工程訓(xùn)練中心可持續(xù)發(fā)展
——工程實踐創(chuàng)新中心建設(shè)

陸順壽, 曹其新, 李翠超

(上海交通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心， 上海 200240)

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工程訓(xùn)練中心可持續(xù)發(fā)展
——工程實踐創(chuàng)新中心建設(shè)

陸順壽, 曹其新, 李翠超

(上海交通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心， 上海 200240)

隨著國家教育經(jīng)費的大量投入，國內(nèi)一些高校的學(xué)生綜合性工程實踐教學(xué)基地先后通過了國家級實驗教學(xué)示范中心驗收，如何發(fā)揮示范作用，體現(xiàn)示范價值，已成為迫切需要考慮的問題。我國高校傳統(tǒng)的綜合性工程訓(xùn)練中心管理和運行模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代實踐教學(xué)基地發(fā)展的需要，采用現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)高效的教學(xué)和管理顯得尤為重要。依托數(shù)字化綜合管理平臺和信息化平臺建設(shè)，推進(jìn)數(shù)字化教學(xué)管理、實行數(shù)字化教學(xué)實訓(xùn)、實現(xiàn)實驗室全面開放與學(xué)生創(chuàng)新實踐或?qū)⒊蔀楦咝W(xué)生實踐教學(xué)基建設(shè)的重點和發(fā)展趨勢。

可持續(xù)發(fā)展； 創(chuàng)新中心建設(shè)； 數(shù)字化平臺； 數(shù)字化管理

0 引 言

2000年起全國各地高校先后在原校辦工廠(實習(xí)工廠)的基礎(chǔ)上，開始籌建新的大學(xué)生工程實踐教學(xué)基地，投入大量資金改造環(huán)境設(shè)施，購買先進(jìn)的儀器設(shè)備和數(shù)控機床，使實踐教學(xué)質(zhì)量得到了很大提升，學(xué)生課外科技活動和各類科技競賽取得了好成績，對培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力起到了積極作用，一些高校的工程訓(xùn)練中心先后成為國家級實驗教學(xué)示范中心[1]。隨著國家“211工程”和“985工程”項目經(jīng)費對學(xué)生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的不斷投入，高校實踐教學(xué)基地可持續(xù)建設(shè)如何適應(yīng)當(dāng)代高教發(fā)展的需要，在高校學(xué)生創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系中起到積極作用是當(dāng)前需要考慮的問題。工程訓(xùn)練中心以國家級實驗教學(xué)示范中心驗收為契機，結(jié)合學(xué)?！?85工程”項目三期建設(shè)，圍繞“工程實踐教學(xué)平臺”和“科技創(chuàng)新服務(wù)平臺”這兩大平臺，推動數(shù)字化和信息化綜合管理平臺建設(shè)，著力打造數(shù)字化工程實踐創(chuàng)新中心建設(shè)，不斷深化實踐教學(xué)課程改革，積極進(jìn)行創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究和探索，改變傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式，以項目的形式組織教學(xué)，開設(shè)面向不同學(xué)科背景學(xué)生的實踐創(chuàng)新性選修課程和工程探究課程。通過構(gòu)建數(shù)字化工程實踐平臺，實行實踐場所的全面開放，學(xué)生可以進(jìn)行自主科技創(chuàng)新和開展各類科技競賽，不斷提高在校大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力[2-4]。

1 工程實踐創(chuàng)新平臺建設(shè)

1.1 信息化、數(shù)字化管理系統(tǒng)建設(shè)

按照工程訓(xùn)練中心多元化、開放型工程實踐創(chuàng)新平臺建設(shè)目標(biāo)，建立與之相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境。通過對中心局域網(wǎng)的重新規(guī)劃改建，構(gòu)成多棟樓宇的完整網(wǎng)絡(luò)體系，實現(xiàn)遠(yuǎn)程連接、遠(yuǎn)程操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控等多項任務(wù)，支撐數(shù)字化工廠制造和管理、物聯(lián)網(wǎng)等多個教學(xué)實踐項目順利開設(shè)。增加無線網(wǎng)絡(luò)功能，與有線網(wǎng)絡(luò)形成互補，隨時隨地為學(xué)生提供資料查詢、網(wǎng)上教學(xué)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。建立獨立運行辦公網(wǎng)絡(luò)，使辦公變得更為便捷。采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、兩層分級管理模式重新構(gòu)建中心局域網(wǎng)。新網(wǎng)絡(luò)從邏輯上分為辦公網(wǎng)和教學(xué)網(wǎng)兩部分，實現(xiàn)辦公和教學(xué)網(wǎng)絡(luò)的分離。同時在兩個網(wǎng)絡(luò)中配備服務(wù)器來支持各項網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和集中管理要求。另外通過VPN千兆安全網(wǎng)關(guān)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控和管理，實現(xiàn)安全防范、智能帶寬控制、上網(wǎng)行為控制等多種功能。在各樓層增設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全面覆蓋。同時留有網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控節(jié)點，為遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程教育提供支撐。開放型教學(xué)及服務(wù)平臺的信息化管理網(wǎng)絡(luò)，從環(huán)境和硬件條件上有效保障了開放型工程訓(xùn)練中心的運行。完善運行與管理機制，建成網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)和智能門禁系統(tǒng)，學(xué)生可以通過登錄工程訓(xùn)練中心網(wǎng)站，預(yù)約使用“創(chuàng)新實學(xué)工坊”，自由選擇課余時間刷卡進(jìn)入工程訓(xùn)練中心各個實踐場地，開展各類課外科技活動，面向全校各院系實現(xiàn)全面開放[5-6]。

運用計算機軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能卡技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及視頻監(jiān)視技術(shù)等當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)手段，以先進(jìn)高效地管理為指導(dǎo)，實現(xiàn)車間管理數(shù)字化、實驗室管理開放化、教學(xué)管理網(wǎng)絡(luò)化，提高實踐教學(xué)質(zhì)量、提高工作效率和對外服務(wù)水平。建設(shè)數(shù)字化教學(xué)管理平臺，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合中心教學(xué)、生產(chǎn)管理多方面需求，建立網(wǎng)上綜合應(yīng)用平臺，實現(xiàn)多方位數(shù)據(jù)集中管理，實時同步統(tǒng)一使用。結(jié)合門禁技術(shù)，建立開放式實驗場地，實現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約自主管理的實驗室使用新模式，通過統(tǒng)一使用校園“一卡通”方式，實行對門禁等設(shè)備的授權(quán)管理，既提升了教學(xué)管理水平，又提高了設(shè)備的使用率。利用網(wǎng)絡(luò)和CAXA軟件實現(xiàn)數(shù)控機床設(shè)備的DNC遠(yuǎn)程管理和傳輸。利用監(jiān)控裝置，實現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)操作示范，建立實時可視化實踐教學(xué)模式。利用完備的PDM軟件結(jié)合實際硬件環(huán)境，搭建模擬企業(yè)完整信息化工作流程的生產(chǎn)環(huán)境，通過項目流程管理方式開設(shè)數(shù)字化管理相關(guān)課程。利用網(wǎng)絡(luò)、信息采集和分析技術(shù)，實時掌握數(shù)控機床加工信息，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度信息化管理，同時為生產(chǎn)決策提供可靠依據(jù)。利用現(xiàn)代庫房管理手段和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了工程訓(xùn)練中心物料及工具管理中心，使庫房管理電子化、規(guī)范化，為財務(wù)核算提供系統(tǒng)真實數(shù)據(jù)，為教學(xué)與生產(chǎn)提供高效集約保障，該建設(shè)項目得到了許多高校同行的贊揚。

1.2 結(jié)合教學(xué)改革建設(shè)現(xiàn)代化工程實踐場所

通過“985工程”項目三期建設(shè)，進(jìn)一步改善現(xiàn)有工程實踐教學(xué)環(huán)境，整合了熱處理、焊接、鑄造、激光加工等實踐場所，自制具有一定特色的焊接排風(fēng)裝備系統(tǒng)和鑄工造型工作臺，使鑄造、焊接、熱處理、激光加工等實踐環(huán)境得到明顯改善。為了深化教學(xué)改革，改善原有薄弱的教學(xué)內(nèi)容，添置水下等離子切割機床，使原來單一的焊接實踐教學(xué)增加了新的內(nèi)容。利用自動控制軟件、典型機電一體化實訓(xùn)裝置、激光金屬切割機、高速三維水晶內(nèi)雕機等裝備對原有的實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展，使學(xué)生能夠及時了解現(xiàn)代加工方法和先進(jìn)的制造技術(shù)。新增“數(shù)字化設(shè)計制造創(chuàng)新”訓(xùn)練項目，以項目為導(dǎo)引的學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合，徹底改變以往只聽不做的教學(xué)實踐方法，使學(xué)生在實踐操作中加深體會理論課的講課內(nèi)容，同時也提高了實驗室設(shè)備的利用率和開放度[6-8]。

中心要可持續(xù)發(fā)展，必須走校企合作“雙贏”之路，企業(yè)為學(xué)校提供先進(jìn)的技術(shù)和實用的裝備，使學(xué)生在大學(xué)里就能及時接觸到企業(yè)先進(jìn)產(chǎn)品。同時學(xué)校也為企業(yè)新產(chǎn)品展示提供窗口、為產(chǎn)品應(yīng)用提供培訓(xùn)支持，為企業(yè)發(fā)展提供人才服務(wù)。2013年利用歐姆龍(中國)有限公司捐贈總價值約300多萬元人民幣的Sysmac自動化平臺，配套建設(shè)外圍基礎(chǔ)應(yīng)用、高級應(yīng)用實驗工作臺、綜合控制對象等實驗裝置，開展高端PLC邏輯控制、嵌入式運動控制和EtherNet/IP及EtherCAT工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代化控制工程教育，構(gòu)建機電一體化的綜合實踐教學(xué)平臺，組織學(xué)生參與自動化類的技術(shù)競賽，“SJTU-OMRON”聯(lián)合實驗室為該類競賽提供實踐創(chuàng)新平臺和賽事培訓(xùn)平臺。

圍繞課程改革需要，拓展原有實踐課程體系，設(shè)立一系列專業(yè)實踐課程及交叉學(xué)科實踐課程，配合科技創(chuàng)新實踐內(nèi)容建設(shè)，引入先進(jìn)技術(shù)，2011年起開始籌建“機器人創(chuàng)新實驗室”，2013年得到學(xué)校命名授牌，NAO機器人與UR機器人已經(jīng)用于開設(shè)“仿人機器人技術(shù)探究課”、“仿人機器人創(chuàng)新實踐”、“本科生參加研究計劃”項目及學(xué)生畢業(yè)設(shè)計等。為了拓展我們現(xiàn)有的實踐項目，結(jié)合學(xué)院專業(yè)課程，2013年開始建設(shè)“醫(yī)工結(jié)合實驗室”，為醫(yī)學(xué)與工科交叉領(lǐng)域的一系列專業(yè)實踐課程提供實驗平臺，并將科研與教學(xué)相結(jié)合。

中心綜合特色創(chuàng)新實驗室實行全面開放，為各院系課程實踐環(huán)節(jié)提供場所和實踐指導(dǎo)，學(xué)生可以按照預(yù)約時間到實驗室進(jìn)行機械加工與制作，中心專門安排實驗室專業(yè)教師予以指導(dǎo)。現(xiàn)已接納機械與動力學(xué)院學(xué)生“工程導(dǎo)論課”項目及密西根學(xué)院學(xué)生“機械設(shè)計與制作Ⅰ”項目的實施與制作。目前已經(jīng)具備可以接納200多名學(xué)生，分批在開放式“工程導(dǎo)論課”的工程實踐平臺上進(jìn)行各類教學(xué)活動的能力。

2 創(chuàng)新工程實踐訓(xùn)練方法

2.1 構(gòu)建創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念

實現(xiàn)從工程訓(xùn)練中心向工程實踐創(chuàng)新中心的功能轉(zhuǎn)變，必須以創(chuàng)新理念構(gòu)建一套適應(yīng)創(chuàng)新型精英人才培養(yǎng)的完整工程實踐教學(xué)體系，不斷增加多學(xué)科交叉的實踐教學(xué)內(nèi)容[9-11]。從2011年起在完善和深化機械制造基礎(chǔ)、電子電工基礎(chǔ)、先進(jìn)制造技術(shù)、創(chuàng)新實踐和智能控制五個訓(xùn)練內(nèi)容的基礎(chǔ)上又增加了機器人創(chuàng)新技術(shù)實訓(xùn)內(nèi)容的建設(shè)。機器人教育作為嶄新的教學(xué)載體，以機器人創(chuàng)新技術(shù)為項目是創(chuàng)新教育和教學(xué)改革的切入點，促進(jìn)工程思維方式的培養(yǎng)。建立“以項目設(shè)計制作為牽引”的工程實踐訓(xùn)練方法改革，新建“機器人控制技術(shù)”、“仿人機器人技術(shù)探究課”等一系列專業(yè)實踐課程，豐富了原有電子電工實踐項目的內(nèi)容，還經(jīng)常組織學(xué)生參與各類機器人比賽，使學(xué)生完整的工程實踐素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到了提升[4-5]。初步實現(xiàn)以“問題導(dǎo)向為驅(qū)動”的實踐教學(xué)方法改革，提高了學(xué)生實踐訓(xùn)練能力的培養(yǎng)質(zhì)量。近年來多次組織學(xué)生參加國內(nèi)外機器人競賽，取得了優(yōu)異成績。2014年中國機器人大賽暨RoboCup公開賽由工程訓(xùn)練中心牽頭組隊的上海交通大學(xué)代表隊獲得2項特等獎。

探索CDIO(Conceive、Design、Implement、Operate)教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生工程意識、實踐能力、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊協(xié)作精神和綜合素質(zhì)為目標(biāo)，將以往“聽”中學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤白觥敝袑W(xué)、“做”中教。在實施到運作環(huán)節(jié)的實踐指導(dǎo)方法上與交大密西根聯(lián)合學(xué)院、機械與動力學(xué)院的課程教學(xué)相結(jié)合，協(xié)助學(xué)院工程導(dǎo)論課的順利開展，實現(xiàn)了理論教學(xué)和實踐教學(xué)的無縫對接。在教學(xué)方法上采用“以項目為導(dǎo)引”的實踐教學(xué)模式，與當(dāng)今國際工程教育界主張以產(chǎn)品研發(fā)的全過程作為學(xué)習(xí)載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。與培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程素質(zhì)和能力的教學(xué)理念相一致[7]。以學(xué)生科技競賽、科技創(chuàng)新和“本科生參加研究、實驗計劃”項目為抓手，促進(jìn)學(xué)生科技活動的蓬勃發(fā)展，鼓勵學(xué)生組建研發(fā)團(tuán)隊，自帶項目或參加工程訓(xùn)練中心組織的項目招標(biāo)，實踐場所面向全校開放，讓學(xué)生自主進(jìn)行各類科技創(chuàng)新。

2.2 改革工程實踐訓(xùn)練方法

“以項目設(shè)計制作為牽引”的工程實踐訓(xùn)練方法改革，使學(xué)生能夠了解當(dāng)今高新技術(shù)，及時接觸到先進(jìn)設(shè)備(如：機器人、各種數(shù)控設(shè)備、3D打印機等)，新建的“數(shù)字化設(shè)計制造創(chuàng)新”、“仿人機器人創(chuàng)新實踐”、“創(chuàng)意設(shè)計與快速成型”“三維零件測量與反求一體化”和“設(shè)計與制造一體化”等實踐教學(xué)項目已經(jīng)在教學(xué)計劃中得到應(yīng)用。還新開設(shè)了“數(shù)字化設(shè)計制作”、“機器人控制”、“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)控制應(yīng)用”等一系列專業(yè)實踐課程，為培養(yǎng)學(xué)生的完整工程實踐和創(chuàng)新能力提供技術(shù)支撐。新增“設(shè)計與制造一體化”訓(xùn)練項目，以項目導(dǎo)引整個實習(xí)過程。用“設(shè)計與制造一體化”項目將《機械制造基礎(chǔ)》實踐課程中已開設(shè)的多個實踐教學(xué)項目串接起來，幫助學(xué)生建立一個產(chǎn)品從構(gòu)思到實物的完整設(shè)計制造概念，有效地改變了以往國內(nèi)高校普遍存在的實踐教學(xué)項目與項目之間相互聯(lián)系不緊密的問題[12-15]。

圍繞電子電工實踐教學(xué)課程體系，以本科生工程實踐與創(chuàng)新能力訓(xùn)練為目標(biāo)，完善以學(xué)生為主導(dǎo)，電子產(chǎn)品制造工藝為核心，支撐通識教育課中全面開放的各類教學(xué)活動、科技競賽、技能培訓(xùn)的實踐與教學(xué)服務(wù)，建設(shè)以學(xué)生為主導(dǎo)、與學(xué)生專業(yè)相結(jié)合的綜合特色實踐教學(xué)與創(chuàng)新服務(wù)平臺[8]。綜合特色創(chuàng)新實踐項目與金工基礎(chǔ)實踐相結(jié)合，實現(xiàn)了機、電一體化的實踐要求，完成設(shè)計—制作—控制一體化的實踐過程。

3 結(jié) 語

以世界一流大學(xué)工程實踐教學(xué)為目標(biāo)，構(gòu)建“知識探究、能力建設(shè)、人格養(yǎng)成”三位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念，建立一套適應(yīng)創(chuàng)新型精英人才培養(yǎng)的完整工程實踐教學(xué)體系，建設(shè)兩個“以學(xué)生為主體”的綜合基礎(chǔ)訓(xùn)練工程實踐教學(xué)平臺及科技創(chuàng)新服務(wù)平臺，經(jīng)過“985工程”三期項目3年建設(shè)，中心初步實現(xiàn)從工程訓(xùn)練向工程實踐創(chuàng)新功能轉(zhuǎn)變，基本建成“教育理念先進(jìn)，教學(xué)體系完善，功能定位合理，人才隊伍優(yōu)化，儀器設(shè)備精良，管理服務(wù)完備，體系運行高效，強項突出，特色鮮明，多元化，開放型，具有一定示范和輻射作用的工程實踐創(chuàng)新中心，有些建設(shè)項目已經(jīng)成為國內(nèi)領(lǐng)先的實踐教學(xué)示范標(biāo)桿。2012年“以學(xué)生為中心的實學(xué)創(chuàng)新工坊建設(shè)”獲得學(xué)校教學(xué)成果一等獎?！把芯啃痛髮W(xué)工程實踐教育的新模式探索”獲得2013年上海市級教學(xué)成果二等獎。2014年“構(gòu)建以機器人研創(chuàng)活動為核心的綜合實踐教學(xué)平臺，培養(yǎng)大學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力”獲得國家級教學(xué)成果二等獎。

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Engineering Training Center Sustained Development— Construction of Engineering Practice Innovation Center

LUShun-shou，CAOQi-xing，LICui-chao

(Engineering Training Center, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

With the large amount of national education investment in recent years, some domestic university’s practice teaching bases have passed through the evaluation of "National Experimental Teaching Demonstration Center". It has been an urgent problem how these centers play demonstration function and reflect demonstration value in future. The traditional engineering comprehensive management operation mode cannot meet the requirement of modern engineering practice base. Scientific and efficient teaching and management which adopt modern digital technology are particularly important. Based on digital integrated management platform and information platform, The paper points out that proposing digital teaching management, implementing digital practical teaching, realizing the fully opening-up of lab and letting students innovative practice will be a construction emphasis and development trend of college engineering practice bases.

sustained development; construction of innovation center; digital platform; digital management

2015-01-15

陸順壽(1957-)，男，上海人，高級工程師，規(guī)劃建設(shè)部主任，主要從事實驗室管理和教學(xué)。

Tel.：13651999758；E-mail：lushsh@sjtu.edu.cn

G 482.0

A

1006-7167(2015)11-0145-03