贡献。但工程训练教学内容的系统性、先进性和创新性明显不足，具体表现在：各实习项目以离散形式存在，缺乏有机联系，对学生进行工程系统观培养方面关注不够；先进制造装备技术实习内容的比例仍然偏低；创新训练覆盖面小，缺乏有效措施，学生创新能力提升不明显。
创新能力是一个优秀工程技术人才的基本特征，是卓越工程师之所以“卓越”的重要标志。培养造就一大批创新能力强的卓越工程师，提升我国自主创新能力，实现创新型国家建设战略，是我国高等工程教育改革的根本目标。以提升大学生工程创新能力为目标，探索与实践“大工程观”理念下的工程训练教学内容改革，实现工程训练真正意义上的转型升级具有现实意义。
一、构建多学科交叉融合的工程“生态”环境，提高课程发展能力
工程本质上是多学科的综合体，是以一种或几种核心专业技术加上相关配套的专业技术所重构的集成性知识体系，是创造一个新的实体[1]，创造性是工程与生俱来的本质属性。工程创新具有复杂、综合、交叉的特征，这决定着以培养创新人才为本的工程教育必然具有复合性。所谓复合，其知识形态是学科综合与交叉，其实践形态是工程创新中的技术整合与跨越[2]。工程教育应当培养具有复合性的知识、技术背景，并能够在工程实践中加以整合运用的创新性工程人才。
1.多学科交叉融合拓展工程训练课程资源
学科专业的教师理论知识功底深厚，站在科技发展前沿，具有很强的理论教学与科研开发能力，与科技合作企业联系紧密，这都是可以转化为工程训练课程内容新增长点的潜在资源。工程训练中心是面向全校本科生提供工程创新实践训练的公共服务单位，开放合作度大，相对于只关注本专业学生培养的学科来说，具有实施多学科交叉的天然优势。一方面，工程训练中心与学科专业二者的工程人才培养目标一致、优势互补，存在着实现彼此融合发展的“双驱”内在动力；另一方面，工程训练教学目前所存在的种种弊病，从表面上看是源于课程发展资源匮乏，而深层次原因正是由于工程训练本身的学科背景单一、师资力量整体较弱所导致。因此，工程训练中心应主动与各学科专业合作构建多学科交叉融合的工程“生态”环境，这不仅在现实层面具有很强的可操作性，而且是突破当前工程训练发展瓶颈的关键。
2.建立“大学生团队项目工作室”制度
“大学生团队项目工作室”制度，即在工程训练中心开设“工作室”，面向优势学科专业、以大学生团队项目形式进驻中心开展教学、科研等活动。大学生团队项目有明确的要求：项目成员应是来源于不同专业的学生，指导教师也应具有不同学科的知识背景；团队应对项目的背景、目标（阶段及最终）、进程安排、保障条件和人员分工等进行详细的规划说明；项目的来源可以多元，包括教师的科研课题、大学生高层次科技竞赛、企业发布的技术难题等。通过制度设计，将工程训练中心与学科专业间“良性互动、融合发展”的合作机制固化下来，为开展高层次的工程创新教学改革提供条件保障。
二、践行“大工程观”，改革工程训练基础实习内容
20世纪90年代，时任MIT工学院院长的Joel Moses提出了大工程观（Engineering with a big E），其核心实际上是“工程系统学”，这个系统既是工程技术本身所形成的系统，又是工程与其相关的非技术因素所形成的系统[3]。这要求我们不但要从整体关联的角度来掌握现代工程技术，也要把非技术因素作为工程不可分割的有机部分来加以统筹考虑，如此才能正确地处理好工程问题。
工程训练基础实习课程主要包括“金属工艺实习”与“电子工艺实习”两部分内容，是工程训练中心面向全校本科生开展工程训练的最基本且覆盖面最广泛的载体。但长期以来，工程训练内容“碎片化”现象严重，教学模式还停留在“技能型”与“学科型”创新模式主导的时代，迫切需要建立与“设计驱动型”创新模式协同的新范式[4]；需要在继续增强学生现代工程技术实践能力、系统集成创新能力的同时，注重学生工程文化素质的提高，实现二者并重。
1.现代制造企业角色体验教学
从“金工实习”的历史看，过去的实习工厂具备当时的企业生产体验环境。当代科技日新月异，现代制造企业进入了信息化时代，而工程训练中心的实训条件依旧落后，无法满足人才培养的需求。
信息化是现代制造企业的显著特征，产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）是实现企业信息化的战略方法。工程训练中心以PLM为核心，搭建现代制造企业仿真实践环境，让学生担任项目经理、总工程师、设计师、物料管理员、采购员、市场策划、外形设计和成本核算等不同岗位的角色，使学生全面了解现代制造企业的生产组织与管理，掌握先进的设计、制造、管理理念与技术。这样培养的学生不仅能够具备全球先进制造企业的岗位适应性，而且具备引领企业未来创新发展的潜质。
2.强化“工业设计”训练
中国工程院“创新人才”项目组的综合研究报告《走向创造》提出加快高等工程教育改革，面向未来工程人才的素质要求，重点突出工程实践能力、设计能力和创新能力培养。工程院校要以“强化战略思维以及提升创造力与设计能力”为核心，要特别关注对工业设计训练的建设力度，鼓励更多的师生参与“以设计为核心”的工程训练。 工业设计就是要做到“真”（以科学为基础）、“善”（以人文为内涵）、“美”（以艺术为形式），并达到这三者和谐统一的“新”[5]。实习教学内容增设工业设计的项目实践，传达由“中国制造”转变为“中国创造”的理念，强化学生对工程创新思维与方法的掌握，同时得到“工程美”的熏陶。通过介绍产品的开发设计程序、现代设计方法与设计理念，并以典型产品的设计过程为例，引导学生建构“以人为本、创新和谐”的价值观。工业设计的本质就是创新，而创意是创新的重要“源思维”。介绍主流的创意思维方法，将学生引入创新的大门，指导学生亲手完成创意小制作，使其体验“创意”过程及实现的快感。
3.“工程文化”育人
工程训练教学内容改革，人们大多是从技术的角度或设计实践环节来进行，而深层次的改革应该从文化建设的高度来审视。工程训练本质上是工程文化教育。在人类面临日益严峻的发展危机面前，工程文化对工程师的工程“创造”行为的约束与导向作用日渐凸显。面向未来，工程训练要把大学生的工程文化素质摆到更突出的位置，保障工程创造走向“绿色”与“和谐”。
工程文化内涵博大精深，工程训练教学应科学设置工程文化内容。“工程技术演进史”让学生站在历史的进程中感悟技术进步是永恒不变的主题，创新是发展的灵魂；“全球视野下的国际工程师能力标准”让学生放眼全球，了解国际工程师认证，把握能力发展方向，提高国际竞争力；“大工程观与工程创新教育”让学生把握未来工程创新发展趋势，加强工程的哲学思考；“设计改变生活，创意引领未来”让学生了解文化在设计中的作用，充分挖掘人类心理和价值观中的“隐性”需求、形成文化知识，并主动融入产品功能设计中，引领社会文化发展的未来趋势。
三、借鉴国际成功经验，实施多元工程创新项目教学
当前发达国家许多知名高校为了提升大学生工程创新能力，开展了丰富多彩的项目教学，有以培养学生实践能力为主要目的的本科实践导向项目，有注重学生研究能力培养的本科生研究导向项目，有为学生提供综合的、跨学科知识背景的联合课程项目，有着重培养学生实验能力的实验研究小组项目等。事实证明，项目教学是世界公认的、培养学生工程创新能力的有效方法。
1.构建多元工程创新项目教学体系
工程创新项目教学是以“工程创新实践”为导向，以“项目”为载体，实现“大工程观”下现代工程师培养目标要求的工程实践教学活动。工程创新项目教学体系包含创新训练项目、创新竞赛项目、创新实验项目和企业实战项目等实践教学活动，从多个角度为大学生工程创新能力的培养发挥重要作用。
（1）创新训练项目。本科生个人或团队遵循“兴趣导向、自主实施”的原则，在导师指导下，自主完成研究条件准备、创新性研究项目设计、项目实施、研究报告撰写和成果（学术）交流等工作。该类项目主要依托学校的大学生科研训练计划（SRTP）和省级、国家级大学生创新性实验计划等开展。
（2）创新竞赛项目。该项目具有挑战性、竞争性、合作性的特征。学生团队在导师指导下，协作完成创新构思、方案遴选、装配调试、现场竞赛、专利申报等过程。该类项目主要来源于国内外高层次创新竞赛，如全国大学生工程训练综合能力竞赛、亚太大学生机器人大赛等。
（3）创新实验项目。主要指那些产生显著变化的新成果的实验，如新产品的开发和设计、新工艺的创造和使用、新技术的发明和应用、产品新功能的开发以及复杂产品或项目的集成等。该类项目主要来源于学科专业教师的科研前沿（预研）课题，如“小型数控油泥机的设计与制造”、“全地形多足机器人设计研究”等。
（4）企业实战项目。追求工程创新项目教学的真实莫过于走向“企业”。该类项目来源于企业的实际技术难题，可以让学生“真刀真枪”的在理论联系实际中接受创新训练。
2.提供完备的项目教学保障服务
工程创新项目教学的顺利实施需要工程训练中心在项目来源、经费支持、技术指导、加工制作、研究场地和日常管理等诸多方面予以全力保障。
所有项目均采用“大学生团队项目工作室”机制，工程训练中心负责日常的项目管理，提供制作服务和部分的经费支持，中心教师与来自学科专业的教师共同负责项目的指导。工程训练中心根据整体项目进展情况予以统筹协调教师资源，实现跨学科项目的联合指导与技术难题的合作攻关。为了实施好企业实战项目教学，工程训练中心积极联合知名企业，在校内建立校企联合研究室，形成“孵化基地”；组成不同学科专业的教师团队和学生团队，邀请企业工程师进驻中心参与联合研究、指导，共同面向企业开展创新实践活动；建立“接受企业向大学生发布研究课题”机制，扩大合作企业的行业领域与范围，主动寻找企业实战项目，定期面向学生发布。
改革工程训练内容是一项系统工程。南京理工大学工程训练中心以2009年获批的江苏省高等教育教学改革研究“重中之重”课题“改革工程训练教学内容，提高大学生工程素质”为牵引，以国家级、省级实验教学示范中心建设为载体，扎实推进工程训练教学内容改革工作。中心深刻理解“大工程观”对工程训练教学内容改革的要求，实施资源拓展战略破解发展瓶颈问题，通过多学科专业合作、校企合作、产学研合作等多元合作途径提升工程训练实践平台能力。目前，常驻的“大学生团队项目工作室”有29个，涉及13个学科专业，已完成各类项目191个。学生工程创新能力不断提升，获得国家级一等奖11项、二等奖14项等。2012年获批国家级实验教学示范中心。
参考文献：
[1] 谢笑珍. “大工程观”的涵义、本质特征探析[J]. 高等工程教育研究，2008（3）：35-38.
[2] 李正，林凤. 从工程的本质看工程教育的发展趋势[J]. 高等工程教育研究，2007（2）：19-25.
[3] 李培根. 工程教育需要大工程观[J]. 高等工程教育研究，2011（3）：1-3.
[4] 王翠霞，叶伟巍，范晓清. 创新模式演进与工程教育范式优化[J]. 高等工程教育研究，2013（4）：35-40.
[5] 杨叔子. 谈谈我对“CDIO——工程文化教育”的认识[J]. 中国大学教学，2008（9）：6-7，30.
[本文受到2009年获批的江苏省高等教育教学改革研究“重中之重”课题“改革工程训练教学内容，提高大学生工程素质”资助，课题编号：2009-2-15]
[责任编辑：余大品]
关键词：大工程观；工程创新；项目教学
近年来，高等工科院校的工程训练中心普遍获得了更多的关注与投入，在实习环境、设备升级及内涵建设方面都有了长足发展，为学生的工程实践能力提高做出了贡献。但工程训练教学内容的系统性、先进性和创新性明显不足，具体表现在：各实习项目以离散形式存在，缺乏有机联系，对学生进行工程系统观培养方面关注不够；先进制造装备技术实习内容的比例仍然偏低；创新训练覆盖面小，缺乏有效措施，学生创新能力提升不明显。
创新能力是一个优秀工程技术人才的基本特征，是卓越工程师之所以“卓越”的重要标志。培养造就一大批创新能力强的卓越工程师，提升我国自主创新能力，实现创新型国家建设战略，是我国高等工程教育改革的根本目标。以提升大学生工程创新能力为目标，探索与实践“大工程观”理念下的工程训练教学内容改革，实现工程训练真正意义上的转型升级具有现实意义。
一、构建多学科交叉融合的工程“生态”环境，提高课程发展能力
工程本质上是多学科的综合体，是以一种或几种核心专业技术加上相关配套的专业技术所重构的集成性知识体系，是创造一个新的实体[1]，创造性是工程与生俱来的本质属性。工程创新具有复杂、综合、交叉的特征，这决定着以培养创新人才为本的工程教育必然具有复合性。所谓复合，其知识形态是学科综合与交叉，其实践形态是工程创新中的技术整合与跨越[2]。工程教育应当培养具有复合性的知识、技术背景，并能够在工程实践中加以整合运用的创新性工程人才。
1.多学科交叉融合拓展工程训练课程资源
学科专业的教师理论知识功底深厚，站在科技发展前沿，具有很强的理论教学与科研开发能力，与科技合作企业联系紧密，这都是可以转化为工程训练课程内容新增长点的潜在资源。工程训练中心是面向全校本科生提供工程创新实践训练的公共服务单位，开放合作度大，相对于只关注本专业学生培养的学科来说，具有实施多学科交叉的天然优势。一方面，工程训练中心与学科专业二者的工程人才培养目标一致、优势互补，存在着实现彼此融合发展的“双驱”内在动力；另一方面，工程训练教学目前所存在的种种弊病，从表面上看是源于课程发展资源匮乏，而深层次原因正是由于工程训练本身的学科背景单一、师资力量整体较弱所导致。因此，工程训练中心应主动与各学科专业合作构建多学科交叉融合的工程“生态”环境，这不仅在现实层面具有很强的可操作性，而且是突破当前工程训练发展瓶颈的关键。
2.建立“大学生团队项目工作室”制度
“大学生团队项目工作室”制度，即在工程训练中心开设“工作室”，面向优势学科专业、以大学生团队项目形式进驻中心开展教学、科研等活动。大学生团队项目有明确的要求：项目成员应是来源于不同专业的学生，指导教师也应具有不同学科的知识背景；团队应对项目的背景、目标（阶段及最终）、进程安排、保障条件和人员分工等进行详细的规划说明；项目的来源可以多元，包括教师的科研课题、大学生高层次科技竞赛、企业发布的技术难题等。通过制度设计，将工程训练中心与学科专业间“良性互动、融合发展”的合作机制固化下来，为开展高层次的工程创新教学改革提供条件保障。
二、践行“大工程观”，改革工程训练基础实习内容
20世纪90年代，时任MIT工学院院长的Joel Moses提出了大工程观（Engineering with a big E），其核心实际上是“工程系统学”，这个系统既是工程技术本身所形成的系统，又是工程与其相关的非技术因素所形成的系统[3]。这要求我们不但要从整体关联的角度来掌握现代工程技术，也要把非技术因素作为工程不可分割的有机部分来加以统筹考虑，如此才能正确地处理好工程问题。
工程训练基础实习课程主要包括“金属工艺实习”与“电子工艺实习”两部分内容，是工程训练中心面向全校本科生开展工程训练的最基本且覆盖面最广泛的载体。但长期以来，工程训练内容“碎片化”现象严重，教学模式还停留在“技能型”与“学科型”创新模式主导的时代，迫切需要建立与“设计驱动型”创新模式协同的新范式[4]；需要在继续增强学生现代工程技术实践能力、系统集成创新能力的同时，注重学生工程文化素质的提高，实现二者并重。
1.现代制造企业角色体验教学
从“金工实习”的历史看，过去的实习工厂具备当时的企业生产体验环境。当代科技日新月异，现代制造企业进入了信息化时代，而工程训练中心的实训条件依旧落后，无法满足人才培养的需求。
信息化是现代制造企业的显著特征，产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）是实现企业信息化的战略方法。工程训练中心以PLM为核心，搭建现代制造企业仿真实践环境，让学生担任项目经理、总工程师、设计师、物料管理员、采购员、市场策划、外形设计和成本核算等不同岗位的角色，使学生全面了解现代制造企业的生产组织与管理，掌握先进的设计、制造、管理理念与技术。这样培养的学生不仅能够具备全球先进制造企业的岗位适应性，而且具备引领企业未来创新发展的潜质。
2.强化“工业设计”训练
中国工程院“创新人才”项目组的综合研究报告《走向创造》提出加快高等工程教育改革，面向未来工程人才的素质要求，重点突出工程实践能力、设计能力和创新能力培养。工程院校要以“强化战略思维以及提升创造力与设计能力”为核心，要特别关注对工业设计训练的建设力度，鼓励更多的师生参与“以设计为核心”的工程训练。 工业设计就是要做到“真”（以科学为基础）、“善”（以人文为内涵）、“美”（以艺术为形式），并达到这三者和谐统一的“新”[5]。实习教学内容增设工业设计的项目实践，传达由“中国制造”转变为“中国创造”的理念，强化学生对工程创新思维与方法的掌握，同时得到“工程美”的熏陶。通过介绍产品的开发设计程序、现代设计方法与设计理念，并以典型产品的设计过程为例，引导学生建构“以人为本、创新和谐”的价值观。工业设计的本质就是创新，而创意是创新的重要“源思维”。介绍主流的创意思维方法，将学生引入创新的大门，指导学生亲手完成创意小制作，使其体验“创意”过程及实现的快感。
3.“工程文化”育人
工程训练教学内容改革，人们大多是从技术的角度或设计实践环节来进行，而深层次的改革应该从文化建设的高度来审视。工程训练本质上是工程文化教育。在人类面临日益严峻的发展危机面前，工程文化对工程师的工程“创造”行为的约束与导向作用日渐凸显。面向未来，工程训练要把大学生的工程文化素质摆到更突出的位置，保障工程创造走向“绿色”与“和谐”。
工程文化内涵博大精深，工程训练教学应科学设置工程文化内容。“工程技术演进史”让学生站在历史的进程中感悟技术进步是永恒不变的主题，创新是发展的灵魂；“全球视野下的国际工程师能力标准”让学生放眼全球，了解国际工程师认证，把握能力发展方向，提高国际竞争力；“大工程观与工程创新教育”让学生把握未来工程创新发展趋势，加强工程的哲学思考；“设计改变生活，创意引领未来”让学生了解文化在设计中的作用，充分挖掘人类心理和价值观中的“隐性”需求、形成文化知识，并主动融入产品功能设计中，引领社会文化发展的未来趋势。
三、借鉴国际成功经验，实施多元工程创新项目教学
当前发达国家许多知名高校为了提升大学生工程创新能力，开展了丰富多彩的项目教学，有以培养学生实践能力为主要目的的本科实践导向项目，有注重学生研究能力培养的本科生研究导向项目，有为学生提供综合的、跨学科知识背景的联合课程项目，有着重培养学生实验能力的实验研究小组项目等。事实证明，项目教学是世界公认的、培养学生工程创新能力的有效方法。
1.构建多元工程创新项目教学体系
工程创新项目教学是以“工程创新实践”为导向，以“项目”为载体，实现“大工程观”下现代工程师培养目标要求的工程实践教学活动。工程创新项目教学体系包含创新训练项目、创新竞赛项目、创新实验项目和企业实战项目等实践教学活动，从多个角度为大学生工程创新能力的培养发挥重要作用。
（1）创新训练项目。本科生个人或团队遵循“兴趣导向、自主实施”的原则，在导师指导下，自主完成研究条件准备、创新性研究项目设计、项目实施、研究报告撰写和成果（学术）交流等工作。该类项目主要依托学校的大学生科研训练计划（SRTP）和省级、国家级大学生创新性实验计划等开展。
（2）创新竞赛项目。该项目具有挑战性、竞争性、合作性的特征。学生团队在导师指导下，协作完成创新构思、方案遴选、装配调试、现场竞赛、专利申报等过程。该类项目主要来源于国内外高层次创新竞赛，如全国大学生工程训练综合能力竞赛、亚太大学生机器人大赛等。
（3）创新实验项目。主要指那些产生显著变化的新成果的实验，如新产品的开发和设计、新工艺的创造和使用、新技术的发明和应用、产品新功能的开发以及复杂产品或项目的集成等。该类项目主要来源于学科专业教师的科研前沿（预研）课题，如“小型数控油泥机的设计与制造”、“全地形多足机器人设计研究”等。
（4）企业实战项目。追求工程创新项目教学的真实莫过于走向“企业”。该类项目来源于企业的实际技术难题，可以让学生“真刀真枪”的在理论联系实际中接受创新训练。
2.提供完备的项目教学保障服务
工程创新项目教学的顺利实施需要工程训练中心在项目来源、经费支持、技术指导、加工制作、研究场地和日常管理等诸多方面予以全力保障。
所有项目均采用“大学生团队项目工作室”机制，工程训练中心负责日常的项目管理，提供制作服务和部分的经费支持，中心教师与来自学科专业的教师共同负责项目的指导。工程训练中心根据整体项目进展情况予以统筹协调教师资源，实现跨学科项目的联合指导与技术难题的合作攻关。为了实施好企业实战项目教学，工程训练中心积极联合知名企业，在校内建立校企联合研究室，形成“孵化基地”；组成不同学科专业的教师团队和学生团队，邀请企业工程师进驻中心参与联合研究、指导，共同面向企业开展创新实践活动；建立“接受企业向大学生发布研究课题”机制，扩大合作企业的行业领域与范围，主动寻找企业实战项目，定期面向学生发布。
改革工程训练内容是一项系统工程。南京理工大学工程训练中心以2009年获批的江苏省高等教育教学改革研究“重中之重”课题“改革工程训练教学内容，提高大学生工程素质”为牵引，以国家级、省级实验教学示范中心建设为载体，扎实推进工程训练教学内容改革工作。中心深刻理解“大工程观”对工程训练教学内容改革的要求，实施资源拓展战略破解发展瓶颈问题，通过多学科专业合作、校企合作、产学研合作等多元合作途径提升工程训练实践平台能力。目前，常驻的“大学生团队项目工作室”有29个，涉及13个学科专业，已完成各类项目191个。学生工程创新能力不断提升，获得国家级一等奖11项、二等奖14项等。2012年获批国家级实验教学示范中心。
参考文献：
[1] 谢笑珍. “大工程观”的涵义、本质特征探析[J]. 高等工程教育研究，2008（3）：35-38.
[2] 李正，林凤. 从工程的本质看工程教育的发展趋势[J]. 高等工程教育研究，2007（2）：19-25.
[3] 李培根. 工程教育需要大工程观[J]. 高等工程教育研究，2011（3）：1-3.
[4] 王翠霞，叶伟巍，范晓清. 创新模式演进与工程教育范式优化[J]. 高等工程教育研究，2013（4）：35-40.
[5] 杨叔子. 谈谈我对“CDIO——工程文化教育”的认识[J]. 中国大学教学，2008（9）：6-7，30.
[本文受到2009年获批的江苏省高等教育教学改革研究“重中之重”课题“改革工程训练教学内容，提高大学生工程素质”资助，课题编号：2009-2-15]
[责任编辑：余大品]