“工程驅動”型“四位一體”式實踐創新平臺的研究

趙海龍　江楠　姜春雷　王黎黎　付光杰

摘要：創新型人才的培養是建設創新型國家的關鍵，創新平臺的建設是培養學生創新實踐能力的有效方法和手段，運用信息化技術和手段具有很強的必要性和現實意義。文章從學生在研究性學習中開展創新實踐活動的實際需求出發，對基于研究性學習的“工程驅動”型“四位一體”式實踐創新平臺進行了分析和設計，詳細論述平臺的架構、數據庫設計、功能模塊、功能實現、系統運行和測試等方面。

Abstract： The cultivation of innovative talents is the key to build the innovative country. And the construction of innovation platform is a valid means to cultivate students' ability of innovation and practice. Thus， the use of information technologies has the realistic significance and necessity. The article starts from the actual demand of the innovation practice activity carried out in the research study and the "project driven" type of "four in one" practice innovation platform based on research learning is analyzed and designed. Meanwhile， the architecture of the platform， database design， function module， function realization， system operation and test are also discussed.

關鍵詞：創新型人才；實踐創新平臺；工程驅動；四位一體

Key words： innovative talents；practice innovation platform；engineering drive；four-in-one

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）06-0229-03

0 引言

我國正持續深入地推進創新型國家建設，創新型人才的培養是建設創新型國家的關鍵之一。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》專門提出要進一步加強創新人才培養模式[1]，“注重學思結合，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學，幫助學生學會學習”。在知識經濟時代，知識的總量很大，知識創新的速度很快、成本較高、周期較短；社會需要大量人才從事與不斷更新的知識、技術和工作環境有關的工作[2-5]。

國內外的經驗都表明工程教育模式“做中學”的理念和方法是先進可行的[6-8]。工程教育思想適合工科教育教學過程各環節的改革，并積累了一定的經驗[9，10]。而建立從工程基本技能→綜合設計應用能力→創新設計技能→創新實現能力的“工程驅動”型“四位一體”式實踐創新平臺是創新型人才培養的重中之重。

1 工科大學生的創新素質培養

工科大學生創新素質的內在結構是由創新知識、創新能力和創新品格三個要素組成的結構，如圖1所示。創新素質的發展取決于三個構成要素的發展和他們之間的平衡關系。同時，三個因素之間不是簡單地并列關系，而是呈現一定的交互關系。他們在依照自身發展邏輯發展的同時，又與其它兩個因素保持著密切的關聯，并通過三者的相互促動、相輔相成來推動工科大學生個體創新素質的提升。

工科大學生創新素質的提升，不僅需要理論上的學習，還必須切身的實踐，這是工程的實踐性質所決定的。因此，針對于工科大學生創新素質的提升，大學在增強其文化知識的同時，還需要著力推進設備設施條件和學生創新平臺的建設。這種建設具體包括兩個方面：一是硬件建設，主要是加大投入，對諸如圖書館、實驗教學中心、工程創新中心以及開放實驗室等資源進行高標準建設；二是從軟件進行建設，包括加大對這些設施和平臺的管理與開放；三是提升學生科學與高效使用創新資源的能力等。

2 “工程驅動”型“四位一體”式實踐創新平臺的建立

根據東北石油大學課程特點和已有的多年教學、科研基礎，并充分考慮“卓越工程師教育培養計劃”實際情況，按照工程教育理念建立從工程基本技能→綜合設計應用能力→創新設計技能→創新實現能力的“工程驅動”型“四位一體”式實踐創新平臺結構框圖如圖2所示。整個平臺具有技術內涵充實，多層次、數字化、開放性的特點。

以工程實際流程為依托，升華引領構建實驗課程教學的具體實施，改變以往片面強調設計任務的完成、與工作實踐相脫軌、忽視基本工程能力的訓練和培養的局面。按我校專業不同增設石油、勘探、機械、化工、電氣等工程創新性實踐項目，結合大學生電子競賽、國家大學生創新計劃等項目打造圖2所示的學生實踐創新平臺。具體建設內容如下：

①興趣激發——作品展示。

設置目的：

1）通過教學模型的展示提高學生對專業的認識，激發學生對所學專業的興趣。

2）通過對學生成果的展示激發學生主動參與實踐創新的內在動力。

主要項目：

1）學生成果展示和介紹：獲獎論文；獲獎報告；獲獎作品等。

2）教學模型展示和介紹：工控模型；電機模型；其他模型等。

②基礎能力訓練——基礎訓練平臺。

設置目的：

1）通過課程教學訓練平臺的實驗和模擬加深學生對課本知識的理解。

2）通過基礎能力訓練平臺訓練學生常用儀器及器件的測試能力、電路制作能力、電路CAD應用能力、Labview等工具使用能力；提高學生科技制作設計調試能力。

主要項目：

1）課程教學驗證性平臺：電路實驗教學平臺；電工基礎實驗教學平臺；模擬電路實驗教學平臺；電機實驗教學平臺；數字電路實驗教學平臺；EDA實驗教學平臺；單片機原理實驗教學平臺；電路仿真實驗教學平臺；工具軟件教學平臺等。

2）基礎能力訓練平臺：常用儀器及器件測試方法訓練平臺；電路焊接訓練平臺；微型電機制作平臺；電路CAD設計訓練平臺等。

③綜合能力訓練——綜合實踐能力訓練平臺。

設置目的：

1）通過綜合實踐能力訓練平臺的實踐活動提高學生綜合利用所學專業知識能力。

2）通過綜合專題研究和學習，讓學生更多地了解學院教師正在從事的研究，專業前沿課題、社會熱點技術。

主要項目：

1）綜合能力訓練平臺：單片機開發套件；虛擬儀器套件；電氣工程基礎綜合實踐平臺；檢測技術綜合實踐平臺；運動控制綜合實踐平臺；電力電子綜合實踐平臺等。

2）綜合專題研究平臺（題目、目的、資料、設備、軟件）：教師研究專題；社會擇業熱點專題；專業前瞻研究專題等。

④創新能力訓練——創新實踐平臺。

設置目的：

1）通過設置創新實驗預約平臺，利用有限的資源為更多的本科生和研究生個體創新活動或小發明創造提供環境和支持。

2）通過設置創新專題研究平臺為學生創新團隊提供固定的科學研究場地。

主要項目：

1）創新分時預約平臺（網上預約）。

2）創新專題研究平臺（相對固定位置），如油田應用的科技制作類項目。

⑤潛能挖掘——競賽與實踐。

設置目的：通過競賽等實踐活動，挖掘學生的創造性潛能。

主要項目：

1）校園實踐活動：創新杯；校園科技活動周；全國大學生電子制作大賽；全國大學生嵌入式設計大賽；全國大學生挑戰杯競賽；飛思卡爾汽車設計競賽等。

2）實踐活動校外延伸：實習基地；社會科技實踐活動等。

3 實踐創新平臺應用分析

目前東北石油大學的電工電子實驗平臺普遍采用“電工技術教學實驗裝置”，本科學生只需通過簡單接線即可完成實驗，實踐和創新能力得不到有效鍛煉。同時，創新型本科人才、研究生培養和科研項目的實施需要與學科前沿接軌的開發平臺，實驗裝置無能為力。構建“四位一體”式實踐創新平臺以后，情況有了根本改變。

經過多年建設，目前實踐創新平臺已實現油田數據采集、激光濁度測定、電機控制、塔基控制等關鍵技術的自主開發，對專業建設和學科發展、人才培養，發揮了十分重要的作用。創新平臺的成果如圖3所示。

采用新的實踐創新平臺后，取得了較為滿意的效果，表現在以下三個方面。

①基于此平臺進行實施以本科生為主導的“大學生創新性實驗計劃”項目、“大學生創新創業訓練計劃”項目、大學生電子競賽等，同時以此平臺進行的本科畢業設計歷年均獲得優異的成績。

②碩士研究生以此實踐創新平臺進行控制算法、拓撲結構等理論研究和系統研制工作，在油田數據采集、電機控制、液位跟蹤、井下測調等方面取得了一系列成果，部分研究成果已經陸續在各級學術期刊上發表。

③依托實踐創新平臺組建的“電工學”團隊，承擔了省自然科學基金、黑龍江省科技廳科研項目、大慶市科技局科研項目、大學生創新性計劃等一大批科研項目，黑龍江省教育廳教學改革項目、精品課建設、重點課程建設等一大批教學改革項目。

4 總結

通過電工電子實踐創新平臺，學生改變了過去只能仿真的被動局面，勇于實踐，通過實際應用，實現了CDIO模式的培養過程。同時，在實施創新平臺應用過程中，要注意糾正兩種認識上的偏差，一是擔心創新性實驗教學的開展會浪費學生寶貴的學習時間，從而影響學生的理論課程分數，這是一種急功近利、不顧學生長遠發展的思想，它將隨著我國評估體系的改革深入而逐步淘汰；二是認為學生進行創新性實驗的難度太大，學生對此力不從心。其實，理論和實踐都已證明，學生是進行創新性實驗課題較強的群體，關鍵是要敢于做，認真做，在做中學，在學中做。

參考文獻：

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