金晶 姜宇 沈毅

摘 ? ?要：工程訓(xùn)練是新工科教育背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要手段。傳統(tǒng)的自動(dòng)化類專業(yè)工程訓(xùn)練課程體系的各個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之間相互獨(dú)立，創(chuàng)新培養(yǎng)體系無(wú)法形成統(tǒng)一。通過(guò)開(kāi)展工程訓(xùn)練課程的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，以智能系統(tǒng)作為統(tǒng)一對(duì)象，以虛實(shí)結(jié)合作為統(tǒng)一原則，以主動(dòng)學(xué)習(xí)作為統(tǒng)一手段，可以實(shí)現(xiàn)工程訓(xùn)練課程體系的一體化設(shè)計(jì)，最大限度地增加學(xué)生的學(xué)習(xí)留存率，提高創(chuàng)新人才的培養(yǎng)質(zhì)量，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化類專業(yè);工程訓(xùn)練;課程體系

中圖分類號(hào)：G642.3 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2019）09-0051-02

一、新工科教育背景下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)形勢(shì)分析

在科技進(jìn)步日新月異的大發(fā)展時(shí)期，在世界一流大學(xué)、世界一流學(xué)科建設(shè)的大調(diào)整下，突顯出面向現(xiàn)代化、面向未來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的迫切需求。新形勢(shì)下教育的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革使得教育質(zhì)量指向?qū)W習(xí)效果：從關(guān)注“教育投入”到關(guān)注“教育產(chǎn)出”[1];由關(guān)注“教師是否教得好”到關(guān)注“學(xué)生是否學(xué)得好”[2];由關(guān)注教學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)向關(guān)注畢業(yè)生的能力和發(fā)展[3]。

時(shí)代發(fā)展需要將應(yīng)用理科向工科延伸，傳統(tǒng)工科向信息化、智能化方向改造，工科推動(dòng)醫(yī)、法、經(jīng)、管快速發(fā)展，優(yōu)勢(shì)工科向深度、廣度進(jìn)軍，即新工科時(shí)代到來(lái)。自動(dòng)化學(xué)科是工科專業(yè)中最具新工科發(fā)展?jié)摿Φ膶I(yè)之一，其教育質(zhì)量與未來(lái)國(guó)家創(chuàng)新人才需求直接相關(guān)。

創(chuàng)新型培養(yǎng)模式激發(fā)一系列課程體系、教學(xué)手段和方法的變革。美國(guó)緬因州國(guó)家訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室提出的學(xué)習(xí)金字塔理論指出[4]，原有的“聽(tīng)講”方式學(xué)習(xí)效果最低，兩周后只有5%的學(xué)習(xí)留存率，而“主動(dòng)學(xué)習(xí)”可以保留90%的學(xué)習(xí)內(nèi)容。因此，為了保證學(xué)習(xí)效果，參與式學(xué)習(xí)及實(shí)踐學(xué)習(xí)是新形勢(shì)下必不可少的學(xué)習(xí)方法，也是新形勢(shì)下培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要手段。

工程訓(xùn)練課程是完成素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。該課程以實(shí)際工業(yè)環(huán)境為背景，帶動(dòng)學(xué)生掌握產(chǎn)品全生命周期過(guò)程，更能體現(xiàn)工程綜合能力、工業(yè)制造技術(shù)和工程文化內(nèi)涵。面向“中國(guó)制造2025”的智能制造時(shí)代，亟須在工程訓(xùn)練過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生高端制造的工程實(shí)踐能力，具備全面的工程素質(zhì)，建立質(zhì)量、安全、效益、環(huán)境、服務(wù)等系統(tǒng)工程意識(shí)，緊密結(jié)合后續(xù)的自動(dòng)控制基礎(chǔ)和專業(yè)課程，為創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供保障[6]。

二、工程訓(xùn)練課程體系一體化設(shè)計(jì)思路與創(chuàng)新

（一）以智能系統(tǒng)為統(tǒng)一對(duì)象，貫穿工程訓(xùn)練課程體系

以智能系統(tǒng)作為統(tǒng)一對(duì)象貫穿工程訓(xùn)練課程體系，內(nèi)容上包括金工實(shí)習(xí)、電子工藝實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、專業(yè)核心實(shí)踐課等實(shí)踐環(huán)節(jié)，涉及系統(tǒng)的機(jī)械化、電氣化、信息化和智能化四個(gè)層次，使學(xué)生能夠更加充分、全面地了解研究對(duì)象，有助于在工程訓(xùn)練過(guò)程中多角度、全方位培養(yǎng)學(xué)生的分析能力與創(chuàng)新能力。

1.金工實(shí)習(xí)重點(diǎn)在于認(rèn)識(shí)智能系統(tǒng)的機(jī)械化構(gòu)造、制造工藝、技術(shù)，構(gòu)建機(jī)械化對(duì)象。金工實(shí)習(xí)以傳統(tǒng)加工工藝如銑工、鉗工為基礎(chǔ)，輔以一定的現(xiàn)代化特種加工工藝，制造自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象，設(shè)計(jì)中通過(guò)作品展示的形式提升學(xué)生對(duì)工藝制造的榮譽(yù)感。

2.電子工藝實(shí)習(xí)從電氣化角度服務(wù)于機(jī)械系統(tǒng)。借助電路、電子等專業(yè)基礎(chǔ)課程，掌握控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)流程，完成智能控制系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)。在實(shí)習(xí)過(guò)程中需掌握常用的電子元器件特性、電路制作、焊接、調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)，為自動(dòng)化專業(yè)的控制理論學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3.專業(yè)課程學(xué)習(xí)深化電氣系統(tǒng)應(yīng)用。電子工藝實(shí)習(xí)的作品可以作為專業(yè)課程學(xué)習(xí)的對(duì)象。自動(dòng)化專業(yè)的兩大核心課程中，“自動(dòng)控制理論”負(fù)責(zé)講授自動(dòng)控制的原理及設(shè)計(jì)方法，“自動(dòng)控制實(shí)踐”負(fù)責(zé)鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的過(guò)程。兩者相輔相成，相得益彰。

4.生產(chǎn)實(shí)習(xí)將控制系統(tǒng)向信息化、智能化延伸，輔以一定的控制專業(yè)課、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐課程，完成產(chǎn)品的工程化、產(chǎn)業(yè)化、智能化提升，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)思想提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)負(fù)責(zé)智能制造過(guò)程中的檢測(cè)、環(huán)境、安全問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程有全新的理解與認(rèn)知，真正做到學(xué)以致用，創(chuàng)新推動(dòng)發(fā)展。

（二）以虛實(shí)結(jié)合作為統(tǒng)一原則，完善工程訓(xùn)練課程體系

本著“虛實(shí)結(jié)合”“能實(shí)不虛”的統(tǒng)一原則，從認(rèn)知過(guò)程角度將工程訓(xùn)練課程體系分為工程認(rèn)知、工程訓(xùn)練和工程創(chuàng)新三個(gè)層次。

1.工程認(rèn)知以高端制造和智能制造為主線，通過(guò)多媒體展示、現(xiàn)場(chǎng)演示講解、虛擬仿真等方式，讓學(xué)生理解高端及復(fù)雜制造過(guò)程，特別對(duì)于學(xué)科交叉處的認(rèn)知環(huán)節(jié)，培養(yǎng)基本工程意識(shí)和工程素質(zhì)。

2.工程訓(xùn)練在掌握基本制造知識(shí)的基礎(chǔ)上，具備高端制造操作技能。了解新工藝、新技術(shù)在現(xiàn)代制造中的地位和作用，訓(xùn)練應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、策略和檢驗(yàn)的工程實(shí)踐能力。

3.工程創(chuàng)新以智能制造為背景，讓學(xué)生在工程訓(xùn)練的過(guò)程中，采用逆向工程等方法進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、管理能力等。

（三）以主動(dòng)學(xué)習(xí)作為統(tǒng)一手段，提升工程創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)習(xí)成效

根據(jù)金字塔模型，增加討論、實(shí)踐、教授等主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，保證學(xué)習(xí)效果。

1.改進(jìn)課程教學(xué)模式，以主動(dòng)學(xué)習(xí)帶動(dòng)被動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)與被動(dòng)學(xué)習(xí)相互交叉等方式，通過(guò)參與式學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升。

2.以完成產(chǎn)品的形式提升主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，通過(guò)一體化設(shè)計(jì)模式，做中學(xué)、學(xué)中做的方式能夠保證專業(yè)核心課學(xué)習(xí)留存率，以產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)原動(dòng)力，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

三、自動(dòng)化類專業(yè)工程訓(xùn)練課程體系建設(shè)與實(shí)踐

自動(dòng)化類專業(yè)培養(yǎng)面向全球和未來(lái)，適應(yīng)航天、國(guó)防及國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展需要，在自動(dòng)化及相關(guān)領(lǐng)域具有引領(lǐng)行業(yè)、學(xué)術(shù)潛質(zhì)的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新人才。

以哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化類專業(yè)為例，其航天特色突出、動(dòng)手能力強(qiáng)，一直是專業(yè)追求的目標(biāo)。結(jié)合高端制造、智能制造，要求工程訓(xùn)練課程能夠服務(wù)于專業(yè)課程。同時(shí)，課程體系設(shè)置需要緊密結(jié)合智能生產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物理信息系統(tǒng)等，給學(xué)生留下更多創(chuàng)新空間。

工程訓(xùn)練課程體系一體化設(shè)計(jì)突出金工實(shí)習(xí)、電子實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的各自作用，同時(shí)輔助自動(dòng)化專業(yè)的核心課程和專業(yè)選修課程。在課程設(shè)計(jì)上，面向同類研究對(duì)象，即金工實(shí)習(xí)的機(jī)械對(duì)象就是控制理論的研究對(duì)象;電子實(shí)習(xí)對(duì)象是控制系統(tǒng)的對(duì)象，生產(chǎn)實(shí)習(xí)與控制專業(yè)課的多個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)合，綜合保障學(xué)習(xí)效果。

根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化類專業(yè)的特色及優(yōu)勢(shì)，以自控控制轉(zhuǎn)臺(tái)為例構(gòu)建的課程體系如下。（1）在金工實(shí)習(xí)階段，將轉(zhuǎn)臺(tái)的拆裝、重要部件的機(jī)械制造等進(jìn)行介紹、實(shí)際操作，并提煉出控制模型，指導(dǎo)控制理論的研究。（2）在控制理論學(xué)習(xí)階段，結(jié)合理論模型、學(xué)習(xí)控制理論、方法，控制性能，并能夠設(shè)計(jì)適合的控制器，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。（3）在電子實(shí)習(xí)階段，認(rèn)識(shí)電路板的繪制、制作、芯片的焊接、電路系統(tǒng)的調(diào)試等，將自動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械部分電氣化。（4）在控制實(shí)踐學(xué)習(xí)階段，結(jié)合自動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械、電氣系統(tǒng)，進(jìn)行控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，從傳感器、執(zhí)行器、控制器、驅(qū)動(dòng)器等多個(gè)角度設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)踐控制理論，完成控制目標(biāo)任務(wù)。（5）在生產(chǎn)實(shí)習(xí)階段，從自動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)用角度出發(fā)，認(rèn)識(shí)空間環(huán)境、空間安全標(biāo)準(zhǔn)，以飛行器三維虛擬實(shí)驗(yàn)演示自動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)用，并理解應(yīng)用中對(duì)信息化、智能化的場(chǎng)景需求，交叉領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題等;以生產(chǎn)及服務(wù)為最終環(huán)節(jié)，完善控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，提高應(yīng)用能力創(chuàng)新。

通過(guò)工程訓(xùn)練課程體系建設(shè)的一體化設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)實(shí)踐技能，解決復(fù)雜的工程問(wèn)題的能力，在網(wǎng)絡(luò)和智能時(shí)代引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，并最大限度地保證學(xué)習(xí)留存率。

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