大軍工專業(yè)綜合試驗平臺下的創(chuàng)新實踐教學探索

曹 揚，張弘鈞，鄭 毅，路貴斌

(南京理工大學 湯山科研試驗中心，江蘇 南京 210094)

1 背景介紹

代表一國科技最高水準的國防科技是當今世界各國搶占的制高點。和平時期，如何在生產(chǎn)規(guī)模大幅縮減的情況下穩(wěn)步發(fā)展新型軍事裝備、提升國防科技水平是軍工企業(yè)發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)。在深化科技體制改革，開創(chuàng)中國特色的國防自主創(chuàng)新道路上,變“要我創(chuàng)新”為“我要創(chuàng)新”，離不開理論功底好、基礎扎實、實踐能力強的創(chuàng)新型軍工專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生。

南京理工大學秉承中國人民解放軍軍事工程學院的優(yōu)良傳統(tǒng)[1]，歷史上先后合并了中國人民解放軍武昌高級軍械技術學校、太原機械學院輕武器專業(yè)、西北工業(yè)大學航空炮專業(yè)等軍工院系，歷經(jīng)60余年的不斷探索與創(chuàng)新，為社會培養(yǎng)了十萬余名優(yōu)秀國防科技人才，在科技人才培養(yǎng)中形成了槍、炮、彈、箭等專業(yè)綜合發(fā)展的鮮明軍工特色。目前，學校涉及到軍工相關專業(yè)的學院有機械、化工、電光、能動、自控、材料等學院，而其中又以武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、探測制導與控制技術、特種能源工程與煙火技術和武器系統(tǒng)與工程4個專業(yè)為代表，而這4個專業(yè)也正是我校首批被教育部批準的“卓越計劃”試點專業(yè)。現(xiàn)代國防中武器裝備的研制已經(jīng)不僅僅是單一專業(yè)、單一學科的孤軍奮戰(zhàn)，更是多專業(yè)、多學科共同努力的結果，軍工專業(yè)發(fā)展向著多相關專業(yè)緊密聯(lián)系、協(xié)調(diào)發(fā)展的大軍工方向拓展。構建大專業(yè)平臺，打破校內(nèi)學院、學科、專業(yè)的限制，組建跨學院、跨學科、跨專業(yè)的人才培養(yǎng)平臺，有利于學生專業(yè)實踐能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)[2-3]。

2011年教育部提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術人才，該計劃以“按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才，強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力”為顯著特征。但是在通識教育的基礎上凸顯專業(yè)優(yōu)勢，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新及實踐能力，提高學生的綜合競爭素質(zhì)，一直是目前高等教育中的難題[4]。如何依托學科專業(yè)優(yōu)質(zhì)資源平臺優(yōu)勢，進一步提高大學生實踐動手能力和科技創(chuàng)新能力成為專業(yè)人才培養(yǎng)的新課題[5-6]。南京理工大學湯山科研試驗中心立足于相關專業(yè)基礎條件保障項目建設，面向軍工行業(yè)通用標準，整合相關專業(yè)優(yōu)勢資源，構建了大軍工專業(yè)綜合試驗平臺，以提升學生工程實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力為目標，開展了大軍工專業(yè)背景下多專業(yè)、多領域、寬口徑、跨學科綜合實踐教學探索。

2 大軍工專業(yè)綜合試驗平臺構建下的實踐教學

2.1 依托大軍工專業(yè)綜合試驗平臺開展實踐教學的出發(fā)點

作為南京理工大學的傳統(tǒng)軍工優(yōu)勢專業(yè)，武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、探測制導與控制技術、特種能源工程與煙火技術和武器系統(tǒng)與工程4個專業(yè)在教學計劃、教學內(nèi)容、課程設置和實驗環(huán)節(jié)自成體系而又互有重復，相對獨立而又彼此存在壁壘。但是武器裝備的研究本身就是多專業(yè)、多領域、跨學科的，不同軍工相關專業(yè)之間的理論基礎又是密切聯(lián)系、不可分割的。基于槍炮彈箭多專業(yè)綜合發(fā)展的“大軍工專業(yè)”概念，構建大軍工專業(yè)綜合試驗平臺可以有效地打破軍工專業(yè)之間的人為壁壘，通過不同專業(yè)有所側重的實踐教學加強專業(yè)之間的聯(lián)系，培養(yǎng)面向現(xiàn)代化國防的知識面寬廣、專業(yè)基礎扎實的軍工行業(yè)通用畢業(yè)生。

由于涉及到易燃、易爆等危險品操作，出于生產(chǎn)安全、保密工作等考慮，受到生產(chǎn)進度和實習經(jīng)費限制，軍工專業(yè)的實驗教學大多以分項驗證實驗、演示教學為主[7]。雖然校企“4+X+1”軍工專業(yè)培養(yǎng)模式、“進校不離崗”的工程碩士培養(yǎng)方式是培養(yǎng)軍工企業(yè)和科研院所急需專門科技人才、建立穩(wěn)定的軍工科技隊伍的一條切實可行的途徑[8-9]，但是仍解決不了大規(guī)模軍工專業(yè)學生實踐機會少、實踐內(nèi)容相對單一的難題。在課堂教學和實驗教學的基礎上，依托大軍工專業(yè)綜合試驗平臺開設針對性綜合實踐教學課程能夠有效地彌補學生實踐少、動手能力差的缺陷，并有望在此基礎上進一步提升學生在工程實踐中的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

2.2 依托大軍工專業(yè)綜合試驗平臺開展實踐教學的基礎

湯山科研試驗中心是在武器裝備試驗場的基礎上發(fā)展起來的，在涉危、涉爆等危險品試驗中具有豐富的安全管理經(jīng)驗。中心到學校本部交通方便，技術服務和后勤保障有力，適合學生進行大規(guī)模實踐活動。近年來，中心經(jīng)過基礎條件項目和條件保障項目的建設已經(jīng)發(fā)展成學校國防科研試驗和高層次人才培養(yǎng)的重要場所。中心設有動態(tài)試驗區(qū)和靜態(tài)試驗區(qū)，可以完成水下、空中、地面各種靜態(tài)/動態(tài)爆炸、彈丸發(fā)射與探測、毀傷效果研究，基本上滿足了各類武器裝備研究試驗的需要。中心儀器設備超過1 500臺套，總值超過億元，其中大功率X光機、超高速攝影機、目標跟蹤系統(tǒng)、掃描電子顯微鏡、同步熱分析系統(tǒng)、激光粒度儀、比表面積儀等設備性能達到國內(nèi)領先或世界先進水平。近年來，中心年均接待實驗人數(shù)已經(jīng)超過4 000人次，實驗人員以教師和研究生為主。依托中心的地理位置優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，開展廣泛的軍工專業(yè)綜合實踐教學將有利于解決大規(guī)模軍工專業(yè)學生的實踐教學項目少、實踐內(nèi)容單一的難題。

2.3 依托大軍工專業(yè)綜合試驗平臺開展實踐教學的舉措

進行資源整合、提高儀器設備的共享效率是開展實踐教學開展的重要舉措。雖然中心設備以“高、精、尖”為主，種類繁雜，但是遵循其運行的基本物理原理，進行分門別類歸納后進行專人管理，提高了實驗室管理效率、有效保障了儀器設備的完好可用性。在制作“儀器設備宣傳手冊”的基礎上，中心網(wǎng)站建設進一步提高了中心在學校內(nèi)外的知名度，通過網(wǎng)上預約模式，能夠兼顧各項試驗和實踐教學的正常進行，最大限度的實現(xiàn)了資源合理化利用。

面向高端、兼顧常規(guī)增購設備是開展實踐教學的又一舉措。中心已有的設備大多數(shù)是面向高端科研項目需求，依托現(xiàn)有平臺，充分發(fā)揮儀器設備的高學科綜合性、先進性，有利于開闊學生的視野，打通基礎儀器到高端儀器使用的通道。通過工程實踐，盡早掌握這些設備可以使學生受到良好的熏陶，站在更高的起點上，有利于畢業(yè)后開展相關研究工作。中心也十分注重高端設備應用到本科生實踐教學中的過渡銜接問題。在完成學校“卓越計劃”“軍工專業(yè)綜合實踐教學建設”項目過程中，通過低成本、針對性的補充性購置一些輔助性設備、耗材可以有效地彌補高端設備的不足。例如補充低成本、低放大倍數(shù)的金相顯微鏡，只在必要時才使用激光共聚焦顯微鏡，由此提高了材料組織結構變化觀察的效率；再如，X光像系統(tǒng)造價昂貴，其中成像用IP板在爆炸等極端實驗條件下消耗嚴重、實驗成本高，但是在綜合實踐教學中，配備了實踐教學專用IP板，既保證了實踐教學質(zhì)量，又大大降低了成本。

加強制度建設是保障大軍工專業(yè)綜合試驗平臺下高效開展實踐教學的有力措施。中心在學校相關實驗室管理、危險品管理的基礎上，出臺了針對中心實踐教學的易燃易爆性試驗安全管理辦法、實驗室儀器設備管理辦法及儀器設備操作規(guī)范等規(guī)章制度，確保了學生能夠有章可循。采用惰性模擬物替代危險品等方法，在保證人身和儀器設備安全的前提下，高效率完成了工程實踐教學。

3 大軍工專業(yè)綜合試驗平臺下創(chuàng)新實踐教學體系的探索

3.1 分層次的實踐教學課程設置

根據(jù)不同學科、專業(yè)特點、不同層次和不同階段開設了由基礎訓練到綜合應用、再到研究創(chuàng)新的遞進式提高的實驗是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容[10]。在大軍工專業(yè)綜合創(chuàng)新實踐教學中，對不同年級段的大學生開設針對性、分層次的實踐教學課程；利用夏季小學期面對全校低年級學生集中開設“兵器試驗工程概論”科學素質(zhì)選修課，通過演示和簡單的實踐操作，增進學生對現(xiàn)代武器裝備的了解，培養(yǎng)其后期專業(yè)課學習和從事國防研究事業(yè)的興趣；在學生完成專業(yè)基礎課的基礎上，對大軍工相關專業(yè)開設“軍工專業(yè)實踐教學”專業(yè)實踐課，用于鞏固所學專業(yè)基礎知識、提高學生實踐動手能力。針對高年級學生，開設綜合科研訓練和畢業(yè)設計，結合中心開展的最新研究項目，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于實踐教學環(huán)節(jié)中。

3.2 選單式實踐教學內(nèi)容安排

為了培養(yǎng)學生熟練掌握軍工研究中常用的測試技術與方法，軍工專業(yè)實踐教學安排了槍械分解、高速攝像、彈道飛行姿態(tài)觀察等16項試驗項目(見表1)，內(nèi)容上涉及到軍工試驗安全、內(nèi)彈道、外彈道和終點毀傷等，實驗手段上采用了光、電、聲、壓等多種信號測試方式，基本上涵蓋了常規(guī)武器裝備研制的主要測試過程。目前，我校已開設課內(nèi)演示性實驗兵器概論，該課程以火炮、槍械、彈藥、引信的觀摩以及槍械、炮閂、火箭彈和引信的拆裝為主要內(nèi)容，試驗內(nèi)容仍以單項演示和演練為主，這種設置十分有利于專業(yè)內(nèi)學生對理論課程內(nèi)容的掌握。與此對照，軍工專業(yè)實踐教學以兵器試驗設計為主導，以掌握軍工測試技術與方法為目標，將高端儀器的使用貫穿于課程整個過程。

表1 軍工專業(yè)實踐教學項目

表1(續(xù))

軍工專業(yè)實踐教學試驗內(nèi)容采用選單式選擇，根據(jù)專業(yè)不同和學生興趣不同因材施教，有所側重，打破了專業(yè)之間的人為界限，讓學生擴展視野、全面掌握武器研制的各個階段，重點關注學生實踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新設計能力的提升。以X光動態(tài)成像實驗為例，大學生已對X光有初步概念，但是對其形成、成像的物理機制并不了解。X光動態(tài)成像整個實驗過程涉及到彈丸設計、爆炸成型、含能材料、原子物理、半導體與激光、信號探測與控制等專業(yè)知識，實踐中，學生根據(jù)自己專業(yè)特點、興趣愛好，著重選取部分內(nèi)容深入學習，同時了解其他相關內(nèi)容，擴大知識面。多位軍工相關專業(yè)學術帶頭人均認為開設這種高端、綜合性高的大型實踐教學符合教育部將高尖端科研設備有機融入本科教育的思想，意義重大。學校教務處也已經(jīng)將軍工專業(yè)實踐教學列入了2011級學生“卓越計劃”班的試點教學內(nèi)容中。

3.3 靈活有效的授課方式和教學評價體系

充分做好學院、學科、工廠實習基地的溝通與合作，區(qū)別于專業(yè)課程中的基礎知識授課和驗證性實驗教學，面向創(chuàng)新的實踐教學能夠培養(yǎng)學生勤于學習、善于學習的習慣。授課中以點帶面，只講授核心和關鍵內(nèi)容，更多的是讓學生通過自學詳細的操作規(guī)范、儀器手冊，來完成實驗內(nèi)容。對于貴重大型儀器、操作特別復雜的儀器，對學生開展集中短期培訓，學生取得儀器的上崗資格后，可以通過預約獨立操作完成創(chuàng)新實驗[11]。結合創(chuàng)新性科研工作最新成果，充分調(diào)動學生的積極性，讓學生在討論中完成創(chuàng)新性實驗的方案設計并將其付之實踐。

教學效果評價中提高學生參與度不僅體現(xiàn)在對學生的考核中加重學生動手參與的比例，也包含了對學生課程中參與討論、參與設計的考核。對學生的考核集中體現(xiàn)在學生的參與度、實踐動手能力和創(chuàng)新能力提升3個方面。同時，對于教學效果的評價也體現(xiàn)在學生根據(jù)課程后的收獲對教學過程的評價。教師根據(jù)學生的心得體會、滿意程度來修正、優(yōu)化教學內(nèi)容和方法。

3.4 “雙師型”教師隊伍建設

大軍工專業(yè)綜合試驗平臺下開展創(chuàng)新實踐教學需要一支既有理論水平又有工程實踐經(jīng)驗的“雙師型”教師隊伍。大軍工專業(yè)綜合試驗平臺的綜合性要求教師自身知識面寬廣、學習能力強。科研教學相長，促進高水平的師資隊伍建設，形成具有不同學緣和學術特長的一支結構合理、充滿活力的高素質(zhì)教學團隊是培養(yǎng)創(chuàng)新型軍工人才的重要舉措[12]。目前中心的教學隊伍為老中青結合，涵蓋了爆炸力學、輕武器、引信、材料、光學等專業(yè)。依靠知名老教授豐富的教學和教改經(jīng)驗，在宏觀上把握實踐教學方向，在細節(jié)上給予指導。中青年教師在完成中心實驗室日常維護的基礎上，圍繞水下發(fā)射與測試、平衡發(fā)射技術、爆炸成型等方面積極開展創(chuàng)新性試驗研究，已經(jīng)逐步形成了自己的技術特色。通過各種培訓和自修，中心教師分別獲得輻射操作資格證、危險品作業(yè)證、壓力容器操作證等資格，形成了一支基礎扎實、實踐經(jīng)驗豐富、敢于創(chuàng)新的實踐教學隊伍。

4 大軍工專業(yè)綜合試驗平臺下實踐教學中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在實踐中創(chuàng)新是“卓越計劃”的重要核心，也是實施創(chuàng)新性實驗的主要原則[13]，而創(chuàng)新不是“無本之木、無源之水”，“不知舊物，則決不能言新”。創(chuàng)新來源于對已有知識產(chǎn)生的背景、過程、證據(jù)、方法、理論、以及評價知識的標準等正確與否作出評判性的思考和推理。在“卓越工程師”的培養(yǎng)過程中，我校不僅重視學生掌握理論技術知識，更要提高學生的工程實踐能力。而大軍工專業(yè)綜合試驗平臺下開展實踐教學，讓學生通過實踐掌握知識，在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，進而進行創(chuàng)新性研究。

基于大軍工專業(yè)綜合試驗平臺，發(fā)揮儀器設備綜合性高、先進等優(yōu)勢，在創(chuàng)新實踐教學探索中形成了鮮明的自身特色。首先，學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于實踐教學活動中，鼓勵學生在實踐學習中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在實踐教學內(nèi)容安排和考核機制上，重視創(chuàng)新型試驗的安排，在給定課題方向的前提下鼓勵學生通過討論、自行設計試驗方案并付諸實施；其次，充分發(fā)揮中心開展各項課題研究的優(yōu)勢，將體現(xiàn)學科前沿性、學科交叉性和綜合性、實際應用性的最新課題研究進行合理化分解，與綜合實踐教學相結合，讓學生了解學科發(fā)展的最前沿科研性試驗，在實踐中解決部分項目難題；第三，充分利用中心儀器設備先進性的優(yōu)勢，鼓勵學生在全面掌握高端儀器設備的基礎上，發(fā)揮主觀能動性，結合自身興趣，開辟儀器設備的應用新領域。以截距法速度測量為例，距離與時間之比為速度，軍工測試中速度測量可采用雷達、高速錄像、天幕靶、網(wǎng)靶、錫箔紙靶、光靶等，但是在水下兵器發(fā)射研究中，將水下彈丸速度測量分解出來后，則要求學生自身設計、實施實驗方案，解決水下精確測速題。

5 結束語

在“卓越計劃”重視工程實踐能力和創(chuàng)新能力的背景下，南京理工大學湯山科研試驗中心充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，突破軍工專業(yè)之間壁壘，依托大軍工專業(yè)綜合試驗平臺，開展了創(chuàng)新實踐教學探索，已經(jīng)逐步形成了自身的大軍工專業(yè)、綜合性、實踐性和創(chuàng)新性特色，這將在今后培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力突出的軍工人才過程中發(fā)揮重要作用。

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