“新工科”建设背景下工程训练教学的探索与实践
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[摘 要] 工程训练是工科学生的必修课，是培养学生工程实践能力和创新意识的重要环节。“新工科”建设背景下“创意-创新-创业”人才培养理念，对工程训练教学提出了新的要求。因此，针对我校工程训练教学现状，对工程训练课程教学进行了探索，以顺应新工科建设背景下需要的工科人才培养机制。
[关键词] 工程训练;新工科;人才培养;教学模式;探索
[作者简介] 王姝歆（1969—），女，江苏徐州人，博士，副教授，硕导，研究方向为智能制造和仿生机械;刘 润（1973—），男，安徽马鞍山人，硕士，讲师，研究方向为特种加工技术和智能制造。
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）35-0119-02 [收稿日期] 2019-08-05
一、引言
“新工科”建设是教育部提出的主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动，内涵是要统筹考虑“新的工科专业、工科的新要求”，包括大力发展云计算、物联网、大数据、人工智能、虚拟现实等新技术和智能制造、集成电路、新材料等新产业相关的新兴工科专业，更新改造传统工科专业，推动现有工科交叉复合，应用理科向工科延伸，孕育形成新兴交叉学科专业等[1]。目前各高校都在研究如何建设新工科，以及如何进行“新工科”人才的培养[2]。南京航空航天大学工程训练中心作为国家级机械基础实验教学示范中心的重要组成部分，承担国家级精品课程《工程训练》教学任务，是培养工科学生创新意识和实践能力的重要环节，同样需要探索新工科建设背景下“创意—创新—创业”人才培养理念在工程训练教学的应用。
二、教学模式研究
1.教学思路调整
新工科要求培养未来多元化、创新型卓越工程人才。这些工程人才的要求主要包括两大方面，一方面是多元化人才结构，包括研发、设计、工艺、生产、销售到管理、服务等。另外一方面是高素质要求，包括创新创业能力、跨学科交叉融合能力、全球视野、自主终身学习能力、工程领导力、专业素养等。但是，目前大多数高校对工科大学生多元化、创新和创业能力的培养还停留在认知层面上。因此，在新工科建设背景下，工程训练中心应转变观念，调整教学思路，充分认识到工程训练对培养面向未来多元化、创新型卓越工程人才的独特功能与优势，然后采取积极的行动去迎接挑战。
首先，树立正确的新工科人才培养理念。以全面工程教育、“卓越工程师”和“新工科”人才培养为目标，突出我校航空航天特色，以现代机电设计和制造“信息、智能”为特征，以工业4.0和中国制造2025技术为纽带，以具有新技术、新业态和新产业背景的智能工厂实验中心规划为依托，在校内实践教学系统和校外实践基地基础上，积极打造“创意—创新—创业”人才培养高地。其次，强化工程训练硬件建设。在原有常规制造技术训练、先进制造技术训练、增材制造技术训练、机电综合训练、综合创新训练基础上，加大信息与智能投入力度，建立功能完备、设施齐全先进的真正综合型、创新型、开放型、多学科交叉融合型的工程训练中心。最后，加强教学教改研究，探索建立以创新教育、创业教育、智能制造、机器人、微型飞行器、智能材料、信息技术为主干的工程训练教学体系，为学生提供更大的学习和实践空间。
2.教学内容更新
目前工程训练的教学内容强调学生基本知识和基本技能的培养，注重单一零件加工忽略加工工艺流程，注重基础操作技能训练忽略设计、工艺、制造和管理并重的综合训练，不能满足新工科建设背景下对多元化和创新人才培养的需求。因此，在新工科建设背景下，依据新工科人才培养需要，在立足传统金工实习车、钳、铣、刨、磨、铸、锻、焊等传统训练项目，加强数控车、数控铣、线切割、3D打印等数控和增材制造训练项目的同时，围绕以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济，对工程训练实践教学内容进行前瞻布局和动态调整，更加注重基于‘信息、智能’前沿知识、学科交叉或跨学科的智能制造平台建设，更加注重综合创新实践平台建设。
智能制造平台是多学科交叉实践平台，由智能制造技术和智能制造系统组成。智能制造技术由增材制造技术（包括3D打印技术）、工业机器人技术、智能机器人技术、人工智能技术、互联网技术和虚拟现实技术组成。智能制造系统包括研发设计系统、销售服务系统和智能工厂。智能工厂涵盖工艺设计平台、虚拟制造平台、智能管理平台和智能车间。智能车间包括3D打印、机器人等智能设备、智能生产线和智能仓储物流系统等。基于智能制造平台，可以开设系列多学科交叉融合课程群。例如，理论课可以开设智能制造概况、增材制造技术、机器人技术、人工智能基础、互联网与制造技术、虚拟现实技术等，实践课可以开设计算机辅助类设计、分析、工艺、制造课程、计算机辅助信息管理课程、3D打印实践、机器人编程与操作、综合工艺设计、虚拟制造实践、虚拟销售实践、智能生产线操作等。
综合创新平台涉及到创新思维、设计、工艺、制造、管理和销售多个领域，是培养学生创新意识、多元化知识结构、多学科交叉和跨界融合等能力的重要平台。在原有的综合创新平台基础上进一步改进，增设系列创新基地，如创新思维和方法训练基地、机械创新设计基地、产品创新设计基地、机器人创新实践基地、创意汽车设计基地、创意飞行器设计基地、微型飞行器实践基地、智能材料实践基地、大学生创新和创业基地、创客空间，以及全国工程训练综合能力大赛、全国机械创新设计大赛、全国机器人大赛和全国挑战杯大赛基地等。基于构建的综合创新平台，开设系列创新课程群，包括创新思维和创新方法、机械创新设计、工艺创新设计、生产管理创新、微型飞行器创新设计、产品创新设计、陶瓷创新设计、大学生科技创新活动讲座、比赛讲座等。
3.教学方法优化
在工程训练理论和实践教学过程中，存在教学方式比较单一的问题，大多工种仍然以“临摹”学习为主，即现场加工演示、课堂理论讲授和模仿性操作实践，这很难培养出未来多元化、创新型卓越工程人才。因此，应强调以教师为主导、学生为主体的教学意识，推进教师学习和应用探究式教学、讨论式教学、参与式教学、混合式教学、课题式、项目式、教学等先进的教学方法。例如，在课题式教学中，学生以真实科研产品为课题，通过网络课程、开放性实验、专题讲座、团队研讨等获取知识，通过查找资料、制定计划、设计、工艺、制造、管理等获得多方位实践，从而合作完成课题任务，这有助于提高学生的学习能力、设计能力、学科交叉能力、创新能力、协作能力、处理信息能力能力、动手实践能力。
在新工科建设背景下，应积极推进信息技术和教学深度融合，建立线上教学与线下教学有机结合机制。采用以3D网络环境、增强现实与虚拟现实、人工智能等信息技术为支撑的更具有互动性、智能化和个性化的计算机辅助教学方法，如翻转课堂、微课、移动学习、创客空间、大型开放式网络课程（慕课，MOOC）平台、手机APP学习平台、虚拟和远程实验室等。积极推进和应用这些颠覆传统教学模式的现代教学方法并将这些现代教学手段有效结合，不仅能够提高工程训练教学的开放性和有效性，弥补高校工程训练教学师资力量的不足，还能够激发学生学习兴趣，促进学生主动学习和探索能力培养。
三、结语
在新工科建设背景下，我校已经对工程训练教学模式进行初步的探索和实践。例如，构建机电综合、陶瓷艺术、焊接和激光切割机器人等智能制造平台，组织教师学习和应用混合式教学方法，构建以钳工虎钳为产品的课题式教学体系;指导学生参加交叉学科和跨学科创新项目，包括小型停车机械装置、自主取料系统、无人机、扑翼飞行器、移动机器人、球体自稳发射裝置、多旋翼起降系统等;指导学生参加各种交叉学科和跨学科竞赛等。虽然通过努力取得了一定的成绩，但距离新工科建设背景下“创意—创新—创业”人才培养的要求还有一定的距离，因此本文进行了进一步探索，希望以此应对这次战略机遇与挑战交织并存的新形势，为新经济形势下的社会发展提供强有力的人才保障。
参考文献
[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.
[2]梁延德.我国高校工程训练中心的建设与发展[J].实验技术与管理，2013（6）：6-8.
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