牛國成, 蘇承慧

(北華大學 電氣信息工程學院, 吉林 吉林 132021)

5S(設計、學習、管理、實踐、改善)自我成長實踐平臺是為有效提高學生設計能力、學習能力、實踐能力、管理能力和改善能力目標而設計構建的一種集多種基本實驗教學技術、方法及手段而構成的綜合性實踐教學技術系統(tǒng),可適用于各類學校、教育培訓機構。隨著科學技術的飛速發(fā)展、生產規(guī)模以及自動化程度的擴大與提高,社會各界對學生在創(chuàng)新能力、實踐能力等方面的要求越來越高。對現有實驗技術的系統(tǒng)性、綜合性、多功能性以及靈活適應性等方面提出了更高的要求,而現有技術中不論在微觀實驗技術與裝置,還是宏觀實踐平臺或系統(tǒng),都不能很好地滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實際需求[1-4]。具體存在以下缺陷：

(1) 實驗內容比較單一,結構元件不能共用,學科交叉度不高,不能滿足多學科綜合性、設計性實驗；

(2) 實驗設備體積過大,造成實驗室面積不足；

(3) 實驗的可設計性、可變更性、可創(chuàng)新性、可觀查性、可動手性都不高；

(4) 大部分元件以符號形式顯示,不利于學生的認知；

(5) 許多實驗平臺是以新元件、新設備裝配構成的,不利于學生的動手實踐；

(6) 系統(tǒng)偏于理論且集成度高,沒有很好的工程實踐切入點。

為此進行了元件化、掛接式、倉儲型實踐平臺研究與實踐,取得了非常好的效果,不僅解決了本校的實際需要,還在多所院校推廣應用。

1 平臺建設介紹

1.1 實驗平臺組成介紹

5S自我成長實踐平臺是在5S自我成長理念引導下設計的,以綜合提高學生的5S能力為基本目標,即設計能力、學習能力、實踐能力、管理能力、改善能力,為此采取了科學先進、靈活多樣、系統(tǒng)高效的整體設計方案,具有綜合性、設計性、創(chuàng)新性、個性化、多樣適應性、空間占用少、靈活性、設備成本低、利用率高以及實驗效果好等一系列突出特點[5-7]。

該平臺是一個綜合實踐系統(tǒng),由學習實踐網絡平臺、學習實踐工作平臺、學習實踐操作平臺、學習實踐加工平臺和基本實驗條件庫構成,其空間功能結構布局如圖1所示：

圖1 5S自我成長實踐平臺空間功能結構布局

(1) 學習實踐網絡平臺是一個專門設計開發(fā)的網站,具有實驗教學管理、個人管理以及公共知識管理等功能,是為學生學習和實踐提供公共以及個人管理有效工具[8]。

(2) 學習實踐工作平臺具有很好的多功能適應性,包括多用途工作臺、計算機、必要軟件以及配套學習、設計與工作用品等；可以根據實際條件和需要自由選擇,既可以是個人公共的實驗操作平臺,也可以是個人的自我成長工作室,還可以是在需要做公共實驗時公用,沒有公共實驗時作為學生個人工作室使用,學習實踐工作臺結構如圖2所示。

圖2 節(jié)約空間的多用途學習工作平臺結構示意圖

(3) 學習實踐操作平臺包括壁掛式、立柱式、桌臺式和便攜式等多種。壁掛式操作平臺由網孔板和邊框構成,網孔板可以是絲網結構或板網結構,網孔板嵌入邊框中并被邊框固定,邊框的四周開有若干個固定安裝孔,并通過螺栓固定在墻壁上。立柱式操作平臺由網孔板、邊框和立柱構成,網孔板嵌入邊框中并被邊框固定,邊框以螺栓或焊接的方式固定在立柱上,立柱的下部有底座,底座上裝有腳輪或安裝固定螺孔,壁掛式節(jié)約空間的學習實踐操作臺結構如圖3所示。

圖3 壁掛式節(jié)約空間的學習實踐操作臺結構

(4) 學習實踐加工平臺包括機械加工臺及配套工具和設備、電子加工臺及配套工具和設備、電氣加工臺及配套工具和設備等多種,可根據學習實踐平臺的功能、內容、規(guī)模以及空間結構等因素綜合選擇。

(5) 基本實驗條件庫是由實驗工具庫、實驗設備庫、實驗材料庫、實驗元件庫、實驗掛件庫、實驗資料庫和實驗案例庫構成的,元件化、掛接式、倉儲型實踐平臺結構基本結構如圖4所示。

圖4 元件化、掛接式、倉儲型實踐平臺結構

1.2 5S創(chuàng)新實踐平臺使用方法

5S創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺的突出特點是具有很高的可設計性、可變更性、可創(chuàng)新性、可觀查性、可操作性、循序漸進性以及綜合復雜性場景的模擬性,不僅可以組合實驗設備進行不同目標、不同層次與不同內容的實驗,還同時具有創(chuàng)新基地模式、工程管理模式和企業(yè)運營模式[9-10]。

1.2.1 5S創(chuàng)新實踐平臺的結構特征

所有實驗器材采用的是元件化的,能夠讓學生方便地見到最基本的實驗元件和單元,并實踐如何使用這些元件構建基本單元和實驗系統(tǒng)；安裝方式采用的是掛接式,采用掛板和掛件,以掛的方式連接,能夠讓學生直觀、便捷、靈活、快速地完成實驗。

實驗條件庫中所有的元件、設備、工具、資料等實驗條件,都是以倉儲的方式提供并對學生完全開放的,學生可以像在超市中購物一樣,根據自己的需要選擇,并履行借用和歸還手續(xù)；所有的實驗條件,都不是為某一個實驗或設備配置的,而是為任何一個可以使用的實驗共同設置的,最大限度地提高實驗元件與設備等的利用率,實驗資源利用率高；學生可以根據自己的喜好與特長,自定題目、自選材料、自行組織實施,充分發(fā)揮和調動學生的主觀能動性,既能培養(yǎng)學生的興趣、愛好和特長,又能增加學生的自信心和成就感。所以低成本是系統(tǒng)的實用性的重要一面,也是決定成果能否推廣應用的重要因素,系統(tǒng)構建廢舊物資構建平臺的基本實驗條件庫,保證學生動手有足夠多的數量,并能承受必要的損耗；系統(tǒng)具有可持續(xù)自我發(fā)展能力的,隨著實驗與開發(fā)的不斷進行,一些典型的實驗項目、具有鮮明創(chuàng)意的開發(fā)成果可以作為標準實驗掛件或設備,使平臺的內容和功能在學生實驗和開發(fā)的過程中不斷地充實和拓展。

1.2.2 實驗項目的確立

實驗項目可以分為基本知識與技能融合訓練項目、綜合性設計性實踐訓練項目、創(chuàng)新性開發(fā)設計項目3個類型,各類項目均采取全流程仿真式進行,從任務書下達,到學習理解任務及要求、查閱資料、方案設計、結構設計、單元制作、單元調試、系統(tǒng)裝配、系統(tǒng)調試直到總結驗收全過程,這一過程需要學生提交完整、規(guī)范的實驗項目申請報告,經教師或實踐基地負責人審核同意后,簽發(fā)實驗項目立項任務書。

1.2.3 實驗項目過程及管理

實驗項目及過程管理應參照5S自我成長方法進行,包括設計方法、學習方法、實踐方法、管理方法和改善方法等,特別是從設計、管理和改善的角度要加強多學生的實踐訓練,如目標管理、團隊管理、時間管理、知識管理、物資管理等,這樣在實踐的過程中,學生就可以收到技術、管理與溝通等綜合能力的訓練與提高。

1.2.4 實驗項目驗收及管理

必須重視學習實踐項目的驗收工作,并做好學習實踐項目總結、驗收及成果的管理。在這一過程中,學生需要根據任務書、項目方案與實施計劃以及實際完成情況等,做出自我評價、相互評價,最后由教師做出最終評價,學習實踐成績可以采取積分制,并制定相應的積分辦法與標準。

2 實驗室組織方式

3個貫穿主線,包括以專業(yè)劃分為主線、以任務方向及團隊為主線和以硬件、軟件和網絡技術及結構為主線[11-14]。

(1) 以專業(yè)劃分為主線,設立專業(yè)帶頭人實行高年級學生帶低年級學生的管理方式,根據專業(yè)特點確定不同年級學生學習和實踐的內容。

(2) 以任務方向和團隊為主線,根據項目任務,配備不同專業(yè)和能力的學生組成團隊,由項目負責人管理組織實訓。

(3) 以技術及結構為主線,原本單機控制的設備,為了鍛煉學生的綜合知識技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),集成具有三層結構的工業(yè)系統(tǒng),第三層大量的實驗設備為被控層,經過本項目設計成為可任意拆分與組裝的可設計的靈活實驗對象,設計成通用接口可由控制層任意控制。智能儀器工程師做底層的嵌入式儀表開發(fā)、模塊組合設計和通信驅動設計,中層控制理論工程師研究過程控制和傳動控制的控制算法。上層由軟件工程師建立軟件系統(tǒng)和網絡系統(tǒng),學生一方面負責自己從事專業(yè)的學習實踐和創(chuàng)新,提供通用接口,在工業(yè)系統(tǒng)建設上分工協(xié)作,由系統(tǒng)集成工程師進行系統(tǒng)集成?；谠?、掛接式、倉儲型5S創(chuàng)新實踐平臺的三層網絡控制系統(tǒng)學習實踐案例,如圖5所示。

圖5 三層網絡控制系統(tǒng)學習實踐案例

3 5S自我成長方式的融入提高學生綜合素質和自我成長能力

“無為而治”是我國古代著名道家學派創(chuàng)始人老子提出的哲學思想,管是為了不管、教是為了不教,不管而高效運行是管理的最高境界；我們無法管理看護孩子一輩子,學生的自我成長比任何教學法都重要。5S自我成長工程教育理念,由自我成長教育理念、5S循環(huán)與超循環(huán)理念和3M(做人、做事、創(chuàng)造價值)教育及人才使命觀3方面構成,其中自我成長是成長的基本方式和路徑,5S循環(huán)與超循環(huán)是自我成長的基本方法,3M使命觀是自我成長工程教育及自我成長型工程人才的基本方向、目標和美好愿景,是自我成長工程教育以及自我成長工程人才的總的引領和規(guī)范,是必須始終高高舉起的旗幟,三者是相輔相成、相互增長的關系。

在系統(tǒng)、準確地把握工程、企業(yè)與學生基本需求的基礎上,把各方復雜的需求分為當前需求、未來需求和價值創(chuàng)造需求3個方面,提出了“快速適應力、自我成長力和價值創(chuàng)造力”的3F培養(yǎng)目標,其內在機制是以快速適應力滿足當前需要,以自我成長力滿足未來發(fā)展的需要,以價值創(chuàng)造力滿足各利益相關方的價值創(chuàng)造需求,基于3F目標的學生供給模型與企業(yè)需求模型及相互作用機制[15-16],如圖6所示。

圖6 基于3F目標的學生供給模型與企業(yè)需求模型及相互作用機制圖

學生在這種模式下,自行組織實驗室的運行與管理。形成一整套的從實驗室成員納新、培訓、日常學習實訓、組織團隊承擔項目、管理團隊的選舉與換代等工作。每個學生都以主人翁的態(tài)度承擔自己的任務,具有明確的目標和積極向上的進取心。在5S管理模式下利用在校時間為社會做出一定的貢獻,自行組織參與各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽,工業(yè)設計大賽、電子大賽,物聯(lián)網比賽和挑戰(zhàn)杯等。學生在校期間便從事產品的開發(fā)與設計工作,學生可以通過勤工儉學參與相關專業(yè)的實驗室設備維護、實驗室和教室的電氣維護等工作,同時參與教師的社會服務項目,培養(yǎng)學生能上手、敢上手的習慣,實現從學生到人才、從知識到技術、再到實際應用以及價值創(chuàng)造的根本性轉變。

4 結語

本文提出的基于5S理念的創(chuàng)新實踐平臺構建模式建設方法與運行管理機制,可廣泛應用于電氣信息類、機械類等高校創(chuàng)新人才學習與實際培養(yǎng)需要。平臺的建設采取了全新的5S自我成長工程教育,該平臺不僅有效地解決了現有創(chuàng)新實驗室、實驗設備的一系列缺陷,還具有空間占用少、建設成本低、實驗效果好等顯著特點,可實現從知識結構到人才結構、再到學生能力形成的全方位立體培養(yǎng)。該方法用于北華大學夢之梯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐基地多年,培養(yǎng)出大量的德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀畢業(yè)生，達到了實驗室的發(fā)展與人才成長相互促進的良好效果。隨著學生的進步,平臺越加完善；隨著平臺完善,學生會有更好的學習和發(fā)展空間。