大学生工程训练综合能力实践探索

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［摘要］本科教育中实践教学是培养大学生工程能力、创新能力的重要途径，是实践育人的重要环节。学科竞赛是大学生综合运用所学专业知识解决实际问题，提高大学生创新能力的主要载体，以学科竞赛为导向，是创新性人才培养的一种新途径。通过连续多届指导福建省大学生工程训练综合能力竞赛积累的经验，及对竞赛组织工作的分析，从实训中心建设与开放、跨学科团队建设、学校政策支持三方面，阐述如何指导大学生工程训练综合能力竞赛，经验具有一定的借鉴意义。

［关键词］学科竞赛；工程实践；实验室建设；政策导向

随着科学技术的发展，社会对人才的需求规格越来越高，竞争也越来越激烈，这对人才的数量和质量都提出了更高的要求，尤其是大学生的工程实践能力。高校既要以培养高素质人才为己任，又要高度重视大学生实践能力的培养[1]。目前，多数高校以技能竞赛为载体，加强大学生基本操作技能训练，以提升其专业技术水平，从而提升大学生的实践能力[1-3]。全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动。其目的在于激发大学生的科学研究及探索兴趣，加强大学生的工程实践能力、创新意识及团队精神的培养[4-6]。工程训练综合能力竞赛分为4个竞赛项目，分别是“S型常规赛”“双8字形常规赛”“S型挑战赛”“物料机器人搬运”等项目，每个项目都需要涉及机械、机电、电气、计算机等多方面的专业知识，需要参赛选手独立完成作品的设计、制造、调试等过程；同时，参赛迭手还需要完成工艺文件的编写，通过这些全面考查学生的综合应用能力。由此可以看出，培养学生的动手能力尤为重要[7-8]。该比赛已成为各大高校体现学生创新实践能力的重要途径。厦门大学嘉庚学院多次组织学生参加该竞赛，并取得了较好的成绩。嘉庚学院通过在实验室建设、跨学科团队建设、学校政策导向改革方面的实践与探索，在工程训练大赛中取得了较好的成绩，培养了一批实践能力合格的工科人才。

一、竞赛的组织工作

（一）竞赛的组织过程。根据国家、省级组委会的竞赛通知，学校通过发邮件、网站通知、APP推送、班上动员等多种宣传形式鼓励学生参加竞赛。通过召开动员大会的方式解读竞赛的规则，现场对学生提出的问题进行详细的解答，通过第1轮的方案选拔后，晋级的参赛队进入第2轮的专业培训和作品制作环节，并进行校内选拔赛的选拔工作，优胜者队伍推荐晋级省赛，并组织全封闭的培训工作，具体流程如图1竞赛组织流程所示。通过这样的竞赛流程，学生的参与热情比较高，参与度比较广，受益的学生更多。学生参加数目越多，该竞赛的辐射面就越广，也能选拔出更多的优秀队伍。通过多次的选拔后，能够进入省赛环节的学生整体水平也比较高，这达到了选拔的效果，同时这也使更多的学生得到了锻炼。（二）尊重学生的个性化发展。在竞赛的组织过程中，充分尊重学生的个性化发展，鼓励学生自由组队参赛，鼓励学生跨学科、跨专业组成团队，打破参赛队伍同一专业的单一性，同时可以进行专业互补，进一步体现团队协作能力。学生在参加竞赛的过程中，教师起引导作用，方案制定及优化均由学生单独完成，教师根据学生方案提供技术指导。在零部件加工过程中，教师可指导学生操作，并进行相关的安全教育。学生需完成的具体工作如图2所示。

二、实训中心建设与开放

（一）实训中心设备建设。实验室条件直接影响学生实践操作的水平[9-10]。实习实训基地是实践育人工作的重要载体，能提高学生的专业技能、综合技能、决策技能和创新能力[11]。嘉庚学院每年投入大量的经费用于实验室的升级改造，不断完善实验室建设，并建成了两个省级的工程示范中心，中心坚持以安全为前提、以规范为基础，以知识创新、能力培养、高效运作为实验教学理念，中心所配备的工种包含传统加工设备、数控加工设备、新型加工设备等，具体如图3所示。以上设备能够满足工程训练综合能力竞赛所涉及的零部件加工需求，同时能够保证零部件的加工精度及竞赛作品的装配要求。同时，学院开放CAD/CAM计算机房，供学生进行竞赛作品的设计、工艺方案的撰写及加工程序的编程等，最大限度满足竞赛的需要，为竞赛的开展提供有力的保障。（二）实训中心设备使用与管理。实训中心设备需要同时满足授课及比赛需求，如何提升设备使用率，同时保证使用安全尤为重要。为此，实训管理采用开放预约制，平时实训中心设备主要用于授课，但晚上、周末、节假日时间可以开放给参赛队伍来制作作品。学生根据零部件的加工需求对所需设备进行预约申请，设备管理教师根据预约情况了解设备使用需求，对相同的设备需求进行资源整合，集中使用。预约制度方便设备管理教师合理安排设备的使用时间，提高设备的使用率。同时，根据预约情况合理安排指导教师能够保证参赛学生正确使用设备，安排负责的教师进行设备、工具、量具、材料的准备工作，并安排专人进行指导工作，可以保障学生在使用设备过程中的人身安全和设备的使用安全。

三、跨学科教师团队建设

在整个参赛过程中，学生必须具备一定的理论知识，这样才能顺利完成产品的设计及结构优化，学生也需要具备一定的设备实操能力和产品的加工基础、装配及调试工作的能力。每个竞赛作品制作都包含着机械设计、三维建模及仿真、电气、加工制造等多方面的专业知识，需要组建理论实践相结合及机械、电子相结合的教师团队，这样才能对参赛学生进行全方位的指导。为此，参赛队伍指导教师建立了跨学科的专业指导团队，只有这样的教师队伍才能够将理论与实践无缝对接，更有效地给学生传授实工作经验，提高学生的专业实践应用能力[12]。其组成及工作任务分工如图4所示。在竞赛准备过程中，理论教师注重培养学生的设计能力、工程制图能力，负责参赛作品理论设计及优化的指导工作；实践教师注重对学生机械制造工艺、工程实践能力即实操能力的培养。理论与实践相结合，共同培养学生解决工程问题的能力，通过组建跨学科团队参与指导学科竞赛，能够更好解决参赛队伍中存在的技术难点，能够及时为参赛队伍答疑解惑，进一步提高参赛作品的水平。在组织竞赛的过程中，学生团队有可能会用到还未开课的内容，指导教师团队则可以根据需求对学生进行契合实际需求的教学，以工程问题作为引线，引导学生自主学习，在学习过程中解决学生在工程中遇到的困难。通过这种模式，学生的学习积极性非常高，掌握速度也非常快。同时由于机械、电气及实践教师的综合指导，负责相应内容的教师能积累更多该方面的经验，为后续比赛指导及教学提供更多素材。

四、学校政策导向

（一）课程支撑。学生参赛的基础是专业知识，机械设计、机械原理、单片机等课程是其理论基础，机械工程训练课程是支撑工程训练赛综合能力竞赛实践技能的重要训练场。嘉庚学院在课程设置过程中，能够合理安排理论及实践课程的开设时间，让学生能够在掌握足够的理论及实践知识的情况下，更好地参与比赛，并将所学知识用于比赛。通过实习，学生获得基本的设计及制造知识，建立了机械制造生产过程的概念，并培养了一定的操作技能，在劳动观点、创新意识、理论联系实际的科学作风等工程技术人员的基本素质方面得到了培养和锻炼，并能与比赛主题很好地衔接。（二）学校场地支持。机械工程训练大赛对比赛场地的要求较高。比赛场地是参赛的基本需求，其质量直接影响参赛作品调试的方法，赛道越接近实际比赛场地，其练习结果也就越接近比赛结果。嘉庚学院通过对其他院校的调研，为了能够保证学生在比赛中取得更好的成绩，建设了参赛队伍训练用的赛道，为参赛队伍取得成绩提供了有力保障。比赛用的赛道都是由木地板制作而成的，赛道长30米。为此，嘉庚学院提供了赛道制作专项经费，并利用实验室场地制作了一条18米长的测试赛道，在机器人项目中还专门订制了木制的竞赛场地以便最大限度地还原竞赛场地。在接近比赛规格的赛道上调试产品，能够最大化的模拟竞赛状态，调试及改进方案会更有的放矢，调教结果也会更加准确。利用最大化模拟比赛场地的方法，可以提升产品设计及加工质量，能够快速有效得到状态最佳的竞赛作品。（三）政策引导。学生参加比赛能够很好地提升其专业知识水平及实际操作能力，但是这也面临着很多现实问题，例如比赛与上课时间的冲突问题、学生参与的积极性问题等。为此，嘉庚学院设置了相应的激励政策对学生进行引导，对教师进行鼓励。首先，完善参赛学生的学分认证制度，即学校对学生参加大赛和科创活动进行学分认定，这个政策很好地激发了学生参赛的主动性，让学生能够能全身心地投入到学科竞赛与创新创业活动中。其次，建立奖励制度，学校制定了各种奖励政策来鼓励学生参加学科竞赛。同时，为了提升指导教师参与的积极性，学校还完善了教师指导比赛的课时认定制度，同时健全了比赛的奖励制度，目前也将比赛纳入教师的科研成果当中。这些制度极大地激励了教师指导竞赛的积极性。（四）制度建设。学校非常注重学科竞赛制度建设，成立以金工实训中心、校企平台为综合协作的竞赛负责制，各项赛事都责任到人，由专人负责，并通过完善考核，建立激励制度，调动教师的积极性。竞赛师资方面，采取以老带新、以中青年教师为主的方式组成竞赛指导教师团队。为了发动学生，扩大学生对学科竞赛的受益面，机电学院在专业建设和课程建设中将竞赛融入培养计划中，推进人才培养模式的改革。

五、结语

通过对大赛进行合理组织，并且从实训中心实验室建设与开放、跨学科团队建设及学校政策支持方面进行改革探索与实践，嘉庚学院在大学生工程训练综合能力竞赛中的赛绩逐年提高。具体赛事成绩如表1表所示。综上所述，在工程训练综合能力竞赛中，嘉庚学院学生成绩逐年提升，获奖级别和数量均居福建省参赛高校首位，学生综合实践能力得到很大提升。除此之外，嘉庚学院多次获得“优秀组织奖”称号。该项赛事得到了福建省教学改革重大项目（FB⁃JG20180093）、福建省中青年教师教育科研项目（JAT170843）和福建省本科高校一般教育教学改革项目（FBJG20190235））的资助。

作者:何荣华 于仙 陈冠峰 单位:厦门大学嘉庚学院机电工程学院