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摘 要：哈尔滨工业大学工程创新实践中心利用自身学科优势，针对培养当代大学生的综合素质，做出创新改革，提出一系列新的发展方向。在原有工程训练基础上重新构建适应新工科的机械制造基础课程与教学体系，实现知识、能力、实践、创新一体化培养，最终通过各类大学生学科竞赛项目、大学生创新创业计划牵引串接整个工训过程，通过“能力叠加”实现知识向能力的转化，使学生的素质、能力得到进一步展现。
关键词：发展方向;新工科;工训;课程体系
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）25-0006-05
Abstract： The Harbin Institute of Technology makes use of its disciplinary advantages to carry out innovative reforms and proposes a series of new development directions aimed at cultivating the comprehensive qualities of contemporary university students. Base on the original engineering training， the Mechanical Manufacturing Basic Course and the teaching system are constructed to realize the integrated training of knowledge， ability， practice and innovation. All kinds of college students subject competition projects， college students innovation and entrepreneurship plan pull the whole process of training， through the "ability superposition" to achieve the transformation of knowledge to ability， so that students' quality and ability can be further demonstrated.
Keywords： development direction; New Engineering; engineering training; curriculum system
在“大众创业，万众创新”[1]和《中国制造2025》实现制造强国的战略目标[2]的时代背景下，哈尔滨工业大学工程创新实践中心（以下简称“工创中心”）于2017年6月成立，由机电工程学院牵头，将原有工程训练中心、大学生机械创新与创业实践中心、国家级高端装备虚拟仿真实验教学中心进行资源优势整合，秉承以培养学生为中心，多元融合为特色、创新创业为导向的教学理念，在保持原有工程训练精品课程的基础上，将当前最前沿的技术、先进设备、独特的教学方法融入其中，加强学生科技创新，思维创新，实践创新的综合能力。
课程设计上寻求新理念、新思想、新方法、新内容、新元素、新质量，划分多个脉络实践模块，每个模块设计一个综合样件，原则上建议学生跨专业组队（充分发挥各自特长），根据作品加工步骤选课，最终根据完成度，完成质量确定教学学时并分配相应考核学分，这样的方法既满足因材施教的教育理念，也促进了学生的个性化发展。
一、新元素新制造
（一）打造智能化制造平台
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛运用于自动化生产线中，桁架机械手是运用最为广泛的一种，能够实现自主控制、可重复编程、多自由度、多功能、多用途的操作机。并能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业，提高了设备的自动化水平，极大地改善了设备的电器性能。
1. 设备的改造升级
工创中心在保留部分传统数控车、数控铣、加工中心等设备，以便进行传统数控教学外，其他均进行改装升级，数控车床改装伺服主轴、中空液压卡盘、液压尾座，增加第三轴、激光对刀仪等部件;加工中心增加四轴、五轴，光栅尺等，使加工性能和可工作范围得到增强。并在设备中综合应用示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等（如图1），用以辅助数控设备完成工件自动装夹卸取、工件掉头、工件加工精度检测、加工表面打磨抛光等工序，使机械手与设备更好地实现机械化和自动化的有机结合。工创中心推行此方案可将多台、多种类数控机床串联成小型生产线，使之达到1+1>2的效果，形成具有高集成性、多功能性、延展性，符合现代化标准的先进数字制造体系。
此外，中心的每台机床内部加装高清摄像头，外部加装示教显示器（如图2），當机床运动时，学生可以通过屏幕清楚地看到刀具的运动轨迹、加工路径及在加工过程中材料产生的变化，让学生更加直观、清晰的对数控加工产生认知，从而提高学习兴趣，达到事半功倍的效果。
在实操环节中，指导教师只需要对学生进行编程控制指导，学生就可以进行全功能、自动化、智能化的加工实践。不仅在减轻劳动强度，改善作业条件的同时，还提高学生对精密制造、先进制造的认知，开阔视野，从思想上完成制造到智造的过渡，更通过机床的使用，锻炼了实践能力、编程能力、控制能力，为学生带来知识+实践+能力的全新学习体验。
2. 引进先进设备
工创中心先进制造部，新引进多台沈阳i5系统全功能型数控机床，智能仓储机器人，及智能工厂云管理体系;更研发搭载相应的智能操作终端[3]，使其与机床操控系统相连接，在生产规模较大的场合可以将设备系统与主控计算机联网，利用其操作简单，可靠性高等优势，实现“集中管理，分散控制”，使部门的综合加工能力、科研能力、教学能力进一步增强。 （二）创新型个性化样件
部门还配备金属激光切割、电火花线切割、激光内雕机、等离子切割等多种先进机床，在此基础上，学生可以通过指导教师的讲解、演示，并加之数控车床、加工中心的综合运用，充分发挥自己的想法，创意，开动脑筋，制作具有实用性，美观性的个性化作品，最后由指导教师根据完整性，复杂性给出考核评分。
如车铣复合加工的国际象棋、加工中心的指尖陀螺（如图3）;激光雕刻的笔筒、激光内雕的水晶摆件等（如图4），使学生在学习知识的同时寓教于乐，提高学习兴趣，让传统课堂变得内容丰富，更容易开展各种探索性实验，给了学生更多的学习、创造空间。
二、虚辅实操的焊接工艺
（一）虚拟仿真的优势
虚拟焊接仿真实训及其实训室已然成为工训教育领域焊接专业实训的主流形式，开创了该领域新的、更为高质高效的教育新模式。在完成正常焊接作业的同时，实现了多媒体与焊接专业理论知识的同步教学。将抽象的概念情景化、可视化，更可模拟不可及的极特殊空间环境，实现科研向教学的高度转化，补充了不易开展的实际教学内容。
（二）虚拟仿真的应用
工创中心秉承着以学生为中心的教学理念，利用先进的教学手段，运用教与学互动演练模式，提高教学效果。组建了H2-VR全息实训室，AR增强现实实训室，焊接机器人实训室，架构了“教、学、做”一体化教学模式[4]。在教学方式上，教师可以将终端屏幕及操作内容实时同屏向学生演示，通过全息台多角度观看，直接在自由的空间操作交互。在实践操作教学中，采用让学生先进行虚拟仿真模拟实操、AR（增强现实）技术进行焊接工艺和工件追踪的训练，最后进行传统焊接的实操训练与焊接机器人使用的训练，其目的是，使学生在知识上有循序渐进，操作上由浅入深的过程。
仿真系统会记录学习者的整个学习过程，生成测评报告，并有针对性地对学习者的焊接速度、喷嘴高度、焊接角度等各方面进行指导。同时对每项训练系统会自动规划焊接路径、步骤、方法，学生参照并完成相应的模拟实训，在达到规定的分数后，方可进行现场实操训练，这样最大程度规避教师现场一对多的操作教学，学生靠观看学习，难以保证教学质量的问题。同时避免了学生误操作带来的安全隐患，保证学生的安全，提高了学生掌握知识的全面性，高效性，加深对科目的重点、难点的认知度。利用虚拟现实技术实现了教育各个阶段的高度融合，颠覆了传统教学理念，教学方法，相对于纯粹的仿真焊接技术，沉浸感更强，交互度更高，对提高学生学习兴趣、积极性和技能提升都更有优势。让学生尽早了解专业学术发展动态与前瞻性前沿问题，开阔了学生的学术视野，陶冶了学生的专业素养，了解了最新的科技成果。
三、融合3D技术的新铸造
近年来，随着3D技术的不断发展，以其为代表的新科技、新技术为制造业带来了又一次的变革。其基于数字模型，使用粉末金属或塑料和其他黏合材料，通过逐层打印的方式构建模型。而逆向工程的快速发展，又为产品创新、外形改进优化的3D打印技术提供了大批量成型复杂空间曲面结构零件的机会。
（一）逆向工程的应用
三维扫描是逆向工程中最重要的方法，其主旨将获得的数据，进行编辑，获得该物体的空间数据，可以生产出同样的物体[5]。逆向工程的广泛应用，打破了设计与制造之间的壁垒，通过数字化阶段的工作可较准确地评估产品的外观、功能、性能是否满足设计要求，与传统的制模工艺相结合，制造出所需的模具。工创中心购置多台三维扫描仪，学生可亲自动手操作，对已有物体进行样品扫描，采集数据，生成空间图形，更可通过仪器对人脸进行识别，生成面部轮廓。从而使教学方式更加多样性，灵活性，开拓学生创新思维，满足学生新奇，独特的想法，实现数字化向实物产品的转化，降低了成本，节约了时间，进而调动学生主观能动性，提高课堂教学质量。
（二）3D打印技术与精密铸造
工创中心配备光敏树脂、腊模、FDM打印机等（如图5），在传统铸造工艺教学中充分融合其工艺特点，打破传统铸造模型加工复杂，工作环境差的弊端，通过逆向工程与3D快速成型技术的综合运用，使一些结构复杂、难以实现的零件结构，通过3D打印直接实现，使加工变得简单。教学中由学生自主设计模具，通过三维建模，打印模具，最后制作砂型，浇筑完成作品（如图6），将想法变成现实。既锻炼了学生三维绘图能力、软件操作能力，实践动手能力，也激发了学生的想象力，创造力。在传统铸造工艺中创新地加入科技元素，培养学生多方向的兴趣，让每一个学生都能接触到工程训练中的最新技术，充分了解并运用前沿科技。
四、线上、线下并进的新工训
（一）基于MOOC学习平台的金工实训
MOOC（Massive Open Online Courses，大规模开放在线课程，将简称慕课）是以网络为基础，很多人共同参与的在线课程，它是一种将分布于不同地域的授课者和学习者通过某一个共同的话题或主题联系起来的授课方式，因其大规模、开放及在线等特点，成为新媒体技术下的教育新模式[6]，课前将课堂所要讲授的课程按照教学计划，分加工步骤划出重点、难点及注意事项，提前做好相关视频，让学生课前对相应的实习工种有大概的了解;上课时，各工种指导教师针对易错环节同步演示，针对重点、難点讲解，极大地提高了课堂学习效率。
将MOOC技术平台，引入传统金工实训（车工、钳工、铣工、磨工等），是工创中心一次创新尝试。课程通过图片+文字+视频演示的方式，多角度、全方位、立体化调动学生积极性，培养兴趣，打破了传统金工实训课堂枯燥的学习氛围，从思想上让学生从被动灌输型向主动学习型过渡。
（二）基于二维码技术的学习过程
二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术，极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，为管理的科学化和现代化提供了平台。借助其“资料储存量大”“资讯随着产品走”等特点，将金工实训中各工种工艺数据，操作流程及注意事项以二维码的形式逐一体现（如图7），学生无需下载新的App，在指导教师对课程讲解后，对所实习工种不懂的加工环节可以直接利用手机图像识别，点击查看，使学生更直观地进行学习，轻松地了解流程技术参数，符合当前人们通过手机学习的做法，更可保存，反复学习，加深了认知程度，极大地提高了便利性和用户体验效果[7]。 （三）多工种融合的创新作品
传统金工实习，不同于先进制造，由于其设备加工能力的约束，对单一工种来说，学生的考核样件就显得过于简单，因此在满足独立工种考核要求的基础上，采用多工种协同合作，创新考核，从技术上弥补单一设备的加工工艺局限性，通过多种设备的综合利用，指导学生作品向多样性、实用性、创新性方向发展，发散想象力，提高实际动手操作能力，使学生达到交叉学习，互惠互通的目的，全面调动学生学习积极性，增加学习兴趣，提高学习主动性，让学生从学习的接受者转变为探究者。
1. 钳工+车工：在满足教学任务的前提下，钳工不再制作样式单一的金工锤，经过实践研究，增加车工工艺流程，部门创新提出多种形式的工艺锤，如：羊角锤、逃生锤、多用锤、球头锤等，增加作品的美观性和多样性。
2. 车工+铣工：在原有加工锤柄的基础上，为学生增设新的创意方案，组合式蜡烛台，手电筒（如图8），圆珠笔外壳，酒杯等，保证学生没有遗漏的知识点，同时达到活学活用的目的，也使得样件增加了实用性、趣味性。
五、TRIZ+竞赛+创新创业的综合培养
合并优势资源，在哈工大大学生机械创新与创业实训中心的基础上组建创新创业实践部，坚持“以赛促学，以赛促教，以赛促改，以赛促用，以赛促建”的理念，引领学生走进科创的大门，以提高学生能力为核心，适应大数据、人工智能等技术发展，构建以学习者为中心的教育常态，建设满足项目式、模块化教学需要的教学团队，积极有效开展教育教学，提高人才培养质量。
（一）开设TRIZ创新课程
将TRIZ的创新理论和方法体系引入课堂，让更多学生从不同角度看到创新的魅力，从而打开学生的创新思路，开拓应变思维，打破创新中遇到的瓶颈、难题，加快了学生创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品，真正做到有的放矢。
我们的教育理念是不仅教育学生学习好知识和方法，更要引导学生会用知识和方法解决具体问题，在解决问题中有目的地学习新知识，从而锻炼和提高解决复杂问题的能力，当学生习惯了研究问题，喜欢研究问题，慢慢就会不断尝试解决新问题，敢于挑战更难的问题，也就会形成创新意识。同时，注重启发式教学，鼓励学生提问和讨论，培养学生的问题意识，培养学生尝试探索的冲动，促使学生积极思考，不断发现问题、提出问题、分析问题，在解决问题的过程中实现创新[8]。
（二）构建全方位育人体系
基于创新实践与工程训练的人才培养模式（如图9），贯穿大学四年，大一学年，以全国大学生机械产品数字化设计大赛为导向的年度项目，通过科协与大一学生会的协助，开展“学长带你做创新”等一系列课程，突出创新意识和创新思维的培养，带领同学从基础开始入手，激发创新兴趣。大二学年，以仿生机器人的创新制作为课题，综合运用机械和电控的结合，中间穿插电控类、编程类、视觉类等学科竞赛，综合提高学生的整体创新能力。大三学年，在工程训练培养实践动手能力和创新能力的基础上，组织参与更高层次的综合竞赛，创业实践，形成竞争实力强的创新团队，如全国大学生互联网+大赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力大赛等。大四学年，结合毕业设计，指导学生对以往三年的创新成果进行产品、专利的转化，进而推向市场，孵化自主创业项目。
部门开设机械创新实践课程，VEX竞技机器人课程，组建格斗机器人队、3D打印协会等多个学生社团，旨在从创新技术层面开始，以“创意、创新、创造、创融、创业、创富、创未来”的七创理念为基础，以实际需求为导向，学科竞赛为目标，启发学生的创新思维，让学生在有限的条件下进行产品创新设计，在承接工程训练的基础上，带领学生从全局纵观，从本质出发，逐步了解产品设计理念、项目管理等内容，最终根据各学生竞赛的要求，完成相应原型机制作参加答辩。锻炼学生的专业核心技能、提高学生动手操作本领，引进新技术、新技能，促进产教融合，引导更多学生投身科技创新。
六、结束语
工程创新实践中心秉承“规格严格、功夫到家”的校训，坚持以教育为根本，创新为基础，融合为理念，竞赛为驱动，立足学生核心素养培养，紧密结合国家教育战略发展趋势，为学生提供“五位一体”的新工训模式，实现新工科、新工训、新体系建设，引领带动课程结构调整优化和内涵提升，做强主干工种，融合工种特点，打造特色创新，合并学科优势，升级改造传统工艺，为社会培养具有创新能力的创造者、创业者，为培养新型创新人才，建設创新型国家和人才强国战略提供有力服务。
参考文献：
[1]戴群，丁小宴.高职院校大学生创新创业教育的几点思考[J].中外企业家，2018（21）：176.
[2]郑国伟.《中国制造2025》解读与体会[J].制造技术与机床，2018（9）：7-8+130.
[3]曾昭阳，彭博，李家新.大学生创新创业教育实践基地建设的研究与实践[J].课程教育研究，2017（43）：52.
[4]高党寻，姚启明，王龙兵，等.弧焊机器人实践教学设计[J].电焊机，2015，45（12）：155-157.
[5]傅骏，魏继业，谯攀，等.单件铸钢件艺术品的快速熔模铸造实践[J].铸造技术，2016（11）：2491-2493.
[6]王洁.浅谈“慕课”在中学教学中的应用[J].管理观察，2017（2）：128-130.
[7]任勇，潘旭东，等.基于学习兴趣驱动的创新型训练模式研究实践[J].中国现代教育装备，2019（15）：33-34+37.
[8]华尔天，计伟荣，吴向明.中国加入《华盛顿协议》背景下工程创新人才培养的探索与实践[J].中国高教研究，2017（1）：82-85.
基金项目：教育部产学合作协同育人项目“2019年教育部产学合作协同育人项目-新工科大学创新教育与实践建设”（编号：Ceduech-XKY-03）;2020年度省级高等教育教学改革重点委托项目“基于校企协同育人的工程创新实训基地建设研究与实践”（编号：SJGZ20200047）;2021年度黑龙江省教育科学规划重点课题“基于数字孪生PLM智能制造实训平台的CAPP教学研究与应用”（编号：GJB1421036）;哈尔滨工业大学教学发展基金项目（课程思政类）“工程训练”（编号：XSZ20210028）
作者简介：潘旭东（1977-），男，汉族，四川成都人，博士，教授，研究方向：信号检测与处理，教育信息化、人工智能技术。
通信作者：林森（1985-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，学士，工程师，研究方向：机械自动化、双创教育。
关键词：发展方向;新工科;工训;课程体系
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）25-0006-05
Abstract： The Harbin Institute of Technology makes use of its disciplinary advantages to carry out innovative reforms and proposes a series of new development directions aimed at cultivating the comprehensive qualities of contemporary university students. Base on the original engineering training， the Mechanical Manufacturing Basic Course and the teaching system are constructed to realize the integrated training of knowledge， ability， practice and innovation. All kinds of college students subject competition projects， college students innovation and entrepreneurship plan pull the whole process of training， through the "ability superposition" to achieve the transformation of knowledge to ability， so that students' quality and ability can be further demonstrated.
Keywords： development direction; New Engineering; engineering training; curriculum system
在“大众创业，万众创新”[1]和《中国制造2025》实现制造强国的战略目标[2]的时代背景下，哈尔滨工业大学工程创新实践中心（以下简称“工创中心”）于2017年6月成立，由机电工程学院牵头，将原有工程训练中心、大学生机械创新与创业实践中心、国家级高端装备虚拟仿真实验教学中心进行资源优势整合，秉承以培养学生为中心，多元融合为特色、创新创业为导向的教学理念，在保持原有工程训练精品课程的基础上，将当前最前沿的技术、先进设备、独特的教学方法融入其中，加强学生科技创新，思维创新，实践创新的综合能力。
课程设计上寻求新理念、新思想、新方法、新内容、新元素、新质量，划分多个脉络实践模块，每个模块设计一个综合样件，原则上建议学生跨专业组队（充分发挥各自特长），根据作品加工步骤选课，最终根据完成度，完成质量确定教学学时并分配相应考核学分，这样的方法既满足因材施教的教育理念，也促进了学生的个性化发展。
一、新元素新制造
（一）打造智能化制造平台
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛运用于自动化生产线中，桁架机械手是运用最为广泛的一种，能够实现自主控制、可重复编程、多自由度、多功能、多用途的操作机。并能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业，提高了设备的自动化水平，极大地改善了设备的电器性能。
1. 设备的改造升级
工创中心在保留部分传统数控车、数控铣、加工中心等设备，以便进行传统数控教学外，其他均进行改装升级，数控车床改装伺服主轴、中空液压卡盘、液压尾座，增加第三轴、激光对刀仪等部件;加工中心增加四轴、五轴，光栅尺等，使加工性能和可工作范围得到增强。并在设备中综合应用示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等（如图1），用以辅助数控设备完成工件自动装夹卸取、工件掉头、工件加工精度检测、加工表面打磨抛光等工序，使机械手与设备更好地实现机械化和自动化的有机结合。工创中心推行此方案可将多台、多种类数控机床串联成小型生产线，使之达到1+1>2的效果，形成具有高集成性、多功能性、延展性，符合现代化标准的先进数字制造体系。
此外，中心的每台机床内部加装高清摄像头，外部加装示教显示器（如图2），當机床运动时，学生可以通过屏幕清楚地看到刀具的运动轨迹、加工路径及在加工过程中材料产生的变化，让学生更加直观、清晰的对数控加工产生认知，从而提高学习兴趣，达到事半功倍的效果。
在实操环节中，指导教师只需要对学生进行编程控制指导，学生就可以进行全功能、自动化、智能化的加工实践。不仅在减轻劳动强度，改善作业条件的同时，还提高学生对精密制造、先进制造的认知，开阔视野，从思想上完成制造到智造的过渡，更通过机床的使用，锻炼了实践能力、编程能力、控制能力，为学生带来知识+实践+能力的全新学习体验。
2. 引进先进设备
工创中心先进制造部，新引进多台沈阳i5系统全功能型数控机床，智能仓储机器人，及智能工厂云管理体系;更研发搭载相应的智能操作终端[3]，使其与机床操控系统相连接，在生产规模较大的场合可以将设备系统与主控计算机联网，利用其操作简单，可靠性高等优势，实现“集中管理，分散控制”，使部门的综合加工能力、科研能力、教学能力进一步增强。 （二）创新型个性化样件
部门还配备金属激光切割、电火花线切割、激光内雕机、等离子切割等多种先进机床，在此基础上，学生可以通过指导教师的讲解、演示，并加之数控车床、加工中心的综合运用，充分发挥自己的想法，创意，开动脑筋，制作具有实用性，美观性的个性化作品，最后由指导教师根据完整性，复杂性给出考核评分。
如车铣复合加工的国际象棋、加工中心的指尖陀螺（如图3）;激光雕刻的笔筒、激光内雕的水晶摆件等（如图4），使学生在学习知识的同时寓教于乐，提高学习兴趣，让传统课堂变得内容丰富，更容易开展各种探索性实验，给了学生更多的学习、创造空间。
二、虚辅实操的焊接工艺
（一）虚拟仿真的优势
虚拟焊接仿真实训及其实训室已然成为工训教育领域焊接专业实训的主流形式，开创了该领域新的、更为高质高效的教育新模式。在完成正常焊接作业的同时，实现了多媒体与焊接专业理论知识的同步教学。将抽象的概念情景化、可视化，更可模拟不可及的极特殊空间环境，实现科研向教学的高度转化，补充了不易开展的实际教学内容。
（二）虚拟仿真的应用
工创中心秉承着以学生为中心的教学理念，利用先进的教学手段，运用教与学互动演练模式，提高教学效果。组建了H2-VR全息实训室，AR增强现实实训室，焊接机器人实训室，架构了“教、学、做”一体化教学模式[4]。在教学方式上，教师可以将终端屏幕及操作内容实时同屏向学生演示，通过全息台多角度观看，直接在自由的空间操作交互。在实践操作教学中，采用让学生先进行虚拟仿真模拟实操、AR（增强现实）技术进行焊接工艺和工件追踪的训练，最后进行传统焊接的实操训练与焊接机器人使用的训练，其目的是，使学生在知识上有循序渐进，操作上由浅入深的过程。
仿真系统会记录学习者的整个学习过程，生成测评报告，并有针对性地对学习者的焊接速度、喷嘴高度、焊接角度等各方面进行指导。同时对每项训练系统会自动规划焊接路径、步骤、方法，学生参照并完成相应的模拟实训，在达到规定的分数后，方可进行现场实操训练，这样最大程度规避教师现场一对多的操作教学，学生靠观看学习，难以保证教学质量的问题。同时避免了学生误操作带来的安全隐患，保证学生的安全，提高了学生掌握知识的全面性，高效性，加深对科目的重点、难点的认知度。利用虚拟现实技术实现了教育各个阶段的高度融合，颠覆了传统教学理念，教学方法，相对于纯粹的仿真焊接技术，沉浸感更强，交互度更高，对提高学生学习兴趣、积极性和技能提升都更有优势。让学生尽早了解专业学术发展动态与前瞻性前沿问题，开阔了学生的学术视野，陶冶了学生的专业素养，了解了最新的科技成果。
三、融合3D技术的新铸造
近年来，随着3D技术的不断发展，以其为代表的新科技、新技术为制造业带来了又一次的变革。其基于数字模型，使用粉末金属或塑料和其他黏合材料，通过逐层打印的方式构建模型。而逆向工程的快速发展，又为产品创新、外形改进优化的3D打印技术提供了大批量成型复杂空间曲面结构零件的机会。
（一）逆向工程的应用
三维扫描是逆向工程中最重要的方法，其主旨将获得的数据，进行编辑，获得该物体的空间数据，可以生产出同样的物体[5]。逆向工程的广泛应用，打破了设计与制造之间的壁垒，通过数字化阶段的工作可较准确地评估产品的外观、功能、性能是否满足设计要求，与传统的制模工艺相结合，制造出所需的模具。工创中心购置多台三维扫描仪，学生可亲自动手操作，对已有物体进行样品扫描，采集数据，生成空间图形，更可通过仪器对人脸进行识别，生成面部轮廓。从而使教学方式更加多样性，灵活性，开拓学生创新思维，满足学生新奇，独特的想法，实现数字化向实物产品的转化，降低了成本，节约了时间，进而调动学生主观能动性，提高课堂教学质量。
（二）3D打印技术与精密铸造
工创中心配备光敏树脂、腊模、FDM打印机等（如图5），在传统铸造工艺教学中充分融合其工艺特点，打破传统铸造模型加工复杂，工作环境差的弊端，通过逆向工程与3D快速成型技术的综合运用，使一些结构复杂、难以实现的零件结构，通过3D打印直接实现，使加工变得简单。教学中由学生自主设计模具，通过三维建模，打印模具，最后制作砂型，浇筑完成作品（如图6），将想法变成现实。既锻炼了学生三维绘图能力、软件操作能力，实践动手能力，也激发了学生的想象力，创造力。在传统铸造工艺中创新地加入科技元素，培养学生多方向的兴趣，让每一个学生都能接触到工程训练中的最新技术，充分了解并运用前沿科技。
四、线上、线下并进的新工训
（一）基于MOOC学习平台的金工实训
MOOC（Massive Open Online Courses，大规模开放在线课程，将简称慕课）是以网络为基础，很多人共同参与的在线课程，它是一种将分布于不同地域的授课者和学习者通过某一个共同的话题或主题联系起来的授课方式，因其大规模、开放及在线等特点，成为新媒体技术下的教育新模式[6]，课前将课堂所要讲授的课程按照教学计划，分加工步骤划出重点、难点及注意事项，提前做好相关视频，让学生课前对相应的实习工种有大概的了解;上课时，各工种指导教师针对易错环节同步演示，针对重点、難点讲解，极大地提高了课堂学习效率。
将MOOC技术平台，引入传统金工实训（车工、钳工、铣工、磨工等），是工创中心一次创新尝试。课程通过图片+文字+视频演示的方式，多角度、全方位、立体化调动学生积极性，培养兴趣，打破了传统金工实训课堂枯燥的学习氛围，从思想上让学生从被动灌输型向主动学习型过渡。
（二）基于二维码技术的学习过程
二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术，极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，为管理的科学化和现代化提供了平台。借助其“资料储存量大”“资讯随着产品走”等特点，将金工实训中各工种工艺数据，操作流程及注意事项以二维码的形式逐一体现（如图7），学生无需下载新的App，在指导教师对课程讲解后，对所实习工种不懂的加工环节可以直接利用手机图像识别，点击查看，使学生更直观地进行学习，轻松地了解流程技术参数，符合当前人们通过手机学习的做法，更可保存，反复学习，加深了认知程度，极大地提高了便利性和用户体验效果[7]。 （三）多工种融合的创新作品
传统金工实习，不同于先进制造，由于其设备加工能力的约束，对单一工种来说，学生的考核样件就显得过于简单，因此在满足独立工种考核要求的基础上，采用多工种协同合作，创新考核，从技术上弥补单一设备的加工工艺局限性，通过多种设备的综合利用，指导学生作品向多样性、实用性、创新性方向发展，发散想象力，提高实际动手操作能力，使学生达到交叉学习，互惠互通的目的，全面调动学生学习积极性，增加学习兴趣，提高学习主动性，让学生从学习的接受者转变为探究者。
1. 钳工+车工：在满足教学任务的前提下，钳工不再制作样式单一的金工锤，经过实践研究，增加车工工艺流程，部门创新提出多种形式的工艺锤，如：羊角锤、逃生锤、多用锤、球头锤等，增加作品的美观性和多样性。
2. 车工+铣工：在原有加工锤柄的基础上，为学生增设新的创意方案，组合式蜡烛台，手电筒（如图8），圆珠笔外壳，酒杯等，保证学生没有遗漏的知识点，同时达到活学活用的目的，也使得样件增加了实用性、趣味性。
五、TRIZ+竞赛+创新创业的综合培养
合并优势资源，在哈工大大学生机械创新与创业实训中心的基础上组建创新创业实践部，坚持“以赛促学，以赛促教，以赛促改，以赛促用，以赛促建”的理念，引领学生走进科创的大门，以提高学生能力为核心，适应大数据、人工智能等技术发展，构建以学习者为中心的教育常态，建设满足项目式、模块化教学需要的教学团队，积极有效开展教育教学，提高人才培养质量。
（一）开设TRIZ创新课程
将TRIZ的创新理论和方法体系引入课堂，让更多学生从不同角度看到创新的魅力，从而打开学生的创新思路，开拓应变思维，打破创新中遇到的瓶颈、难题，加快了学生创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品，真正做到有的放矢。
我们的教育理念是不仅教育学生学习好知识和方法，更要引导学生会用知识和方法解决具体问题，在解决问题中有目的地学习新知识，从而锻炼和提高解决复杂问题的能力，当学生习惯了研究问题，喜欢研究问题，慢慢就会不断尝试解决新问题，敢于挑战更难的问题，也就会形成创新意识。同时，注重启发式教学，鼓励学生提问和讨论，培养学生的问题意识，培养学生尝试探索的冲动，促使学生积极思考，不断发现问题、提出问题、分析问题，在解决问题的过程中实现创新[8]。
（二）构建全方位育人体系
基于创新实践与工程训练的人才培养模式（如图9），贯穿大学四年，大一学年，以全国大学生机械产品数字化设计大赛为导向的年度项目，通过科协与大一学生会的协助，开展“学长带你做创新”等一系列课程，突出创新意识和创新思维的培养，带领同学从基础开始入手，激发创新兴趣。大二学年，以仿生机器人的创新制作为课题，综合运用机械和电控的结合，中间穿插电控类、编程类、视觉类等学科竞赛，综合提高学生的整体创新能力。大三学年，在工程训练培养实践动手能力和创新能力的基础上，组织参与更高层次的综合竞赛，创业实践，形成竞争实力强的创新团队，如全国大学生互联网+大赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力大赛等。大四学年，结合毕业设计，指导学生对以往三年的创新成果进行产品、专利的转化，进而推向市场，孵化自主创业项目。
部门开设机械创新实践课程，VEX竞技机器人课程，组建格斗机器人队、3D打印协会等多个学生社团，旨在从创新技术层面开始，以“创意、创新、创造、创融、创业、创富、创未来”的七创理念为基础，以实际需求为导向，学科竞赛为目标，启发学生的创新思维，让学生在有限的条件下进行产品创新设计，在承接工程训练的基础上，带领学生从全局纵观，从本质出发，逐步了解产品设计理念、项目管理等内容，最终根据各学生竞赛的要求，完成相应原型机制作参加答辩。锻炼学生的专业核心技能、提高学生动手操作本领，引进新技术、新技能，促进产教融合，引导更多学生投身科技创新。
六、结束语
工程创新实践中心秉承“规格严格、功夫到家”的校训，坚持以教育为根本，创新为基础，融合为理念，竞赛为驱动，立足学生核心素养培养，紧密结合国家教育战略发展趋势，为学生提供“五位一体”的新工训模式，实现新工科、新工训、新体系建设，引领带动课程结构调整优化和内涵提升，做强主干工种，融合工种特点，打造特色创新，合并学科优势，升级改造传统工艺，为社会培养具有创新能力的创造者、创业者，为培养新型创新人才，建設创新型国家和人才强国战略提供有力服务。
参考文献：
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[2]郑国伟.《中国制造2025》解读与体会[J].制造技术与机床，2018（9）：7-8+130.
[3]曾昭阳，彭博，李家新.大学生创新创业教育实践基地建设的研究与实践[J].课程教育研究，2017（43）：52.
[4]高党寻，姚启明，王龙兵，等.弧焊机器人实践教学设计[J].电焊机，2015，45（12）：155-157.
[5]傅骏，魏继业，谯攀，等.单件铸钢件艺术品的快速熔模铸造实践[J].铸造技术，2016（11）：2491-2493.
[6]王洁.浅谈“慕课”在中学教学中的应用[J].管理观察，2017（2）：128-130.
[7]任勇，潘旭东，等.基于学习兴趣驱动的创新型训练模式研究实践[J].中国现代教育装备，2019（15）：33-34+37.
[8]华尔天，计伟荣，吴向明.中国加入《华盛顿协议》背景下工程创新人才培养的探索与实践[J].中国高教研究，2017（1）：82-85.
基金项目：教育部产学合作协同育人项目“2019年教育部产学合作协同育人项目-新工科大学创新教育与实践建设”（编号：Ceduech-XKY-03）;2020年度省级高等教育教学改革重点委托项目“基于校企协同育人的工程创新实训基地建设研究与实践”（编号：SJGZ20200047）;2021年度黑龙江省教育科学规划重点课题“基于数字孪生PLM智能制造实训平台的CAPP教学研究与应用”（编号：GJB1421036）;哈尔滨工业大学教学发展基金项目（课程思政类）“工程训练”（编号：XSZ20210028）
作者简介：潘旭东（1977-），男，汉族，四川成都人，博士，教授，研究方向：信号检测与处理，教育信息化、人工智能技术。
通信作者：林森（1985-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，学士，工程师，研究方向：机械自动化、双创教育。