基于“互聯(lián)網(wǎng)＋工程實(shí)訓(xùn)”自主訓(xùn)練模式探究

　　摘 要：目前，部分高校工程訓(xùn)練中心師資隊(duì)伍狀況堪憂，實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師數(shù)量短缺，工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)繁重。運(yùn)用 “互聯(lián)網(wǎng)+教育”的手段，依托現(xiàn)代智能技術(shù)設(shè)計(jì)和營造工程訓(xùn)練環(huán)境，可使學(xué)生自主進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)“無人工訓(xùn)”的訓(xùn)練模式。學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)知識(shí)和安全常識(shí);通過三維掃描技術(shù)判斷實(shí)訓(xùn)時(shí)學(xué)生著裝是否符合防護(hù)要求;通過自動(dòng)檢測技術(shù)測量學(xué)生所加工的工件是否達(dá)標(biāo)。工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績，消除人為因素對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)成績的影響，使實(shí)訓(xùn)成績更客觀公正。自主訓(xùn)練模式將緩解指導(dǎo)教師教學(xué)壓力，強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和訓(xùn)練能力，提高學(xué)生的實(shí)踐技能。

　　孟兆生; 岳彩霞; 田軍; 徐建成; 孫建華， 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào) 發(fā)表時(shí)間：2021-08-24

　　關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;工程實(shí)訓(xùn);自主訓(xùn)練，無人工訓(xùn)

　　2015年“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃推動(dòng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)與制造業(yè)的結(jié)合，2017年 新 工 科 建 設(shè) 的 引 領(lǐng) 性、交 融 性、創(chuàng) 新性、跨界性、發(fā)展性的特征，對(duì)工程實(shí)踐教育提出了更高要求，各高校對(duì)工程訓(xùn)練中心進(jìn)行升級(jí)改造，對(duì)工程實(shí)訓(xùn)課程體系進(jìn)行重新構(gòu)建。文中基于“互聯(lián)網(wǎng)+工程實(shí)訓(xùn)”運(yùn)行模式提出工程訓(xùn)練模式創(chuàng)新解決方案，力 求 建 立 具 有 智 能 模 式 的 工 程 訓(xùn) 練 環(huán)境，建立完善的創(chuàng)新訓(xùn)練機(jī)制，把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入工程訓(xùn)練全過程，構(gòu)建全新的無需教師指導(dǎo)的“無人工訓(xùn)”教學(xué)運(yùn)行體系。

　　1 工程實(shí)訓(xùn)課程現(xiàn)有運(yùn)行模式面臨的困境分析

　　1.1 工程實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師隊(duì)伍狀況堪憂

　　目前，高校理論課教師隊(duì)伍建設(shè)進(jìn)入博士化、國際化的階段，而實(shí)踐教師隊(duì)伍面臨諸多困境。一是全國各本科院校的工程訓(xùn)練中心除國家級(jí)或省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心屬于教學(xué)單位外，大部分屬于教輔部門。由于教輔部門業(yè)績津貼固定，做不到多勞多得，很難調(diào)動(dòng)教職工的積極性。即使通過思想政治工作等手段，強(qiáng)調(diào)講奉獻(xiàn)，但并非長久之計(jì)[1]。二是有的工程訓(xùn)練中心教職工偏少，達(dá)不到規(guī)定的生師比。一般每學(xué)年要完成全校一個(gè)學(xué)年數(shù)千名學(xué)生的工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，不可避免地造成疲于應(yīng)付的局面，同時(shí)還存在極大的安全隱患。三是工程實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師構(gòu)成復(fù)雜。一般是由教師、實(shí)驗(yàn)教師、工人技師、合同制聘任人員等組成。實(shí)踐教師隊(duì)伍不穩(wěn)定、流動(dòng)性大。其中，素質(zhì)高、能力強(qiáng)、具有豐富經(jīng)驗(yàn)的人越來越少，嚴(yán)重影響實(shí)踐教師隊(duì)伍質(zhì)量，制約著工程實(shí)訓(xùn)課程質(zhì)量的提高。四是編制問題。有一些工程訓(xùn)練中心不同程度地存在進(jìn)人困難的情況，招聘的指導(dǎo)教師達(dá)不到在編學(xué)歷要求，屬于編制外合同制人員，不能享受相應(yīng)待遇[2]。

　　1.2 工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)繁重

　　目前，絕大多數(shù)工科院校要求所有學(xué)生進(jìn)行不同層次、不同時(shí)長的工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)，而大部分院校的指導(dǎo)教師缺編運(yùn)行，教學(xué)任務(wù)繁重。一是參加實(shí)習(xí)的學(xué)生絕對(duì)數(shù)量在增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年約有1000～7000名左右學(xué)生進(jìn)行工訓(xùn)實(shí)習(xí)，需要完成10～40萬左右人時(shí)的教學(xué)工作量。二是在教學(xué)過程中，要求的教學(xué)內(nèi)容越來越豐富，既有實(shí)際操作，也有工程文化認(rèn)知;既有規(guī)定的實(shí)踐內(nèi)容也有獨(dú)立制作的創(chuàng)新作品;既有工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目也有技能競賽;既要培養(yǎng)技術(shù)能力也要培養(yǎng)非技術(shù)能力。三是設(shè)備管理工作量增大。工程訓(xùn)練中心不僅擁有各種常規(guī)的材料成形與加工制造設(shè)備，隨著應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型發(fā)展，有些學(xué)校已經(jīng)擁有幾萬米實(shí)訓(xùn)場地及上億元實(shí)訓(xùn)設(shè)備。包括一批先進(jìn)的智能制造數(shù)控加工設(shè)備、逆向工程增材制造特種加工設(shè)備等;有的還裝備有柔性制造系統(tǒng)、物流系統(tǒng)及機(jī)械手臂等。這些設(shè)備的管理、維修、保養(yǎng)都需要很大的工作量。四是工程訓(xùn)練中心科研、教研、組織學(xué)生參加各類競賽等活動(dòng)越來越多。組織學(xué)生參與各級(jí)各類競賽活動(dòng)，需要付出很多業(yè)余時(shí)間，更增加了教師的工作量[3]。

　　另外，工程訓(xùn)練中心實(shí)訓(xùn)場所開放工作量大。工程訓(xùn)練中心面向全校各專業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，幾乎全年所有教學(xué)周都在上課，即便如此，也不能滿足學(xué)生訓(xùn)練的需要。一是有興趣的同學(xué)需要更多的時(shí)間去做自己喜歡的項(xiàng)目;二是參加各種競賽的同學(xué)需要反復(fù)試制自己的作品;三是項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)需要更多的時(shí)間去完成。這些都需要采取實(shí)訓(xùn)場地開放的措施去滿足上述工作需要。這就需要指導(dǎo)教師犧牲大量休息時(shí)間參與指導(dǎo)，致使許多指導(dǎo)教師超負(fù)荷工作，得不到很好的休息。因此，如何在實(shí)訓(xùn)場所開放過程中減輕教師的負(fù)擔(dān)，是亟待解決的問題[4]。

　　2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”工程實(shí)訓(xùn)運(yùn)行模式創(chuàng)新解決方案

　　針對(duì)目前工程訓(xùn)練中心的實(shí)際情況，結(jié)合工作實(shí)際，制 定 出 創(chuàng) 新 解 決 方 案。 主 要 是 利 用 “互 聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，全面改革傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)手段與方法，以全新的理念為學(xué)生提供信息化、智能化、自主式的學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生潛能，提高教學(xué)效率，增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)效果。

　　2.1 工程實(shí)訓(xùn)課程自主訓(xùn)練的環(huán)境建設(shè)

　　2.1.1 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)

　　根據(jù)教育部2018年4月印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》、2019年2月印發(fā)《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》等通知精神，工程訓(xùn)練中心首先要注重工程實(shí)訓(xùn)網(wǎng)站信息化建設(shè)。工程訓(xùn)練中心不僅是校內(nèi)工程實(shí)踐訓(xùn)練基地，也是科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地和職業(yè)技能培訓(xùn)中心。因此，需要構(gòu)建集教學(xué)、實(shí)訓(xùn)和管理于一體的信息化教學(xué)及管理系統(tǒng)平臺(tái)，創(chuàng)新優(yōu)化教學(xué)和管理[5]。搭建學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)網(wǎng)上預(yù)約登記信息數(shù)據(jù)庫、各實(shí)訓(xùn)場所三維實(shí)景導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫、各實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目安全操作知識(shí)數(shù)據(jù)庫、著裝檢測數(shù)據(jù)庫、各實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目操作慕課、微課、視頻數(shù)據(jù)庫、學(xué)生實(shí)訓(xùn)期間操作過程數(shù)據(jù)庫、學(xué)生各實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目加工工件質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫、學(xué)生各實(shí)訓(xùn)成績管理數(shù)據(jù)庫、工程實(shí)訓(xùn)工具、耗材管理數(shù)據(jù)庫等[6]。工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的信息化主要體

　　工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的信息化主要體現(xiàn)在：在教學(xué)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)對(duì)自主探究、協(xié)作學(xué)習(xí)和混合學(xué)習(xí)信息化;在交互方面，對(duì)師生之間、學(xué)生之間的交互、學(xué)生與項(xiàng)目內(nèi)容間的交互信息化;在評(píng)價(jià)方面，對(duì)在線平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)，對(duì)實(shí)訓(xùn)過程評(píng)價(jià)信息化[7]。

　　2.1.2 利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，強(qiáng)化工程實(shí)訓(xùn)設(shè)備安全防控

　　學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)在線學(xué)習(xí)獲得準(zhǔn)入考核通過后，已經(jīng)具備安全規(guī)范基礎(chǔ)知識(shí)，具備一定的安全意識(shí)。為確保安全，必須對(duì)加工設(shè)備在硬件上進(jìn)一步加強(qiáng)安全保障。

　　主要思路是利用設(shè)備硬件控制技術(shù)，對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，讓設(shè)備本身通過安裝安全控制模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備硬件安全控制。通過加裝緊急報(bào)警功能、各種監(jiān)控程序等軟件控制部分，讓設(shè)備真正具備全方位安全保障功能，做到設(shè)備上電可控、設(shè)備安全操作可控;設(shè)備可通過視頻監(jiān)控，設(shè)備使用人、使用時(shí)間可控;啟動(dòng)、關(guān)閉設(shè)備安全提示，從而保證設(shè)備與人身的安全，滿足24小時(shí)開放條件。在操作環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生可能出現(xiàn)的違反安全操作規(guī)程以及超速、超載危險(xiǎn)運(yùn)行的情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)警并通過安全控制裝置立即停機(jī)，保護(hù)實(shí)訓(xùn)學(xué)生人身安全和設(shè)備安全。真正將各工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的安全操作規(guī)范落實(shí)到具體的工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目環(huán)節(jié)，時(shí)時(shí)提醒、規(guī)范學(xué)生操作全過程。規(guī)范安全使用工、量、夾具并進(jìn)行管理，使學(xué)生在進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)同時(shí)，養(yǎng)成良好的安全操作規(guī)范習(xí)慣，提高自身管理能力。

　　2.2 工程實(shí)訓(xùn)課程自主訓(xùn)練的總體設(shè)計(jì)方案

　　自主訓(xùn)練的總體設(shè)計(jì)方案包括三個(gè)模塊。第一個(gè)模塊：網(wǎng)上選課，通過在線平臺(tái)自主學(xué)習(xí)訓(xùn)練科目的基礎(chǔ)知識(shí)和安全常識(shí)，測試通過后實(shí)訓(xùn)場地準(zhǔn)入;第二模塊：工程識(shí)圖，工藝流程，實(shí)際操作訓(xùn)練;第三模塊：工件檢測，成績?cè)u(píng)定。其流程如圖1所示。

　　2.2.1 第一模塊：主要解決實(shí)訓(xùn)場地準(zhǔn)入問題

　　1)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)問題。創(chuàng)新建設(shè)工程訓(xùn)練中心網(wǎng)站，增加慕課、微課等平臺(tái)。學(xué)生利用工訓(xùn)教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行選課，通過學(xué)號(hào)登陸工訓(xùn)網(wǎng)站，或者掃描二維碼關(guān)注工訓(xùn)微信公眾號(hào)，進(jìn)入相應(yīng)界面。在開放模式下，自主安排學(xué)習(xí)時(shí)間，利用實(shí)訓(xùn)中心信息化平臺(tái)及新媒體以碎片化形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，自主完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和安全常識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[8]。

　　2)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，設(shè)立工程訓(xùn)練中心實(shí)訓(xùn)知識(shí)準(zhǔn)入制度。通過在線學(xué)習(xí)，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)安全常識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)考試。安全規(guī)范和操作規(guī)程項(xiàng)目考試成績必須滿分;基礎(chǔ)知識(shí)90%正確為合格。符合條件才可以進(jìn)入實(shí)訓(xùn)階段，允許上機(jī)操作。

　　“安全第一”是開設(shè)工程實(shí)訓(xùn)課程始終堅(jiān)持的第一要?jiǎng)?wù)，要求學(xué)生時(shí)刻保持安全意識(shí)。學(xué)生在具備工業(yè)常 識(shí) 的 同 時(shí)，也 要 掌 握 基 本 的 安 全 急 救 措施。學(xué)生實(shí)訓(xùn)前簽訂安全承諾書，在思想意識(shí)里筑牢安全防線。在條件允許的情況下，制定在實(shí)訓(xùn)期間學(xué)生購買人身保險(xiǎn)制度，為學(xué)生提供保障。

　　3)利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，設(shè)立工程訓(xùn)練中心實(shí)訓(xùn)著裝準(zhǔn)入制度。建議學(xué)生保留入校的軍訓(xùn)服裝作為實(shí)訓(xùn)工裝。著裝要求：身著工訓(xùn)服;焊接實(shí)訓(xùn)的同學(xué)必須穿長袖;要戴工訓(xùn)帽，長發(fā)同學(xué)需將頭發(fā)有效束起放在帽子里;不得穿涼鞋、拖鞋、高跟鞋等鞋子[9]。

　　在實(shí)訓(xùn)門口，每名學(xué)生刷一卡通或者輸入學(xué)號(hào)，然后站在轉(zhuǎn)臺(tái)上，利用照相式原理，進(jìn)行非接觸式光學(xué)立體掃描，將數(shù)據(jù)通過 USB接口連接計(jì)算機(jī)設(shè)備，對(duì)其工訓(xùn)服裝及防護(hù)要求等進(jìn)行識(shí)別。針對(duì)符合工程實(shí)訓(xùn)服裝要求的程度，依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備自動(dòng)評(píng)出服裝準(zhǔn)入成績，合格者可以準(zhǔn)入實(shí)訓(xùn)區(qū)域[10]。

　　針對(duì)具體工種還要進(jìn)行特殊著裝掃描。比如：進(jìn)行焊接實(shí)訓(xùn)，增加檢查項(xiàng)目，是否戴防護(hù)手套，是否戴焊帽、護(hù)目鏡，是否穿符合焊接要求的鞋等進(jìn)行甄別，符合安全操作服裝要求，才可以進(jìn)入焊接實(shí)訓(xùn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

　　2.2.2 第二模塊：利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，創(chuàng)新解決工程識(shí)圖教學(xué)資源問題

　　在傳統(tǒng)工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生往往會(huì)在工程圖紙識(shí)別上出現(xiàn)認(rèn)識(shí)偏差和理解錯(cuò)誤。目前可以在 “互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”支持下，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，借助AR技術(shù)輔助教學(xué)識(shí)圖。虛實(shí)結(jié)合，增強(qiáng)交互方式，更好地理解圖紙所表達(dá)的信息[11]。

　　學(xué)生可以通過手機(jī) APP進(jìn)行掃描識(shí)別待加工零件圖，進(jìn) 行 虛 擬 化 顯 示。學(xué) 生 可 全 方 位 觀 察 模型，有助于更好地識(shí)圖，這樣可以增強(qiáng)工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的吸引力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[12]。

　　在充分理解工程圖紙的前提下，利用模擬仿真平臺(tái)分析工藝流程，觀看演示過程，在理解掌握操作要領(lǐng)的情況下進(jìn)行實(shí)際操作。

　　2.2.3 第三模塊：利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，實(shí)施自動(dòng)檢測工件，自動(dòng)評(píng)定成績

　　對(duì)于學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中加工的作品，放在檢測平臺(tái)上，利用三維掃描儀，進(jìn)行長、寬、高、圓弧半徑尺寸檢驗(yàn)，同時(shí)可對(duì)工件表面粗糙度、形位公差等進(jìn)行全方位檢測。檢測后自動(dòng)生成檢測結(jié)果，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的評(píng)分要求，經(jīng)過判定自動(dòng)給出學(xué)生該項(xiàng)作品的綜合成績[13]。

　　如果學(xué) 生 感 覺 成 績 不 理 想，可 以 利 用 課 余 時(shí)間，進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練直到滿意為止。因?yàn)榧庸ひ淮沃荒苷f是體驗(yàn)，只有反復(fù)多次地操作才叫訓(xùn)練。只有多次訓(xùn)練才能真正深入掌握操作要領(lǐng)，提高操作技能。踐行專注、敬業(yè)、精益、創(chuàng)新精神，不斷雕琢自己的作品，不斷改善加工工藝，充分享受作品通過辛勤勞動(dòng)不斷升華的過程，潛移默化地培養(yǎng)追求卓越、精益求精的品質(zhì)，以造就具有工匠精神的新時(shí)代卓越工程師[14]。

　　學(xué)生的最終成績由在線學(xué)習(xí)的成績、進(jìn)入實(shí)訓(xùn)場地時(shí)著裝和安全防護(hù)符合要求程度的成績、各實(shí)訓(xùn)工種操作的成績等構(gòu)成。各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)會(huì)記錄在中心信息化管理平臺(tái)，直至所有實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目或環(huán)節(jié)考核完成，系統(tǒng)會(huì)按權(quán)重自動(dòng)匯總出學(xué)生實(shí)訓(xùn)總成績，避免人為干預(yù)，成績公正透明。學(xué)生完成課程后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，可以自主查詢成績。成績不合格的，按規(guī)定選擇重修或者補(bǔ)做[15]。

　　利用“互聯(lián)網(wǎng) + 技術(shù)”，通過大數(shù)據(jù)采集，可以得到工程實(shí)訓(xùn)設(shè)備使用情況，包括學(xué)生操作使用設(shè)備信息、分時(shí)段統(tǒng)計(jì)設(shè)備使用率等信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行科學(xué)分析、研判，以便統(tǒng)籌調(diào)控總體實(shí)訓(xùn)狀況。通過數(shù)據(jù)分析可以判斷設(shè)備使用頻率的具體時(shí)段，以便及時(shí)提示學(xué)生選課的時(shí)段，盡量使學(xué)生的實(shí)訓(xùn)呈均勻分布，不至于造成擁擠。

　　3 結(jié)束語

　　通過以上方案探討分析，基于“互聯(lián)網(wǎng) + 工程實(shí)訓(xùn)”開展學(xué)生自主訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)“無人工訓(xùn)”，以解決工程訓(xùn)練中心現(xiàn)存的困境。利用“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”，提出全流程創(chuàng)新解決方案，改進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，解決指導(dǎo)教師短缺問題。建立學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)知識(shí)、實(shí)訓(xùn)著裝、實(shí)訓(xùn)操作安全準(zhǔn)入制度。解決工程識(shí)圖虛擬教學(xué) 問 題，推 進(jìn) 工 程 實(shí) 訓(xùn) 項(xiàng) 目 教 學(xué) 實(shí) 現(xiàn) “智 能化”。實(shí)施工程實(shí)訓(xùn)作品自動(dòng)檢測，平臺(tái)自動(dòng)生成實(shí)訓(xùn)成績。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)際操作能力，使學(xué)生技術(shù)能力和非技術(shù)能力協(xié)同發(fā)展。