艦船光電裝備工程實踐教學平臺的體系構(gòu)建

朱興動，黃 葵，王 正

（1.海軍航空工程學院 訓練部，山東 煙臺 264001；2.海軍航空工程學院 青島校區(qū)，山東 青島 266041）

實踐是工程的靈魂與根本，也是工程教育的本質(zhì)要求［1］。教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”就是要求學校按照通用標準和行業(yè)標準制訂人才培養(yǎng)方案，通過行業(yè)企業(yè)深度參與強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，為各行業(yè)培養(yǎng)“三個面向”的高質(zhì)量創(chuàng)新型工程技術(shù)人才［2］。實踐教學和技能訓練是實施“卓越計劃”的重要教學環(huán)節(jié)，是解決學生實踐能力偏弱，創(chuàng)新能力不強的有效途徑［3］。我院艦船光電裝備工程專業(yè)主要培養(yǎng)艦船光學指示、信號與照明系統(tǒng)裝備操作、維修與管理人才，具有光學、電氣與網(wǎng)絡通信領(lǐng)域復合及工程指向性鮮明等特點。為突出學生的實踐能力培養(yǎng)，我們針對當前工程實踐教學建設中存在的問題，深入剖析行業(yè)標準對人才培養(yǎng)在知識、技能和素質(zhì)3個方面的目標要求，按照學生實踐能力的規(guī)范性、技術(shù)性和意義性內(nèi)涵要求，構(gòu)建了分層次、多模塊、遞進式工程實踐教學體系。

1 工程實踐教學建設存在的問題

學生的實踐能力培養(yǎng)必須來源于親自操作、親身體驗，才能形成自身能力和工程素養(yǎng)［4］，因此，很多高校都十分重視實踐教學條件和工程實踐平臺建設，投入大量經(jīng)費購置和研發(fā)儀器設備和實習設施，但許多投入收效并不十分理想，主要表現(xiàn)在以下幾個方面［5－8］。

（1）實踐教學內(nèi)容指向性不強，相互銜接不緊密。針對培養(yǎng)目標，很多高校都從頂層設置了諸如課內(nèi)實驗、獨立實驗課程、金工實習、生產(chǎn)實習、社會實踐等實踐類課程，但在具體課程層面，大多強調(diào)課程的學科特點，設置的實驗實習項目容易發(fā)散，很少能做到圍繞培養(yǎng)目標一以貫之地制訂實踐課程標準，課程之間螺旋式、進階式銜接不夠。

（2）實踐教學條件服務意識不明確，配置不夠優(yōu)化。隨著教育投入的加大，高校的實踐教學條件建設發(fā)展快速，儀器設備的價值越來越高、技術(shù)越來越先進、更新速度越來越快。針對裝備工程類專業(yè)，也引入了大量的裝備、開發(fā)了大量的模擬器和虛擬仿真系統(tǒng)。但針對學生不同階段實踐能力培養(yǎng)需求分析不準，許多設備的教學功能開發(fā)不夠，組合不夠優(yōu)化，“大精貴”儀器設備的作用發(fā)揮有限，教學效益不高，甚至浪費嚴重。

（3）教師的工程經(jīng)歷欠缺，實踐教學組織不夠規(guī)范。工程實踐能力培養(yǎng)對教師本身的實踐能力要求較高，然而目前高校的教師普遍是從求學到任教都限于校內(nèi)，缺乏工程閱歷和工程經(jīng)驗。很多教師對行業(yè)領(lǐng)域不熟悉，致使實踐課程的操作規(guī)范、工藝標準、工程管理模式等與行業(yè)要求及崗位標準嚴重脫節(jié)，實踐教學效果難以保證，更談不上對學生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

2 面向應用創(chuàng)新實踐教學體系化建設理念

學生的實踐能力具有規(guī)范性、技術(shù)性和意義性3個層面的內(nèi)涵［9］，規(guī)范性要求體現(xiàn)在基于外在行為規(guī)范的實踐教學，內(nèi)化為自身嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L；技術(shù)性，則是應用科學技術(shù)于實踐活動的能力；意義性在于尋求人機融合的行為能力。

（1）以行業(yè)標準為核心設計實踐教學內(nèi)容。培養(yǎng)高質(zhì)量創(chuàng)新型工程技術(shù)人才，就是既要滿足高等教育的通用標準，又要滿足行業(yè)標準要求［10］，其核心是按照行業(yè)（企業(yè)）的崗位能力需求構(gòu)建人才培養(yǎng)方案（學校標準）。崗位能力分析是設計教學過程的起點，通過分析崗位需求和教學目標，將教學需要轉(zhuǎn)換并分解為詳細的知識、能力和素質(zhì)要求，形成教學需求剖面圖（課程大綱），并詳細準確地提出具體要求［11］。如：光電裝備專業(yè)崗位需求由資格能力、軟能力及相應的評價標準組成，資格能力包括光學基礎、機械原理、電工與電子技術(shù)、電機與電氣控制、通信與總線技術(shù)、光電裝備、維修理論基礎、人為因素與維修作業(yè)安全、管理法規(guī)與技術(shù)資料等應用能力；軟能力包括邏輯思維能力、分析問題能力、責任心和協(xié)作精神；評價則通過兩種能力的行業(yè)標準符合性考核來實現(xiàn)。

（2）以能力形成規(guī)律為原則分解課程模塊。裝備工程人才培養(yǎng)應以“原理－使用－維修－管理”為主線，構(gòu)建“工程認知－工藝實訓－綜合創(chuàng)新”3層次、多模塊、遞進式工程實踐的課程體系［12］。艦船裝備操作與維修人才培養(yǎng)按照能力形成的難易程度，可劃分為裝備原理與構(gòu)造學習、裝備操作使用能力、裝備維修能力和裝備管理能力4個方面。裝備維修能力是其中的關(guān)鍵，可以進一步劃分為維修基本技能、專業(yè)維修技能和綜合維修能力3個階段。操作使用、維修基本技能和專業(yè)技能具有嚴格的規(guī)范性，應遵循行業(yè)標準設計。綜合能力則是在裝備原理與構(gòu)造認知基礎上，綜合運用專業(yè)基礎知識，分析、判斷工作情況，正確實施應急處置與排除故障的能力。

（3）以教學效益最大化為目標構(gòu)建實踐教學條件體系。明確的培養(yǎng)目標需要內(nèi)容完善、科學完整的實踐教學條件體系支撐。對于艦船這類大型裝備來講，為學生提供全員實訓的實踐條件無論是在經(jīng)費、場地等方面均難以滿足，應根據(jù)各階段各類型能力培養(yǎng)需求，按照裝備認知、學習技能、實踐技能和驗證技能4個層面［13］，有針對性地設計采用相應的教學裝備，以追求經(jīng)濟成本和時間成本最小化，實現(xiàn)教學效益的最大化。

（4）以職業(yè)資格認證為途徑評價實踐教學效果。工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量可以結(jié)合行業(yè)職業(yè)資格認證或職業(yè)技能鑒定進行檢驗。把工程訓練教學與職業(yè)資格認證有機結(jié)合，既能有效調(diào)動學生參與實踐的積極性，又能促進院校緊密跟蹤科技、行業(yè)發(fā)展，及時調(diào)整人才培養(yǎng)方案，加強實踐教學條件建設，敏銳地適應行業(yè)需求變動［3］。學?？梢砸劳衅髽I(yè)（單位）在提高實踐教學的質(zhì)量效果的同時，開展職業(yè)資格認證。另一方面，學校更應在實踐教學條件建設時，充分考慮認證需求，力爭建成職業(yè)資格認證單位。行業(yè)主管部門（機關(guān)）在這方面應給予大力指導與支持，形成行業(yè)、企業(yè)、院校三位一體共育人才的局面。

3 一體化構(gòu)建工程實踐教學平臺

（1）設計依據(jù)。實踐教學體系化設計緊緊圍繞裝備操作使用與艦（船）員級（基層級）維修能力這一崗位核心，以現(xiàn)役某型艦光電系統(tǒng)裝備操作使用規(guī)程、基層級維修工程范圍、裝備維修手冊為依據(jù)，設計實踐教學內(nèi)容與條件。充分發(fā)揮艦船裝備行業(yè)較好的標準化建設優(yōu)勢，為培養(yǎng)高質(zhì)量創(chuàng)新型工程技術(shù)人才提供服務。

（2）工程實踐教學內(nèi)容設計。按照艦船光電裝備工程認知、裝備操作使用、維修基礎知識、維修基本技能、裝備維修技能、維修業(yè)務管理等6個層面構(gòu)建實踐教學內(nèi)容體系，見表1。維修基本技能是實踐能力培養(yǎng)的重要基礎環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的工程實踐教學中，通常在金工實習、電子設計與制作等課程中實現(xiàn)，存在著實習科目行業(yè)要求覆蓋不準、標準要求不高、規(guī)范程度不夠等問題。在設計維修基本技能模塊內(nèi)容時，我們按照行業(yè)標準，歸納裝備維修中基礎性、通用性的工作內(nèi)容，總結(jié)設計了更貼近行業(yè)標準要求的技能訓練項目。裝備維修管理則提供行業(yè)企業(yè)標準的維修業(yè)務管理實踐訓練內(nèi)容。在維修基本技能、裝備維修技能實踐教學中貫穿維修管理要求，如按標準工卡施工、加入工作檢驗與報告環(huán)節(jié)等，更有利于全維度培養(yǎng)學生的實踐能力，促進學生工程素養(yǎng)的養(yǎng)成。

表1 艦船光電裝備工程實踐教學內(nèi)容

（3）工程實踐教學條件配套。訓練效益最大化的原則需要通過配套適宜的訓練方法和訓練手段來實現(xiàn)。裝備工程認知、維修基礎知識主要是知識學習，采用課堂教學或計算機輔助教學的方式最為適宜，配套手段是帶有計算機訓練管理（CMI）功能的，可自定學習步驟的計算機輔助訓練（CBT）系統(tǒng)。裝備操作使用、維修基本技能、裝備維修技能、裝備維修管理培訓主要讓學生學習技能、實踐技能和驗證技能，采用實習為主、教師指導為輔的方式最佳，配套手段應盡可能逼近裝備的實際使用與維修環(huán)境。其中，維修基本技能培訓應在采用實際裝設備、部附件搭建的開放式臺架上，使用裝備維修中實際使用的工具與耗材進行實習，使學生熟練掌握行業(yè)標準技能；裝備操作與維修技能則可采用維修模擬器、維修訓練裝置和實際裝備，配合以操作規(guī)程、維修工作卡片、交互式電子技術(shù)手冊（IETM），開展程序化訓練。各模塊應配套的教學條件見表2，這種配套方法相對于傳統(tǒng)訓練可顯著減少訓練時間，使學生達到較高的知識和技能水平。

表2 艦船光電裝備工程實踐教學配套條件

（4）工程實踐教學平臺構(gòu)建。艦船光電裝備工程實踐教學平臺由CBT系統(tǒng)、虛擬仿真訓練器、訓練模擬器、維修技能（含基本技能）實習設備、維修管理信息系統(tǒng)、教學管理系統(tǒng)等6個部分組成，見圖1。

圖1 艦船光電裝備工程實踐教學平臺的體系結(jié)構(gòu)

艦船光電裝備模擬器采用高逼真度物理仿真、高集成度模擬場景仿真與交互式3D虛擬仿真相結(jié)合的方式，構(gòu)建了集裝備操作使用與維修訓練于一體的訓練系統(tǒng)。模擬控制（操作）臺采用半物理仿真方式，其外觀與布局、操作（如按鈕、旋鈕、開關(guān)、控制閥等）、顯示界面（如儀表、指示器、信號燈、顯示屏、蜂鳴器等），與艦船上的裝備完全一致。艦船模型縮比制作，甲板與艦島上布置LED芯粒，模擬艦船光學指示、信號與照明系統(tǒng)的燈具顯示狀態(tài)。視景子系統(tǒng)用于虛擬顯示艦船整體環(huán)境及裝備工作情況。模擬器各子系統(tǒng)之間采用與艦船一致的現(xiàn)場總線連接，確保通信信號的一致性。模擬器能夠滿足裝備操作使用與艦員級維修訓練的需要，特別是反復開展不易復現(xiàn)的故障維修與危險性程度高的維修項目訓練。

虛擬控制（操縱）臺實質(zhì)上是一套虛擬仿真訓練器，運行與模擬控制（操作）臺中同樣的仿真軟件，輸入輸出交互界面采用純虛擬窗口顯示的方式，控制邏輯完全一致。虛擬控制（操縱）臺也可作為分布式客戶端單元節(jié)點，加入到網(wǎng)絡中，并能夠任意設置為某一子系統(tǒng)（設備）的操作控制臺，實現(xiàn)多人多站位或多人同站位的訓練功能。虛擬控制（操縱）臺中還安裝有虛擬維修訓練模塊和IETM模塊，實現(xiàn)檢查、調(diào)整、故障排查與拆裝訓練。同時，還可以作為學員工作站，使用CBT軟件進行自主式理論學習與考核。

教師控制臺用于教學管理，實現(xiàn)對模擬器進行監(jiān)控、訓練參數(shù)設定、故障設置，還可以監(jiān)視、記錄學生的實習情況，對模擬訓練及考核過程進行記錄回放。教師控制臺中還安裝有CMI系統(tǒng)，實現(xiàn)對CBT系統(tǒng)的使用管理，以及學生訓練檔案的全程管理。

維修技能訓練裝置由幾十臺維修基本技能實習臺（架）、由艦船光電裝備搭建的維修訓練裝置構(gòu)成。學生使用行業(yè)標準工具與耗材，配合維修工卡、IETM進行實踐。

維修管理信息系統(tǒng)采用與行業(yè)單位一致的管理軟件，開展維修計劃與維修項目管理、維修記錄與報告、器材供應、維修質(zhì)量控制等維修管理實踐，使維修訓練內(nèi)容涵蓋維修計劃、維修項目下達、維修工作實施、維修記錄與報告、維修質(zhì)量控制等全部環(huán)節(jié)，更貼近行業(yè)維修工作實際。

（5）工程實踐教學配套建設。實施了行業(yè)用人單位與學校聯(lián)合制定（審查）人才培養(yǎng)方案和課程標準的機制。在行業(yè)單位建立了實習基地，進一步增強了工程能力的實踐與驗證環(huán)節(jié)。建立了行業(yè)主管部門（機關(guān)）、行業(yè)用人單位與學校三方聯(lián)合考核機制，通過采用行業(yè)資格認證題庫、工卡、程序?qū)W生的工程實踐能力進行評價。

4 工程實踐教學效果

艦船光電裝備工程實踐教學平臺從行業(yè)標準要求出發(fā)，采取分層次、多模塊、遞進式的設計思路，虛擬、模擬、裝備等多樣化的實踐教學手段，構(gòu)建了貼近行業(yè)、貼近裝備、貼近崗位、功能完善的實踐教學體系。在以強化工程能力與創(chuàng)新能力為重點的人才培養(yǎng)模式改革中，取得了良好的效果。兩屆學生均通過了三方聯(lián)合考核，得到了行業(yè)主管部門與用人單位的好評。目前，正在開展教師實踐教學資格認證制度試點，以及學生參加職業(yè)技能鑒定的論證建設工作。

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［1］林健.高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”實施進展評析（2010—2012年）（上）［J］.高等工程教育研究，2013（4）：1－12.

［2］百度百科.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃［DB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/3810178.htm，2010.

［3］徐新成，朱建軍，趙春鋒，等.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”工程訓練教學改革［J］.實驗室研究與探索，2014，33（5）：223－226.

［4］吳卓平，王松嬋，楊連生.高校工程訓練創(chuàng)新發(fā)展探析［J］.實驗技術(shù)與管理，2014，31（10）：51－54.

［5］Zhao Linhui，Maob Zhiyong，Zhang Jiancheng.Practice Teaching Reform for Improving the Engineering Cpacity of Applied Innovation Talents in Mechatronics［C］//Proceedings of 2013International Conference on Education and Teaching（ICET 2013）Volume 23.Wuhan，China：Information Engineering Research Institute，USA，2013：228－233.

［6］劉小河，馬潔，管萍，等.自動化專業(yè)“四位一體”的實踐教學體系構(gòu)建研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2014，31（10）：27－30.

［7］陳振，寧礦鳳，馬翔.普通高校面向行業(yè)強化工程能力的軟件人才培養(yǎng)［J］.計算機教育，2011（15）：15－17.

［8］楊飛，吳敏，謝宜凈.基于智能汽車競賽的自動控制實驗創(chuàng)新研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2014，31（10）：47－50.

［9］楊道宇.學生實踐能力的三維哲學內(nèi)涵［J］.現(xiàn)代大學教育，2012（4）：6－11.

［10］林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標準研制［J］.高等工程教育研究，2010（4）：21－29.

［11］ MIL－HDBK－29612－2A.Instructional Systems Develpment/Systems Approach to Training and Education（Part 2of Parts）［S］.Lakehurst，NJ，USA：Naval Air Warfare Center Aircraft Division，2001.

［12］周婭，魏德強，廖維奇，等.機電綜合工程訓練中心建設的探索與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2011，28（12）：9－14.

［13］Larry McMaster，George Cooper，David McLin.Combining 2Dand 3DVirtual Reality for Improved Learning［DB/OL］.http：//www.rti.org/pubs/reality.pdf，2005.