工程实训教学的探索与实践——工程科学前沿与实践课程设计与实施

ＩＳＳＮ１００６－７１６７
ＣＮ３１－１７０７／Ｔ
ＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＩＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ
第３９卷第５期　Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．５
２０２０年５月Ｍａｙ２０２０　
·实习与实训·
工程实训教学的探索与实践
———工程科学前沿与实践课程设计与实施
叶回春ａ，ｂ
，　倪向贵ａ
，　朱雨建
ａ
（中国科学技
术大学ａ．工程科学实验教学中心；ｂ．精密机械与精密仪器系，合肥
２３００２６）摘　要：通过在工程实训过程中穿插前沿科学讲座，让学生切身体会工程科学的实用技术背景，了解前沿学科的发展动态，激发学生对工程科学的兴趣；通过认识并熟悉各类先进加工设备的工作原理、特点及应用领域，促使学生了解现代制造技术并获得基本的实践训练，培养学生实践动手能力和良好的工程素质；通过问题导向的综合实践项目训练，使学生熟悉功能性装置设计制作的基本过程，将所掌握的实践技能与所学理论知识结合，设计制作创新作品。

最终在整个课程学习中，达到培养学生创新意识和团队协作意识的目的。

关键词：工程实训；创新实践；工程科学；前沿学科；创新能力
中图分类号：Ｇ６４２；ＴＢ１ 文献标志码：Ａ 文章编号：
１００６－７１６７（２０２０）０５－０２３７－０３ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｎＰｒａｃｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅａｃｈｉｎｇ
———ＣｏｕｒｓｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＦｒｏｎｔｉｅｒｓａｎｄ
ＰｒａｃｔｉｃｅｓｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ
ＹＥＨｕｉｃｈｕｎａ，ｂ
，　ＮＩＸｉａｎｇｇｕｉａ，
　ＺＨＵＹｕｊｉａｎａ
（ａ．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＴｅａｃｈｉｎｇＣｅｎｔｅｒ；ｂ．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ２３００２６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｓｔｕｄｙｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅ，ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｆｒｏｎｔｉｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ，ａｎｄｃｕｌｔｉｖａｔｅｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅｂｙａｄｄｉｎｇｆｒｏｎｔｉｅｒｓｃｉｅｎｃｅ
ｌｅｃｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｒｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅａｒｌｙａｎｄｏｂｔａｉｎｂａｓｉｃｐｒａｃｔｉｃｅｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｓｔｕｄｅｎｔｓａｒｅｔｒａｉｎｅｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｗｉｔｈｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｅａｃｈｋｉｎｄｏｆａｄｖａｎｃｅｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎ．Ｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｍａｓｔｅｒｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｅｖｉｃｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，
ｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｋｉｌｌｓａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅｔｈｅｙｈａｖｅｌｅａｒｎｅｄ
，ｔｈｅｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｔｏｇｅｔｔｈｅｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｗｏｒｋｓｂｙｐｒｏｂｌｅｍ ｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒａｃｔｉｃｅ
ｐｒｏｇｒａｍｔｒａｉｎｉｎｇ．Ａｎｄｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｗｈｏｌｅｃｏｕｒｓｅｌｅａｒｎｉｎｇ，ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｃｏｎｓｃｉｏｕｓｎｅｓｓｏｆｉｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄｔｅａｍｗｏｒｋａｒｅｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｒａｉｎｉｎｇ；ｃｒｅａｔｉｖｅｐｒａｃｔｉｃｅ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅ；ｆｒｏｎｔｉｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ；ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ
收稿日期：２０１９ ０８ ０７
基金项目：中国科技大学教学改革项目（
２０１７ｘｊｙｘｍ０３７）作者简介：叶回春（１９８６－），男，广西钦州人，博士，工程师，主要从
事精密超精密加工、微纳加工研究。

Ｔｅｌ．：０５５１ ６３６０２４７６；Ｅ ｍａｉｌ：ｈｕｉｃｈｕｎ＠ｕｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ
０　
引　言
在国际竞争日益激烈的知识经济时代，创新能力
已经取代自然资源成为主导国家核心竞争力的决定性因素［１ ３
］。

高等教育作为培养学生创新能力的主要阵
地，肩负着科技兴国和人才强国的重任［４ ５
］。

而实践
　第
３９卷　教学作为高等院校教学不可或缺的重要组成部分，它
在培养学生综合素质和创新能力方面所起的重要作用
是其他任何教学形式都无法替代的
［６ ８
］。

把更多的时间留给学生实践，从实践中加深对课程的理解，把实践教育作为理论知识传授的落脚点，是现今越来越多高校的共识，也是很多高校课程体系改
革发展的趋势［９ １１
］。

然而纯粹的工程实践课多数是让学生机械化地重复教师设计安排的固定实践任务，很容易造成学生学习兴趣低，学习劲头不足等问题，最终
导致学生创新思维受限、学生不会主动学习［１２
］。

而且
单一的培养模式与目前社会多样化的人才需求背道而驰［１３ １５
］。

此种形式下的实践教学，学生上课比较迷茫，没有方向感，不了解实践训练的意义，课程氛围沉闷，无法有效调动学生上课积极性，不利于学生创造能力的培养。

鉴于上述情况，重新规划设计工程实训课程体系内容与上课形式，建立多层次化的实践课程体系，在课程内容中增加学生自主创新设计的项目，同时在实践过程中穿插前沿讲座，并增加综合实践训练项目，以充分保障工程实践教育在培训学生动手能力、创新思维的作用，全面提升学生的综合素养，最终达到拔尖创新型人才培养的目的。

此举措已在我校工程科学学院实施，并取得了良好效果。

１　
课程背景与教学目标设计
工程科学前沿与实践定位为面向低年级本科生的
工程科学（以力学、热学、能源、机械、测控、安全等学科为主）通识教育课程，是为满足现代先进制造技术发展与新时代学生培养需求而设立的课程，由原金工实习课程优化改革而成。

课程分为理论部分与实践部分，理论授课部分围绕工程科学学院学科相关的若干前沿工程问题系统展开；实践部分将重点让学生接触现代加工制造及与工程问题相关的创新实践。

目的是让学生在大一阶段能全面、直观地了解工程学科的前沿学科知识、应用前景，充分展示工程学科的魅力，尤
其是通过实践课程让学生对现代工程技术有切身体会，激发学生学习兴趣，培养学生实践综合能力与创新能力。

２　课程内容体系鉴于上述需求及考虑，课程体系内容按层次调整为３部
分。

①前沿讲座。

前沿讲座部分在课程中穿插进行，每学期邀请４～５位
相关领域著名专家学者，亲临现场给学生做工程科学领域的专题讲座、专家报告，介绍工程科学各领域的科技前沿，以及学科知识在具体工程问题中的应用。

从而解决学生实践教育中为什么学，学了有什么用的困惑，达到增强学生学习主动性的目的；②工
程科学实践。

工程科学实践部分除了传统的车铣刨磨、表面电化学、焊接外，增加三坐标测量、六自由度测量、反求测量等先进精密测量技术，并精心为学生设计了需自主设计模型、自主加工的环节，如３Ｄ打印技术、激光内雕、数控线切割、数控铣削等，学生通过已学习理论知识，充分发挥自己想象力，在给定尺寸的毛坯内设计作品，并操作设备仪器自行加工，达到提升学生创新思维能力的目的；③综合创新实践。

学生在掌握了一定的实践技能及工程素养后，根据学院各专业性质，设置了工业机器人、智能机器人、小型飞行器及新能源等４个
实践项目，学生根据兴趣自由组队选择其中１个
项目，每组推荐组长，教师设定大致方向与考核要求，学生根据所学实践技能、编程语言、工程力学、机械制图等知识，分工协作进行作品设计并实现制作。

此举不但能起到对前面学习效果的检验，更为重要的是在此过程中培养了学生的综合创新能力、项目组织能力及团队协作意识。

课程体系具体内容及层级关系见图１。

图１　工程科学前沿与实践课程体系内容及层级关系３　教学团队建设教学队伍是课程实施的主体，教师素质的高低直接决定了课程效果。

而促进教师队伍发展、提升教师教学水平、提高人才培养质量与办学水平，最有效的办法就是进行教学团队建设。

目前很多高校的工程实践中心普遍存在着师资力量不足、师资构成不合理的窘境，为解决这个问题，大胆提出了在现有师资基础上，充分挖掘内部师资力量组建教学团队的办法。

学校工程实践中心率先实施，组建了一支以中心在编老师为主导，以聘任退休返聘教师、教学科研岗兼职教师及助教等为辅的教学团队。

充分利用退休老教师丰富的教学经验，教学科研岗教师贴合前沿知识、理论知识更深入
，再辅以与学生年龄相仿的优秀助教，充分保障了课８
３２
第
５期叶回春，等：工程实训教学的探索与实践　程教学的正常开展与教学效果，同时对中心的发展起到了很好的促进作用，教学团队构成及功能见图
２。

图２　教学团队建设及功能
４　教学设备与环境先进的教学设备及良好的教学环境是实践教学开展的基础条件。

为跟上当前日益更新的先进科学技术，同时匹配课程体系内容，有目的有规划地进行设备购置与研制是开展实践教学的必备条件及源动力。

以我校工程实践中心为例，除配备传统的车铣钻磨焊等基本设备之外，还采购了美国ＤｉｍｅｎｓｉｏｎＦＤＭ（熔融沉积）型３Ｄ打印机、３ＤＳｙｓｔｅｍＳＬＡ（立体光固化）３Ｄ打印机、ＳＬＳ（激光烧结）３Ｄ打印机、先临激光内雕机、ＭＡＺＡＫ数控车床、ＤＭＵ五轴加工中心、ＡＢＢ工业机器人、苏州三光中走丝、慢走丝、三坐标测量机、六自由度测量仪、三维扫描仪等先进设备，设备总览图见图３，为了使学生能够更深广度地接受前沿学科知识，中心更是斥巨资购置了五轴单点金刚石超精密加工设备ＦｒｅｅｆｏｒｍＬ，见图４。

实践中心所购设备均放置于空调
房内，并制定了完善的安全管理规定，充分保障学生的
安
全与上课环境。

图３　工程实践中心设备总览图
图４　单点金刚石超精密加工设备
ＦｒｅｅｆｏｒｍＬ５　
课程实施办法
实践课属于必修课程，没有足够的教师、场地及设
备，对于课程的安排实施是非常困难的。

大班教学、多人同时使用一台设备，显然这种授课方式的效果不理想，学生上课的兴趣会降低。

因此，在条件允许下以小班、个性化的教学方式更受学生欢迎。

具体形式为以小组方式上课，教师根据学生技能熟悉阶段及知识掌握程度适当调整教学进程与时间，此种方式能给予学生更多创新的实践机会巩固所学知识与实践内容。

我校工程科学前沿与实践课程在实施中，理论部分前沿讲座作为导向及工程实践的应用着力点，采用
大班教学。

每年邀请４～５位
国内外在工程领域知名专家学者给学生做前沿报告，每次约３学时，介绍工程科学的发展概况、学科前沿、具体工程应用等。

让学生在实践中切身体会工程科学的实用技术背景，激发学
生对工程科学的兴趣；工程科学实践小组教学，每组６～８人，每学期安排１２个左右的项目实践，培养学生的创新思维能力及动手实践能力；综合科学实践安排在整个课程中最后部分，学生可以根据自己的兴趣选择相应的综合实践项目，分工协作共同完成一个较为完整作品的设计、加工、组装过程，提高学生的综合能力，同时也能对后面专业课的学习起到引领作用。

６　
结
　语创新性地提出在工程实践课程中增加前沿讲座与
综合实践，很好地解决了学生为什么学、如何学、学有何效果的问题，激发学生学习的兴趣。

通过合理组织课程内容，将创新实践项目与传统实践项目结合，有利于学生实践动手能力与创新思维能力的培养。

组建合理有效的教师团队，保障实践课程顺利实施。

这些课程改革思路已经在我校工程科学学院工程科学前沿与实践课程中开展了一学期，学生反馈效果良好。

在今后的教学活动中，将不断提高团队的教学水平，进一步提升工程实践课程的教学质量。

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（下转第２４３页）
９
３２
第
５期林本才，等：省级重点实验室建设发展的实践探索　苏省优势学科二期建设学科，承担服务国家特殊需求
的博士人才培养项目，带动了相关学科的良性发展。

最大限度整合优势学科资源，以学科内部及学科之间的交叉、渗透和融合为切入点，将重点实验室建成为一个多学科交叉融合的大研究平台，实现了各方优势互补，推进了产业技术创新和科技成果转化，为地方区域经济发展注入了强大推动力。

３．５　硬件条件水平实不断完善实验室目前拥有办公科研场所３２００多ｍ２
，研究方向不断扩展，新增锂硫电池、燃料电池、可拉伸光电器件及新能源装备等与光伏产业链相关的专业实验
室，拥有大型仪器设备３８台套。

依托单位常州大学对实验室建设和发展给予高度重视和充分支持。

享有独立建制、相对集中的实验场地、充分的人事和财务自主权及创新经费的大力支持。

４　
结
　语省光伏科学与技术重点实验室自成立以来，实验室在科研队伍建设、人才培养、学科建设、重大成果产出等方面取得了显著成效。

目前，实验室固定资产总价值逾６０００万元；实验室现有固定人员４９人，副高及以上职称４１人。

２０１５～２０１７年，３年
期间实验室已经承担了国家级科研项目４７项
，实验室固定人员共发表ＳＣＩ论文２４３篇，授权发明专利１５４件。

实验室加强与科研院所、企业的合作，积极探索有利于协同创新的科研组织模式，打通了基础研究、应用研究、技术研发和产业化应用的整个链条，为同类省级重点实验室的建设提供了有益的借鉴。

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队伍建设［
Ｊ］．实验室研究与探索，２０１８，３７（５）：檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
２７４ ２７７．（上接第２３９
页）
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ｗｅｂｕｉｌｄｉｎｇｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ
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