新工科模式下基于能力培養(yǎng)的自動(dòng)化綜合實(shí)踐探索

張雅靜

摘要：本文面向新工科建設(shè)背景，針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式的弊端，提出了建設(shè)自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)以適應(yīng)當(dāng)前工科教學(xué)的新模式。以新工科人才能力培養(yǎng)為宗旨，創(chuàng)新性提出自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)的能力模型。此平臺(tái)密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，建立了系統(tǒng)概念、加深理論，提高了學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；綜合實(shí)踐平臺(tái)；新工科；人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）36-0158-02

一、引言

1.新工科模式背景。我國(guó)擁有世界上最大規(guī)模的工程教育。到2020年，我國(guó)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將會(huì)達(dá)到750萬(wàn)人。相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。“工程教育跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展是緊密聯(lián)系的，相互支撐的。工程教育改革如果滯后，那就拖了產(chǎn)業(yè)的后腿。我們急需發(fā)展‘新工科，來(lái)支撐新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的人才需要。”張大良如是說(shuō)[1，2]。

2.新工科創(chuàng)新人才的特質(zhì)。創(chuàng)新人才應(yīng)當(dāng)具有的特質(zhì)包括：強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，豐富的想象力、洞察力與批判性思維，面對(duì)挫折的勇氣和頑強(qiáng)毅力，必要的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力等幾方面。在這些特質(zhì)中，既有知識(shí)和能力要素，也有個(gè)人性格特質(zhì)的要素[3]。因此，創(chuàng)新人才的成長(zhǎng)，是一個(gè)全面發(fā)展的過程，大學(xué)的教育就是要在人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)建立系統(tǒng)性的平臺(tái)。

3.自動(dòng)化本科教育現(xiàn)狀。以煙臺(tái)大學(xué)為例，煙臺(tái)大學(xué)的自動(dòng)化專業(yè)是應(yīng)用型工科專業(yè)，針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)而言，工程教育培養(yǎng)主要分為課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩大環(huán)節(jié)。但自動(dòng)化的實(shí)踐教學(xué)目前仍然停留在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，其主要問題有：（1）自動(dòng)化課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)形式化，學(xué)生不能實(shí)際參與到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中去，無(wú)法有效調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，更談不上工程素質(zhì)的培養(yǎng)。（2）自動(dòng)化專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與現(xiàn)代智能制造技術(shù)差距很大，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬困難。（3）自動(dòng)化的專業(yè)以應(yīng)試教育為基本特征的評(píng)價(jià)體系依然占主導(dǎo)地位，學(xué)生獨(dú)立個(gè)性的自由發(fā)展也受到限制，嚴(yán)重阻礙了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

新工科人才培養(yǎng)最終要“落地”，要通過切實(shí)有效的途徑達(dá)到最終的人才質(zhì)量。多方位人才的綜合能力要求對(duì)于應(yīng)用型本科大學(xué)來(lái)說(shuō)，必須要從點(diǎn)抓起，以點(diǎn)帶面，進(jìn)而帶動(dòng)全局。這個(gè)切入點(diǎn)的關(guān)鍵就在于專業(yè)培養(yǎng)中的理論與實(shí)踐相結(jié)合，因此，本文提出建設(shè)“自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)”，以滿足學(xué)校培養(yǎng)新工科人才的需要。只有這樣才能縮短書本知識(shí)和實(shí)際工作能力的距離。同時(shí)對(duì)于解決學(xué)生就業(yè)難等問題都是有益的嘗試。

二、自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)的基本思路

作為“應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型”的高等學(xué)校，其培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有解決實(shí)際問題能力的自動(dòng)化應(yīng)用型及復(fù)合型人才。針對(duì)這一目標(biāo)，以新工科人才培養(yǎng)為指導(dǎo)方針，以大學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力的發(fā)展與形成為主線，具體針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)，提出“以學(xué)生為本”構(gòu)建“自動(dòng)化專業(yè)綜合實(shí)踐平臺(tái)”的架構(gòu)，重點(diǎn)培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

圖1為自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)的人才培養(yǎng)能力模型。它表明，人才培養(yǎng)呈現(xiàn)金字塔形狀，而國(guó)家最終需要的是具有自主學(xué)習(xí)能力的創(chuàng)新實(shí)踐型人才。

三、自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)的研究

1.研究?jī)?nèi)容。自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)的研究分為“兩個(gè)層次”。（1）層次1：以綜合設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)為著眼點(diǎn)，以調(diào)速與控制系統(tǒng)為主要研究方向，整合運(yùn)動(dòng)控制、PLC控制、單片機(jī)控制、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)控制等實(shí)踐教學(xué)資源，搭建具有很強(qiáng)的通用性和實(shí)踐性的綜合實(shí)踐裝置。以畢業(yè)論文的完成為導(dǎo)向，自主選擇與創(chuàng)新、就業(yè)或創(chuàng)業(yè)密切相關(guān)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。（2）層次2：順應(yīng)校企聯(lián)合的主要培養(yǎng)模式。以工程師資格認(rèn)證為依據(jù)，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力培養(yǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與管理、新產(chǎn)品與新工藝的研發(fā)等自動(dòng)化專業(yè)的卓越工程師，重點(diǎn)培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

2.研究思路。（1）綜合實(shí)踐平臺(tái)硬件的研究與建設(shè)。自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)離不開硬件的配置。一個(gè)完整的自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)外乎由控制器、執(zhí)行器、生產(chǎn)對(duì)象和檢測(cè)裝置組成。對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)核而言，生產(chǎn)對(duì)象可以千差萬(wàn)別，但控制器、執(zhí)行器和檢測(cè)裝置卻是必需的三大環(huán)節(jié)。而且當(dāng)在一個(gè)綜合實(shí)踐平臺(tái)上，將常用主要部件配置齊全后，學(xué)生可以根據(jù)虛擬的對(duì)象特點(diǎn)自行選擇所需設(shè)備，熟悉了控制系統(tǒng)中這些基本環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)實(shí)際中即便改變了對(duì)象，也同樣會(huì)應(yīng)對(duì)自如。對(duì)于校企聯(lián)合，在教師的指導(dǎo)和企業(yè)的要求下，學(xué)生從企業(yè)中尋找課題?？梢韵仍诰C合實(shí)踐裝置上仿真研究，然后再到企業(yè)中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。（2）自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)軟件的研究與建設(shè)。軟件建設(shè)包括：①綜合實(shí)踐基本軟件技能的訓(xùn)練；②綜合實(shí)踐平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)；③能力培養(yǎng)考核機(jī)制的研究與設(shè)計(jì)。

四、自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)

1.硬件的研究與建設(shè)。本平臺(tái)用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的PLC控制器、變頻器、觸摸屏等電氣設(shè)備再配置合適的工作臺(tái)、系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)及各種傳感器等構(gòu)成與實(shí)際工程類似的綜合實(shí)踐裝置，由教師根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)PLC控制程序和連接外部接線。此平臺(tái)可以模擬演示實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行；也可以由學(xué)生們自己根據(jù)新的工藝要求重新設(shè)計(jì)PLC控制程序和改變外部接線，從而達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的目的。畢業(yè)設(shè)計(jì)可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求同學(xué)們自己搭建生產(chǎn)對(duì)象模型，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)，既培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)實(shí)踐能力，又實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的可擴(kuò)展化，達(dá)到了學(xué)生能力受益、學(xué)校實(shí)驗(yàn)裝置受益的“雙贏”。

平臺(tái)可作為校企聯(lián)合的橋梁，通過搭建控制系統(tǒng)，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)概念，這是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生邁出校門、接觸生產(chǎn)實(shí)際所必需的基本素質(zhì)。本平臺(tái)可結(jié)合工業(yè)控制中常用的單片機(jī)、PLC進(jìn)行數(shù)字化控制乃至分布式控制。

2.軟件的研究與建設(shè)。（1）綜合實(shí)踐基本軟件技能的訓(xùn)練。針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)技能的需要，有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行軟件訓(xùn)練，包括PROTEL，AUTOCAD及C51等，要求學(xué)生至少熟悉和掌握兩項(xiàng)以上技能。（2）綜合實(shí)踐平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)。根據(jù)綜合實(shí)踐平臺(tái)的實(shí)際情況，在大賽或設(shè)計(jì)的要求下，由學(xué)生提出課題、自主研究，提出創(chuàng)新思路。

3.綜合實(shí)踐裝置可承擔(dān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。（1）基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)，如選果機(jī)：變頻器控制電機(jī)，速度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)蘋果動(dòng)態(tài)稱重，達(dá)到分選蘋果的功能。（2）自動(dòng)化生產(chǎn)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(zhí)行機(jī)構(gòu)可以完成很多復(fù)雜控制。

4.能力培養(yǎng)考核機(jī)制的研究與設(shè)計(jì)。在考核方式的改革中，將發(fā)展性評(píng)價(jià)方法導(dǎo)入與平臺(tái)有關(guān)的實(shí)踐課程中。把學(xué)生在一系列創(chuàng)新活動(dòng)中的表現(xiàn)，作為考量依據(jù)之一。在平臺(tái)的不同層級(jí)，設(shè)置階段性驗(yàn)收目標(biāo)，使學(xué)生創(chuàng)新的能力和意識(shí)得到循序提高。

五、結(jié)論和展望

經(jīng)過一系列論證、研究與建設(shè)，自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)已經(jīng)具備基本功能。該平臺(tái)的特點(diǎn)如下：

1.本著“以學(xué)生為主體”的宗旨，具備更完善的實(shí)踐教學(xué)功能，提升實(shí)踐教學(xué)檔次，重點(diǎn)解決了自動(dòng)化綜合設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在的問題。

2.針對(duì)不同學(xué)生，因材施教，從興趣培養(yǎng)開始，逐漸形成一定的專業(yè)知識(shí)和能力基礎(chǔ)，再進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究和創(chuàng)新實(shí)踐的方法。提出“學(xué)生自主研究、自主創(chuàng)新”，建立實(shí)踐互動(dòng)機(jī)制的思想。

3.提出創(chuàng)建新工科人才培養(yǎng)能力模型，真正地將能力培養(yǎng)落實(shí)到教學(xué)環(huán)節(jié)，并通過培養(yǎng)機(jī)制切實(shí)有效地執(zhí)行。

總之，建設(shè)自動(dòng)化綜合實(shí)踐平臺(tái)，不僅僅給新工科人才培養(yǎng)提供了一個(gè)切實(shí)可行的措施，而且給創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和發(fā)展提供了一個(gè)多層級(jí)平臺(tái)。更重要的是，它通過理順理論與實(shí)踐的關(guān)系，建立了一種互動(dòng)的機(jī)制，給學(xué)生提供了一個(gè)更寬闊的創(chuàng)新的舞臺(tái)，真正做到提升學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，全面提高綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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