大学生实现创新梦想的训练平台

时间：2022-03-05 理论教育版权反馈

【摘要】：“工程坊”为学生实现梦想和培养创新意识、创新能力、工程实践能力、综合集成能力以及管理能力提供了平台和实践条件。“工程坊”的建设创新了学校实践教学的模式。由于在“工程坊”建设过程中强调了把培养方案内规定的实践教学内容与学生自主实践活动紧密结合起来，因此，学校在实践教学的内容规划、平台建设、组织模式等方面都进行了重大改革，使得能够以全新的模式来开展实践教学。

工程坊：大学生实现创新梦想的训练平台

程光旭

一、引言

实践是培养学生科学精神、人生观和价值观的重要渠道，是培养学生理论联系实际、了解国情、熟悉社会、提高政治素质和业务水平的重要形式，也是学生理解理论知识、形成主动学习兴趣、锻炼综合素质、培养实践能力和创新能力的重要手段。因此，高等学校在人才培养过程中一般都比较重视实践教学，把它作为实现人才培养目标的一个重要环节，并在人才培养的全过程中贯彻实践教学的育人理念。

高等学校开展实践教学的方式、方法是多种多样的。目前各高校一般比较重视培养方案中规定的实践教学环节，如课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计、课外实践、大学生科研训练、社会实践等，对培养方案中没有规定的学生的自主实践教学活动重视不够。而自主实践恰恰是培养学生创新能力的重要途径。近年来，西安交通大学通过建设培养大学生创新精神和实践能力的一个新的公共基础平台——“工程坊”，积极拓展实践教学的内涵，大胆探索人才培养方案中规定的实践教学与学生自主实践活动相结合的实践教学新模式，着力培养大学生的创新和工程实践能力，取得了一定的效果。本文将简要介绍我校“工程坊”的建设理念与目标、实践教学的内容与运行机制、实践效果等，并结合工程坊的建设经验就我国高校培养创新型人才的关键问题展开讨论。

二、“工程坊”的建设理念与目标

培养和造就创新型人才，特别是创新型工程科技人才，是建设创新型国家、实施科教兴国战略和人才强国战略的关键之所在。目前我国工程科技人才培养的总体水平与发达国家之间还存在较大差距，特别是工程科技人才的自主创新能力和核心技术攻关能力有待大力加强。党的十七大明确提出，到2020年，我国将全面建成小康社会，跻身于创新型国家行列。建设创新型国家，增强自主创新能力，迫切需要培养数以千万计的专门人才和大批拔尖创新人才，这对高等学校教育教学改革提出了更新更高的要求。因此，我国高校培养创新型工程科技人才的任务十分紧迫。那么高校应该如何培养创新型工程科技人才？我们认为，关键是培养学生的工程实践能力，并通过工程实践活动培养学生的创新精神和创造能力。为了培养学生的工程实践能力，高校一般比较重视培养方案内规定的实践教学内容，但对培养学生创新能力具有重要意义的学生自主实践活动关注不够。为了克服这种局限性，拓展实践教学内涵，创新实践教学模式，更好地培养学生的创新能力和实践能力，从2007年开始，西安交通大学着力建设了将培养方案内规定的实践教学与学生自主实践活动紧密结合的大学生创新和工程实践能力培养新的公共基础平台——“工程坊”，在大力加强培养方案内规定的实践教学的同时，整合学校原有的工程训练中心和机械厂等工程实践教学资源，大力建设大学生自主实践的“梦工厂”，并将其取名为“工程坊（Engineering Workshop）”，使学生能够根据自己的兴趣和梦想，在问题与项目的驱动下，通过自主构思、制作、发明，开展“小制作、大创新”的自主实践活动。“工程坊”为学生实现梦想和培养创新意识、创新能力、工程实践能力、综合集成能力以及管理能力提供了平台和实践条件。

随着时代的进步，高等教育正发生着重大变化。经济全球化发展、知识产业的兴起、网络化社会的形成等使得高等教育在时空上不断扩展，这就迫切需要一种全新的知识生成、传播方式和人才培养模式与其相适应。世界高等教育发展的经验表明：知识来源于实践，能力来源于实践，素质更需要在实践中养成。因此，在目前众多教学改革措施中，各高等学校都在深化实践教学改革，加强实践教学环节。但是，实验课程、专业实验、校外生产实习、项目设计等传统的实践教学方式还不能很好地培养学生的创造性，或者说以上几种实验形式无法完全做到培养学生的创造性。而创造发明能力的培养是创新人才培养过程中不可缺少的重要组成部分，是培养杰出人才的关键途径之一，培养学生的创造发明能力是世界各国高等学校所面临的共同挑战。通过对世界各国教育文献资料进行分析可以发现，国际上并没有培养学生创造发明能力的固定途径和方式，但是有一点可以肯定，那就是学生要有自己的梦想，要有实现梦想的动力，要通过亲自动手、动脑在实践中实现创造的梦想。因此，高等学校必须将通过创造实践育人的理念贯穿于人才培养的全过程，切实加强学生兴趣驱动下的自主实践，着力培养学生的创新精神和实践能力。贯彻自主实践的教育理念，使学生能够有一个在兴趣驱动下，或在问题驱动下，或在产品驱动下进行自主构思、制作、发明的场所，我校“工程坊”正是基于这一理念的产物。

在我校的建设理念中，“工程坊”和图书馆、计算机网络和公共文化体育设施一样，是学校提供给学生的开放的自由实践场所，用于学生开展科技创新实践活动，也是一种公共基础平台，主要培养学生的创新意识、创新能力、动手实践能力、综合集成能力和管理能力。学生在“工程坊”不但可以激发学习热情和兴趣，而且可以体会创造的乐趣，通过“小制作、大发明”的自主实践，为其实现创造梦想插上腾飞的翅膀。

“工程坊”的建设拓展了学校实践教学的内涵，从本质上发挥了实践对激发学生创造性的作用。过去，高校的实践教学只是强调培养方案内规定的实践教学内容，但我校在建设“工程坊”的过程中，大大丰富、拓展了对实践教学内涵的理解，不再局限于传统意义上的培养方案内所规定的内容，而是把它进一步拓展到了学生的自主实践活动，以及以问题和项目为导向的综合性专项实践。在我国经济社会发展过程中，随着市场经济体制的建立，市场在资源配置中起着越来越重要的基础性作用，高校传统意义上的实践教学因此面临着越来越大的困难。在这种形势下，若再单纯强调培养方案内规定的实践教学，便会使“实践教学”的内涵显得不够完整，必须把它进一步拓展到学生的自主实践和以问题、项目为导向的综合性专项实践活动，而且随着学生自主实践活动在高校实践教学体系中的拓展和充实，它们将越来越重要。

“工程坊”的建设创新了学校实践教学的模式。由于在“工程坊”建设过程中强调了把培养方案内规定的实践教学内容与学生自主实践活动紧密结合起来，因此，学校在实践教学的内容规划、平台建设、组织模式等方面都进行了重大改革，使得能够以全新的模式来开展实践教学。对此，下文将作更具体的讨论。

“工程坊”的建设，也使学生培养创新意识、创新能力、工程实践能力、综合集成能力和管理能力有了更为广阔的平台。学校把“工程坊”建设成为了类似图书馆、网络等的开放型公共设施。之所以取名为“工程坊”，也是强调它作为工程实践之“坊”的两层含义：第一，强调学生动手制作，是学生工程实践的场所；第二，强调学生的自主操作、自主管理。“工程坊”围绕着“创造”开展学生自主实践和“自由项目计划”活动，让学生自己组织，进行调查、立项、设计、制作、分析、项目的实施、预算、安全、库存管理等活动，通过这一系列的活动培养学生的创新意识、创新能力、工程实践能力、综合集成能力和管理能力。因此，建设“工程坊”，就是为学生自己动手、自主实践、创造发明、实现梦想提供一个场所。学校先后投入6000多万元，建成面积达1万平方米的基础设施，为学生提供开放的自由实践场所和科技创新实践活动平台。

综上所述，我校“工程坊”的建设目标是“一流教育理念、一流实践内容、一流管理体制”，即基于学生的兴趣和梦想，通过学生自主实践，培养学生的创新精神和创新能力，以及工程实践能力、综合集成能力和管理能力，开展以教学实习、专项实践、自主制作三方面内容为主体的实践活动，实施开放、共享、安全、创新的管理机制，以此努力打造在国内高校中一流的，具有跨学科、多领域、文理兼通等鲜明特色的多功能学生工程实践训练基地和实践平台，为学生提供创造发明的优良环境和条件。

三、“工程坊”实践教学体系的建构

1.西安交通大学原有实践教学体系

西安交通大学自创办之日起就有“重实践”的办学传统，近年来，学校弘扬“重实践”的办学传统，在人才培养方案中构建了三层次的实践教学体系（如图1所示）。

图1　西安交通大学人才培养方案内的实践教学体系

第一层次：依托国家级、省级和校级基础教学与实验中心，加强对学生基本实验技能的训练和创新思维的培养。学校以高素质创新人才培养为核心，相继建立数学、物理、化学、外语、电工电子、力学、计算机、管理、基础医学等校级基础教学实验中心11个，其中7个为国家级实验教学示范中心，4个为陕西省实验教学示范中心。基础教学与实验中心配合理论教学，融理论与实验教学为一体，培养学生的基本实验技能，实践教学中侧重基本理论的验证、基本技能的掌握、综合应用和简单系统的设计与实现；在时间、场地和教学内容上对大学一、二年级学生全面开放。

第二层次：按学科专业大类搭建院级本科专业教学实验平台，加强对学生专业基础与基本科研能力的培养。我校在实践教学改革中，突破以课程或专业设置实验室的传统管理模式，围绕学科群组建跨学科的基础实验和专业基础实验大平台。专业实验室主要面向一级学科专业的学生，依照学校人才培养目标和专业培养方案要求，有计划地强化学生的感性认识，加强基本技能训练，培养实践能力，以便学生更好地掌握课堂教学内容。同时针对大学二、三年级的学生已开始学习专业基础课和专业课的实际，重点开展学生创新意识培养和跨学科综合实践训练。

第三层次：构建实践教学基地，加强本科生综合技能训练与社会实践能力培养。学校在全国各地广泛建立实践教学基地，为本科生生产实习、毕业实习及毕业设计创造条件。

2.原有实践教学体系在人才培养中的作用与不足之处

我校人才培养方案内的三层次实践教学体系的主要目的是：充分发挥实验教学示范中心在基础课程实验中的作用，院级学科、专业实验平台促进学生学以致用，本科生参加科研训练、感悟科研方法，不断巩固和扩大校外实习基地以满足学生的实习需要。

这一实践教学体系保障了学校整体实践教学水平的不断提高，在本科教学中起到了举足轻重的作用。但是，这一体系也存在一些不足之处。例如，实验教学中心在教学中侧重基本理论的验证、基本技能的掌握、综合应用和简单系统的设计与实现，其基本特点是以培养方案驱动，在实验指导教师的指导下开展，在固定的仪器和设备上进行，由学生完成规定的实验项目，学生不能自由选择实验内容，不能在培养方案之外制造新的仪器、设备。专业实验也是在固定的仪器和设备上进行，由实验指导教师演示，或由学生操作。学生都来自同一个专业，重复操作相同的仪器、设备，在这种实验中难以学习其他专业的知识。本科生科研训练的特点是以导师制为基础，以项目为载体，使本科生能够在导师的指导下进行工程综合训练，开展科技创新活动。学生多是基于指导教师的科研项目，参加其中部分内容的研究，而不能自己独立构思或组织项目，这也在一定程度上制约了学生创造性思维的发挥。在校外实习基地，学生只能观察企业现有的生产工艺和操作过程，获得感性认识，难以发挥自由想象和创造的激情，不能按照自己期望创造的产品进行设计或加工制作，因而不能进行自主的创新。

从总体上说，上述实践教学都存在两个很大的不足：第一，都是围绕知识传授和能力培养开展实践活动，对学生创造性培养不足，学生不能根据自己的兴趣和梦想创造发明；第二，学生设计后，制作、加工过程都由其他技术人员完成，学生不能亲自动手完成，不能很好地在做中学。这些实践教学难以起到“寓工于乐，寓教于乐”的作用。

3.“工程坊”的实践教学体系构成

为了弥补原有实践教学体系的不足，我校“工程坊”在上述三层次之上，开展了以学生自主实践和创造发明为主要目的的更高层次的实践教学。这个层次的实践活动目前在国内高校中开展得还比较少。

目前一般大学都有工程训练中心，它们都以培养学生的工程意识和实践能力为目标进行建设，主要有金工实习、电子实习和现代制造训练3个工程训练模块。近年来，有的高校工程训练中心也对高年级学生进行创新实践与科研训练。与一般大学工程训练中心的定位和职能不同，我校“工程坊”以为学生提供自主实践和创造发明的优良环境为目标。它的定位是：承担学生自主实践项目、科技创新实践专门项目和培养方案中部分教学实习任务等，同时也为研究生完成学位论文和教师进行科学研究提供工程设计和工程制作平台。根据“工程坊”的建设理念与目标，我校重新规划设计了实践教学的内容、实践平台建设方式和实践教学组织模式。首先，将“工程坊”开展的实践内容体系归纳为三个方面，即学生的自主实践活动，以问题、项目为导向的综合性专项实践活动，学校培养方案内的教学实习。其次，围绕这三个方面的实践内容，重新构造实践平台和实践教学组织模式，规划建设了三个平台（包括一个材料库）和一个工程教育博物馆（详见图2）。三个方面的实践内容具体如下。

（1）自主实践。

自主实践作为工程坊的一个主题，以“创造智慧”和“实现梦想”为主要目的。学生根据自己的兴趣、爱好和梦想，综合各专业领域的知识与技术，进行自主创作实践活动。在自主实践过程中，注重发挥学生的主观能动性，鼓励学生提出问题、突发奇想，“工程坊”不规定指导教师，不提供现成答案，不规定实验步骤，以某种富有弹性的模糊性和不确定性为学生留下更广阔的思维和实验空间，激发他们持续的思考与探索，培养他们自主学习的意识和习惯，以及创新能力、实践能力和综合素质。自主实践主要面向本科生和研究生个人或自由组合的团队，由他们利用课余时间，凭自己的兴趣爱好在“工程坊”从事以学生自主想象的小制作为主的实践活动。对自主实践效果的评价依据主要是由学生自己根据设想制作出实物样品。这一活动的开展，为激发学生的创造智慧、为学生实现自己的梦想创造了非常有利的条件。

图2　“工程坊”平台建设内容

（2）专项实践。

“工程坊”设立了以问题和产品为导向的综合性专项课外实践活动，面向本科生和研究生，学生自愿报名，以团队形式参加、教师指导的形式开展活动。目前，“工程坊”开展的专项实践共有15项，包括太阳能汽车、太阳能船、人力船（以实现高效率、高速航行为目标）、节能车（以实现1L汽油行驶2000km为目标）、人力飞机（独创的人力飞机，以实现远距离飞行为目标）、机器人（以设计、制作、检验机器人为目标）、“机器人杯”参赛项目（以参与RoboCup世界比赛并获得冠军为目标）、电动机车（以开发更加实用的电动机车为目标）、建筑模型制作（以提高建筑设计品位为目标）、机械支援（以组织开发智能辅助机器人为目标）、服务运送车（以开发与试验服务运送车辆为目标）、F1赛车（以获得全日本学生F1大会冠军为目标）、风力发电（以设计并制作海上漂浮风力发电系统为目标）、开发辅助机械（以开发、设计、制作新型轮椅为目标）、软件开发（以团队合作开发软件为目标）等。这些专项实践通过“做中学”的方式，激励学生开展相应的创造发明活动，实现自己的兴趣和梦想，培养他们的自学能力、动手能力、创新能力、交流能力和领导能力。专项实践项目每年是相对固定的，评价学生参加专项实践是否有成效，以学生设计的产品能否超过前届学生为标准。这类实践活动的开展，为学校培养参加全国大学生数学建模竞赛、电子设计竞赛、ACM程序设计大赛、机器人大赛、机械设计竞赛等的大学生队伍提供了重要基础。

（3）教学实习。

主要是指面向本科生开展列入培养方案中的大面积金工、电子和测控教学实习。教学实习的目的主要是在教师指导下对学生进行技能训练。

4.“工程坊”的实践教学活动与其他实践教学活动的关系

（1）“工程坊”的实践教学与学院专业实践教学的关系。

目前我校设有机械工程、电气工程、材料科学与工程、电子与信息工程、能源与动力工程、航天航空等9个工程类学院，这些学院下设30多个本科专业。每个工程类学院都设有专业实验室，对学生开展专业实践教学。“工程坊”开展的实践活动为这些学院开展专业实践教学提供了良好的基础，也为学生综合应用专业知识乃至综合应用其他学科知识创造了非常有利的条件。

（2）“工程坊”的实践教学与基于CDIO的项目设计课程的关系。

近年来，许多学校开展了一系列基于CDIO的项目设计课程，这类课程以专业知识为主线，以项目为引导，将专业教育与学生设计、运行等能力的培养整合在一起进行系统的培养。参与这类课程的学生，通过构思—设计—实现—操作全过程的学习和训练，亲身体验工程设计过程，激发主动学习的兴趣，使知识的学习和应用形成良性互动，加深了对有关课程内容的理解与应用。但是，基于CDIO的项目设计课题也有一定的局限性：它局限于各专业，限制了学生的梦想和创造。而“工程坊”不仅打破了专业的局限，而且它提供的实践活动尤其是专项实践活动，也为基于CDIO的工程教育提供了重要的制作平台。

（3）“工程坊”的实践教学与实施国家大学生创新性实验计划的关系。

2007年，西安交通大学被列为首批实施国家大学生创新性实验计划项目的高校，这对加强我校大学生的实践训练，培养其创新意识和创新能力起到了积极的推动作用。“工程坊”的自主实践和专项实践为学校实施国家大学生创新性实验计划提供了平台，学校通过“工程坊”，每年提供150万～300万元经费支持学生开展专项实践和自主实践等科技项目活动，让学生在国内和国际舞台上拼搏，培养学生的综合能力和国际竞争力。

总之，“工程坊”的实践教学与学校其他各类实践教学相互结合、互为补充，构成了学校新的实践教学体系，满足了不同层次学生的需求，取得了良好效果。

四、“工程坊”的运行模式

“工程坊”是学校直属的、具有开展教学和科技活动功能的实体单位，教务处负责其业务指导及日常管理、运行和监督工作。

1.开放时间

“工程坊”面向全校本科生和研究生开放。值班工作人员分三班：12：00～16：00，16：00～20：00，20：00～23：00。每周一闭馆整理，其余6天开放。“工程坊”一年中开放330天，学生主要是利用课余时间来“工程坊”开展实践活动。

2.经费来源

“工程坊”实行“统一领导、分级管理、集中核算”的财务管理机制，经费由学校财务处统一核算。建设所需的经费和日常运行费用纳入学校预算进行管理，学校根据预算编制办法统一安排经费，“工程坊”按有关财务规定使用经费。

学生在“工程坊”开展科技活动和实践创新活动遵守项目管理制度。项目来源渠道有：国家级大学生创新性试验计划项目、学校团委设立的科技活动专项、科研院设立的“科技创新基金”项目、教务处设立的“实践基金”项目、自选项目等。学生获得上述实践项目后，在“工程坊”内完成。

学校大力倡导以学生为主体的创新性实践活动，每年投入100多万元，重点资助大学生进行科研训练，参与国际国内各类科技竞赛。此外，学校还设立了大学生实践创新专项资金，投入数百万元，重点资助学术思想新颖、目标明确、具有创新性和探索性、研究方案及技术路线可行、实施条件可靠的实验项目，全校本科生获此项目的人数比例可达10%。2009—2010学年，有151个实践训练项目获得学校资助，有16个学院的600余名学生参加。大学生科研训练和实践基金计划的有效实施，使大学生在教师的指导下开展科研活动的受益面不断扩大，并取得了一些优秀成果。

3.安全与操作技能培训

“工程坊”在为学生“提供一个自由创造的环境”的同时，要求“实现零事故”。因此，要求任何使用“工程坊”设备的人员都必须经过培训，人员培训合格后获得“操作证书”方可实际操作有关设备。培训分为安全教育和操作技能两块。每一位使用“工程坊”设备的人员必须接受不少于3小时的安全教育培训，并经考核合格后方可进入操作技能培训环节。操作技能培训按照“工程坊”下设的平台进行分类培训，目前暂时分为三类：机械类（A类）、电器类（B类）和木工类（C类）。操作技能培训合格并获得证书的学生方具有操作相关设备的资格。持有操作证书的学生在校期间（无论是本科期间，还是研究生期间），均可以自己操作使用“工程坊”的有关设备。同时拥有A、B、C三类合格证书的学生可在学校勤工助学岗位应聘为学生技师。以防万一，“工程坊”还建立了周全的伤害保险机制，学生使用学生证读卡进入“工程坊”的同时，即自动完成加入保险的过程。

4.管理机制创新

“工程坊”的人员主要由教师、工程技术人员、工人及勤工助学岗位的学生（学生技师）等组成。“工程坊”配有14名专业技师，负责“工程坊”的运营、策划和安全管理，以及推进“工程坊”的计划活动，并解答学生自主实践和创造过程中的各种疑问。

学生成员协同专业技师进行“工程坊”的安全管理和运营，并解决参加者的问题。学生成员在完成60个小时的实习课程后，才有资格申请勤工助学岗位。目前“工程坊”有学生技师30人。

为了推动学生自主实践全面开展，“工程坊”将自主实践所需机床、电子设备等操作技能与安全培训按学期排出课表，学生可根据自己的时间，分别选修不同技能与安全培训课程，拿到自主实践卡，进入“工程坊”从事自己喜好的实践活动。目前，“工程坊”已发放近300张学生自主实践卡。

5.材料和零件的提供与出售

“工程坊”同时运营着材料库，即“零件商店”。各类材料和零件的库存种类和价格可以通过“工程坊”网站查询，学生可以很容易地以成本价购买到实践所需的木材、金属材料、塑料板材、管材、角钢、螺钉、钉子、砂纸、电容、IC芯片等材料和电子元器件，以及模型制作工具箱等耗材。学校垫支一定数量的资金用于建立材料库，学生领取材料支付费用的经费来源主要有：国家和学校安排用于学生实践训练的专项经费、可用于学生实践训练的其他经费、学生自有资金和企业赞助资金等。

五、“工程坊”的建设成效

我校“工程坊”的建设和投入使用，拓展了实践教学的内涵，创新了实践教学的模式，为培养学生的创新意识、创新能力、工程实践能力、综合集成能力和管理能力提供了广阔的平台，使学校的实践教学创新迈上了一个新的台阶。

“工程坊”的建设与投入使用，有力地推动了学校实验室的建设与改革，促进了实验教学管理信息化建设，推动了学校建设一支结构合理、素质优良、专兼结合的实践教学教师队伍的进程，为全校学生提高实践能力、培养创新意识、开展科研训练创造了良好的条件和氛围，促进了学校实践教学质量的稳步提高。

“工程坊”的建设与投入使用，进一步完善了学校的实践教学体系，为学校构建培养方案内规定的实践教学与学生自主实践紧密结合的实践教学体系创造了良好的基础和条件。

“工程坊”投入使用后，每年接待的参与培养方案内规定的实践教学活动的学生约11300人次，每年固定开展15个专项实践活动，常年有300多名学生参加自主实践活动。这些实践活动极大地激发了学生的好奇心和创新激情，调动了学生学习的积极性和主动性，使学生变被动学习为自主学习，将理论知识与实践相结合，将创造的梦想变为现实。“工程坊”投入使用以来，经常有一些学生工作到深夜还不肯离开，专心于解决实践中遇到的各种难题。到目前为止，学生在“工程坊”内进行的实践活动取得了亚太大学生机器人大赛国际冠军和多项国内一等奖、二等奖的成绩（详见表1）。还有许多学生通过“工程坊”的实践活动取得一些创造性成果。例如，应物71班的刁佳杰通过光电子学、光谱学两个专题物理实验，完成了高水平的研究论文，获全国“挑战杯”竞赛特等奖；应物11班的颜丙海、杨杨经过纳米材料制备和性能研究专题实验，其研究成果获“挑战杯”一等奖；应物81班的王宇经过磁性材料专题物理实验，所写论文在国际著名期刊《Journal of Alloys and Compounds》上发表。以上仅是应用物理一个专业的情况，在全校范围内这样的例子还可以举出很多。

表1　学生实践成果竞赛获奖情况