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        獨立學(xué)院創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)探索與實踐

        2014-02-08 09:08:26王振玉易雪峰
        實驗室研究與探索 2014年9期
        關(guān)鍵詞:實驗室工程實驗

        楊 斌, 王振玉, 易雪峰

        (成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院,四川 樂山 614007)

        0 引 言

        當(dāng)今世界經(jīng)濟競爭主要是科學(xué)技術(shù)的競爭,歸根結(jié)底是人才的競爭。在世界綜合國力的競爭中,擁有高素質(zhì)工程技術(shù)人才的多少已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)進步、經(jīng)濟實力、生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要指標和依據(jù)[1]。在2013年5月30日瑞士國際發(fā)展研究院公布的《2013世界競爭力報告》中顯示,美國仍然位列第一,中國內(nèi)地排名第21位;在經(jīng)過量化處理后,中國人才的國際競爭力僅相對于美國的48%,日本的62%,德國的75%,與世界經(jīng)濟強國相比還有相當(dāng)?shù)牟罹?。黨的十八大明確提出要實行人才優(yōu)先的戰(zhàn)略布局,進一步提高全民受教育程度和創(chuàng)新人才培養(yǎng)水平,使中國進入人才強國和人力資源強國的行列。因此,培養(yǎng)大批量具有高素質(zhì)和創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才,對提高我國經(jīng)濟競爭能力和科技化水平有著重大的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。至1997年教育部世界銀行工程訓(xùn)練中心貸款項目啟動至今中國各高校工程訓(xùn)練中心在16年的建設(shè)和發(fā)展過程中,為高等工程教育和工程人才培養(yǎng)積累了寶貴而豐富的經(jīng)驗[2-3]。

        成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院是由中國核工業(yè)西南物理研究院與成都理工大學(xué)在“產(chǎn)、學(xué)、研”全面合作的基礎(chǔ)上強強聯(lián)合,于2000年在亞洲最大的受控核聚變實驗基地創(chuàng)辦的全日制普通高等本科院校,是一所全國有、公辦的獨立院校。學(xué)院發(fā)展至今在校生人數(shù)已經(jīng)達到18 000余人,經(jīng)歷了跨越式的發(fā)展。為了更好地培養(yǎng)具有工程背景的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才,2006年學(xué)院果斷地決策創(chuàng)建工程訓(xùn)練中心,2009年被列為四川省高等學(xué)校工科實驗教學(xué)示范中心建設(shè)項目。經(jīng)過3年的建設(shè),中心下設(shè)有機械與工業(yè)工程訓(xùn)練部、自動化與電氣工程訓(xùn)練部、電工與電子訓(xùn)練部、網(wǎng)絡(luò)與通信工程訓(xùn)練部、三維數(shù)字化教育培訓(xùn)部、科技創(chuàng)新訓(xùn)練部等6個訓(xùn)練部和一個中國核聚變博物館,擁有52個實驗分室,實驗室總面積約14 600 m2,各類型實驗儀器設(shè)備4 200臺套,儀器設(shè)備總價值約合6 500萬元。中心開設(shè)的實踐教學(xué)內(nèi)容覆蓋了機械、電氣、自動化、電子以及網(wǎng)絡(luò)和通信等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù);現(xiàn)已成為一個大型、綜合性的實施創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的教育基地。

        學(xué)院工程訓(xùn)練中心創(chuàng)建之初,為適應(yīng)新一輪人才培養(yǎng)方案修訂,結(jié)合學(xué)院創(chuàng)新工程人才的培養(yǎng)目標,提出了以特定產(chǎn)品或?qū)ο笞鳛閷嵺`教學(xué)載體,貫徹以“做中學(xué)和學(xué)中做”的訓(xùn)練思路,通過特定產(chǎn)品或教學(xué)對象來確保了專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)間的連續(xù)性,發(fā)揮“任務(wù)引領(lǐng)”在實踐教學(xué)中的主導(dǎo)作用,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力,培養(yǎng)具備工程能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才,即創(chuàng)新工程人才,作為中心實踐教學(xué)的指導(dǎo)思想。圍繞這一指導(dǎo)思想,中心開始了歷時3年的實踐教學(xué)改革。

        1 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)中存在的主要問題

        (1) 工程訓(xùn)練中心實驗教學(xué)體系建設(shè)。

        (2) 工程訓(xùn)練中心項目開發(fā)要與創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)目標相適應(yīng)的問題。

        (3) 在創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)過程中,中心實踐教學(xué)方法改革的方向問題。

        (4) 工程訓(xùn)練中心實驗儀器設(shè)備如何獲得最充分利用的問題。

        (5) 工程訓(xùn)練中心師資隊伍建設(shè)問題,即:中心管理團隊、中心教學(xué)團隊以及中心科研團隊,這3支隊伍的建設(shè)問題。

        2 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的探索與實踐

        在開啟工程訓(xùn)練中心實踐教學(xué)改革的大門以前,我們首先要搞清楚創(chuàng)新工程人才究竟是一類什么樣的人才?眾所周知,工程是人類綜合應(yīng)用科學(xué)理念與技術(shù)手段改造客觀世界的實踐活動,綜合性和實踐性是工程活動最基本的特征。工程活動與科學(xué)活動有著各自不同的特點,科學(xué)的目的是“求真”,工程的目的是“求用”,工程活動具有更強的實踐性[4-6]。很顯然,創(chuàng)新工程人才就是要努力培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力、工程應(yīng)用能力、團隊協(xié)作與創(chuàng)新精神。我院工程訓(xùn)練中心和學(xué)院各系部在充分理解和認識到創(chuàng)新工程人才本質(zhì)的基礎(chǔ)上,展開了一系列的探索與實踐。

        (1) 頂層設(shè)計。工程訓(xùn)練中心以實踐教學(xué)體系的改革為重點, 根據(jù)我院學(xué)生自身特點,借鑒國內(nèi)外有關(guān)高校的經(jīng)驗與教訓(xùn), 建立了與學(xué)院人才培養(yǎng)定位相適應(yīng)的實踐教學(xué)體系。該體系是一條主線貫穿3個層次的開放式實踐學(xué)體系,如圖1所示。一條主線是指以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和協(xié)作意識為主線貫穿于實踐教學(xué)的全過程、貫穿于實踐教學(xué)體系的3個層次(即:工程認知、專業(yè)技能和綜合創(chuàng)新這3個教學(xué)層次);在每個層次的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),都要注重對學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)造精神的培養(yǎng),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引導(dǎo)學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)和主動實踐。

        圖1 工程訓(xùn)練中心實驗教學(xué)體系

        (2) 載體教學(xué)。堅持以特定產(chǎn)品或?qū)ο笞鳛閷嵺`教學(xué)的載體,有利于實現(xiàn)科研成果應(yīng)用于實踐教學(xué)過程,為實踐教學(xué)注入新的生命力,使實踐教學(xué)內(nèi)容更加有的放矢。例如:在機械工程及自動化、電氣工程及其自動化等機電類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中,通過將放射源抓取機械手這一科研成果引入實踐教學(xué),將以往機電類專業(yè)相對獨立和分散的教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化、連續(xù)化,形成四年不間斷的工程訓(xùn)練;在工業(yè)設(shè)計專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中,中心將教師與樂山東川機械廠的科研項目“小型碾米機外觀新設(shè)計”作為學(xué)生實踐教學(xué)的載體,極大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維;在電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中,中心將三軸數(shù)字陀螺儀模塊作為實踐教學(xué)的載體,使學(xué)生通過設(shè)計和制作一定功能的產(chǎn)品,掌握現(xiàn)代芯片設(shè)計和電路板印刷技術(shù);在材料成型與控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中,中心將合金材料拉伸試驗棒作為實踐教學(xué)的載體,將合金材料熔煉、鑄造、試樣分析、硬度測試、機械加工、拉力試驗等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有機地組成一條內(nèi)容系統(tǒng)化的連續(xù)訓(xùn)練鏈,學(xué)生參與實踐的興趣極大提高,工程能力、團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神也獲得充分培養(yǎng)。由此中心依據(jù)各專業(yè)培養(yǎng)特點,開發(fā)了一大批與工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標相一致的新型實驗項目。圖2和圖3是以特定工業(yè)產(chǎn)品作為實踐教學(xué)載體的工程訓(xùn)練縮影。

        圖2 以放射源抓取機械手作為實踐教學(xué)載體

        圖3 以小型碾米機作為實踐教學(xué)載體

        (3) 方法創(chuàng)新。在過去的實踐教學(xué)過程中,我們往往忽略了實踐教學(xué)方法。中心在實踐教學(xué)方法的改革過程中大力倡導(dǎo)和推廣“任務(wù)引領(lǐng)”式的實踐教學(xué)方法,并在多個專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中獲得廣泛應(yīng)用。其示意圖見圖4。所謂任務(wù)引領(lǐng)即將一個大的較為復(fù)雜的實驗項目看做是一個總?cè)蝿?wù),并將其細分為多個子任務(wù),讓學(xué)生通過完成每一個任務(wù)而最終獲取到需要的工程能力和創(chuàng)新能力。為了使這個總?cè)蝿?wù)更加對學(xué)生具有吸引力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性,讓學(xué)生們更加接近工程實際,我們可以將教師的科研項目或特定產(chǎn)品等作為實踐教學(xué)的載體。比如中心引入科研項目成果——放射源抓取機械手,并將其作為實踐教學(xué)載體,將實踐教學(xué)內(nèi)容任務(wù)化,以最終完成機電一體化產(chǎn)品作為總的實踐教學(xué)任務(wù),并分成機械和電氣兩條線進行,再將機械和電氣各分成多個任務(wù),貫穿到實踐教學(xué)中。機械部分將每一個機械零部件當(dāng)作實踐教學(xué)的一項或多項任務(wù),在完成零部件的設(shè)計、優(yōu)化、工藝、加工、檢測、表面處理等環(huán)節(jié)過程中逐步掌握機械制圖基本知識、結(jié)構(gòu)設(shè)計要點、加工工藝規(guī)程的編制、加工所選用的機床及操作程序、檢測產(chǎn)品是否滿足要求、表面處理方式選擇等機械專業(yè)所需的基本知識,再將機械零件進行裝配、調(diào)試,完成機械本體的制作。電氣部分根據(jù)整個設(shè)備的運行動作要求、所選電機功率、控制手段提出,分成多個教學(xué)任務(wù),最終由教師指導(dǎo)學(xué)生完成電路設(shè)計、線路圖繪制、元器件選取、控制過程優(yōu)化、布線、電氣安裝與調(diào)試等環(huán)節(jié),使學(xué)生在完成任務(wù)過程中掌握自動控制原理、繼電器控制、PLC控制、單片機控制、交流變頻調(diào)速技術(shù)等所需的實踐知識,最終完成機電一體化產(chǎn)品。在完成任務(wù)的過程中,學(xué)生利用所學(xué)知識對這一機電一體化產(chǎn)品可能提出更恰當(dāng)、更合理的解決方案,這便是學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。將抓取機械手這一實踐教學(xué)載體貫穿于機電類專業(yè)的實踐教學(xué)過程中,通過做中學(xué),學(xué)中做,大大提高了學(xué)生的實踐動手能力和設(shè)計創(chuàng)新能力???cè)蝿?wù)的完成不是一朝一夕的,而是貫穿于相關(guān)專業(yè)的實踐教學(xué)計劃之中,這就形成了4年不間斷的創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)鏈。經(jīng)過這樣工程訓(xùn)練培養(yǎng)出來的學(xué)生,更容易與企業(yè)接軌。

        圖4 任務(wù)引領(lǐng)實踐教學(xué)方法示意圖

        在實踐教學(xué)中運用“任務(wù)引領(lǐng)式”教學(xué)的教學(xué)方法,能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用,使學(xué)生由被動接受變?yōu)橹鲃訉嵺`,全面培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新能力,突出創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)。

        (4) 全面開放。學(xué)院工程中心在滿足日常實踐教學(xué)的同時,所有實驗室面向全院學(xué)生全面開放。具體通過5個方面實施實驗室開放:①面向相關(guān)專業(yè)的學(xué)生,各實驗室通過開設(shè)公共選修實驗室課程實現(xiàn)開放;②面向全院優(yōu)秀大學(xué)生,在中心創(chuàng)新訓(xùn)練部的統(tǒng)一組織下,開展各類課外科技活動、競賽培訓(xùn)等有限范圍內(nèi)的實驗室開放;③面向?qū)I(yè)大學(xué)生,實行指導(dǎo)教師負責(zé)制下的畢業(yè)設(shè)計作品制作開放;④面向全院學(xué)生,通過預(yù)約制度,實現(xiàn)點對點的實驗室開放;⑤面向全院教師提供一個開展各類科研活動的實驗研究場所。中心實驗室開放,進一步地充分利用了中心各實驗室的實驗儀器設(shè)備。

        (5) 制度保障。中心制定有74項規(guī)章制度,在這些制度的保障下,通過“引、培、輪、掛、聘”等途徑,加強教師與企業(yè)一線人員的互動,建設(shè)中心管理團隊、中心教學(xué)團隊以及中心科研團隊,形成學(xué)院專職教師為主、企業(yè)兼職工程師為輔的高素質(zhì)教師隊伍。另一方面,中心每年都要設(shè)立實驗教學(xué)和實驗室建設(shè)研究項目,舉行實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè)研討會,定期給專職實驗教師布置階段性任務(wù),促進專職實驗教師業(yè)務(wù)能力的提升,不斷提高中心管理水平、實踐教學(xué)質(zhì)量和服務(wù)能力。

        3 實踐教學(xué)改革中的大膽創(chuàng)新

        (1) 實踐教學(xué)項目創(chuàng)新。以工業(yè)產(chǎn)品或特定對象作為實踐教學(xué)的載體,充分調(diào)動了學(xué)生實踐的積極性和創(chuàng)造性。過去的實踐教學(xué)內(nèi)容往往是實驗儀器設(shè)備廠家交付實驗指導(dǎo)書中挑選的一些比較固定的驗證性實驗項目。而改革后的實驗項目大多有了一個具體的對象或是載體,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如:傳統(tǒng)的自動控制原理實驗因為沒有控制對象,學(xué)生只能在示波器或計算機顯示器上觀察一下仿真結(jié)果,對實驗本質(zhì)理解不清。中心在改造實驗項目以后,自制了橋式起重機、放射源抓取機械手、直線倒立擺等實驗裝置,如圖5是中心教師自制的橋式起重機實驗裝置。學(xué)生實驗過程中通過設(shè)計控制器、編寫控制算法實現(xiàn)對橋式起重機大車位移、小車位移以及吊鉤游擺的控制。這樣的實驗看得見,摸得著,實驗現(xiàn)象更能激發(fā)學(xué)生的思考,更能促進學(xué)生實踐與理論的聯(lián)系,更有益于理論指導(dǎo)實踐。

        圖5 自動控制原理實驗中自制的教學(xué)實驗裝置

        (2) 實踐教學(xué)方法創(chuàng)新。任務(wù)引領(lǐng)式的實踐教學(xué)方法充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。例如:機械專業(yè)的部分實踐教學(xué)內(nèi)容以自行研制的放射源抓取機械手這一機電一體化產(chǎn)品為載體,采取了“任務(wù)引領(lǐng)式”實踐教學(xué)方法,將實踐教學(xué)內(nèi)容任務(wù)化,即以總的實踐教學(xué)任務(wù)為框架,細分“子任務(wù)”并作為支架,使學(xué)習(xí)者沿著“支架”逐步攀升,其教學(xué)方法如圖4所示。它打破了傳統(tǒng)實踐教學(xué)中師傳生受的舊框框,變被動實踐為主動參與,這種教學(xué)方法改變了知識的單向傳播,強調(diào)形成積極、主動的學(xué)習(xí)態(tài)度。在實踐教學(xué)中既有“教”的設(shè)計又有“學(xué)”的設(shè)計,既有自主學(xué)習(xí)、實踐,又有合作探究。

        (3) 實驗室開放管理制度創(chuàng)新。實驗室開放一直以來都是各個高校實驗室管理中的一個比較頭疼的問題。中心所有實驗室全面實現(xiàn)開放,實行了網(wǎng)站預(yù)約登記制度。經(jīng)審核通過的學(xué)生能夠在中心實驗室自主開展實驗。在實驗室開放管理過程中,中心實行了專職實驗教師聘任制度,規(guī)定了專職實驗教師每學(xué)期必須完成50學(xué)時的服務(wù)工作量。這50個學(xué)時的服務(wù)工作量正好可以用于指導(dǎo)學(xué)生開展各類科技創(chuàng)新活動。這樣做一方面解決了實驗室開放過程中的各類管理問題,另一方面也解決了學(xué)生自主開展實驗或創(chuàng)新活動中教師提供咨詢和指導(dǎo)的問題。

        (4) 師資隊伍建設(shè)機制創(chuàng)新。中心探索“管理團隊有專家、教學(xué)團隊有技師,科研團隊有工程師”的隊伍建設(shè)機制,走出一條依托工程訓(xùn)練中心教學(xué)平臺,成功開展中心隊伍建設(shè)的新路子[7-8]。

        4 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)成效

        我院工程訓(xùn)練中心在創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的過程中發(fā)揮了重要作用。中心通過上述改革措施,機電類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程設(shè)計能力、工程應(yīng)用能力獲得了空前提高,各年級學(xué)生在全國和四川省組織的機械創(chuàng)新大賽、挑戰(zhàn)杯大賽、電子設(shè)計大賽、大學(xué)生工程能力大賽、飛思卡爾智能汽車競賽等各類大賽中獲獎86項,申請專利12項,創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)取得了階段性成果。2013年中心《基于工程訓(xùn)練中心機電類專業(yè)人才培養(yǎng)新模式》榮獲學(xué)校教學(xué)成果一等獎;并成功申報第七屆高等教育四川省教學(xué)成果獎,榮獲三等獎。

        5 結(jié) 語

        成績的取得,并沒有讓我們停止實踐教學(xué)改革的步伐,學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和工程訓(xùn)練中心清醒地認識到,創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的道路任重而道遠,我們還有許多工作可以做,例如:進一步創(chuàng)新教學(xué)方法、教學(xué)手段,開發(fā)出更多與創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)接軌的實驗項目;努力將“產(chǎn)、學(xué)、研”校企合作逐步深入,讓更多的企業(yè)工程師參與和指導(dǎo)我們的實踐教學(xué),力爭做到學(xué)校培養(yǎng)的就是企業(yè)需求的;通過設(shè)立學(xué)生科技創(chuàng)新基金項目、開通專利申請渠道等,為學(xué)生搭建起更加廣闊的科技創(chuàng)新平臺,鼓勵發(fā)明創(chuàng)造。

        21世紀的中國需要大量與國際接軌的創(chuàng)新工程人才,作為高校的教育工作者,尤其是我們這些獨立學(xué)院的教師,更有責(zé)任、有義務(wù)為中國的工程教育貢獻自己的一份力量。在創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)的道路上,獨立學(xué)院作為新興發(fā)展的一支教育力量由于其工程教育的起步較晚、人力資源和財力資源有限,且有能力以工科辦學(xué)為主的獨立學(xué)院較少,因此其工程教育的發(fā)展必然是一個漸進的過程[9-10]。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院作為一所全國有資產(chǎn)的獨立學(xué)院在大力開展工程教育的過程中逐步探索了一條適合自身發(fā)展的人才培養(yǎng)道路——充分依托工程訓(xùn)練中心,培養(yǎng)創(chuàng)新工程人才。

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