建设一流的工程基础训练基地

建设一流的工程基础训练基地

张文锦　万玉纲　赵贵才　马萍相　冯志鸿

工程基础训练基地的出现有其历史的根源。在20世纪90年代初期，由于科学技术的飞速发展和市场经济的建立，国内各大企业、部门的管理和技术人员的知识需要更新，希望到高校接受系统的培训。高等院校自身亦需要提高发展，特别是校内外的实践教学基地已不能满足其改革发展的需求，同时高校还承担着努力为地方经济建设服务，提供合格人才，走产、学、研相结合的道路；要加强国际、国内合作，培养高素质人才；要提供信息、咨询的优质服务；要尽快转化科技成果；要对各类管理、技术人员进行综合集成培训；要提供现代化实践教学基地。要将如此多事情有机地联系起来，单凭一个学校或一个企业的力量是难以想象的，必须在它们之间架设一座桥梁或建立一个联络的窗口。经学校与企业合作部门的多方论证，认为解决这一问题的最好的办法就是：在政府的大力支持下，由企业、高校紧密合作，共建综合培训中心。

1990年，时任东南大学校长的韦钰教授随同国家教委八位司局长一行九人的政府专家代表团，在考察了西欧及拉美高校办学工作模式回国后，更加坚定了这一信念。回校后经讨论并向国家教委建议：由东南大学会同企业集团共同筹建一个紧密联系经济建设，集教学科研、产品开发和新型人才培养为一体的现代化综合培训基地。这一设想得到了国家科委的认可与支持，同时也得到了美国、英国、中国香港地区多所高校和英国海外发展署的支持，国家教委批准了这一计划。校长韦钰教授亲自负责，并设立了专门的办事机构具体落实筹建事项。

国家科委、国家教委认为“培训中心”的办学方向正确，理念先进，为高等院校直接服务于经济建设创出了一条新路。这将为高等教育创建一种新的办学模式。一些大型企业集团公司都态度积极、签署协议要求合作共建。境外高校如英国沃瑞克大学、美国俄亥俄州立大学、美国西北理工大学及中国香港理工学院均与东南大学签署了合作共建的协议书。“培训中心”同时也得到了英国海外发展署的ODA援款计划24.7万英镑的支持。

1991年6月6日国家科委常务副主任李绪鄂、江苏省副省长吴锡军在东南大学浦口新区为“东南工业新技术培训中心”的基地新建奠基培土，国家教委等12个部委及江苏省有关部门的30多位司局长参加了“培训中心”的奠基仪式。

国家教委先后拨款808万元，学校配套资金250万元，共建成3716平方米的冷作工艺实习教学楼，1248平方米的热加工厂教学楼，以及7187平方米的用于电工电子实验教学、计算机实验教学和CAD/CAM综合实验的三座教学大楼。

1992年，因种种原因设备经费难以按时到位，于是东南大学决定培训中心先开展面向全校的实践教学和面向社会的培训工作。按照这一决定，培训中心制定了两个四年发展计划：即1993年至1996年为整合成长期，1997年至2000年为提高发展期。

在第一个四年计划中，培训中心整合重组了金工教研组、实习工厂和浦口校区计算中心。自行筹建了面向全校非电类专业进行电工电子实践的教学实践机构，到1993年8月东南大学工程基础训练基地已见规模。教学工作全面开始后，教学改革活动也随之启动。在实践中，培训中心感到：要突破各学科相互分离的传统的教学实习思想、模式和运行机制，要提供机、电、计算机、信息、环境保护和管理等方面的综合工程背景，要提供系统乃至基于网络环境的大工程背景方面的知识构架，并且要将各学科的最新研究成果在一定程度上反映到这一大工程背景中来。要激发和强化学生的创新意识，培养他们的创新思维、创新能力、工程综合意识，提高综合素质。要为国家培养高层次的工程科技人才，适应社会主义现代化建设的需要。培训中心深知其重要与迫切，于1996年初由当时的教学负责人陈辉华教授向国家教委申报了面向21世纪的教改项目，当年10月经国家教委评审，批准东南大学为国家教委“面向21世纪高等工程教育实验和工程实践教学体系改革与实践”项目的牵头学校，这为建设和完善工程实践教学新体系和进一步进行教改探索，进行深层次的理论研究，注入了新的动力。同年9月，东南大学通过认证，确定培训中心为东南大学211工程建设子项目，400万元建设资金分5年投入到位。到此第一个四年计划已经全部实现。

从1997年开始的第二个四年计划，培训中心在国内首次提出了工程基础训练基地的建设思想和培养目标，制定了建设现代工程基础实践基地和工程基础训练课程系列及项目系列的长远规划与近期实施方案，并积极实践，形成了工程基础训练的新体系。

经过近四年的建设与实践，提高发展期的计划已经成为现实，工程基础训练新体系也在经历实践检验的过程中得到进一步的完善。东南大学培训中心已初步实现了将工程基础训练由传统向现代的转变，由传授知识和操作技能向培养综合能力、创新能力、工程综合意识和提高综合素质的转变，为塑造具有创造性、开拓精神的现代工程技术人才作出了贡献。

工程基础训练体系的形成与发展过程也正是工业发展与培训中心的成长和发展过程，基本框架如下图所示（见图1）：

图1　突破旧模式　创立新体系

工程实践教学是高等工程教育必不可少的环节之一，也是人才培养的一条重要途径。我国早在20世纪50年代就提出了“教育与生产劳动相结合”的教育方针，工科专业必修的各种实习环节就是贯彻这一方针的具体表现，也是工程基础实践教学的重要组成部分。东南大学培训中心于1993年整合建设了由金工实习、非电类专业电工电子实践和计算机实践组成的工程实践教学基地，其教育教学功能主要体现在“学习工艺知识，训练操作方法和基本技术，培养良好的思想作风”等几个方面，但由于制造技术的日新月异，工业产品的制造正由劳动密集型向技术密集型转化，已经从根本上改变了传统的生产方式、更新了工业制造概念，使得工程技术的内涵和外延发生了巨大的变化。而面向21世纪的高等工程技术人才，应当具有较强的适应能力、发展能力和竞争能力，应当是复合型、创造型的人才。因此，基于新的形势和标准，传统的工程实践模式已不能适应时代的需求，改革已势在必行。经过4年的教学实践，东南大学培训中心提出工程基础训练基地应当含有以下的软、硬件，即：

以机械、电子、计算机、信息管理技术和环境工程为主干线，充分考虑到制造工程基础技术训练和正在发展中的现代制造技术训练，采用多科性工程集成思想组建一个由入门到发展，突出综合性、示教性、设计性、创新性和研究性的直观教学基地；一个适应现代工程技术和工艺发展，以综合性和实践性为特点的开放式的工程实训基地；一个由精选的工程技术和外围因素组成的综合的工程环境；一套完整的培养工程意识和进行工程训练的培训体系，一套相对独立的完整的工程实践课程体系，一个接近现代化水平的教学平台。

同时也提出了工程基础训练的培养目标：使工科学生了解工程环境，建立工程意识，掌握一定的操作技能，增强工程素质，提高综合素质，激发他们的创新思维和培养他们的创新能力。

基于上述背景，培训中心首先在更新教学内容、教学方法和教学手段方面做了以下工作：

1.将由师傅带徒弟的传艺模式，变成规范的现代工程训练方式；将单一工艺教学更新为多工艺的系统分析比较与综合教学；将单独的工程技艺操作实习改为多科性集成的综合工程训练；将常规机床加工实验发展为数控机床加工实验；将常规切削加工实验发展为特种加工实验；将内容单一的实验发展为综合性和创新性实验；将演示性实验发展为动手性实验。

2.将以教师为中心转变成以学生为中心，把强调操作性转变为强调理论与实践相结合和应用性；精选重点内容，注重思维方式的培养；开设搭接式实验，促使学生从课目分科学习向工程实际综合转化、从知识积累向能力生成转化。

3.以机电一体化产品的拆装、分析、设计为主体，启发和培养学生的创新意识、创新能力和工程实践能力以及综合设计能力。为学生提供激发创新思维、学习和实施创新设计的工程环境，使学生熟悉工程环境，建立大工程意识，培养工程素质。

4.培训中心及时引进现代教育技术，充分利用CAI软件、多媒体技术和网络技术建设现代工程训练教学平台，将传统设计改变为采用CAD/CAM技术在教学平台上进行零、部件设计，工艺选择和加工制造。

培训中心还在转变教育思想、优化实践教学体系和课程建设、教材建设方面，在全面开展创新活动和推进素质教育，坚持教学与科研和生产相结合、建设高水平师资队伍方面，在建立健全规章制度和组织保障措施等方面做了大量的建设性工作，保证了培训中心的持续发展。

这些便形成了一个完整的科学的工程基础训练新体系，下面是其内容。

一、工程基础训练系列课程

1.金工实习（沿用教材　实习内容侧重由各专业按需求组合）

金工实习的内容是按照机械制造生产过程分为铸造、锻压、焊接、车削、铣削、刨削、磨削、钳工及热处理等九大工种进行。学生通过实际操作、现场教学、专题讲座、电化教学、课堂讨论、实习报告或作业以及考核等方式和手段，获得机械制造工艺的基本知识，建立机械制造生产过程的基本概念，在操作技能上受到一定的培训，在工程实践能力、创新能力和经济意识、质量意识、社会意识以及劳动观念方面受到培养和锻炼。

2.电工电子实践（自编教材　非电类专业，内容按专业类划分）

目的是提高非电类专业本科生在电工、电子技术生产工艺知识方面的理论水平及实际动手能力。通过该课程的学习，使学生初步掌握电工、电子技术生产工艺知识。要求：①掌握安全用电知识、初步掌握电子元器件的识别和了解基本性能；②学习焊接技术及工艺；③学习小型变压器的设计及制作工艺；④学习印刷电路板设计及CAD技艺及制造工艺；⑤简单电子线路的读图方法；⑥初步掌握常用低压电器、动力配电、普通机床控制电器、照明及电度计量设备的性能及使用；⑦学习动力配电中一次线路的架设工艺，二次线路的布线工艺，能阅读一般的布线图。

在实践方面要求：①各种电器的设定与检查的常用工作方法；②照明设备的安装；③动力设备二次线路的配载；④简单机床控制布线；⑤自选制作，通过自选和指定产品相结合的小制作，如电子式万用表、收音机、单放机、稳压充电两用电源、有源音箱等，着重培养学生的焊接装配工艺技术、故障分析排除方法、调试要领以及印刷板设计技艺。

3.建筑电工（自编教材　建筑和土木类专业　全国首先开设）

新型机电设备、电子信息和计算机技术在现代建筑中的应用，使得现代建筑及施工对电气技术提出新的要求，建筑和土木类专业以前没有建筑电气方面的实习课程和实习，培训中心组织力量编写了《建筑电工》和《建筑电工实践指导书》。该教材在简述基本原理、基本知识的基础上，着重介绍建筑电工的实用分析计算和施工知识，以及近代先进电气技术（如消防保安系统、微机管理系统和智能大厦等）。通过一些设计实例作进一步分析说明。该教材首先得到东南大学土木学院和建筑系领导的支持和认可，立即安排到新的教学计划中。经试用后该教材被教育部专业指导小组选为建设部的规划教材，确定为我国高校建筑工程专业统编教材，并且于1997年6月由中国建筑工业出版社正式出版。

该课程的一个特色为，建设了“现代居室供电”实验室，模拟了民用建筑居室供电、电气照明、电视与通讯系统，以及最新型防火防盗系统（澳大利亚尼斯公司），让学生如同亲临施工现场安装实践。学生很有兴趣，积极性高，效果也特别好。

该实验受到其他高校建筑专业及校领导的好评。同济大学一位副校长听汇报得知此事后，专门来我校参观了该项实验，颇为欣赏。

该课程的另一特色为，建筑和土木类专业不可能在电类课程方面投入多少学时，仅有这一门“建筑电工”课。学时少，内容多，为了使学生真正有所收获，必须做到少而精、理论与实践相结合。通过多训练、多实践，较好地解决了在少学时的情况下，掌握理论知识和培养学生分析问题、解决问题的能力的矛盾。

4.现代制造技术工程实践（自编教材　首先开设　实习内容由各专业按需求组合）

该课程主要介绍用于现代制造业的各种先进设备及其基本原理，加工工艺及规律的主要特点和范围，重点在于工程实践。下面是教材部分章节。

使用20遍以上的章节：

（1）数控加工技术；

（2）电火花线切割；

（3）工业机器人与机械手；

（4）塑料注射成形技术；

（5）工业循环冷却水系统的运行与化学处理。

已脱稿的章节：

激光加工——刻字、打孔、切割、焊接、表面强化。

正在编写的章节：

（1）数控电火花成型；

（2）激光原型快速成型实践；

（3）网上制造实践。

5.网络技术及应用（自编教材　首先开设　全校学生选修课程）

网络时代正以不可阻挡的趋势向我们走来，掌握应用网络技术是每个学生都向往的，但由于条件限制，我校以往一直未开出此课程。我们自行配置了软硬件，编写教材，首次在我校开出此课程。该课程介绍了Internet的基础知识，Internet的组成、管理，IP协议及域名服务；Internet的基本服务功能、电子邮件、文件传输服务、远程登录、WWW、新闻与公告等服务功能。将Internet Explorer浏览器的安装及使用、电子邮件软件（以Outlook Explorer为例）的使用以及创建与管理邮件账号、接受与管理电子邮件、建立与发送电子邮件等实用方法，通过事例和上网操作介绍给大家。对如何使用文件下载工具下载文件、如何在Internet上搜索信息以及怎样使用Telnet、BBS、新闻组和离线浏览器也作了详细的阐述。最后重点论述了网络安全问题。该课程通过大量的实践操作，较全面地培养了学生综合应用计算机和互联网的能力，为他们开拓了一个新的空间。从而使学生在20世纪能够方便、快捷地驰骋在信息高速公路上，能快速全面地了解全球的最新信息。网上宝贵的信息和资源将丰富他们的世界。该课程已开出四次，效果很好，报名人数次次爆满。受到全校学生极大的关注。

6.工程系统运行概论（选用教材与自编讲义　全校学生选修课程）

购买世界银行贷款“高等教育发展”项目统一编写的《工程系统运行管理》教材和CAI软件。

7.工业技术创新概论（自编教材　全校学生选修课程）

该课有工业技术创新概述、创造性思维与创新技法、工业技术开发的理论、工业新产品的开发途径、工业技术创新设计等内容：采用系统讲授和自学相结合、实验与案例分析相结合等多种教学形式，充分发挥学生的主体作用、调动学生的主动性和积极性。该课另一特色为实践课使用了国际上新型的慧鱼创意模型和乐高创意模型，配合LabVIEWR软件的简化版ROBOLAB软件，在以学生的实践为中心的前提下，通过亲身经历，在实践过程中获取丰富的科技知识，培养并提高学生的创新精神和独立获取与理解新知识的能力，独立工作和协调合作能力，工程综合实践能力。通过学习使学生掌握创造学的基本知识和工业技术创新的基本方法，开发学生创造的潜在能力，强化综合素质。

二、整合更新教学内容，建设新型工程训练项目

培训中心按照有利于培养学生动手实践和动脑思维、有利于培养和激发学生创新能力以及有利于建立大工程意识的原则，整合了传统实习环节，调整和建设了以下八个基础工程训练项目和八个强化创新意识、培养创新能力的综合训练项目：

1.基础工程训练项目

（1）工程认识实习；

（2）工业安全和环保实习（在全国高校中率先开设）；

（3）基本制造工艺实习；

（4）电工电子技术基本训练；

（5）非金属与复合材料成形实习（在全国高校中率先开设）；

（6）计算机操作实习；

（7）工程系统运行实习（在全国高校中率先开设）；

（8）电火花切割工艺。

2.强化创新意识、培养创新能力的综合训练项目

在学生经过基础工艺训练后，为学生提供一个对各种工艺进行应用和融会贯通的机会，即进入工艺综合训练环节。

（1）金工实习综合训练；

（2）工业机器人与机械手（在全国高校中率先开设）；

（3）万用表设计装配调试；

（4）计算机组装和维修；

（5）金工作品创意设计制作；

（6）慧鱼和乐高创意模型的创新训练（在全国高校中率先在面上开设）；

（7）网页设计比赛。

三、强化综合训练，建设多功能实验室

东南大学工业发展与培训中心为强化综合训练，建设有下面六个具有综合功能的实验室。

1.微机应用实验室（管理水平和效益全国领先）

在管理方面，计算机实验室实行满负荷工作制，并且定期按进修目标和完成工作情况进行考核，大大提高了实验设备利用率。按现有设备和实际在岗人数以及教育部的考核标准计算，实现了实验室年超额完成工作量达51.9％，人均超额完成工作量达180％，也即实现了一个实验室完成了一个半实验室的工作量，一个人完成了2.8个人的工作量。

2.现代制造技术实验室（处于全国领先地位）

现代制造技术实验室内还有反映工程环境—水环境系统的实验装置，非金属材料成型系统和小型FMS系统。

3.机电系统综合实验室（在建设过程中，部分内容还未开出）。

4.CAD/CAM实验室（处于全国领先地位）。

5.机电产品拆装实验室（在建设过程中，部分内容还未开出）。

6.创新综合训练实验室（处于全国一流水平）。

创新综合训练实验室，有以下几个特点：

（1）实验内容设置

①机构搭接实验。

②结构搭接实验。

③机电系统搭接实验。

（2）实验室管理

创新综合训练是开放式的，采用导师制。

（3）实验室资源

创新综合训练实验室重点提供五方面资源：

①具有相当实践经验与创造力的教师和指导人员。

②各种样本、手册、资料与网络终端。

③用于辅助设计的硬件、软件（CAD）环境。CAD软件部分提供一些功能较全的优秀软件，如TYPE3、SOLID4、PROCAM，还有EDA软件EWB、PROTELL。

④机械和电子方面的零部件及成熟的功能模块，慧鱼和乐高创意模型中基本齐备。

⑤用于创新设计物化的现代机床设备及电子产品生产线（CAM环境）。CAM部分提供各种数控加工设备：数控车床、数控线切割、雕刻机、数控铣、电火花机床及激光多功能机床等。

（4）创新设计选题

创新设计题目来源于生活、生产、学习中，直观教学和拆装实验中，也来源于学生头脑中平时所迸发出的发明、创造火花，还可以组织学生通过头脑风暴法和联想法来产生，然后汇总评选。

创新综合训练是经过一系列的工程实践训练后，将在生活、学习、训练、实践过程中所迸发的发明、创造的火花加以放大、集成、助燃，直至产生成果。

定期开展的创新设计与各项竞赛活动不但培养了学生的创新能力，也培养了他们的竞争意识。

创新综合训练的实施过程可用如下框图描述（见图2）：

图2　创新综合训练的实施过程

四、全面开放实践基地，突出因材施教，强化创新素质教育

主要指实践基地全面开放，用开展多种形式的课外科技活动保证因材施教和创造性教学。

按认知学习理论的观点，人的认知不是由外界刺激直接给予的，而是外界刺激与人的心理过程相互作用而产生的，只有发挥学生的主动性和积极性，才能获得有效的认知。在多种形式课外科技活动中学生可以根据自己的特长、兴趣爱好和学习基础来选择选修内容或参与创新设计项目，充分发挥其认知主体作用。这有利于形成学生的创造性心智结构，有利于发展学生的个性、实现因材施教，有利于学生非智力方面的素质培养，有利于对知识深化的理解，促进了合理的知识结构和创新能力的培养，也有利于活跃校园的科技文化氛围。

东南大学培训中心在全面开放实践基地、开拓以第一课堂为代表的多种形式的课外科技活动中做了大量的工作，保证了因材施教和创造性教学的进行，取得了显著的效果。

1.组织召开了“东南大学浦口校区创新教育动员大会”。

2.组织学生参加网络科普讲座、推荐选修课程和组织网页设计大赛。

3.多次开展各种课外兴趣小组科技活动，发展学生的志趣与才能。

五、建设工程训练教学平台，提高教学效果、效率与质量

为了提高教学效果、效率与质量，积极地使用了现代化教学手段。

1.建设CAI课件

环境工程及系统运行实习模块（该模块原为“工业安全和环保实习”）已研制出“工业循环冷却水系统的运行与化学处理”CAI课件。

2.编写了电子教案

“电工实习”、“建筑电工”、“网络技术及应用”、“现代制造技术工程实践”这四门课程均已建设完成并且编写了电子教案。

3.建设现代工程训练教学平台

在全国高校中率先筹建，东南大学1999年立项并拨款。

六、强化组织保障措施，确保基地持续发展

培训中心成立以来荣获东南大学不同等级的“教学优秀奖”、“实践教学优秀奖”近30人次，2000年5月在“江苏省工科院校数控实践竞赛”中，1位青年教师和1名学生分别位居榜首，喜获双杯。

近几年来科研课题逐年增多，层次不断提高，成绩显著。建设基地以来出版教材2本，校内教材5本，讲义多份。完成科研项目24项，6项通过部、省级以上鉴定，获国家教委科技进步三等奖1项，申报3项国家专利。教学研究论文近20篇、科研论文20余篇。国家拨款1173万元，东南大学拨款882万元，世界银行贷款480万元，ODA拨款303万元，受赠软件和设备318万元，部、省、市级科研经费达126万元，横向合作项目经费80.7万元，对外培训收入84.1万元，生产创收经费达166万元。

近年来已定点接受了5个学校及单位的工程基础训练任务，他们是南京大学、交通学院、三江大学、江苏省金工研究会、江苏省职业教育师资。面向社会的计算机应用能力培训几年来举办培训班102期，参加人数达3312人，收入总额84.1万元。CAD/CAM实验室（南京中心）培训CAD/CAM人才达9378人（含二级网点人数）。这一方面扩大了培训中心的影响，另一方面也为培训中心的发展和正常运转提供了部分经济条件。承担向社会开放和向周边地区辐射的任务，集中各种力量加强培训中心的建设，最终建成了地区性的现代工程训练中心。

从1999年到2000年全国有11所高校利用世界银行贷款“高等教育发展”项目资金开始建设工程训练中心，并且还有更多的高校利用自有资金或地方资金也在计划建设工程训练中心，这些高校都曾来培训中心现场参观、学习。1995年国际大学校长会议期间，51所大学的校长曾来此参观。部分校长对中心的训练项目非常感兴趣，一位英国皇家科学院院士要求表面处理项目当场加工一个零件带回去研究。1998年4月，参加教育部在东南大学召开的“实践教学基地建设工作现场会”的全体与会代表，都来此参观，这项改革成果取得了与会代表的肯定和一致好评。原国家教委主任李铁映，国防科工委主任丁衡高，政协常委、人大教科文委员会主任刘忠德也曾前来视察。

教育部副部长韦钰曾几次来视察现代制造技术实验室，还专门视察了创新综合训练实验室。

课题组在建立新体系的过程中，在教学改革、师资队伍建设、基地建设、全面开放实践基地、强化创新素质教育和组织保障方面都取得很多成绩。所做工作中，相当部分都具有创新性和处于领先地位，对提高东南大学实践教学水平和教育质量作出了贡献。此项改革取得的阶段性成果，已为教育部面向21世纪高等理工科教育教学内容和课程体系改革研究成果汇编《挑战·探索·实践》收入，受到了教育主管部门、国内同行的关注和高度评价。1998年4月，教育部在东南大学召开的“实践教学基地建设工作现场会”上，这项改革成果取得了与会代表的一致好评。2001年1月5日江苏省高校实验教学研究会组织全省高校到培训中心现场参观、学习，培训中心也作了关于“开放实践基地，强化创新素质教育”的专题经验介绍。

1999年12月培训中心又参加申报了新世纪教育教学改革项目——“理工科教育创新人才成长环境的研究与实践”，于2000年5月通过教育部专家评审。

该成果已突破并改革了传统的工学门类中的机、电、计算机等相互分离的教学实习思想、模式和运行机制，实现了将工程基础训练由传统向现代的转变，由注重单门学科系统性向注重学科交叉渗透及工程综合性的转变，实现了机、电、计算机等学科在基础实践方面的综合，实现了开放实践基地、强化素质教育的目的，从而有利于培养学生的创新能力、工程综合意识和提高综合素质。

该成果建立了科学的工程训练体系和运行机制，建成了地区性的工程基础训练基地。提高了学校的基础实践教学质量，并在国内产生了广泛的影响和良好的社会效益。该成果处于国内领先水平，为所有新建和计划建设“工程训练中心”的高校提供了一个成功的范例，具有很好的示范作用和推广应用价值。