面向新工科的電控類專業(yè)工程實踐教學體系改革與建設

姚振靜，姜運芳，王佳慧，郭麗麗

（防災科技學院，河北三河065201）

0 引言

傳統(tǒng)工科背景下電控類專業(yè)工程實踐教學體系現(xiàn)狀：在人才培養(yǎng)方案設置方面，傳統(tǒng)工科電控類專業(yè)的人才培養(yǎng)理念是學科導向，培養(yǎng)方案是正向設計，缺少跨專業(yè)交叉融合培養(yǎng)路徑，存在重專業(yè)教育輕素質(zhì)培養(yǎng)、理論知識要求多實踐訓練少、地方行業(yè)特色不明顯等問題。在課程體系方面，傳統(tǒng)工科電控類專業(yè)偏重于專業(yè)基礎知識及專業(yè)技術理論知識傳授，課程內(nèi)容陳舊與新技術不匹配，所授知識呈現(xiàn)碎片化等問題［1-3］。在實踐教學體系方面，實踐環(huán)節(jié)相對弱化，綜合性實踐項目、競賽培訓、科研培訓項目在教學平臺、實驗空間、師資等資源上呈現(xiàn)碎片化，高校與企業(yè)合作力度不夠,缺乏配套的實踐資源，畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)受企業(yè)生產(chǎn)運行制約參與一線項目的機會不多等問題［4-7］。

新經(jīng)濟發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐，對電控相關專業(yè)工程師的要求日益提高。為滿足產(chǎn)業(yè)用人需求與畢業(yè)生能力達成，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案和課程體系，改革和建設一個著重培養(yǎng)學生專業(yè)技能和非專業(yè)綜合素質(zhì)（創(chuàng)新能力、思維能力、合作能力、管理能力和工程意識）的電控類專業(yè)工程實踐教學體系是非常必要的。

本文介紹在新工科背景和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革思想的指導下，采用成果導向優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，依托“專任教師十輔導員隊伍十電子青年科技聯(lián)盟”三支隊伍，重構“基礎十綜合十創(chuàng)新”遞階式三級創(chuàng)新能力培養(yǎng)實踐體系，構建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺，整合實踐資源，重構階梯式工程實踐訓練體系，基于CDIO教育理念優(yōu)化課程體系，培養(yǎng)電控類專業(yè)學生創(chuàng)新精神和工程實踐能力。

1 成果導向優(yōu)化人才培養(yǎng)方案

通過校外調(diào)研、畢業(yè)生走訪和學習國家工程認證標準，結合專業(yè)特點和區(qū)域社會經(jīng)濟與行業(yè)企業(yè)需要，凝練專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和設計標準。明確培養(yǎng)學生適應未來職業(yè)發(fā)展的知識、能力、素質(zhì)標準，培養(yǎng)方案要凸顯培養(yǎng)“學生工程實踐能力本位”特色，建立理論教學和工程實踐結合的人才培養(yǎng)體系，通過產(chǎn)教融合平臺拓展學生學習空間，開闊學生視野，鍛煉學生能力，提升學生素養(yǎng)。

以我校測控技術與儀器專業(yè)為例，通過走訪調(diào)研防震減災行業(yè)及相關企事業(yè)單位及畢業(yè)生就業(yè)單位，如北京市地震局、內(nèi)蒙古地震局、中國地震局地球物理研究所、北京港震機電設備有限公司、珠海市泰德有限公司等，明確該專業(yè)社會需求崗位群的知識、能力、素質(zhì)，明確該專業(yè)學生適應未來職業(yè)發(fā)展的知識、能力、素質(zhì)標準，設置以儀器組裝測試、運行維護、設計研發(fā)能力為指導思想，優(yōu)化測控技術與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)方案。測控技術與儀器專業(yè)是學院服務國家防災減災事業(yè)發(fā)展的核心支撐專業(yè)，面向防災減災儀器領域的專業(yè)技術人才需求，培養(yǎng)能從事防災減災儀器及通用儀器的設計、開發(fā)、運行、維護、測試等工作，具備實施復雜工程實踐和終身學習的能力，保持高效、創(chuàng)新所必需素質(zhì)的儀器類工程應用型人才。

2 構建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺

依托“專任教師十輔導員隊伍十電子青年科技聯(lián)盟”三支隊伍，重構“基礎十綜合十創(chuàng)新”遞階式三級創(chuàng)新能力培養(yǎng)實踐體系，構建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺。在平臺隊伍方面發(fā)揮學生主體作用，實行社團學生三級管理制度，社團學生負責對接輔導員隊伍、教師隊伍；導員隊伍負責驅(qū)動力訓練提高學生自信力、溝通力；教師隊伍負責遞進性的基礎、專業(yè)、綜合訓練提高學生實踐能力和創(chuàng)新精神。

以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為目標，建立創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，包括3 個培養(yǎng)階段：第一階段開放實驗室主要鍛煉學生初步創(chuàng)新能力；第二階段模塊式學科競賽主要鍛煉學生創(chuàng)新能力和獨立工作能力以及團隊協(xié)作能力；第三階段參與教師教科項目時學生能夠參與學科知識創(chuàng)新活動領域，鍛煉學生的創(chuàng)新能力。在開放實驗室建設階段，根據(jù)各專業(yè)教師的教科研方向給學生設置具有特色的實驗項目，目標是初步鍛煉學生的創(chuàng)新能力。在學科競賽建設階段，教師已經(jīng)參與的“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“全國大學生電子設計競賽”、全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、中國機器人大賽基礎上申報并鼓勵學生參與更多與行業(yè)相關的國家級學科競賽，比如互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、西門子杯全國大學生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽等。在鼓勵本科生參與教師科研項目階段，教師的科研項目在學科知識創(chuàng)新活動領域，鼓勵本科生參與其中，鍛煉學生的創(chuàng)新能力。

圖1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺

3 重構階梯式工程實踐訓練體系

以工程實踐能力培養(yǎng)為核心，興趣引導工程能力培養(yǎng)，構建“四年不斷線四平臺四訓練”工程化實踐教學體系。通過校內(nèi)校外聯(lián)合共建方式，建設了“興趣化基礎實驗平臺、模塊化專業(yè)實驗平臺、行業(yè)化綜合實踐平臺、協(xié)同化雙創(chuàng)培養(yǎng)平臺”4個實踐教學平臺。以系統(tǒng)化工程訓練項目為主線，形成“闖關基礎訓練、專業(yè)實驗訓練、工程應用訓練、創(chuàng)新實踐訓練”四年不斷線遞進式工程訓練，培養(yǎng)學生工程實踐能力。

圖2 “四年不斷線四平臺四訓練”工程化實踐教學體系

在四年不斷線的工程實踐訓練中需要維持學生學習興趣，以“實踐不斷線，實踐體系化，實踐有成果”的實踐教學目標，進行難度遞增，知識性與實用性相結合的遞階式工程訓練，開創(chuàng)游戲闖關實踐教學模式，以興趣引導，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

圖3 游戲闖關實踐教學模式

以測控技術與儀器專業(yè)工程實踐訓練體系為例，以地震儀器為工程對象，設計“游戲闖關”式，進階實踐體系。結合心理學上的“心流”體驗，設計適合新一代學生的“游戲闖關”式實踐教學訓練項目。從容易項目入手，提高學習興趣和成就感，逐步引導學生深入設計和實踐，綜合運用理論知識，拓展能力，如表1所示。

表1 測控技術與儀器專業(yè)“游戲闖關”式實踐教學訓練項目

以“開放實驗室+國家級學科競賽+教師項目”實踐教學模式提高學生的創(chuàng)新能力。①開放實驗室，根據(jù)各專業(yè)教師的教科研方向給學生設置具有特色的實驗項目，目標是初步鍛煉學生的創(chuàng)新能力。②學科競賽是結合課程教學的基礎，以競賽的方式激發(fā)學生理論聯(lián)系實際和獨立工作的能力，是提高學生實踐動手能力、培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、協(xié)作精神的重要手段。本教學團隊的教師已經(jīng)參與了“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“全國大學生電子設計競賽”、全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、中國機器人大賽，取得了優(yōu)異的成績。③鼓勵本科生參與教師科研項目，教師的科研項目在學科知識創(chuàng)新活動領域，鼓勵本科生參與到其中，鍛煉學生的創(chuàng)新能力，具體設置如表2所示。

表2 “開放實驗室+國家級學科競賽+教師項目”實踐教學訓練項目

探索產(chǎn)學研合作模式，教師深入企業(yè)進行實踐學習，實習項目和內(nèi)容以行業(yè)需求為依據(jù)由企業(yè)和學校共同確定。以“面向工程、項目驅(qū)動、能力培養(yǎng)”的教育理念為指導，搭建“實驗室+實踐基地”遞進的“學做合一”的產(chǎn)學研合作教學平臺，形成“教與學緊密結合、理論與實踐緊密結合、學校與企業(yè)緊密結合”的創(chuàng)新教育模式，培養(yǎng)基礎知識扎實、創(chuàng)新與實踐能力強、綜合素質(zhì)高的應用型本科生。校外綜合實踐基地實習項目包括認識實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習。認識實習項目主要開展聘請企業(yè)高級工程師、優(yōu)秀設計師來學院講座，把工廠現(xiàn)場生產(chǎn)情況隨時調(diào)入課堂，實現(xiàn)理論與實踐不脫節(jié)。具體相關建設內(nèi)容：在北京港震儀器設備有限公司或北京市地震局海淀地震臺認識公司運行模式、地震儀器生產(chǎn)及加工過程、測試標定等基本實踐操作技能。生產(chǎn)實習項目主要地震儀器裝配調(diào)試、強震臺站臺基堪選、地震儀器測試標定等實習項目。畢業(yè)實習項目主要完成與本專業(yè)培養(yǎng)目標相符的專項訓練。主要培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，通過下發(fā)任務，由學生根據(jù)任務進行產(chǎn)品設計、經(jīng)濟成本預算、編寫加工工藝、設計工裝、操作設備、完成產(chǎn)品的過程培養(yǎng)模式，整個過程由學生獨立完成。逐步實現(xiàn)畢業(yè)設計在工廠完成，將畢業(yè)設計與工程實際聯(lián)系，保證畢業(yè)設計題目的真實性、工程性、實用性。

圖4 地震儀器行業(yè)協(xié)同培養(yǎng)校外綜合實踐教育基地

4 CDIO 理念優(yōu)化課程體系

引入CDIO理念與工程教育，優(yōu)化課程體系，構建一個把知識碎片編織成能力的網(wǎng)狀課程體系。與傳統(tǒng)僅側(cè)重知識傳授的課程體系不同，重構的課程體系縱向以專業(yè)知識積累為主，橫向貫穿“零基礎→工程師助理→菜鳥工程師→工程師”遞進式工程訓練，注重提高實踐能力。在培養(yǎng)專業(yè)技能的同時，訓練學生的職業(yè)技能和職業(yè)道德、人際交往、團隊協(xié)作及工程設計、實施和運行思維等綜合素質(zhì)。

以測控技術與儀器專業(yè)課程體系為例，以該專業(yè)要求為基礎，以地震儀器主題為主線，最終融合知識模塊，配以教學計劃、教學方法和考核方法之間的互相支持、良性互動的構架并輔以充分的教學實踐環(huán)境設施；根據(jù)主題需要可以打破傳統(tǒng)課程界限，重新整合知識點，縮短學時，合并授課；部分課程可采用講座或者系列講座的形式，邀請校內(nèi)外專家就某個專題進行系統(tǒng)重點講授，最大化利用資源，讓學生以最高的效率接觸到前沿的知識。

根據(jù)儀器模塊的劃分，可以將教學課程分為4個模塊：機械結構、電路設計、數(shù)字采集以及系統(tǒng)集成模塊。以防災減災儀器為工程對象，各模塊工程對象分別是防災減災模塊中具有獨立功能的模塊。在教學過程中，工程對象一致，知識體系化，使學生學習目標明確，學后看得到具象的教學效果。學生通過理論課程的學習、實踐課程的訓練，可以循序漸進地實現(xiàn)一個地震計系統(tǒng)，從而增強學生的獲得感，提高了學習興趣，加深了對知識的掌握和運用。

5 結語

根據(jù)電控類相關企業(yè)所需新型工科人才標準，采用成果導向優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，明確培養(yǎng)學生適應未來職業(yè)發(fā)展的知識、能力、素質(zhì)標準，建立理論教學和工程實踐結合的人才培養(yǎng)體系。引入CDIO理念與工程教育，優(yōu)化課程體系，構建一個把知識碎片編織成能力的網(wǎng)狀課程體系。面向行業(yè)需求，突出專業(yè)課程與雙創(chuàng)教育的交叉、滲透與融合，突出早進實驗室，在實驗探索中增長知識、在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽中提升能力、在科學研究中創(chuàng)意創(chuàng)造創(chuàng)業(yè)，構建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺。整合實驗室資源，重構階梯式工程實踐教學訓練體系，利用各種新技術建設和完善實踐平臺，建設具有企業(yè)行業(yè)需求背景的系統(tǒng)化體系化電控類專業(yè)工程實踐教學體系，既培養(yǎng)學生專業(yè)技能，又培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、思維能力、合作能力、管理能力和工程意識等綜合素質(zhì)，滿足企業(yè)所需的電控相關專業(yè)新型工程師的要求。近年來，我校堅持特色和新舉措，取得了一定的人才培養(yǎng)成效，學生對課程的滿意度由83.51%顯著提高至97.06%～100%，學生學習興趣和積極性也逐步提高，參與各類各級科技活動的積極性也顯著增加。2015年至今，獲得各類學科競賽獎勵230項，其中國際級學科競賽獎勵59項，國家級學科競賽獎勵90項，省級學科競賽獎勵51項。承擔大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目60項，開放實驗室項目92項，學生發(fā)表論文8篇，獲專利22項，獲計算機軟件著作權4項。

表3 CDIO理念優(yōu)化課程體系