“四維一體”漸進式自動化專業實踐教學體系建設

馬修水， 何小其， 鐘偉紅， 吳飛青， 關宏偉， 葉凌箭

(浙江大學 寧波理工學院, 浙江 寧波 315100)

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“四維一體”漸進式自動化專業實踐教學體系建設

馬修水， 何小其， 鐘偉紅， 吳飛青， 關宏偉， 葉凌箭

(浙江大學 寧波理工學院, 浙江 寧波 315100)

實踐教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力有著特殊的作用。目前，實踐教學基本上以課程實驗為主，綜合性和設計性實驗偏少，專業綜合實訓更少，需進一步深化，產業實踐處于起步探索階段。本文介紹了自動化專業課程實踐教學、專業綜合實訓、科研訓練和產業實踐“四維一體”漸進式全學程的實踐教學體系建設架構，從工程教育國際化視角進行頂層設計、師資隊伍建設、校內外及產學研結合立體化工程實踐平臺建設、教學與科研一體化建設、實踐教學質量管理和質量保證體系建設等方面闡述主要建設內容和建設成效。經過幾年探索和實踐，其研究成果獲得了省、市級教學成果獎，自動化專業也獲批為省、市級特色專業。

自動化； 課程實踐； 專業實踐； 產業實踐

0 引 言

我國高等教育法明確規定,高等教育的基本任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。理論源于實踐,創新來自實踐,實踐是培養學生創造力的最直接、最有效的方式[1-3]。實踐教學是高等學校教學工作的重要組成部分,實踐教學和理論教學是本科教學相互支撐的統一體系。實踐環節是實踐、驗證和發展理論的關鍵；實踐教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力有著特殊的作用。

雖然高校都非常重視實踐教學，但是，除畢業設計(論文)、畢業實習、課程設計外，基本上是以課程實驗(實踐)為主，且大部分課程實驗(實踐)內容主要是驗證性實驗，綜合性實驗和設計性實驗偏少[4-5]。對于專業內若干課程綜合的專業實踐，以及面向產業實際，以產業工程項目或產品研發為案例的集技術、銷售、管理、財務等于一體的產業實踐項目更少。總體上來說，目前大學生的實踐教學活動基本上處于課程實踐層次上，專業綜合實踐有待進一步深化，產業實踐尚處于探索階段[6-7]。由于大學生的教學實踐活動不足，以致于學生綜合素質低，創新精神和創新能力不足，實際動手能力差，最直接的表現是其工程能力不能滿足用人單位的需求[8-9]。為了改變目前的狀況，必須進行實踐教學模式、教學內容改革，堅持以學生為主體的理念，以實踐教學模式、教學內容和教學方法改革為切入點，重點強化綜合性實驗和設計性實驗，提升學生實踐活動層次，完善和強化專業綜合實踐，開拓產業實踐。本文以我校自動化專業實踐教學體系建設為例，介紹以課程實驗(實踐)為基礎的實驗教學，以若干門專業課程知識綜合運用為主要內容的專業實訓，以培養創新能力和工程綜合能力為目標的科研訓練和產業實踐。從人的認知規律出發，探索并實踐了實驗教學、專業實訓、科研訓練和產業實踐“四維一體”的漸進式、全學程實踐教學體系。

1 “四維一體”漸進式實踐教學體系總體架構

“四維一體”漸進式、全學程自動化專業實踐教學體系總體架構如圖1所示。由圖1可見，從縱向來看，該架構圍繞專業人才培養目標，對課程的實踐(實驗)教學、專業實訓、科研訓練和產業實踐四個維度確定了由簡單到復雜、由淺入深、課內外相結合、四年不間斷漸進式一體化的人才培養過程。在橫向來看，圍繞課程的實踐(實驗)教學、專業實訓、科研訓練和產業實踐四個維度制定了與其相適應的能力結構、實踐平臺和師資隊伍要求，構成了縱橫交錯立體化實踐教學體系。該體系符合人的認知規律和人才培養規律，較好地實現了理論教學與實踐教學的相互支撐，課內外的相互補充以及產學研的有機結合，能夠充分地發揮學生的主體作用，對培養學生的創新精神、創新能力和工程綜合能力有明顯的作用。

圖1 “四維一體”漸進式全學程實踐教學體系總體架構

(1) 課程實驗(實踐)教學。課程實驗(實踐)教學主要包括：基礎性實驗，如大學物理實驗、電工和電子基礎實驗、辦公自動化軟件等；拓展性實驗，如專業基礎課、專業課實驗，課程設計等；提高性實驗，如課程大型綜合設計，課程研究性實驗。實驗教學主要是培養學生綜合應用知識能力和綜合實驗能力，需要構建大學物理、電工、電子、計算機基礎等公共實驗資源平臺，建立穩定的專業課、專業基礎課程教師隊伍。

(2) 專業實訓。專業實訓主要包括：初級實訓，如金工實習、自動化系統認知實習等；中級實訓，如電子技術基礎應用實訓、單片機原理及應用實訓、電力電子技術應用實訓、傳感器與檢測技術應用實訓等；高級實訓，如專業綜合課程實習，綜合自動化實訓等。專業實訓主要是培養學生工程綜合實踐能力，需要構建電力電子技術、傳感器與檢測技術、電機及拖動、單片機原理及應用、嵌入式系統設計及應用、自動化儀表和過程控制系統等專業實踐平臺，需要建立一支理論與實踐相結合、專職與兼職相結合的教學團隊。

(3) 科研訓練。科研訓練主要包括：學生參加教師的科研項目鍛煉，各級各類大學生科研項目立項、參加各級各類大學生學科競賽活動等。科研訓練主要是培養學生科研素質、應用開發和研究能力、創新實踐能力、創新思維能力，需要構建與學科建設相結合的科技創新平臺，具備一批理論基礎扎實，科研能力強的專兼職師資隊伍。

(4) 產業實踐。產業實踐主要包括畢業實習、畢業實踐、大學生“挑戰杯”創業設計計劃比賽、大學生創業孵化項目、企業提供的實際研發課題、技改項目等。產業實踐主要是培養學生的創新意識、創新能力以及工程綜合實踐能力、經營和管理能力，需要構建與產業密切結合的行業實踐平臺，校企合作實訓平臺等，具備一批理論基礎扎實、科研能力強、理論與實踐相結合的專兼職師資隊伍，特別需要有豐富工程經驗和一定管理經驗的企業工程師參與人才培養。

2 主要建設內容

2.1 構建“四維一體”漸進式實踐教學體系

在研究本專業國內外發展現狀及趨勢的基礎上，從人才培養模式改革、課程體系優化及精品課程建設、教育教學研究、實踐能力培養、規范化管理、師資隊伍建設等方面構建了與學生學習基礎、能力、興趣、學習習慣相適應的人才培養體系，根據教育部電子信息與電氣工程類專業《工程教育專業認證標準(試行)》的要求，按照工程教育專業認證的規范要求修訂完善教學計劃和教學大綱[10-11]。按照課程實踐、專業實踐、產業實踐循序漸進的實踐教學體系建設規劃，構建了“實驗教學、專業實踐(實訓)、科研訓練、產業實踐”四維一體的漸進式、4年不間斷的全學程實踐教學體系。通過頂層設計，從宏觀上把握專業發展的方向，從微觀上把握專業建設的細節。

在頂層設計的基礎上，將實踐教學體系建設的內容及目標融入到教學計劃中。具體地說，在制定教學計劃時，圍繞服務區域經濟，優化專業人才培養模塊，積極開展“雙證書”(畢業證書、職業資格證書)教育。幾年來，根據寧波區域經濟發展的特點，以社會需求為導向，結合學生的基礎條件、職業規劃，設置相應的專業模塊以滿足人才需求的多樣性、層次性以及教學資源高效綜合利用的需要。如2009-2011級教學計劃中，自動化專業設置機電系統控制、過程控制和自動化儀表與裝置3個專業模塊，學生可以根據自己的特點選擇專業方向。2011和2014年再次修訂教學計劃，為了強化專業特色，將原來的3個專業模塊優化為過程控制和自動化儀表與裝置兩個模塊。

在制定教學計劃過程中，以培養應用型人才為目標，積極開展“雙證書”教育。實施過程中，選擇在行業內有較高知名度和社會認可度，并能反映本專業技術應用能力水平的職業資格證書為導向開展“雙證書”教育，如與飛思卡爾公司合作建立“飛思卡爾嵌入式系統實驗室”，重點開展相關的職業資格證書培訓，大學生學科競賽集訓等。通過將學歷教育與職業教育相結合，實現雙證融通，提高學生的就業競爭力。

2.2 建立師資隊伍

根據專業人才培養目標和教學計劃，圍繞“信號檢測、處理、控制及實現”這條主線，在建立課程小組的基礎上，將若干門專業基礎課、專業課組合成立了機電系統控制課程群、過程控制課程群、自動化儀表與裝置課程群，每個課程群均有專人負責，定期開展教學研討，在合作和交流中發現問題、分析問題、解決問題。通過課程群的建設，理清了課程之間的知識銜接，教師之間可以優勢互補，提升了師資隊伍的整體水平。同時，在交流中，發現師資隊伍的不足，通過頂層設計，從全局考慮引進學科帶頭人、培養中青年骨干教師、聘請企業工程師擔任兼職教師以及聘請專家名師來校做學術報告等，最大限度地配置師資資源，優化教學團隊，初步形成了知識結構、年齡結構、能力結構、學緣結構合理的教學團隊。幾年來，自動化專業引進教授3人，聘請金田銅業集團、鎮海煉化、東方電纜股份有限公司、舜宇集團有限公司等知名龍頭企業教授級高工3人、工程師4人擔任兼職教師，解決專業實踐、產業實踐師資不足的問題。此外，還選派5名青年教師到企業實踐鍛煉，通過引進、培養、優化等方法，不斷提高教師的素質和水平，1名青年教師列入浙江省省級人才培養計劃，2名青年教師進入寧波市人才培養計劃，“信號檢測、處理及實現系列課程”教學團隊獲得浙江省優秀教學團隊。

2.3 構建立體化工程實踐平臺

幾年來，建立了校內課程實驗、專業實踐平臺7個，校內學生科研及學科競賽平臺4個，校企共建寧波市創新團隊、校企共建工程研究中心、企業實習實訓平臺等工程實踐平臺11個，基本上形成了實驗資源平臺、專業實踐平臺、科技創新平臺和行業產業工程平臺等校內外相結合、產學研相結合的立體化工程實踐平臺。具體為：

(1) 實驗資源平臺。實驗資源平臺包括學校工程訓練中心、學院電工電子實驗中心等，主要是為學生提供學習實驗技能、完成課程實驗、課程設計、畢業設計等實驗教學服務，也為實踐教學過程中綜合性實驗、學生自主設計的設計性實驗、科研技能訓練、教師科研、學生學科競賽等提供支持。

(2) 專業實踐平臺。專業實踐平臺包括自動控制理論及應用實驗室、電機及拖動技術實驗室、現代檢測技術實驗室，虛擬儀器實驗室、電力電子實驗室、嵌入式系統及應用實驗室、PLC實驗室、過程控制實驗室等，主要是為學生專業課程實驗、設計性實踐、科研技能訓練、課程設計、專業綜合實訓、畢業設計等教學活動服務。

(3) 科技創新平臺?？萍紕撔缕脚_由大學生學科競賽和科研創新立項兩部分組成。我校涉及自動化專業學科競賽有：飛思卡爾智能汽車比賽、“挑戰杯”大學生創業設計計劃比賽、電子設計競賽、虛擬儀器設計競賽和嵌入式系統設計競賽等。科研立項包括浙江省大學生科技創新新苗計劃項目、學校大學生科研立項、學院大學生科研立項、學生參與教師科研項目等。圍繞大學生科技創新活動，學院設立了相應的實驗平臺，并給予一定的經費支持。通過組織學生參加各級各類學科競賽和參與教師的科研，有效地提高了學生綜合應用知識的能力以及在項目研發、設計等方面的工程能力和創新能力[12-13]。

(4) 行業產業工程平臺。行業產業工程平臺主要是在企業建立實習、實訓基地，校企共建工程研究中心，聯合組建創新團隊等方式來實現。幾年來，自動化專業與鎮海煉化建安公司合作建立企業實訓基地，選派學生赴公司圍繞化工過程自動化進行產業實踐，在產業實踐過程中，除企業提供經驗豐富的工程師進行指導外，還提供一定的經費支持。通過產業實踐，企業選拔優秀學生留用，縮短企業新員工入職培訓時間，實現校企雙贏。與金田銅業集團合作，選派學生參加廢雜銅冶煉生產過程產業實踐。通過產業實踐了解企業生產過程、系統運行、工藝設備情況，進行檢測、建模、控制、優化等系統設計和運行的實踐訓練，培養學生在規范設計、安全、質量、節能減排等方面的工程素養。與寧波東靈空調水暖配件有限公司合作共建新閥門與電動執行機構工程中心，不但自動化專業的學生參與專業的工程實訓，而且工業設計專業的學生參與產品開發有關的產品外觀設計，研發的防火排煙閥已成功在企業應用，獲得3項專利，并取得了500多萬元的經濟效益。與寧波東方電纜股份有限公司共建寧波市海纜系統研發及產業化創新團隊，與舜宇集團有限公司共建精密儀器研發及產業化創新團隊，學生進入創新團隊參與教師的科研項目，培養分析問題、解決問題和工程實踐能力。

2.4 教學促進科研，科研反哺教學

隨著實踐教學體系建設的深入，理論與實踐的融合，尤其是專業實踐和產業實踐更需要有理論指導，激發了教師開展教學研究和科學研究的內在動力，促進教師提高理論水平，提高了教師的教學科研水平。隨著教師教學科研水平的提高，教師的基礎理論知識更加扎實，思路更開闊，有力地促進了科研水平的提高，承接高水平的科研項目的能力增強，產學研合作的層次進一步提升。近4年，我校自動化專業教師主持承擔了國家863目標導向類項目子課題1項，國家自然科學基金項目4項，國家星火計劃項目1項，國家海洋局重大公益性攻關項目子課題1項，國家海洋局產業化攻關項目子課題1項，浙江省自然科學基金項目4項，寧波市重大攻關項目4項，寧波市自然科學基金項目14項，企業橫向委托科研項目30多項。2013年人均科研到位經費近30萬元，教研經費近4萬元。由于科研水平的提高，教師的教學案例更加豐富，學生參加教師科研項目鍛煉的機會增加，學生的專業實踐和產業實踐的機會更多，內容更充實，有力地提高了學生的工程實踐能力。初步實現了教學促進科研，科研反哺教學，教學與科研良性互動的局面。

2.5 構建了實踐教學質量管理體系和質量保證體系

為了確保實踐教學體系建設目標的實現，學校成立了實踐教學體系建設領導小組，由校領導掛帥，教務、科研、人事、學工、財務、院系等部門領導參與，從人、財、物、績效考評等方面齊心協力，為實踐教學體系建設提供保障。幾年來，制定了“青年教師實踐能力培養辦法”、基于實踐教學的“教學質量評價辦法”、修訂了“教學工作量計算辦法”。同樣，學院、研究所(系)在學校有關管理辦法的基礎上，結合自身的實際情況制定或細化了有關管理細則，如信息學院和自動化研究所制定了“學生第二課堂管理規定”、“教學團隊管理辦法”、“IT人才基地項目管理辦法”等一整套行之有效的管理辦法，為實踐教學體系建設提供激勵和保障措施。通過一系列的措施，建立了課內外、校內外、產學研合作緊密結合的，優勢互補的實踐教學質量管理和保障體系。

3 建設成效

3.1 人才培養質量穩步提高

“四維一體”全學程自動化專業實踐教學體系建設在我校自動化、電氣工程及其自動化專業取得了明顯的成效。畢業生被鎮海煉化等國內500強企業團購，在世界500強和國內500強企業就業人數逐年增加，學生一次就業率和就業質量逐年提高。近5年，學生獲得各級各類科研立項100多項，其中，國家級創新創業訓練計劃項目4項，浙江省新苗計劃立項4項，學生參加學院、寧波市、浙江省、全國學科競賽獲獎60多項，其中省級以上獎勵40多項，發表論文18篇，授權專利4項。以2012級學生為例，學生考取研究生的比例達13.9%，學生參加各級各類學科競賽、科研立項、教師科研的人數達到70%以上，其中，獲得校級以上學科競賽獎勵的人數超過30%。

3.2 專業實踐和產業實踐成效明顯

通過建設校內實驗室、學科競賽平臺，與企業共建實訓基地、共建創新團隊、共建企業工程中心、就業實習基地等，專業實踐和產業實踐內容與寧波市的產業緊密結合，并在有關企業應用取得一定的經濟效益。專業學生在鎮海煉化、吉利汽車、金田銅業等骨干和龍頭企業實訓和就業的人數逐年提高，《中國青年報》等有關媒體曾多次報道。

3.3 建設成果具有較好的示范影響

(1) “四維一體”漸進式、全學程自動化專業實踐教學體系建設項目獲得了寧波市教學成果二等獎。成果參與申報浙江省教學成果獎獲一等獎，實踐教學體系建設中重點建設的檢測技術與儀表、單片機原理及應用、系統工程導論、電力電子技術、過程控制工程、自動控制理論等課程取得顯著的階段性的成果，如“檢測技術與儀表”課程建設獲得寧波市教學成果二等獎[14-15]，編寫的《傳感器與檢測技術》教材獲得省級教學成果二等獎，國家精品教材，電子工業優秀教材一等獎，國家“十一五”、“十二五”規劃教材?！皢纹瑱C原理及應用” 課程獲得寧波市教學成果三等獎。近5年，專業教師發表教育研究和教學改革方面論文30多篇，承擔各級教學研究項目40項，獲校級及以上教學成果獎18項，“信號檢測、處理及實現系列課程教學團隊”獲浙江省優秀教學團隊，也是浙江省獨立學院僅有的兩個省級教學團隊之一。

(2) 課程建設取得一定的成效。近5年，獲得浙江省精品課程1門，校級精品課程2門，校級核心課程3門。圍繞課程建設，編寫教材18部，其中，國家“十一五”規劃教材2部，國家“十二五”規劃教材1部，機械工業“十二五”規劃教材1部。

(3) 成果的推廣應用成效明顯。首先，建設成果在校內工業設計專業“傳感器技術及應用”、“單片機原理及應用”課程教學中應用，在化學工程類“化工儀表及自動化”、“過程控制基礎”等課程教學中推廣應用[16-17]。其次，教學理念、教材等成果在寧波市本科、高職、中職學校自動化類專業均有推廣應用。再次，通過發表論文、編寫教材，舉辦會議交流等形式，在國內很多高校推廣應用。如《傳感器與檢測技術》教材在國內100多所高校使用，通過《中國引文數據庫》檢索，截至2013年5月，共被引用377次，其中他引369次，自引8次。發表的部分教育教學研究論文，通過《中國引文數據庫》檢索，截至2012年11月，共被引用148次，其中他引118次，自引30次。

4 結 語

本文結合我校的特點，系統地介紹了自動化專業課程實踐教學、專業綜合實訓、科研訓練和產業實踐“四維一體”漸進式全學程實踐教學體系建設架構、主要建設內容和建設成效。經過幾年的探索和實踐，其研究成果除獲得省、市教學成果獎外，自動化專業也獲批為寧波市和浙江省特色專業。

[1] 劉亞松，魏景光. 獨立學院實踐教學面臨的問題及對策[J].實驗室研究與探索，2013,32(6):368-370,393.

[2] 于 偉. 德國應用科技大學的實踐教學對我國應用技術大學改革試點的啟示[J].科技視界，2013(31):71.

[3] 沈雄威，仇潤鶴，孫培德，等. 電氣信息專業實驗教學改革研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2013,32(6)：145-147.

[4] 曲廣強，關曉輝，王建元，等. 學科競賽、畢業設計等實踐教學一體化的實施與創新[J].產業與科技論壇，2013,12(16):204-205.

[5] 劉禮鴻. 實踐教學的誤區及改革拓展方法[J]. 產業與科技論壇，2013,12(17):147-148.

[6] 劉 峰. 技能大賽對實踐教學的積極影響[J].現代教育，2013(18):89.

[7] 王永芬，趙緒永，郭宏偉. 工學結合模式下動物細胞培養技術課程實踐教學平臺建設[J].實驗室研究與探索，2013,32(6):440-442.

[8] 陳益林，馬修水，何小其. 應用型大學工程教育專業認證體系的構建[J]. 揚州大學學報(高教研究版)，2011(3):25-28.

[9] 陳國平，魏民祥. 基于CDIO的車輛工程專業實踐教學體系改革與實踐[J]. 科技視界，2013(31):10-11，33.

[10] 方永秋，王 赫. 理論課程與實踐課程的配置——從美國高等教育發展的進程分析[J]. 哈爾濱學院學報，2010(8):116-120.

[11] 馬修水，鐘偉紅，何小其，等. 區域創新體系中地方高校自動化專業人才培養體系探索與實踐[J]. 合肥工業大學學報(社會科學版)，2010，24(5):129-133.

[12] 鐘偉紅，葉凌箭，李 園，等. 基于學科競賽和專業認證的“虛擬儀器技術”課程教學改革與實踐[J]. 工業與信息化教育，2013(10)：44-46.

[13] 支雄飛，李英道，王鵬鴛，等. 獨立學院自動化專業大學生實踐教學調查與思考[J]. 安徽電子信息職業技術學院學報，2011，10(3)：92-94.

[14] 鐘偉紅，馬修水，關宏偉. 獨立學院“檢測技術與儀表”課程教學改革與實踐[J]. 合肥工業大學學報(社會科學版)，2010，24(3):152-155.

[15] 馬修水，孫 偉，劉蘇南. 自動檢測實驗教學改革和實驗室建設探討[J]. 中國高教研究，1999(6):74.

[16] 吳飛青，李林功，丁曉，等. “單片機原理與應用”課程教學改革探討[J]. 合肥工業大學學報(社會科學版)，2010，24(1)：96-99.

[17] 關宏偉,何小其,鐘偉紅,等. 過程控制課程群的建設與研究[J].合肥工業大學學報(社會科學版)，2009，23(5)：27-29.

Gradual Practical Teaching System Construction for Automation Profession Based “Four Dimensions Form Integration”

MAXiu-shui,HEXiao-qi,ZHONGWei-hong,WUFei-qing,GUANHong-wei,YELing-jian

(Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China)

Practical teaching makes a special effect in improving students' comprehensive diathesis, cultivating students' innovative spirit and practical ability. At present, the practice teaching needs to be further developed because it mainly depends on the course experiment, the number of the comprehensive and designable experiment is few and the comprehensive professional training is much less. Industrial practice is in the period of initial exploration. This paper introduces the practice teaching system which combines the courses for automation profession, comprehensive professional training, scientific research training and industrial practice together based on "four dimensions form integration". At the same time, this paper introduces the main contents and the achievements of the practice teaching system. These contents and achievements include top-level design of the engineering education in international perspective, construction of the teaching staff and the three-dimensional engineering practice platform for the combination of inside and outside of the university with the production-study-research, construction of the integration of the teaching and scientific research, quality management about the practical teaching and construction of the quality assurance system and so on. After several years of exploration and practice, the research achievements win the Zhejiang province and Ningbo city awards on the teaching achievements, and the automation profession is also approved by characteristic profession in the Zhejiang Province and Ningbo City.

automation; course practice; professional practice; industrial practice

2014-05-13

浙江省新世紀教改項目(yb2010084)；浙江省課堂教學改革項目(kg2013517)；浙江省特色專業(自動化，浙教高教[2014]110號)；寧波市特色專業(自動化，甬教高[2012]402號)；寧波市服務型教育重點建設專業項目(JSJZYQ-201043，JSJZYQ-201044)

馬修水(1963-)，男，安徽廬江人，博士，教授，自動化專業負責人，主要研究檢測技術與自動化裝置，精密儀器及機械，高等教育學。Tel.：13685891614，0574-88229503; E-mail： mxsh63@aliyun.com

G 642.0

A

1006-7167(2015)05-0150-05