栏目先导

坚持以“人才培养为本，本科教学为根”为指导，瞄准世界工程教育最前沿，紧密结合当前工业主流技术，满足多学科的工程实训与创新实践要求，通过参与工程实训与创新实践课程，培养大学生的创新实践能力和创新创业精神，全面提升本科人才培养质量。——石端伟

基金项目组负责人及团队

 

石端伟，武汉大学教授，博导，武汉大学珞珈特聘教授，机械科学研究总院外聘专家、武汉大学教学名师、武汉大学师德标兵，湖北省人工智能学会理事、《机电工程》编委，曾任武汉大学动力与机械学院副院长、武汉大学大学生实践创新中心主任、机械科学研究总院外聘专家，曾担任国家、湖北省和武汉市中小企业创新基金项目评审专家、湖北省、武汉市科技进步奖奖励委员会评审专家，以及湖北省高校精品课程评审专家等职务。他主要研究机械系统动力学、虚拟样机技术和CAE。他主持完成了三峡、向家坝、构皮滩、丹江口、大藤峡等升船机、船闸以及高速铁路的20多项重大（工程）科研项目，发表SCI/EI等论文70多篇，获省部级奖7项。同时，他还编写出版了《机械动力学》、《升船机设计规范（SL660-2013）》、《机械设计师手册》等教材与著作10部。

基金项目团队成员：

石端伟，武汉大学教授

廖冬梅，武汉大学教授

王忠华，武汉大学大学生实践创新中心副主任

宋崇杰，高级工程师，实践指导老师

王伟，武汉大学副教授

陈东，武汉大学副教授

石端伟教授多年来一直深耕工程教育最前沿。围绕三创人才目标，积极进行创新实践人才培养模式改革，构建面向多学科的综合工程训练基地，积极推动实践教学改革和研究。

2017年，石端伟教授“综合性研究型大学工程训练与创新实践中心的教学体系研究与实训平台建设”获得中国高校创新创业教育改革基金项目（项目编号16F-U002）立项支持。经过几年发展，石端伟教授项目团队收获颇丰，积累了工程训练类创新创业人才培养的理论研究与实践成果。

 

循序渐进方得道——“三层次的实践课程”

近年来，我国不断优化高等教育，怎样更好地培养人才，怎样让人才更好地吸收知识变得尤为重要。传统的教学以教师讲授为主、实验演示为辅，教学方式较为简单，师生互动性低，很难激发学生的学习主观性，更无法激活学生的学习热情。石端伟老师探索出了循序渐进的教学方法，具体分为三个层次：

第一层次：工程认知与工程基础实训。兴趣是鼓舞和推动学生学习的自觉动机，是调动学生积极思维、探索知识的内在动力。学生有了兴趣，就肯用全副精神去做事。创新应该以此为开端，石端伟老师通过给学生普及基本工程知识、初步建立工程概念，激发学生的兴趣和好奇心。

第二层次：工程技能与工程设计训练。该层次在第一层次的基础之上进行深度培养，通过向学生传授工艺知识，让学生体验工程过程，掌握操作技能，增强工程实践能力，培养创新意识，提高综合素质。

第三层次：工程综合与科技创新创业实践。该层次为学生在第二个层次上学到知识的运用。学生能够切身体验产品研发、先进技术和生产过程，提高综合运用知识、解决实际问题的能力。同时，可以培养学生的团队合作精神、提高其项目管理与协调能力。此外，还可以提高学生的科研能力，培养“三创”拔尖人才。

石端伟老师持此教学方法开设了《工程训练》、《智能制造实训》、《动力工程装备技术实践》、《激光加工》、《3D打印》、《数控加工》、《电工电子实训》等课程。通过上述系列实践课程展示工业主流技术与国家战略性新兴产业的发展需求，培养更多具有先进科学技术的大工科复合型人才。

见贤思齐展所长——“观学思结合的特色平台”

学习知识的意义在于学以致用，如何让学生把日常学会的点状、碎片化的结论转变为结构化而且可视化的成果，是项目团队一直考虑的问题。

原有的教学过程评价考核标准无法反映学生在整个授课过程中的状态，无法作为课程教学目标达成程度的衡量标准。石端伟老师团队为学生提供展示平台，让学习看得见。具体来讲，展示有三个维度：

• 展示学情，让问题看得见；
• 展示过程，让思维看得见；
• 展示成果，让进步看得见。

 

 

认知展示平台

例如，训练中心的认知展示平台承接武汉大学一年一度的“三创”教学成果展示，是集文本、图片、动画及视频多种资源于一体，实物作品与数字化展示相结合的开放型教学场所。主要展示三个方面的内容。

（1）百年辉煌、大师巨匠、杰出校友、珞珈文化；

（2）“三创”优秀作品实物、图片；

（3）三峡工程、无人机、电子封装、生物工程、汽车自动生产线、微纳材料等教学视频以及发电站（火电、核电、水电）虚拟漫游。

该平台充分展示了武汉大学本科生两年内在校自主创业的具有创新性和创造力的科学技术成果。基础制造实习平台包括机械切削加工基础和材料成型与热处理两部分，可以让学生获得机械制造的常用工艺方法和零件加工工艺过程及配套的基本知识，完整认识机械制造的工艺过程，增强工作环境的适应性。

 

其他特色平台

此外，电工电子实验平台、先进制造训练平台、智能制造实训平台、大学生科技活动中心、“中科-武大智谷”创业实践中心（筹建）及其他实践教学平台让学生把所学知识应用到实践中去，这些平台为学生提供了充分展示自我的机会。

在石端伟教授团队的教导下，同学们不再迷茫，纷纷参与各种高水平竞赛类活动。仅以2017-2018年为例，训创中心与各学院紧密合作，以承办、合办、协办的形式承接武汉大学各学科的大学生学科竞赛，共获国家级奖32项，其中特等奖1项，一等奖17项，二等奖11项，三等奖3项；发表科技论文12篇，指导学生获得专利20余项（发明专利5项）。

 

 

大学生竞赛成果

除了做好顶层设计和规划，石端伟老师还亲临指导全国大学生机器人大赛。近年来，武汉大学的机器人赛事成绩稳中攀升，从进入全国八强，跻身全国四强，再到季军、亚军，直至夺得冠军，每一年都在突破。该项赛事取得了丰硕成果，既获得了武汉大学教学成果一等奖，更培养了一大批优秀创新学子，他们在海内外高校、企业备受青睐。赛事成果既受到了CCTV等众多电视媒体的广泛报道，也受到了同行和业界的广泛关注。

 

机器人大赛冠军

可见，观学思结合的特色平台的搭建，教学方法的改变提高了课程教学质量，促进了学生对所学专业知识的融合理解，让学生对自身专长及未来职业规划有了初步了解，提高了学生学习的主观性，培养了学生终身学习意识，为学生毕业后快速融入企业打下了坚实的基础。

 

桃李芬芳仍潜行——“项目下一步规划”

尽管项目成果颇丰，石端伟教授团队们一直在前进。

• l  课程安排方面，他们整合课程模块，将工程训练纳入公共基础课程；
• l  学科竞赛方面，中心成立跨学科团队，集中资源扶植主要赛事，保持赛事成绩稳中有升；
• l  平台建设方面，完善教学平台功能，实现实验室核心岗位负责制；
• l  科研成果方面，争取教材、专利、论文等成果多元化。

 

他们的发展目标是，努力建成国际先进、国内一流、具有武大特色的、进行高端人才培养的工程训练与创新实践中心，以及工程素质、工程文化和“三创”（创新-创造-创业）教育基地，全面提升本科人才培养质量。

目前，石端伟老师团队仍继续奋斗在工程教育的前沿，潜心探索高效的教学模式与方法，志在点燃工训创新人才的星星之火，培养更多投身于工程建设的栋梁之材。

项目成果精要展示

综合性大学工程训练与创新实践教学体系研究与应用

问题的提出

1828年的《耶鲁报告》中就提出，研究型大学培养目标应该集中关注学生思维能力的训练，强调人才的培养与发展，强调大学教育的结束意味着毕业生终身教育的开始。哈佛、耶鲁、普林斯顿等知名大学的工程教育发展历程充分体现了综合性大学开展工程教育是回应社会需求的必然选择。宋健、朱高峰等院士在内的国内学者呼吁将工程教育置于国家优先发展的地位，倡导全面工程教育，“工程为人人，人人知工程”的理念，提升非工科学生甚至其他公民的工程素养。

10多年来，我国几乎所有的综合型大学都先后在原来理工科大学机械厂、实习工厂基础上，建立了规模更大、门类更全、师资水平更高、实验设备更先进的工程训练中心。大连理工大学、山东大学、清华大学、武汉大学等综合性大学对工程训练的教学模式与管理体制进行了改革和探索，有力推动了我国高校工程训练教学的创新发展。然而，我国综合性大学的工程素养类通识课程以及工程实践类课程体系并非完全一致，也不可能同时满足不同专业的工程训练需求，对相关教学方法的研究也还很欠缺。

如何满足不同学科专业学生的个性化工程训练需求，既体现研究型大学的学术深度，又发挥综合性大学的学科综合优势，是我们一直在探索的问题。

为此，我校2016年在原综合工程训练中心（省级实验教学示范中心）基础上，组建了新的大学生工程训练与创新实践中心（简称中心）。中心的目标是建成国际先进、国内一流、具有武大特色的、进行高端人才培养的工程训练与创新实践中心，以及工程素质、工程文化和“三创”（创新-创造-创业）教育基地，全面提升本科人才培养质量。通过多年的改革实践，我校构建了“工程认知与工程基础实训”、“工程技能与工程设计训练”、“工程综合与科技创新创业实践”3个层次的工程训练与创新创业教学体系和质量保障体系，相继建设了9个实践教学平台和23门课程，满足了我校人文、社科、理科、信息、工科、医学对“大工程”实训的基本需求。

工程训练与创新实践教学体系

三层次的工程训练与创新创业教学体系。遵循创新型人才培养规律，中心突破实验教学依附于理论教学的传统观念，对实验课程进行了全面整合与重建，在实验教学与理论教学有机结合的基础上，构建了体现工程认知、实验技能系统训练与科学研究能力培养相结合的“工程认知与工程基础实训”、“工程技能与工程设计训练”、“工程综合与科技创新创业实践”3个层次、多教学平台相互衔接的工程训练与创新创业教学体系，初步形成了“纵向层次化、横向模块化、整体综合化”的工程训练教学体系。

 

实践教学平台

智能制造实训平台2018年，学校投资近300万元建成了一条智能制造生产线，该生产线包括数控机床、工业机器人、AGV自动导向小车、立体仓库、RFID识别系统、数字化系统管理软件、数字化信息监控系统、数字化信息总控系统等。让学生了解现代智能制造的工程实景，学习生产线布局，掌握智能制造生产线的数字化设计、自动化制造、信息化管理和网络化运营。该平台已承担近150人次的实训。

智能制造实训平台

2017年，中科-武大智谷创业实践中心与苹果公司合作，开启了校企合作育人模式。该项目设计十分灵活，由苹果公司提供Apple系列培训教材，选派Apple认证培训师讲授“苹果操作系统iOS开发”课程及苹果企业文化，并组织夏令营、冬令营及学科竞赛培训，培养了近100名具有创新创业精神的学生。中心利用学校沿街的26间工作室，向在校生提供创业办公场地，并配备办公桌椅、电脑等基本办公设施，中心重点扶持人工智能、移动互联、大数据应用与服务、智慧健康服务、遥感测绘、智能通信、融资众筹等富有高科技含量的创业实体。同时借鉴企业化运行机制，引进专业管理公司，提供营业执照、税务、卫生许可证、经营许可证、财务、法律等援助服务，满足了不同创业者的个性化需求。截至2018年11月，中心已接受20多个学生创业实体入驻。

工程实践金课

动力工程装备技术实践课程该课程是工程认知的主要课程，是将电力生产过程的前沿工程技术引入工程教育而重点建设的金课。教学目标是，使学生了解火电、水电、核电、风电、光伏电的生产方式和传输过程，以及主要设备、环境保护措施、经济效益、行业概况和安全用电知识等。教学模式则强调理论与实践、原理与应用相结合。以电的生产和传输为导向，指导学生了解发电工程的技术环境、技术流程、技术发展史和工程管理；重点指导学生理解不同发电装备结构上的差异，拓宽工程技术视野，提高综合素质。学生可通过结构拆装和DIY实践，增强实践动手能力，教学内容共包含13个模块。

 

该课程的学生评教均为满分。从学生评教中，我们发现该课程对于学生培养工程素养、拓宽工程技术视野、增强实践动手能力、提升实践技能均大有裨益。也许是“清洁能源”的热门和全实验室授课的工程认知特点，该课程不仅吸引了理工科学生，也吸引了部分文学、哲学、艺术、外语、新闻、管理专业的学生，这反映了一部分文科学生对工程实践与训练的兴趣与需求，值得关注。

大学生机器人大赛

自2002年以来，我校每年派出1支队伍参加全国大学生机器人大赛。参赛准备由动力与机械学院和中心承担，每次遴选3、4名有机器人相关技术及科研和实际工程经历的教师担任指导。参赛队员主要由机械、能动、材料、自动化、测控和光电、数学、物理、艺术等专业的学生组成。一般由大四学生担任队长角色，负责方案设计、组织管理、进度跟踪、事务统筹、学习交流；大三学生为骨干队员；大一大二学生主要是基础培训、参与作品调试等。参赛队员分为3个小组。机械组负责机械设计、焊接、新材料、加工工艺、质量保证等；控制组负责电气、软件、图像处理；事务组负责后勤保障、学生事务、对外联络及宣传、财务等。针对机器人大赛实训还制定了作息制度、例会制度、研讨制度。全体参赛学生可选修如下课程：历届竞赛机器人案例分析、机器人设计与制作、机器人部件结构设计、平面与三维设计、传感器技术与应用、电路板制作、集成电路设计、嵌入式系统开发、机器人总线控制原理等。

学校还制定了相关的奖励政策：（1）参赛学生可获得创新学分；（2）获得全国总决赛一等奖的学生具有免试推荐研究生的资格；（3）大四学生可以大赛项目作为毕业设计；（4）竞赛成绩作为指导教师年终考核、职称晋升的重要依据。据不完全统计，近16年来，我校大学生机器人大赛共培训了心怀梦想、知识宽厚、能力全面的1800余名学生，其中1200余名获得了硕士、博士学位（其中45名在海外获得博士学位），43名创立了科技实业公司，180 余名获得高校副教授职位。

结语

（1）所构建的“工程认知与工程基础实训”“工程技能与工程设计训练”“工程综合与科技创新创业实践”3个层次的工程训练实验教学体系，以及9个实践教学平台和23门课程，满足了我校人文、社科、理科、信息、工科、医学对“大工程”实训的基本需求，有力提升了学生的工程素养。
（2）“创新与实践”“动力工程装备技术实践”“智能制造实训”以及“大学生机器人大赛”等金课的建设，既能体现研究型大学的学术深度，又能发挥综合性大学的学科综合优势，大幅提升了创新创业教育质量。

——摘自 石端伟等.综合性大学工程训练与创新实践教学体系研究与应用[J].实验技术与管理,2019,36(07):201-205.

 

编排|孙文卿 姜刚风

指导|陈凤娟

审校|徐杨巧