“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實踐創(chuàng)新平臺的研究

趙海龍　江楠　姜春雷　王黎黎　付光杰

摘要：創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是建設(shè)創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵，創(chuàng)新平臺的建設(shè)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的有效方法和手段，運(yùn)用信息化技術(shù)和手段具有很強(qiáng)的必要性和現(xiàn)實意義。文章從學(xué)生在研究性學(xué)習(xí)中開展創(chuàng)新實踐活動的實際需求出發(fā)，對基于研究性學(xué)習(xí)的“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實踐創(chuàng)新平臺進(jìn)行了分析和設(shè)計，詳細(xì)論述平臺的架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、功能模塊、功能實現(xiàn)、系統(tǒng)運(yùn)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(guān)鍵詞：創(chuàng)新型人才；實踐創(chuàng)新平臺；工程驅(qū)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(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）06-0229-03

0 引言

我國正持續(xù)深入地推進(jìn)創(chuàng)新型國家建設(shè)，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是建設(shè)創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵之一?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》專門提出要進(jìn)一步加強(qiáng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[1]，“注重學(xué)思結(jié)合，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”。在知識經(jīng)濟(jì)時代，知識的總量很大，知識創(chuàng)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(shù)和工作環(huán)境有關(guān)的工作[2-5]。

國內(nèi)外的經(jīng)驗都表明工程教育模式“做中學(xué)”的理念和方法是先進(jìn)可行的[6-8]。工程教育思想適合工科教育教學(xué)過程各環(huán)節(jié)的改革，并積累了一定的經(jīng)驗[9，10]。而建立從工程基本技能→綜合設(shè)計應(yīng)用能力→創(chuàng)新設(shè)計技能→創(chuàng)新實現(xiàn)能力的“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實踐創(chuàng)新平臺是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重中之重。

1 工科大學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)

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

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

2 “工程驅(qū)動”型“四位一體”式實踐創(chuàng)新平臺的建立

根據(jù)東北石油大學(xué)課程特點(diǎn)和已有的多年教學(xué)、科研基礎(chǔ)，并充分考慮“卓越工程師教育培養(yǎng)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(shè)計應(yīng)用能力→創(chuàng)新設(shè)計技能→創(chuàng)新實現(xiàn)能力的“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實踐創(chuàng)新平臺結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。整個平臺具有技術(shù)內(nèi)涵充實，多層次、數(shù)字化、開放性的特點(diǎn)。

以工程實際流程為依托，升華引領(lǐng)構(gòu)建實驗課程教學(xué)的具體實施，改變以往片面強(qiáng)調(diào)設(shè)計任務(wù)的完成、與工作實踐相脫軌、忽視基本工程能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)的局面。按我校專業(yè)不同增設(shè)石油、勘探、機(jī)械、化工、電氣等工程創(chuàng)新性實踐項目，結(jié)合大學(xué)生電子競賽、國家大學(xué)生創(chuàng)新計劃等項目打造圖2所示的學(xué)生實踐創(chuàng)新平臺。具體建設(shè)內(nèi)容如下：

①興趣激發(fā)——作品展示。

設(shè)置目的：

1）通過教學(xué)模型的展示提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的興趣。

2）通過對學(xué)生成果的展示激發(fā)學(xué)生主動參與實踐創(chuàng)新的內(nèi)在動力。

主要項目：

1）學(xué)生成果展示和介紹：獲獎?wù)撐?；獲獎報告；獲獎作品等。

2）教學(xué)模型展示和介紹：工控模型；電機(jī)模型；其他模型等。

②基礎(chǔ)能力訓(xùn)練——基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺。

設(shè)置目的：

1）通過課程教學(xué)訓(xùn)練平臺的實驗和模擬加深學(xué)生對課本知識的理解。

2）通過基礎(chǔ)能力訓(xùn)練平臺訓(xùn)練學(xué)生常用儀器及器件的測試能力、電路制作能力、電路CAD應(yīng)用能力、Labview等工具使用能力；提高學(xué)生科技制作設(shè)計調(diào)試能力。

主要項目：

1）課程教學(xué)驗證性平臺：電路實驗教學(xué)平臺；電工基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺；模擬電路實驗教學(xué)平臺；電機(jī)實驗教學(xué)平臺；數(shù)字電路實驗教學(xué)平臺；EDA實驗教學(xué)平臺；單片機(jī)原理實驗教學(xué)平臺；電路仿真實驗教學(xué)平臺；工具軟件教學(xué)平臺等。

2）基礎(chǔ)能力訓(xùn)練平臺：常用儀器及器件測試方法訓(xùn)練平臺；電路焊接訓(xùn)練平臺；微型電機(jī)制作平臺；電路CAD設(shè)計訓(xùn)練平臺等。

③綜合能力訓(xùn)練——綜合實踐能力訓(xùn)練平臺。

設(shè)置目的：

1）通過綜合實踐能力訓(xùn)練平臺的實踐活動提高學(xué)生綜合利用所學(xué)專業(yè)知識能力。

2）通過綜合專題研究和學(xué)習(xí)，讓學(xué)生更多地了解學(xué)院教師正在從事的研究，專業(yè)前沿課題、社會熱點(diǎn)技術(shù)。

主要項目：

1）綜合能力訓(xùn)練平臺：單片機(jī)開發(fā)套件；虛擬儀器套件；電氣工程基礎(chǔ)綜合實踐平臺；檢測技術(shù)綜合實踐平臺；運(yùn)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(shè)備、軟件）：教師研究專題；社會擇業(yè)熱點(diǎn)專題；專業(yè)前瞻研究專題等。

④創(chuàng)新能力訓(xùn)練——創(chuàng)新實踐平臺。

設(shè)置目的：

1）通過設(shè)置創(chuàng)新實驗預(yù)約平臺，利用有限的資源為更多的本科生和研究生個體創(chuàng)新活動或小發(fā)明創(chuàng)造提供環(huán)境和支持。

2）通過設(shè)置創(chuàng)新專題研究平臺為學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊提供固定的科學(xué)研究場地。

主要項目：

1）創(chuàng)新分時預(yù)約平臺（網(wǎng)上預(yù)約）。

2）創(chuàng)新專題研究平臺（相對固定位置），如油田應(yīng)用的科技制作類項目。

⑤潛能挖掘——競賽與實踐。

設(shè)置目的：通過競賽等實踐活動，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造性潛能。

主要項目：

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

2）實踐活動校外延伸：實習(xí)基地；社會科技實踐活動等。

3 實踐創(chuàng)新平臺應(yīng)用分析

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

經(jīng)過多年建設(shè)，目前實踐創(chuàng)新平臺已實現(xiàn)油田數(shù)據(jù)采集、激光濁度測定、電機(jī)控制、塔基控制等關(guān)鍵技術(shù)的自主開發(fā)，對專業(yè)建設(shè)和學(xué)科發(fā)展、人才培養(yǎng)，發(fā)揮了十分重要的作用。創(chuàng)新平臺的成果如圖3所示。

采用新的實踐創(chuàng)新平臺后，取得了較為滿意的效果，表現(xiàn)在以下三個方面。

①基于此平臺進(jìn)行實施以本科生為主導(dǎo)的“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”項目、“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目、大學(xué)生電子競賽等，同時以此平臺進(jìn)行的本科畢業(yè)設(shè)計歷年均獲得優(yōu)異的成績。

②碩士研究生以此實踐創(chuàng)新平臺進(jìn)行控制算法、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等理論研究和系統(tǒng)研制工作，在油田數(shù)據(jù)采集、電機(jī)控制、液位跟蹤、井下測調(diào)等方面取得了一系列成果，部分研究成果已經(jīng)陸續(xù)在各級學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。

③依托實踐創(chuàng)新平臺組建的“電工學(xué)”團(tuán)隊，承擔(dān)了省自然科學(xué)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(xué)生創(chuàng)新性計劃等一大批科研項目，黑龍江省教育廳教學(xué)改革項目、精品課建設(shè)、重點(diǎn)課程建設(shè)等一大批教學(xué)改革項目。

4 總結(jié)

通過電工電子實踐創(chuàng)新平臺，學(xué)生改變了過去只能仿真的被動局面，勇于實踐，通過實際應(yīng)用，實現(xiàn)了CDIO模式的培養(yǎng)過程。同時，在實施創(chuàng)新平臺應(yīng)用過程中，要注意糾正兩種認(rèn)識上的偏差，一是擔(dān)心創(chuàng)新性實驗教學(xué)的開展會浪費(fèi)學(xué)生寶貴的學(xué)習(xí)時間，從而影響學(xué)生的理論課程分?jǐn)?shù)，這是一種急功近利、不顧學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)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(rèn)為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性實驗的難度太大，學(xué)生對此力不從心。其實，理論和實踐都已證明，學(xué)生是進(jìn)行創(chuàng)新性實驗課題較強(qiáng)的群體，關(guān)鍵是要敢于做，認(rèn)真做，在做中學(xué)，在學(xué)中做。

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