面向“卓越計(jì)劃”的自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式

李愛(ài)蓮， 崔桂梅， 梁 麗

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

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面向“卓越計(jì)劃”的自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式

李愛(ài)蓮， 崔桂梅， 梁 麗

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

以培養(yǎng)“卓越應(yīng)用型工程師”為目標(biāo)，以教學(xué)內(nèi)容體系改革為核心，以教學(xué)方法改革為手段，以實(shí)踐教學(xué)改革為突破點(diǎn)，強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的的培養(yǎng)，并按專業(yè)培養(yǎng)方向針對(duì)性進(jìn)行改革實(shí)施。通過(guò)與企業(yè)深度合作，基于“大工程”觀教育理念進(jìn)行校內(nèi)流程工業(yè)綜合實(shí)踐平臺(tái)、實(shí)習(xí)平臺(tái)及校外實(shí)踐基地建設(shè)，按專業(yè)認(rèn)知、系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)集成的思路螺旋式培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，探索以“工程能力素質(zhì)培養(yǎng)為主線”的人才培養(yǎng)模式，辦出自己的特色，為同類院校相關(guān)專業(yè)建設(shè)和改革起到示范作用。

專業(yè)培養(yǎng)方向； 教學(xué)改革； 校企合作； 實(shí)踐平臺(tái)

0 引 言

2010年國(guó)家教育部啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的重大改革項(xiàng)目，促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó),促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)過(guò)程中企業(yè)的深度參與。我校已被批準(zhǔn)為第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)，自動(dòng)化專業(yè)為試點(diǎn)專業(yè)之一[1]。

1 改革的整體思路

自項(xiàng)目批準(zhǔn)之日起，專業(yè)精心制定了學(xué)生遴選與管理制度，進(jìn)行了自動(dòng)化10～12級(jí)學(xué)生的遴選工作。以培養(yǎng)“卓越自動(dòng)化應(yīng)用型工程師”為目標(biāo)，以教學(xué)內(nèi)容體系改革為核心，以教學(xué)方法改革為手段，以實(shí)踐教學(xué)改革為突破點(diǎn)，通過(guò)與企業(yè)的深度合作強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的的培養(yǎng)[2-4]，并按專業(yè)培養(yǎng)方向針對(duì)性進(jìn)行改革實(shí)施，探索以“工程能力素質(zhì)培養(yǎng)為主線”的人才培養(yǎng)模式，整體思路見(jiàn)圖1。

2 基于專業(yè)培養(yǎng)方向的教學(xué)方法改革

2.1 運(yùn)動(dòng)控制專業(yè)培養(yǎng)方向

選定小型賽車、機(jī)器人等為典型工程對(duì)象，全過(guò)程采用“工程對(duì)象教學(xué)法”，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生以微型機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)能力的進(jìn)階培養(yǎng)，以科技創(chuàng)新大賽引領(lǐng) “群眾性”科技創(chuàng)新活動(dòng)的開(kāi)展[5]。

(1) 著重進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)模塊課程整合，突出計(jì)算機(jī)編程能力的培養(yǎng)。

(2) 大力度進(jìn)行基礎(chǔ)模塊課程整合，突出電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

(3) 強(qiáng)調(diào)實(shí)踐應(yīng)用背景，進(jìn)行控制理論模塊課程整合，在工程應(yīng)用中開(kāi)展教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)控制、理解控制、學(xué)習(xí)控制，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制。

(4) 強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用，整合“微機(jī)原理”與“單片機(jī)”課程，突出實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)編程能力的培養(yǎng)。

最終工程對(duì)象教學(xué)法的成果為小型賽車、機(jī)器人等實(shí)物，為畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新活動(dòng)等綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生“工程能力素質(zhì)”的進(jìn)階培養(yǎng)效果見(jiàn)圖2。

2.2 過(guò)程控制專業(yè)培養(yǎng)方向

源于專業(yè)辦學(xué)積累、依托冶金行業(yè)背景，繼承基于“大工程”理念的人才培養(yǎng)思路，理論教學(xué)以流程工業(yè)主流科學(xué)技術(shù)為主線梳理教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)發(fā)具有冶金行業(yè)背景的豐富的工程教學(xué)案例，把加熱爐溫度控制、熱連軋板厚控制、卷曲張力控制具有典型代表性的案例，引入到“工程案例教學(xué)法”中， 完成了板坯連鑄連軋生產(chǎn)線核心技術(shù)和主要控制系統(tǒng)的剖析和學(xué)習(xí)，為以板坯連鑄連軋生產(chǎn)線為核心的流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)“大工程”自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。搭建多層次專業(yè)能力培養(yǎng)平臺(tái)，通過(guò)“課堂教學(xué)—實(shí)驗(yàn)—實(shí)訓(xùn)—工程培訓(xùn)(包括科技大賽)—實(shí)習(xí)”，多維度、交錯(cuò)融合、螺旋式全面提升學(xué)生的流程工業(yè)主流技術(shù)應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)工程應(yīng)用做到無(wú)縫連接。

圖2 專業(yè)能力素質(zhì)進(jìn)階培養(yǎng)示意圖

授課改革理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)打通，老師講授完某個(gè)知識(shí)點(diǎn)同步操作練習(xí)。實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，淡化理論考試，突出實(shí)踐能力的考核。經(jīng)“控制系統(tǒng)仿真”，“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”，“自動(dòng)化工程軟件”等多門(mén)課程實(shí)踐，效果良好。

3 構(gòu)建一體化、多層次、開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)體系

實(shí)踐教學(xué)強(qiáng)調(diào)校內(nèi)與企業(yè)相結(jié)合，形式多樣，注重構(gòu)建系統(tǒng)性培養(yǎng)，實(shí)踐教學(xué)體系[6-9]，見(jiàn)圖3。

3.1 用大工程觀透視工程教育存在的問(wèn)題

重構(gòu)應(yīng)用型自動(dòng)化專業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)—開(kāi)創(chuàng)基于 “板坯鑄軋生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程實(shí)習(xí)教學(xué)片”的“看中學(xué)”、“教中學(xué)”，并在已有校內(nèi)三個(gè)典型實(shí)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行模擬的“做中學(xué)”的實(shí)習(xí)新模式[10-11]。

由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備都是在大電流、高電壓狀態(tài)下運(yùn)行，為了安全，學(xué)生們只能遠(yuǎn)觀，不能靠近，更不能操作。因此，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式無(wú)法進(jìn)行詳細(xì)了解和分析。且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)工藝、裝備水平得到了飛速的發(fā)展，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式趨于數(shù)字化和信息化，學(xué)生難于了解“不可視”的現(xiàn)代化工藝過(guò)程和控制技術(shù)。以包鋼薄板廠國(guó)際領(lǐng)先的連鑄連軋生產(chǎn)線為背景，從連鑄連軋生產(chǎn)工藝介紹入手，深入剖析網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)講述系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過(guò)程，生產(chǎn)過(guò)程儀器儀表、電氣設(shè)備的類型及選型，典型環(huán)節(jié)的控制過(guò)程、控制規(guī)律及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后針對(duì)典型環(huán)節(jié)給出了豐富的設(shè)計(jì)案例，包括厚度控制、板形控制、卷曲張力控制、活套控制等，采用案例教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)自動(dòng)化主流技術(shù)的理解，縮小教學(xué)實(shí)踐與工程實(shí)際應(yīng)用的差距，并采用“請(qǐng)進(jìn)來(lái)、走出去”的校企結(jié)合方式有效解決了自動(dòng)化專業(yè)實(shí)習(xí)效果差的問(wèn)題。

圖3 實(shí)踐教學(xué)新體系結(jié)構(gòu)

3.2 構(gòu)建流程工業(yè)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)[12-13]

基于現(xiàn)有自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)條件，合理利用，并進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建設(shè)更具現(xiàn)代化生產(chǎn)特征的、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

將整個(gè)實(shí)踐平臺(tái)看作是一個(gè)工廠，各實(shí)驗(yàn)室是不同的車間，由小型控制系統(tǒng)組成的實(shí)驗(yàn)裝置就是生產(chǎn)裝置，整個(gè)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)控制的方式，建立由現(xiàn)場(chǎng)控制層、車間調(diào)度層、廠級(jí)管理層組成的典型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化模擬工廠，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室感受到現(xiàn)代化工廠的氛圍。平臺(tái)的搭建，促進(jìn)了以流程工業(yè)過(guò)程控制為背景的大型綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，有利于培養(yǎng)社會(huì)需求的工程技術(shù)人才。網(wǎng)絡(luò)化PCS實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)經(jīng)過(guò)2011～2013年3年的開(kāi)發(fā)與完善，完整的軟硬件教學(xué)體系用于面向企業(yè)自動(dòng)化主流技術(shù)的職前培訓(xùn)，經(jīng)自動(dòng)化09、10級(jí)學(xué)生實(shí)踐及就業(yè)競(jìng)聘回饋，獲得好評(píng)。

3.3 建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新與技能開(kāi)發(fā)平臺(tái)

建設(shè)“科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，購(gòu)置、設(shè)計(jì)搭建了由各類機(jī)器人、智能車組成的研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以及各種傳感器、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等常用設(shè)備和材料，以及電路板PCB加工、小型多功能機(jī)床等設(shè)備，用于實(shí)訓(xùn)和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，組建競(jìng)賽訓(xùn)練隊(duì)，制定運(yùn)作模式，為優(yōu)秀學(xué)生個(gè)性化發(fā)展、科技創(chuàng)新能力提供了環(huán)境。具體科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、競(jìng)賽訓(xùn)練隊(duì)及其對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與競(jìng)賽訓(xùn)練隊(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系

微計(jì)算機(jī)控制系列課程教學(xué)過(guò)程選取小型賽車、機(jī)器人為典型工程對(duì)象，學(xué)生對(duì)賽車、機(jī)器人模型從編程—接口電路設(shè)計(jì)—控制實(shí)現(xiàn)有良好的基礎(chǔ)，開(kāi)展了群眾性創(chuàng)新活動(dòng)，促進(jìn)提高了學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。自2005年開(kāi)始，學(xué)生獲得全國(guó)“智能車大賽”、“電子大賽”、“機(jī)器人大賽”等科技創(chuàng)新競(jìng)賽的獎(jiǎng)項(xiàng)由最初的每年2到3項(xiàng)發(fā)展到現(xiàn)在的10幾項(xiàng)。

3.4 校企深度合作，系統(tǒng)性培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力[14-15]

與包鋼設(shè)計(jì)院、薄板坯連鑄連軋廠、內(nèi)蒙古新聯(lián)信息產(chǎn)業(yè)有限公司(包鋼自動(dòng)化研究所 )、包頭鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司、歐蒙電力等多家企業(yè)建立校企聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)基地，并簽訂了合作協(xié)議。按專業(yè)認(rèn)知、系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)集成的思路螺旋式培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，具體實(shí)施過(guò)程見(jiàn)圖6。

以包鋼薄板廠為工業(yè)背景，了解現(xiàn)代化企業(yè)先進(jìn)工藝、自動(dòng)化技術(shù)水平及企業(yè)對(duì)自動(dòng)化人才應(yīng)具備知識(shí)的需求，初步認(rèn)知專業(yè)。通過(guò)系統(tǒng)認(rèn)知、設(shè)計(jì)與調(diào)試，大力培養(yǎng)學(xué)生流程工業(yè)自動(dòng)化主流技術(shù)的掌握與應(yīng)用能力，具體為由包鋼設(shè)計(jì)院企業(yè)教師開(kāi)設(shè)企業(yè)必修課程“自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)導(dǎo)論”、深入歐蒙電力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐等方式培養(yǎng)學(xué)生電氣與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙認(rèn)知及按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范繪圖能力；通過(guò)取材包鋼薄板廠開(kāi)發(fā)的板坯鑄軋生產(chǎn)線教學(xué)片，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行剖析，深度了解從供配電—煉鋼—加熱爐—軋制生產(chǎn)線的單體自動(dòng)化及集成自動(dòng)化相關(guān)知識(shí)，并通過(guò)校內(nèi)流程工業(yè)綜合實(shí)踐平臺(tái)等環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試。深入合作企業(yè)內(nèi)蒙古新聯(lián)信息產(chǎn)業(yè)有限公司(包鋼自動(dòng)化研究所 )，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)集成能力。學(xué)生系統(tǒng)集成能力的提高，將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)專業(yè)的認(rèn)知。

圖6 專業(yè)能力培養(yǎng)實(shí)施過(guò)程圖

4 結(jié) 語(yǔ)

改革措施的陸續(xù)實(shí)施表明，改革的整體思路正確，培養(yǎng)目標(biāo)明確，方法效果明顯。系統(tǒng)化實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)與當(dāng)今的自動(dòng)化主流技術(shù)緊密結(jié)合，搭建的多層次專業(yè)能力培養(yǎng)平臺(tái)的構(gòu)思及建設(shè)具有科學(xué)性和發(fā)展性。采取的校企合作的實(shí)踐方式具有開(kāi)拓、創(chuàng)新性，為自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生全面理解并應(yīng)用專業(yè)知識(shí)提供了貼近現(xiàn)代工業(yè)的工程實(shí)踐背景，提高了學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)優(yōu)勢(shì)，對(duì)同類高校自動(dòng)化專業(yè)具有引領(lǐng)示范作用[16]。

改革也促進(jìn)了專業(yè)課程群和專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)，我校自動(dòng)化專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)被評(píng)為內(nèi)蒙古自治區(qū)優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)，“自動(dòng)控制原理”“微計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用”被評(píng)為自治區(qū)精品課程，多門(mén)課程評(píng)為校級(jí)精品課程和重點(diǎn)建設(shè)課程。指導(dǎo)學(xué)生獲得全國(guó)“智能車大賽”多項(xiàng)省部級(jí)、國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)。多名教師完成了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)、校級(jí)教改項(xiàng)目，多次獲得省級(jí)、校級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)，發(fā)表教改核心論文多篇，多人次獲得各級(jí)個(gè)人榮譽(yù)稱號(hào)。改革增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)優(yōu)勢(shì)，突顯了自動(dòng)化專業(yè)“學(xué)以致用、能力為本、就業(yè)為上”的人才培養(yǎng)模式，力爭(zhēng)做好 “ 卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的示范點(diǎn)。

[1] 林 健．面向“卓越工程師”培養(yǎng)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革[J]．高等工程教育研究,2011(5):1-9．

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Research and Practice of Automation of Professional Personnel Training Mode Based on “Outstanding Engineers Training Plan”

LIAi-lian,CUIGui-mei,LIANGLi

(School o f Information Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

To develop the “excellence application engineer” as the goal, to reform the teaching content system as the core, with the reform of teaching methods as the means, the practical teaching reform is considered as the breakthrough point to strengthen the cultivation of students’ engineering practice ability and innovation ability, and realized according to the direction of professional development for the implementation of reform. Through cooperation with enterprises in depth, based on “big engineering” education philosophy, we connect the school and industry to integrate a practice platform, and the outside school practice base construction. According to the professional cognition, system design and debugging, cognition, system method the platform trains the students’ professional ability in a screw type, it also explores the “engineering ability training as the main line” personnel training mode, to establish its characteristics. The experience can provide references for the related professional construction and reform.

direction of professional training； teaching reform； university-enterprise cooperation； practice platform

2014-08-22

教育部自動(dòng)化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)專業(yè)教育教學(xué)改革研究課題(2014A31)；內(nèi)蒙古科技大學(xué)教改研究重點(diǎn)立項(xiàng)課題(JY2013009)

李愛(ài)蓮(1973-),女,河北唐山人,碩士,副教授,系主任, 主要研究方向:復(fù)雜過(guò)程建模、控制與優(yōu)化。

Tel.: 13847232673; E-mail: xsfls854598@126.com

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1006-7167(2015)08-0182-04