創(chuàng)建真實工程實踐環(huán)境 培養(yǎng)創(chuàng)新實踐卓越人才

蘇 中，曹榮敏，吳迎年

隨著高等教育的大眾化乃至普及化，教育體系無法適應社會經濟與科學技術發(fā)展，特別是建設創(chuàng)新型國家對具備創(chuàng)新能力的應用型人才需求的矛盾日益突出。教育體系與教學內容相對滯后，學生實踐知識、實踐能力培養(yǎng)的缺失與不足，已成為制約應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)瓶頸，培養(yǎng)的人才素質與社會人力資源需求存在較大差距，對高等工程教育改革發(fā)展提出了迫切要求。

針對應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的迫切需求，北京信息科技大學自動化專業(yè)根據(jù)國家級特色專業(yè)建設中提出的培養(yǎng)綜合型、應用型、創(chuàng)新型人才，創(chuàng)建國內同類高校一流水平專業(yè)的建設目標，深入開展工程教育改革和創(chuàng)新，突出特色和優(yōu)勢，加強校企合作，著力構建工程應用型大學本科人才培養(yǎng)新體系，形成了鮮明的應用型人才培養(yǎng)特色，全面提高了人才培養(yǎng)質量。該專業(yè)2008年被評為北京市特色專業(yè)建設點，并成為一本招生專業(yè)，2009年被評為國家特色專業(yè)建設點和“校級校外人才培養(yǎng)示范基地”，2010年成為人才創(chuàng)新培養(yǎng)試點專業(yè)，2011年成功獲批教育部第二批“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，并開始實施，2012年獲批“市級校外人才培養(yǎng)基地”。這些項目的實施有力地促進了自動化專業(yè)本科生科研能力的提高，推動了我校自動化專業(yè)應用型、創(chuàng)新型卓越人才的培養(yǎng)。

本文在總結自動化專業(yè)卓越工程師創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的基礎上［1－3］，進一步闡述了改善學校實踐教學條件、完善大學生工程創(chuàng)新實踐培養(yǎng)方案、開展面向學生開放的實戰(zhàn)項目建設，將重點放在培養(yǎng)學生的工程應用與創(chuàng)新能力上。通過創(chuàng)建真實工程實踐環(huán)境，促進學生自主創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)，為造就具備團隊協(xié)作、國際競爭力的卓越工程師創(chuàng)造良好的支撐環(huán)境。

1 廣泛調研，制定真實工程實踐環(huán)境建設規(guī)劃

為推進自動化專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式的探索與實踐，促進專業(yè)建設的發(fā)展，我們在對國內相關高校調研的基礎上，對國外一些高校也進行了調研，拓寬了專業(yè)建設的思路。

2010年3月起共調研了武漢、南京、北京和美國等地的7所大學，其中北方工業(yè)大學自動化專業(yè)為北京市品牌建設專業(yè)，在2008年被批準為第三批國家級特色專業(yè)建設點；東南大學電工電子實驗中心和華中科技大學電工電子教學示范中心均為國家級實驗教學示范中心。2010年前往美國芝加哥伊利諾伊大學、麻省理工大學、哈佛大學進行調研。

從所調研的高校情況看，國內高校基本上建立了以學生為中心的實驗教學模式，形成以自主式、合作式、研究式為主的學習方式，構建了“基礎型、綜合型、設計型、研究創(chuàng)新型”的分層次實驗教學體系。在實驗教學內容安排上做到了由淺到深、由簡單到綜合，鼓勵學生完成綜合性、提高性實驗，充分調動學生學習的主動性。同時，運用先進的實驗教學手段，充分利用網絡，使用計算機輔助實驗教學軟件和多媒體實驗教學課件，推廣運用虛擬、仿真等實驗技術手段。積極組織引導大學生利用實驗室設備和場地開展課外科技活動，使學生能夠取得一定的實際經驗，為升學就業(yè)創(chuàng)造有利條件［4－5］。

國外高校更加注重學生解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。從學生自身的科研項目立項以及學生從參加企業(yè)實習計劃到參與教師科研項目、依托實際科研真實工程環(huán)境平臺等，都體現(xiàn)了學以致用，以及在培養(yǎng)過程中通過真實工程實踐環(huán)境、加強動手和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理念。鼓勵學生參加學科競賽，提高創(chuàng)新實踐能力［6－7］。

在深入調研的基礎上，我們制定了實驗室建設的長遠規(guī)劃，并確定了3個不同層次學生實踐環(huán)境的建設思路：第一，建設創(chuàng)新實驗室，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，通過學科競賽，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神與競爭能力；第二，建立學生研究訓練中心，旨在通過真實工程實踐和具體創(chuàng)新項目，為建設創(chuàng)新型國家培養(yǎng)創(chuàng)新人才；第三，與企業(yè)聯(lián)合建設校外人才培養(yǎng)基地和工程教育實踐中心，旨在通過真實的企業(yè)實踐，培養(yǎng)學生分析和解決真實工程問題的能力，進一步培養(yǎng)學生實際工作能力，培養(yǎng)卓越人才。

2 建設自動化創(chuàng)新實驗室，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力，造就工程創(chuàng)新型人才

我們于2009年建設了自動化專業(yè)創(chuàng)新實驗室，主要開展各種與智能控制機器人、智能控制汽車等相關教學實驗、課程設計、畢業(yè)設計、開放實驗、綜合實驗、設計與創(chuàng)新型實驗等。創(chuàng)新實驗室的建設致力于改革實驗和實踐教學內容、優(yōu)化畢業(yè)設計、開放實驗項目，并提供學科競賽輔助工具，并以滿足學生參加競賽用，如參加全國大學生智能車競賽、機器人競賽等。

自從自動化專業(yè)學生創(chuàng)新實驗室建成以來，為學生提供了無人駕駛智能車系統(tǒng)研究、小車機器人紅外導航系統(tǒng)設計、小型直升機飛行姿態(tài)穩(wěn)定器的設計等各類開放創(chuàng)新實驗40余項，提供畢業(yè)設計題目50余項，參與各項開放創(chuàng)新實驗、畢業(yè)設計、學科競賽的學生有400多人次。組織和指導學生參加教育部自動化專業(yè)教學分委員會主辦的全國大學生各項競賽，共獲得市級以上獎項27項，其中二等獎14項，三等獎7項，優(yōu)秀獎3項，全國優(yōu)秀獎3項，培養(yǎng)和指導參加競賽及后備學生200多名。

創(chuàng)新實驗室為學生團隊提供了創(chuàng)新型的實驗環(huán)境和實踐機會，使學生能在“做中學、學中做”，提高學生的實踐動手能力，提升了學生創(chuàng)新水平，并不斷地擴展和延伸，使之能夠廣泛適用于學生的教學實踐和創(chuàng)新要求，提升學生就業(yè)競爭力。在學生就業(yè)的過程中，參加過創(chuàng)新實踐的學生，因為受到了高水平的訓練，具備較高的創(chuàng)新能力、較好的團隊協(xié)作與競爭意識，部分學生已進入中國華電工程集團、北車集團及西門子、研華等企業(yè)，受到接受單位的歡迎。

3 創(chuàng)建大學生研究訓練中心，培養(yǎng)學生真實工程創(chuàng)新實踐能力

根據(jù)學生工程實踐環(huán)境建設規(guī)劃，結合控制工程領域人才培養(yǎng)需求和教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃實施需求，以及我校自動化專業(yè)特色，2011年申報并建設完成“大學生研究訓練中心（SRT）—車聯(lián)網創(chuàng)新應用研究訓練平臺”。該平臺為一個微縮的車聯(lián)網控制工程研究應用系統(tǒng)，具備物聯(lián)網與自動控制系統(tǒng)多項工程應用技術的研究開發(fā)和實驗功能。包括自主無人車平臺、GPS衛(wèi)星模擬系統(tǒng)、中心指揮與監(jiān)控系統(tǒng)與場景，涉及物聯(lián)網控制必需的新一代信息技術，并可針對物聯(lián)網控制工程創(chuàng)新與應用進行方案設計與示范演示［8］。主要開展各種模擬真實物聯(lián)網工程實踐的課程設計、畢業(yè)設計、開放實驗、綜合實驗、設計與創(chuàng)新型實驗、本科科技創(chuàng)新項目等。

近3年來，學生共獲批校、市級以上本科科技創(chuàng)新項目50余項。學生結合自動化專業(yè)最新研究熱點和研究方向，依托“大學生研究訓練中心（SRT）—車聯(lián)網創(chuàng)新應用研究訓練平臺”，自己構想項目，并先后得到了校大學生科技創(chuàng)新項目、北京市大學生科技創(chuàng)新項目和國家級大學生科技創(chuàng)新項目的支持。

其中，2011年自動化專業(yè)學生葉根圣主持的車聯(lián)網多車自主協(xié)作模擬平臺獲全國大學生智能車競賽總決賽優(yōu)秀獎，該項目還為北京市副市長洪峰等進行了演示。葉根圣同學后來進入中科院研究生院無錫培養(yǎng)點（掛靠中國物聯(lián)網研究發(fā)展中心）進行研究生階段的學習深造。

2012年，自動化專業(yè)學生楊國鈞主持的車聯(lián)網智能交通系統(tǒng)—智能立體車庫項目，獲國家級科技創(chuàng)新項目支持，該項目成果先后獲得教育部自動化教指委主辦的全國大學生智能汽車競賽創(chuàng)意組總決賽優(yōu)秀獎，北京市教委主辦的北京市首屆機器人競賽創(chuàng)意組二等獎，并被推薦參加北京市大學生科技創(chuàng)新項目展。楊國鈞同學目前已申請前往美國攻讀碩士學位。

學生創(chuàng)新項目具體成果見圖1、圖2和圖3。

圖1 車聯(lián)網系統(tǒng)應用場景：碼頭集裝箱自動裝卸

圖2 車聯(lián)網系統(tǒng)學生創(chuàng)新項目：車聯(lián)網多車自主協(xié)作模擬平臺

圖3 車聯(lián)網系統(tǒng)科學研究項目：iPad自主無人車目標跟蹤及路徑規(guī)劃平臺

4 規(guī)劃實訓基地建設目標，適應現(xiàn)實工程應用要求

作為多學科交叉的專業(yè)，為避免學生形成“寬度有余，深度不足”欠缺實踐能力和系統(tǒng)認識的現(xiàn)象，在專業(yè)特色建設當中考慮引入實踐實訓環(huán)節(jié)，在一定程度上解決目前學生實踐難、實踐能力差的瓶頸問題。該環(huán)節(jié)分幾個層次反復引導學生，使其能夠自主并較全面地了解自動化系統(tǒng)，以及各個相關課程在這一體系當中所發(fā)揮的作用，進而提升學習興趣，明確學習重點。通過有效的實訓鍛煉，也可以讓學生在畢業(yè)后的工作當中盡快適應現(xiàn)實工程應用的要求［4－7］。因此，在我校3年規(guī)劃中，規(guī)劃了實訓基地的建設，并正在逐步實施。實訓基地包括如下內容。

4.1 運動體控制系統(tǒng)實驗平臺建設

完成專業(yè)必修特色課“慣性技術”的實踐教學平臺建設，滿足本課程的實踐實驗要求，為自動化專業(yè)卓越試點班提供課程實踐平臺，為本科生提供開放實驗室環(huán)境，滿足學生的創(chuàng)新實驗、開放實驗與自主實驗的需求，也為本科生畢業(yè)設計提供實驗設計環(huán)境。該實踐平臺還可開設加速度計基本特性實驗、陀螺儀的基本特性實驗和慣導系統(tǒng)實驗等課程實驗，為本專業(yè)學生服務，并可開展各種與“慣性技術”相關的課程設計、畢業(yè)設計、開放實驗、創(chuàng)新型實驗等。

4.2 智能車競賽實訓基地建設

為全校學生提供以智能車競賽為主要內容的實訓基地，為全國大學生智能車競賽提供高水平開發(fā)平臺，滿足下列教學要求：在全年的各個教學階段，至少滿足20組（60～80名學生）不同組別智能車競賽的設備需求；為本科生提供開放實驗室環(huán)境，滿足學生的創(chuàng)新實驗、開放實驗與自主實驗的需求；為本科生畢業(yè)設計提供實驗設計環(huán)境，滿足畢業(yè)設計的需要；完成自動化專業(yè)特色課“自動控制智能車設計與實踐”的實踐教學建設，滿足本課程的實踐實驗要求；為自動化專業(yè)“卓越試點班”提供課程實踐平臺。

4.3 基于網絡的運動控制系統(tǒng)實驗平臺建設

為滿足國家級特色專業(yè)自動化專業(yè)的特色必修課“基于網絡的智能控制”課程實驗的需要，建設網絡運動控制實驗平臺，可開設無線以太網實驗、遠程控制實驗、ZigBee網絡控制實驗、Wi－Fi網絡控制實驗等課程實驗和“嵌入式系統(tǒng)”、“智能建筑”實驗。并可開展各種與網絡控制和嵌入式控制相關的課程設計、畢業(yè)設計、開放實驗、創(chuàng)新型實驗等。基于目前大力發(fā)展和提倡的“物聯(lián)網”技術，構建網絡控制的感知層、網絡層、服務層，實現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智慧處理，結合本科生培養(yǎng)計劃，構建基于網絡的遠程控制系統(tǒng)和物聯(lián)網技術的課程綜合實驗平臺，滿足多元化發(fā)展需要，增加就業(yè)機會。

4.4 基于DSP的數(shù)字運動控制系統(tǒng)實驗平臺

該平臺能滿足“運動控制系統(tǒng)”課程實驗的需要，除可以開設以交流電機為對象的基本的開/閉環(huán)實驗外，還可開設矢量控制、直接轉矩控制等高性能的變頻調速實驗。該平臺的特色之一是負載平臺采用氣動制動器作為加載裝置，從接近零速度到額定轉速均可進行恒轉矩實驗；特色之二是基于DSP和功率模塊的數(shù)字運動控制系統(tǒng)，是目前該領域的主流控制技術。在該平臺上，學生可在先進運動控制算法、運動控制硬件集成、DSP、通信等方面得到全方位的訓練，能與本領域的先進控制技術接軌，提高學生就業(yè)的競爭力［9］。

5 校企聯(lián)合人才培養(yǎng)，建設校外人才培養(yǎng)基地和工程實踐教育中心

5.1 共建市級校外人才培養(yǎng)實習基地、聯(lián)合建設校內實驗室和編寫教材

我校自動化專業(yè)于2003年與研華公司簽訂了合作協(xié)議，并開始安排學生去研華公司進行現(xiàn)場實習，每年都邀請研華公司的技術人員到校舉辦講座，2004年與研華公司合作在我校舉行工業(yè)自動化學術會議。自動化專業(yè)實驗室采用了研華PLC設備。我校自動化專業(yè)教師與研華公司科技人員合作，就PLC設備編寫的教材《基于PC架構的可編程序控制器》，已于2005年由機械工業(yè)出版社出版，2008年該教材獲北京信息科技大學第一屆優(yōu)秀教材二等獎。2009年我校的校外人才培養(yǎng)實習基地被評為“北京信息科技大學校外人才培養(yǎng)示范基地”，2012年被評為“北京市校外人才培養(yǎng)基地”。

5.2 建立校企聯(lián)合培養(yǎng)機制，簽訂校企聯(lián)合培養(yǎng)卓越工程師協(xié)議

2010年，我校與研華公司就校企聯(lián)合培養(yǎng)卓越工程師計劃達成共識，并申報教育部審批，并于2011年被批準為教育部第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點單位。同時，我校與研華公司進一步順利建立校企聯(lián)合培養(yǎng)機制、簽訂校企聯(lián)合培養(yǎng)卓越工程師協(xié)議、共同制定了專業(yè)人才培養(yǎng)方案和企業(yè)學習培養(yǎng)方案，并將根據(jù)行業(yè)發(fā)展對人才培養(yǎng)的需要，實時進行調整。自動化專業(yè)到研華公司學習分為4個層次，分別為專業(yè)認識學習、專業(yè)工程實習、專業(yè)生產實習和畢業(yè)設計，總學習時間為40周。

5.3 校企開展深入合作，聯(lián)合成立了工程實踐教育中心

在校企合作中有許多實際內容，如：企業(yè)參與教學計劃、培養(yǎng)方案的制定，參與學生評價體系的建立；共同進行課程改革和教材建設，加強教師到企業(yè)的培訓，加強對企業(yè)培訓資源以及就業(yè)渠道資源的利用；安排好學生的實習，進一步提高學生的專業(yè)競爭力。這一階段開始的標志是2012年3月27日，我校與研華科技公司聯(lián)合成立了“研華—北京信息科技大學工程實踐教育中心”。該教育中心是我校實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的首個校企聯(lián)合工程實踐教育中心。

研華—北京信息科技大學工程實踐教育中心的成立，可以進一步培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力，有利于造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才。我們的學生也會給企業(yè)帶來更多活力、智慧和靈感，同時也促進了校企雙方更好地為首都經濟做貢獻，是一種互利多贏的機制。“問渠那得清如許，為有源頭活水來”。企業(yè)和社會的需求就是高校專業(yè)學科建設的源頭活水。我校與研華公司簽訂合作協(xié)議，建設工程實踐教育中心，既是學校貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的切實舉措，也是推進教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的實際成果。高校的科研與人才培養(yǎng)只有引進卓越的、具有社會責任感的企業(yè)參與其中，才能少走彎路，多出成果。

依托校企合作，學生在學習過程中，不斷思考現(xiàn)實生活和實際工程中需要解決的問題，并針對實際工程問題進行反思、研究，提出解決方案，然后通過申請各類大學生科技創(chuàng)新項目、企業(yè)人才培養(yǎng)項目，進行項目立項和項目研究執(zhí)行。整個過程，培養(yǎng)了學生解決實際工程問題的能力和科學研究能力。在校企聯(lián)合培養(yǎng)過程中，我們還聘請美國加利佛尼亞大學的教授，為學生開設專題講座，提升學生國際競爭意識。

2012年11月，教育部國家級電子信息與控制實驗教學示范中心驗收組專家，視察了我校自動化專業(yè)學生依托大學生研究訓練中心、校企工程實踐教育中心和校外人才培養(yǎng)基地資源，對我校開展的國家級科技創(chuàng)新項目作品車聯(lián)網智能立體車庫研究成果，給予了高度評價。專家們認為，相關研究可以很好地解決目前備受關注的大都市停車難問題，并建議該項目參加全國大學生“挑戰(zhàn)杯”科技競賽。

2012年12月12日，北京市教委副主任付志峰參加了北京信息科技大學科技文化節(jié)開幕式，并視察了該車聯(lián)網智能立體車庫系統(tǒng)。

校企合作真實環(huán)境培養(yǎng)為學生的就業(yè)提供多方面的渠道資源，所培養(yǎng)的學生不僅有機會進入研華、和利時等自動化類企業(yè)工作，而且有機會到軌道交通、電力行業(yè)、石油化工行業(yè)、設備銷售企業(yè)、設備維護企業(yè)等單位或部門工作，擴大了學生的就業(yè)機會。

6 結束語

依托于自動化特色專業(yè)建設、創(chuàng)新實驗室建設、學生實訓基地建設、校企合作校外人才培養(yǎng)基地和工程實踐教育中心建設，為學生提供了真實工程環(huán)境下的創(chuàng)新型實踐機會，使學生能在“做中學、學中做”，大大提高學生的綜合應用能力，培養(yǎng)了一批創(chuàng)新和應用型人才，提升了學生就業(yè)競爭力。參加過相關項目的學生，因為受到了高水平的訓練，具備較強的創(chuàng)新能力，受到接收單位的歡迎。根據(jù)畢業(yè)質量追蹤反饋，參加創(chuàng)新實踐的學生，70%考取了碩士研究生，進一步深造。許多學生在碩士生學習期間所表現(xiàn)出來的創(chuàng)新和實干能力，得到了培養(yǎng)單位的肯定。已有學生碩士畢業(yè)后，被推薦到香港理工大學等國際知名高校進行博士學位培養(yǎng)。本科畢業(yè)參加工作的學生，深受單位歡迎，有學生表現(xiàn)出卓越的創(chuàng)新和管理能力，一年內即升任項目經理。

真實工程實踐環(huán)境規(guī)劃的建設實施，顯著改善和提高了自動化專業(yè)的實驗和工程實踐教學條件，為保證和提高學生的培養(yǎng)質量提供必要的實驗設施，為學生和工程技術人員實踐應用能力培養(yǎng)提供了創(chuàng)新實踐平臺。建設面向學生開放實驗和學科競賽活動的創(chuàng)新實驗室，著力培養(yǎng)了學生在競賽和學習過程中的團隊協(xié)作和競爭能力；建設大學生研究訓練中心，著力培養(yǎng)了學生真實工程創(chuàng)新實踐能力；共建校企合作校外人才培養(yǎng)基地和工程教育實踐中心，著力培養(yǎng)了真實工程實踐環(huán)境下學生解決實際工程問題的研究能力和實踐能力。經過建設，使我校自動化專業(yè)在全國高校的629個自動化專業(yè)中位列前30強。

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