面向新工科的電控類專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系改革與建設(shè)

姚振靜，姜運(yùn)芳，王佳慧，郭麗麗

（防災(zāi)科技學(xué)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(shí)踐教學(xué)體系現(xiàn)狀：在人才培養(yǎng)方案設(shè)置方面，傳統(tǒng)工科電控類專業(yè)的人才培養(yǎng)理念是學(xué)科導(dǎo)向，培養(yǎng)方案是正向設(shè)計(jì)，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(shí)要求多實(shí)踐訓(xùn)練少、地方行業(yè)特色不明顯等問(wèn)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(chǔ)知識(shí)及專業(yè)技術(shù)理論知識(shí)傳授，課程內(nèi)容陳舊與新技術(shù)不匹配，所授知識(shí)呈現(xiàn)碎片化等問(wèn)題［1-3］。在實(shí)踐教學(xué)體系方面，實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)弱化，綜合性實(shí)踐項(xiàng)目、競(jìng)賽培訓(xùn)、科研培訓(xùn)項(xiàng)目在教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)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(shí)踐資源，畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)受企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行制約參與一線項(xiàng)目的機(jī)會(huì)不多等問(wèn)題［4-7］。

新經(jīng)濟(jì)發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐，對(duì)電控相關(guān)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(dá)成，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案和課程體系，改革和建設(shè)一個(gè)著重培養(yǎng)學(xué)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(shí)）的電控類專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)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(dǎo)下，采用成果導(dǎo)向優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，依托“專任教師十輔導(dǎo)員隊(duì)伍十電子青年科技聯(lián)盟”三支隊(duì)伍，重構(gòu)“基礎(chǔ)十綜合十創(chuàng)新”遞階式三級(jí)創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)踐體系，構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺(tái)，整合實(shí)踐資源，重構(gòu)階梯式工程實(shí)踐訓(xùn)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(xué)生創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力。

1 成果導(dǎo)向優(yōu)化人才培養(yǎng)方案

通過(guò)校外調(diào)研、畢業(yè)生走訪和學(xué)習(xí)國(guó)家工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與行業(yè)企業(yè)需要，凝練專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。明確培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)職業(yè)發(fā)展的知識(shí)、能力、素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)方案要凸顯培養(yǎng)“學(xué)生工程實(shí)踐能力本位”特色，建立理論教學(xué)和工程實(shí)踐結(jié)合的人才培養(yǎng)體系，通過(guò)產(chǎn)教融合平臺(tái)拓展學(xué)生學(xué)習(xí)空間，開闊學(xué)生視野，鍛煉學(xué)生能力，提升學(xué)生素養(yǎng)。

以我校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，通過(guò)走訪調(diào)研防震減災(zāi)行業(yè)及相關(guān)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(guó)地震局地球物理研究所、北京港震機(jī)電設(shè)備有限公司、珠海市泰德有限公司等，明確該專業(yè)社會(huì)需求崗位群的知識(shí)、能力、素質(zhì)，明確該專業(yè)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)職業(yè)發(fā)展的知識(shí)、能力、素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置以儀器組裝測(cè)試、運(yùn)行維護(hù)、設(shè)計(jì)研發(fā)能力為指導(dǎo)思想，優(yōu)化測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)方案。測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)是學(xué)院服務(wù)國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)事業(yè)發(fā)展的核心支撐專業(yè)，面向防災(zāi)減災(zāi)儀器領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人才需求，培養(yǎng)能從事防災(zāi)減災(zāi)儀器及通用儀器的設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)、測(cè)試等工作，具備實(shí)施復(fù)雜工程實(shí)踐和終身學(xué)習(xí)的能力，保持高效、創(chuàng)新所必需素質(zhì)的儀器類工程應(yīng)用型人才。

2 構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺(tái)

依托“專任教師十輔導(dǎo)員隊(duì)伍十電子青年科技聯(lián)盟”三支隊(duì)伍，重構(gòu)“基礎(chǔ)十綜合十創(chuàng)新”遞階式三級(jí)創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)踐體系，構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺(tái)。在平臺(tái)隊(duì)伍方面發(fā)揮學(xué)生主體作用，實(shí)行社團(tuán)學(xué)生三級(jí)管理制度，社團(tuán)學(xué)生負(fù)責(zé)對(duì)接輔導(dǎo)員隊(duì)伍、教師隊(duì)伍；導(dǎo)員隊(duì)伍負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)力訓(xùn)練提高學(xué)生自信力、溝通力；教師隊(duì)伍負(fù)責(zé)遞進(jìn)性的基礎(chǔ)、專業(yè)、綜合訓(xùn)練提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，建立創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，包括3 個(gè)培養(yǎng)階段：第一階段開放實(shí)驗(yàn)室主要鍛煉學(xué)生初步創(chuàng)新能力；第二階段模塊式學(xué)科競(jìng)賽主要鍛煉學(xué)生創(chuàng)新能力和獨(dú)立工作能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；第三階段參與教師教科項(xiàng)目時(shí)學(xué)生能夠參與學(xué)科知識(shí)創(chuàng)新活動(dòng)領(lǐng)域，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。在開放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)階段，根據(jù)各專業(yè)教師的教科研方向給學(xué)生設(shè)置具有特色的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，目標(biāo)是初步鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。在學(xué)科競(jìng)賽建設(shè)階段，教師已經(jīng)參與的“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”、全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽、中國(guó)機(jī)器人大賽基礎(chǔ)上申報(bào)并鼓勵(lì)學(xué)生參與更多與行業(yè)相關(guān)的國(guó)家級(jí)學(xué)科競(jìng)賽，比如互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、西門子杯全國(guó)大學(xué)生工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽等。在鼓勵(lì)本科生參與教師科研項(xiàng)目階段，教師的科研項(xiàng)目在學(xué)科知識(shí)創(chuàng)新活動(dòng)領(lǐng)域，鼓勵(lì)本科生參與其中，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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

3 重構(gòu)階梯式工程實(shí)踐訓(xùn)練體系

以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心，興趣引導(dǎo)工程能力培養(yǎng)，構(gòu)建“四年不斷線四平臺(tái)四訓(xùn)練”工程化實(shí)踐教學(xué)體系。通過(guò)校內(nèi)校外聯(lián)合共建方式，建設(shè)了“興趣化基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、模塊化專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、行業(yè)化綜合實(shí)踐平臺(tái)、協(xié)同化雙創(chuàng)培養(yǎng)平臺(tái)”4個(gè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。以系統(tǒng)化工程訓(xùn)練項(xiàng)目為主線，形成“闖關(guān)基礎(chǔ)訓(xùn)練、專業(yè)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、工程應(yīng)用訓(xùn)練、創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練”四年不斷線遞進(jìn)式工程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。

圖2 “四年不斷線四平臺(tái)四訓(xùn)練”工程化實(shí)踐教學(xué)體系

在四年不斷線的工程實(shí)踐訓(xùn)練中需要維持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以“實(shí)踐不斷線，實(shí)踐體系化，實(shí)踐有成果”的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)行難度遞增，知識(shí)性與實(shí)用性相結(jié)合的遞階式工程訓(xùn)練，開創(chuàng)游戲闖關(guān)實(shí)踐教學(xué)模式，以興趣引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

圖3 游戲闖關(guān)實(shí)踐教學(xué)模式

以測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練體系為例，以地震儀器為工程對(duì)象，設(shè)計(jì)“游戲闖關(guān)”式，進(jìn)階實(shí)踐體系。結(jié)合心理學(xué)上的“心流”體驗(yàn)，設(shè)計(jì)適合新一代學(xué)生的“游戲闖關(guān)”式實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練項(xiàng)目。從容易項(xiàng)目入手，提高學(xué)習(xí)興趣和成就感，逐步引導(dǎo)學(xué)生深入設(shè)計(jì)和實(shí)踐，綜合運(yùn)用理論知識(shí)，拓展能力，如表1所示。

表1 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)“游戲闖關(guān)”式實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練項(xiàng)目

以“開放實(shí)驗(yàn)室+國(guó)家級(jí)學(xué)科競(jìng)賽+教師項(xiàng)目”實(shí)踐教學(xué)模式提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。①開放實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)各專業(yè)教師的教科研方向給學(xué)生設(shè)置具有特色的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，目標(biāo)是初步鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。②學(xué)科競(jìng)賽是結(jié)合課程教學(xué)的基礎(chǔ)，以競(jìng)賽的方式激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和獨(dú)立工作的能力，是提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、協(xié)作精神的重要手段。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師已經(jīng)參與了“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”、全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽、中國(guó)機(jī)器人大賽，取得了優(yōu)異的成績(jī)。③鼓勵(lì)本科生參與教師科研項(xiàng)目，教師的科研項(xiàng)目在學(xué)科知識(shí)創(chuàng)新活動(dòng)領(lǐng)域，鼓勵(lì)本科生參與到其中，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，具體設(shè)置如表2所示。

表2 “開放實(shí)驗(yàn)室+國(guó)家級(jí)學(xué)科競(jìng)賽+教師項(xiàng)目”實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練項(xiàng)目

探索產(chǎn)學(xué)研合作模式，教師深入企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)，實(shí)習(xí)項(xiàng)目和內(nèi)容以行業(yè)需求為依據(jù)由企業(yè)和學(xué)校共同確定。以“面向工程、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、能力培養(yǎng)”的教育理念為指導(dǎo)，搭建“實(shí)驗(yàn)室+實(shí)踐基地”遞進(jìn)的“學(xué)做合一”的產(chǎn)學(xué)研合作教學(xué)平臺(tái)，形成“教與學(xué)緊密結(jié)合、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、學(xué)校與企業(yè)緊密結(jié)合”的創(chuàng)新教育模式，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、創(chuàng)新與實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型本科生。校外綜合實(shí)踐基地實(shí)習(xí)項(xiàng)目包括認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)。認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)項(xiàng)目主要開展聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)工程師、優(yōu)秀設(shè)計(jì)師來(lái)學(xué)院講座，把工廠現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況隨時(shí)調(diào)入課堂，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐不脫節(jié)。具體相關(guān)建設(shè)內(nèi)容：在北京港震儀器設(shè)備有限公司或北京市地震局海淀地震臺(tái)認(rèn)識(shí)公司運(yùn)行模式、地震儀器生產(chǎn)及加工過(guò)程、測(cè)試標(biāo)定等基本實(shí)踐操作技能。生產(chǎn)實(shí)習(xí)項(xiàng)目主要地震儀器裝配調(diào)試、強(qiáng)震臺(tái)站臺(tái)基堪選、地震儀器測(cè)試標(biāo)定等實(shí)習(xí)項(xiàng)目。畢業(yè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目主要完成與本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相符的專項(xiàng)訓(xùn)練。主要培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)下發(fā)任務(wù)，由學(xué)生根據(jù)任務(wù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)成本預(yù)算、編寫加工工藝、設(shè)計(jì)工裝、操作設(shè)備、完成產(chǎn)品的過(guò)程培養(yǎng)模式，整個(gè)過(guò)程由學(xué)生獨(dú)立完成。逐步實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)在工廠完成，將畢業(yè)設(shè)計(jì)與工程實(shí)際聯(lián)系，保證畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的真實(shí)性、工程性、實(shí)用性。

圖4 地震儀器行業(yè)協(xié)同培養(yǎng)校外綜合實(shí)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(gòu)建一個(gè)把知識(shí)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(shí)傳授的課程體系不同，重構(gòu)的課程體系縱向以專業(yè)知識(shí)積累為主，橫向貫穿“零基礎(chǔ)→工程師助理→菜鳥工程師→工程師”遞進(jìn)式工程訓(xùn)練，注重提高實(shí)踐能力。在培養(yǎng)專業(yè)技能的同時(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的職業(yè)技能和職業(yè)道德、人際交往、團(tuán)隊(duì)協(xié)作及工程設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行思維等綜合素質(zhì)。

以測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系為例，以該專業(yè)要求為基礎(chǔ)，以地震儀器主題為主線，最終融合知識(shí)模塊，配以教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)方法和考核方法之間的互相支持、良性互動(dòng)的構(gòu)架并輔以充分的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境設(shè)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(shí)點(diǎn)，縮短學(xué)時(shí)，合并授課；部分課程可采用講座或者系列講座的形式，邀請(qǐng)校內(nèi)外專家就某個(gè)專題進(jìn)行系統(tǒng)重點(diǎn)講授，最大化利用資源，讓學(xué)生以最高的效率接觸到前沿的知識(shí)。

根據(jù)儀器模塊的劃分，可以將教學(xué)課程分為4個(gè)模塊：機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)、數(shù)字采集以及系統(tǒng)集成模塊。以防災(zāi)減災(zāi)儀器為工程對(duì)象，各模塊工程對(duì)象分別是防災(zāi)減災(zāi)模塊中具有獨(dú)立功能的模塊。在教學(xué)過(guò)程中，工程對(duì)象一致，知識(shí)體系化，使學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，學(xué)后看得到具象的教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)理論課程的學(xué)習(xí)、實(shí)踐課程的訓(xùn)練，可以循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)一個(gè)地震計(jì)系統(tǒng)，從而增強(qiáng)學(xué)生的獲得感，提高了學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)電控類相關(guān)企業(yè)所需新型工科人才標(biāo)準(zhǔn)，采用成果導(dǎo)向優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，明確培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)職業(yè)發(fā)展的知識(shí)、能力、素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，建立理論教學(xué)和工程實(shí)踐結(jié)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(gòu)建一個(gè)把知識(shí)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(jìn)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)探索中增長(zhǎng)知識(shí)、在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽中提升能力、在科學(xué)研究中創(chuàng)意創(chuàng)造創(chuàng)業(yè)，構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)同培養(yǎng)平臺(tái)。整合實(shí)驗(yàn)室資源，重構(gòu)階梯式工程實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練體系，利用各種新技術(shù)建設(shè)和完善實(shí)踐平臺(tái)，建設(shè)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(shí)踐教學(xué)體系，既培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能，又培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、思維能力、合作能力、管理能力和工程意識(shí)等綜合素質(zhì)，滿足企業(yè)所需的電控相關(guān)專業(yè)新型工程師的要求。近年來(lái)，我校堅(jiān)持特色和新舉措，取得了一定的人才培養(yǎng)成效，學(xué)生對(duì)課程的滿意度由83.51%顯著提高至97.06%～100%，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性也逐步提高，參與各類各級(jí)科技活動(dòng)的積極性也顯著增加。2015年至今，獲得各類學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)230項(xiàng)，其中國(guó)際級(jí)學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)59項(xiàng)，國(guó)家級(jí)學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)90項(xiàng)，省級(jí)學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)51項(xiàng)。承擔(dān)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目60項(xiàng)，開放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目92項(xiàng)，學(xué)生發(fā)表論文8篇，獲專利22項(xiàng)，獲計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)4項(xiàng)。

表3 CDIO理念優(yōu)化課程體系