新工科模式下基于能力培養的自動化綜合實踐探索

張雅靜

摘要：本文面向新工科建設背景，針對自動化專業實踐教學模式的弊端，提出了建設自動化實踐教學平臺以適應當前工科教學的新模式。以新工科人才能力培養為宗旨，創新性提出自動化綜合實踐平臺的能力模型。此平臺密切結合生產實際，建立了系統概念、加深理論，提高了學生的綜合能力。

關鍵詞：自動化；綜合實踐平臺；新工科；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）36-0158-02

一、引言

1.新工科模式背景。我國擁有世界上最大規模的工程教育。到2020年，我國新一代信息技術產業人才缺口將會達到750萬人。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。“工程教育跟產業發展是緊密聯系的，相互支撐的。工程教育改革如果滯后，那就拖了產業的后腿。我們急需發展‘新工科，來支撐新經濟發展的人才需要。”張大良如是說[1，2]。

2.新工科創新人才的特質。創新人才應當具有的特質包括：強烈的創新意識，豐富的想象力、洞察力與批判性思維，面對挫折的勇氣和頑強毅力，必要的專業知識和實踐能力等幾方面。在這些特質中，既有知識和能力要素，也有個人性格特質的要素[3]。因此，創新人才的成長，是一個全面發展的過程，大學的教育就是要在人才培養環節建立系統性的平臺。

3.自動化本科教育現狀。以煙臺大學為例，煙臺大學的自動化專業是應用型工科專業，針對自動化專業而言，工程教育培養主要分為課堂教學和實踐教學兩大環節。但自動化的實踐教學目前仍然停留在傳統教學模式中，其主要問題有：（1）自動化課程實驗和實習形式化，學生不能實際參與到生產環節中去，無法有效調動學生積極性，更談不上工程素質的培養。（2）自動化專業的綜合設計、畢業設計內容與現代智能制造技術差距很大，系統實現模擬困難。（3）自動化的專業以應試教育為基本特征的評價體系依然占主導地位，學生獨立個性的自由發展也受到限制，嚴重阻礙了創新人才的培養。

新工科人才培養最終要“落地”，要通過切實有效的途徑達到最終的人才質量。多方位人才的綜合能力要求對于應用型本科大學來說，必須要從點抓起，以點帶面，進而帶動全局。這個切入點的關鍵就在于專業培養中的理論與實踐相結合，因此，本文提出建設“自動化綜合實踐平臺”，以滿足學校培養新工科人才的需要。只有這樣才能縮短書本知識和實際工作能力的距離。同時對于解決學生就業難等問題都是有益的嘗試。

二、自動化綜合實踐平臺建設的基本思路

作為“應用技術主導型”的高等學校，其培養目標是培養具有解決實際問題能力的自動化應用型及復合型人才。針對這一目標，以新工科人才培養為指導方針，以大學生的實踐和創新能力的發展與形成為主線，具體針對自動化專業，提出“以學生為本”構建“自動化專業綜合實踐平臺”的架構，重點培養和提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。

圖1為自動化綜合實踐平臺的人才培養能力模型。它表明，人才培養呈現金字塔形狀，而國家最終需要的是具有自主學習能力的創新實踐型人才。

三、自動化綜合實踐平臺的研究

1.研究內容。自動化綜合實踐平臺的研究分為“兩個層次”。（1）層次1：以綜合設計與畢業設計為著眼點，以調速與控制系統為主要研究方向，整合運動控制、PLC控制、單片機控制、自動檢測、計算機控制等實踐教學資源，搭建具有很強的通用性和實踐性的綜合實踐裝置。以畢業論文的完成為導向，自主選擇與創新、就業或創業密切相關的設計項目。（2）層次2：順應校企聯合的主要培養模式。以工程師資格認證為依據，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力培養項目設計與建設、生產運營與管理、新產品與新工藝的研發等自動化專業的卓越工程師，重點培養和提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。

2.研究思路。（1）綜合實踐平臺硬件的研究與建設。自動化專業的畢業設計離不開硬件的配置。一個完整的自動化系統無外乎由控制器、執行器、生產對象和檢測裝置組成。對于自動化技術的內核而言，生產對象可以千差萬別，但控制器、執行器和檢測裝置卻是必需的三大環節。而且當在一個綜合實踐平臺上，將常用主要部件配置齊全后，學生可以根據虛擬的對象特點自行選擇所需設備，熟悉了控制系統中這些基本環節，在生產實際中即便改變了對象，也同樣會應對自如。對于校企聯合，在教師的指導和企業的要求下，學生從企業中尋找課題。可以先在綜合實踐裝置上仿真研究，然后再到企業中現場實踐。（2）自動化綜合實踐平臺軟件的研究與建設。軟件建設包括：①綜合實踐基本軟件技能的訓練；②綜合實踐平臺的創新實踐內容設計；③能力培養考核機制的研究與設計。

四、自動化綜合實踐平臺的建設

1.硬件的研究與建設。本平臺用實驗室現有的PLC控制器、變頻器、觸摸屏等電氣設備再配置合適的工作臺、系統中常用的步進電機、伺服電機及各種傳感器等構成與實際工程類似的綜合實踐裝置，由教師根據實際的生產工藝設計PLC控制程序和連接外部接線。此平臺可以模擬演示實際控制系統的運行；也可以由學生們自己根據新的工藝要求重新設計PLC控制程序和改變外部接線，從而達到鍛煉學生動手能力和分析問題、解決問題的目的。畢業設計可根據生產實際要求同學們自己搭建生產對象模型，并設計實現相應的系統，既培養了學生的系統實踐能力，又實現了平臺的可擴展化，達到了學生能力受益、學校實驗裝置受益的“雙贏”。

平臺可作為校企聯合的橋梁，通過搭建控制系統，幫助學生建立系統概念，這是自動化專業學生邁出校門、接觸生產實際所必需的基本素質。本平臺可結合工業控制中常用的單片機、PLC進行數字化控制乃至分布式控制。

2.軟件的研究與建設。（1）綜合實踐基本軟件技能的訓練。針對自動化專業技能的需要，有針對性地對學生進行軟件訓練，包括PROTEL，AUTOCAD及C51等，要求學生至少熟悉和掌握兩項以上技能。（2）綜合實踐平臺的創新實踐內容設計。根據綜合實踐平臺的實際情況，在大賽或設計的要求下，由學生提出課題、自主研究，提出創新思路。

3.綜合實踐裝置可承擔的設計內容。（1）基于PLC的變頻調速系統，如選果機：變頻器控制電機，速度可調，實現蘋果動態稱重，達到分選蘋果的功能。（2）自動化生產線的過程控制：采用PLC、觸摸屏、各類傳感器變送器（壓力、速度、溫度、液位、執行機構可以完成很多復雜控制。

4.能力培養考核機制的研究與設計。在考核方式的改革中，將發展性評價方法導入與平臺有關的實踐課程中。把學生在一系列創新活動中的表現，作為考量依據之一。在平臺的不同層級，設置階段性驗收目標，使學生創新的能力和意識得到循序提高。

五、結論和展望

經過一系列論證、研究與建設，自動化綜合實踐平臺已經具備基本功能。該平臺的特點如下：

1.本著“以學生為主體”的宗旨，具備更完善的實踐教學功能，提升實踐教學檔次，重點解決了自動化綜合設計與畢業設計中存在的問題。

2.針對不同學生，因材施教，從興趣培養開始，逐漸形成一定的專業知識和能力基礎，再進一步學習研究和創新實踐的方法。提出“學生自主研究、自主創新”，建立實踐互動機制的思想。

3.提出創建新工科人才培養能力模型，真正地將能力培養落實到教學環節，并通過培養機制切實有效地執行。

總之，建設自動化綜合實踐平臺，不僅僅給新工科人才培養提供了一個切實可行的措施，而且給創新人才的培養和發展提供了一個多層級平臺。更重要的是，它通過理順理論與實踐的關系，建立了一種互動的機制，給學生提供了一個更寬闊的創新的舞臺，真正做到提升學生的實踐和創新能力，全面提高綜合素質。

參考文獻：

[1]李先祥，等.自動化專業開放式實踐教學平臺的研究[J].實驗室研究與探索，2005，24（1）：60-62.

[2]吳得鋼，等.簡易運動控制實驗教學平臺的設計[J].實驗技術與管理，2007，24（7）：79-84.

[3]黃金俠，等.本科高校工程型人才培養的模式研究[J].湖南職業技術學院學報，2015，14（2）：81-83.