“三合”理念下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)與實(shí)踐

呂淑平, 趙 琳, 王科俊, 管鳳旭, 孫 蓉, 葛亞明

(哈爾濱工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)

“三合”理念下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)與實(shí)踐

呂淑平, 趙 琳, 王科俊, 管鳳旭, 孫 蓉, 葛亞明

(哈爾濱工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

哈爾濱工程大學(xué)船舶導(dǎo)航與控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心按照“十二五”國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)精神,緊緊抓住實(shí)驗(yàn)室建設(shè)核心問題,依靠?jī)?yōu)勢(shì)謀發(fā)展,與時(shí)俱進(jìn)求創(chuàng)新,把優(yōu)質(zhì)資源有效整合、教學(xué)科研緊密結(jié)合、校企密切聯(lián)合(即“三合”)落實(shí)到實(shí)處。中心建立了科研案例管理系統(tǒng),將科研成果納入系列實(shí)驗(yàn)教材,開設(shè)課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目專區(qū)和網(wǎng)上視頻專題講座,通過這3項(xiàng)措施,努力促進(jìn)教學(xué)科研相融合,打造優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。

示范中心建設(shè)； 校企聯(lián)合； 產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確指出:充分發(fā)揮高校在國(guó)家創(chuàng)新體系中的重要作用,促進(jìn)高校、科研院所、企業(yè)科技教育資源共享,推動(dòng)高校創(chuàng)新組織模式,促進(jìn)科研與教學(xué)互動(dòng)[1]。在教育部《關(guān)于開展“十二五”高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)工作的通知》中,把“以學(xué)校優(yōu)勢(shì)學(xué)科專業(yè)特色為基礎(chǔ),形成優(yōu)質(zhì)資源融合、教學(xué)科研協(xié)同、學(xué)校企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式”作為建設(shè)目標(biāo)[2-4]。

為滿足新時(shí)期人才培養(yǎng)需要,“十二五”實(shí)驗(yàn)室內(nèi)涵建設(shè)的核心內(nèi)容是“三合”,即:優(yōu)質(zhì)資源有效整合、教學(xué)科研緊密結(jié)合、校企密切聯(lián)合。

哈爾濱工程大學(xué)船舶導(dǎo)航與控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)中心)于2012年被評(píng)為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。實(shí)驗(yàn)中心圍繞“三合”建設(shè)理念,發(fā)揮本院學(xué)科、專業(yè)優(yōu)勢(shì)及行業(yè)特色,努力推動(dòng)實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)再上新臺(tái)階。

1 融合企業(yè)優(yōu)勢(shì)資源,使校企聯(lián)合持續(xù)發(fā)展

企業(yè)在學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)上的深度融入,是推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革、提高工程教育質(zhì)量的重要一環(huán)。美國(guó)工程教育的重要形式之一是產(chǎn)學(xué)研合作教育,高校普遍實(shí)施與工業(yè)界相聯(lián)系的實(shí)踐教育計(jì)劃[5]。

在“十一五”期間,實(shí)驗(yàn)中心先后與西門子、飛思卡爾、Altera等多家企業(yè)聯(lián)合共建,企業(yè)累計(jì)投入800余萬元,配置儀器設(shè)備260臺(tái)套,有效地拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間。校企共建使實(shí)驗(yàn)中心的課程建設(shè)、師資培養(yǎng)和學(xué)生就業(yè)銜接起來,完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)中心基于共建設(shè)備、師資力量和企業(yè)環(huán)境,制定了新的教學(xué)計(jì)劃,開設(shè)了“工業(yè)過程控制”、“可編程控制器”、“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”、“創(chuàng)新認(rèn)知與實(shí)踐”等8門實(shí)驗(yàn)課程。借助校企共建平臺(tái),每年有1 000余人次學(xué)生參與制作科技創(chuàng)新作品和學(xué)科競(jìng)賽培訓(xùn),很好地培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力[6]。

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心長(zhǎng)期與企業(yè)保持聯(lián)系

實(shí)驗(yàn)中心在先期共建基礎(chǔ)上,長(zhǎng)期與企業(yè)保持聯(lián)系,不斷加強(qiáng)校企共建課程建設(shè)。2013年與飛思卡爾公司進(jìn)行“飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”二期共建,使該室的實(shí)力得到進(jìn)一步加強(qiáng)；同年又完成與英飛凌公司“哈爾濱工程大學(xué)英飛凌聯(lián)合培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室”首期共建。企業(yè)捐贈(zèng)的設(shè)備、器件用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,為學(xué)生提供了優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新教學(xué)資源。

在學(xué)院每年承辦的“智能車極速挑戰(zhàn)”、“五四杯”、“啟航杯”等學(xué)科賽事中,企業(yè)積極參與并贊助資金和器件,為競(jìng)賽提供了有力支持。2014年實(shí)驗(yàn)中心與企業(yè)合作,成功承辦了全國(guó)大學(xué)生“西門子杯”工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽東北分賽區(qū)競(jìng)賽,有17所高校、46支隊(duì)伍、200余人參加了該次競(jìng)賽。

1.2 “卓越計(jì)劃”下的校企平臺(tái)轉(zhuǎn)型升級(jí)

教育部提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是我國(guó)高等工程教育改革的重大舉措,旨在通過高校和行業(yè)企業(yè)的密切合作,制訂人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、改革人才培養(yǎng)模式、著力提升學(xué)生的工程素養(yǎng),重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力[7]。

2006年,實(shí)驗(yàn)中心與西門子公司對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、創(chuàng)新活動(dòng)等進(jìn)行了一期共建,建設(shè)成果對(duì)我院自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了有力的支撐。

在實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”中,企業(yè)對(duì)人才需求和實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)提出更高的要求,要求在專業(yè)技能培養(yǎng)方面能夠進(jìn)入該領(lǐng)域的技術(shù)前沿,要求實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)能夠滿足高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)地培養(yǎng)專業(yè)人才的需求。

目前實(shí)驗(yàn)中心已開展與西門子公司的二期共建工作,初步形成了共建方案,確定了建設(shè)目標(biāo)。二期共建將采用西門子最先進(jìn)控制技術(shù),融合西門子全集成自動(dòng)化的理念,各方案配置皆是實(shí)際工程系統(tǒng)的濃縮,按照實(shí)際工程進(jìn)行開發(fā)建設(shè)。實(shí)驗(yàn)中心在自動(dòng)化工程創(chuàng)新訓(xùn)練方面將進(jìn)一步做大、做強(qiáng),全面優(yōu)化和提升自動(dòng)化專業(yè)核心課程的實(shí)踐教學(xué)水平,使專業(yè)教學(xué)條件、師資隊(duì)伍達(dá)到區(qū)域內(nèi)高校同類專業(yè)的領(lǐng)先水平。

校企共建二期計(jì)劃搭建2個(gè)層次的自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái),形成“縱向及頂”的自動(dòng)化工程訓(xùn)練體系,使創(chuàng)新訓(xùn)練貫穿整個(gè)自動(dòng)化工程訓(xùn)練始終。所謂縱向及頂,即從專業(yè)技能培養(yǎng)方面逐步進(jìn)入該領(lǐng)域技術(shù)前沿。第一平臺(tái)主要針對(duì)大二、大三學(xué)生教學(xué),完成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)認(rèn)知及基礎(chǔ)訓(xùn)練；第二平臺(tái)主要針對(duì)大三、大四學(xué)生教學(xué),完成現(xiàn)代自動(dòng)化工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)訓(xùn)練。課內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、變頻器控制、總線控制等設(shè)計(jì)及應(yīng)用教學(xué)；課外開展競(jìng)賽、工程項(xiàng)目開發(fā)等實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練,著力提升學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力。

2 采取3項(xiàng)措施,努力促進(jìn)教學(xué)科研相融合

用學(xué)科優(yōu)勢(shì)資源反哺教學(xué)是提升實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平的關(guān)鍵。哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的科研項(xiàng)目多,科研經(jīng)費(fèi)占學(xué)校的半數(shù)以上,在船舶導(dǎo)航、船舶控制領(lǐng)域形成了自己的特色和優(yōu)勢(shì)。在科研反哺教學(xué)上,實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行了成功嘗試,例如把自行設(shè)計(jì)研制的船舶慣性導(dǎo)航儀、減搖鰭、船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)等14種科研樣機(jī)用于“慣性器件及應(yīng)用”等10門本科生課程，將科研課題分解成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目寫入實(shí)驗(yàn)教材，讓科研實(shí)驗(yàn)室支撐起大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)。然而,科研反哺教學(xué)的程度和深度與我院的科研實(shí)力、科研成果相比還有一定差距,缺乏科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容的有效途徑和方法。

目前國(guó)內(nèi)高校教學(xué)和科研工作一般是分別獨(dú)立管理的：科研類實(shí)驗(yàn)室大都是以課題組的形式運(yùn)作,科研資源共享程度低；教學(xué)類實(shí)驗(yàn)室資源相對(duì)低端,實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員對(duì)前沿科技掌握不足[8-10]。針對(duì)教學(xué)和科研這種分離的狀態(tài)、很多科研成果沒有及時(shí)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的情況,實(shí)驗(yàn)中心采取3項(xiàng)措施,努力促進(jìn)教學(xué)與科研相融合。

2.1 措施1:開發(fā)“科研案例管理系統(tǒng)”

基于我院豐富的科研素材和案例,開發(fā)了“科研案例管理系統(tǒng)”。該系統(tǒng)具有科研項(xiàng)目跟蹤管理、教師需求管理、案例管理、案例查詢、信息交流等模塊。聘請(qǐng)的各學(xué)科專家根據(jù)教師需求,對(duì)科研項(xiàng)目跟蹤管理模塊進(jìn)行跟蹤,對(duì)我院科研項(xiàng)目、工程項(xiàng)目進(jìn)行篩選、分類,及時(shí)轉(zhuǎn)換為授課素材和案例。教師可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行查詢，將最新科研成果應(yīng)用到教學(xué)上,也可將需求發(fā)布在系統(tǒng)上向?qū)＜仪笾?及時(shí)獲得需要的素材。

2.2 措施2:科研成果寫入系列實(shí)驗(yàn)教材

2013年,實(shí)驗(yàn)中心與出版單位簽訂了出版合同,計(jì)劃在2年內(nèi)編寫出版自動(dòng)化類實(shí)驗(yàn)系列實(shí)驗(yàn)教材18部。實(shí)驗(yàn)中心組織教學(xué)科研一線教師探討知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)與案例(項(xiàng)目)相聯(lián)系的教學(xué)方法,所編寫的教材以科研實(shí)踐為基礎(chǔ),注重與科研、工程和應(yīng)用相聯(lián)系,體現(xiàn)分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,通過典型實(shí)例,訓(xùn)練學(xué)生的科研和工程實(shí)踐能力。在已出版的13部教材中,采用了39項(xiàng)與科研和工程實(shí)踐相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.3 措施3:開設(shè)“課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目專區(qū)”和“網(wǎng)上視頻專題講座”

為更好地實(shí)現(xiàn)課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)相銜接,實(shí)驗(yàn)中心主干實(shí)驗(yàn)課程都設(shè)有供學(xué)生選做的課外研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大都以科研、工程實(shí)踐為背景,旨在鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐和研究能力。

實(shí)驗(yàn)中心把分散于各實(shí)驗(yàn)課程中的研究創(chuàng)新型項(xiàng)目和各科研實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目按學(xué)科方向進(jìn)行整合,在中心網(wǎng)站開設(shè)“課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”專欄,使學(xué)生能夠方便、快捷地了解各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的科研、工程背景以及研究?jī)?nèi)容,并根據(jù)自己興趣、能力去選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)中心廣泛收集學(xué)院學(xué)術(shù)年會(huì)的專家報(bào)告、專家學(xué)術(shù)講座,針對(duì)某一學(xué)科和科研項(xiàng)目開設(shè)“網(wǎng)上視頻專題講座”,介紹學(xué)科研究方向,以及科研項(xiàng)目的背景、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法、研究方案等,介紹相關(guān)文獻(xiàn)檢索和閱讀,引導(dǎo)學(xué)生自主研究、自主創(chuàng)新[11]。

3 頂層設(shè)計(jì),對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量建設(shè)是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之根本。在學(xué)校修訂2014版本科人才培養(yǎng)方案之時(shí),學(xué)院組織課程負(fù)責(zé)人及實(shí)驗(yàn)人員緊密結(jié)合各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求,分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目對(duì)不同專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的作用和功能,結(jié)合行業(yè)特色、學(xué)院學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)及當(dāng)今社會(huì)人才培養(yǎng)需求,對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容進(jìn)行逐一梳理,明確各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的性質(zhì)、作用、呈現(xiàn)方式,進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱進(jìn)行修訂,并寫入新的培養(yǎng)方案中。在新方案中共修訂實(shí)驗(yàn)課程24門、優(yōu)化和新增實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目58項(xiàng)。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系更加科學(xué)規(guī)范、專業(yè)性更強(qiáng),加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)分析、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及工程實(shí)踐能力的訓(xùn)練；專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用銜接得更好,專業(yè)課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更具有行業(yè)、專業(yè)背景及先進(jìn)性。

4 結(jié)合行業(yè)實(shí)際,開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

自2013年教育部啟動(dòng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)以來,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)成為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)新熱點(diǎn)[12]。我校也啟動(dòng)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)工作。實(shí)驗(yàn)中心結(jié)合工程實(shí)際和自身特色,重點(diǎn)解決真實(shí)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、臺(tái)套數(shù)少的問題,面向4個(gè)專業(yè)開展了行業(yè)特色突出的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)。

例如,面向自動(dòng)化專業(yè)開發(fā)了“船舶航行姿態(tài)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”,用于船舶運(yùn)動(dòng)控制理論與技術(shù)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生能直觀、形象地了解船舶航行姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析；面向測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)開發(fā)了“光纖陀螺尋北儀半實(shí)物仿真系統(tǒng)”,使學(xué)生更好地掌握慣性器件應(yīng)用技術(shù)；面向電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開發(fā)了“電力半物理式虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”,用于電力類虛擬實(shí)驗(yàn),使學(xué)生更好地掌握和分析電力系統(tǒng)暫態(tài)、新型電力電子變換、新能源發(fā)電、電力傳動(dòng)、高壓直流輸電等實(shí)踐知識(shí)；面向探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)專業(yè)開發(fā)了“導(dǎo)彈半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”,該系統(tǒng)以視景方式再現(xiàn)導(dǎo)彈飛行及攻擊過程,驗(yàn)證導(dǎo)彈飛行彈道模型及導(dǎo)彈制導(dǎo)回路控制性能。

上述虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)已用于7門實(shí)驗(yàn)課程、50學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中。

5 結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)科研融合、校企聯(lián)合是實(shí)驗(yàn)中心一貫建設(shè)方略,已形成實(shí)驗(yàn)中心的特色發(fā)展模式。實(shí)驗(yàn)中心充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì),以為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為目標(biāo),進(jìn)一步依托特色、強(qiáng)化特色和發(fā)展特色,把“三合”理念落到實(shí)處,為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供優(yōu)質(zhì)成長(zhǎng)環(huán)境。

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Construction and practice of national experimental teaching demonstration center based on “Three combinations”

Lü Shuping, Zhao Lin,Wang Kejun, Guan Fengxu, Sun Rong, Ge Yaming

(College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

The construction of national experimental teaching demonstration center is an important content in “The Quality Project.” Based on the spirit of national experimental teaching demonstration center of “The 12th Five Year Plan,” this article grasps the core issues of the construction of laboratory, and relies on the advantages and development, with the times and innovation. The integration of quality resources, teaching-learning-scientific research combination and school-enterprise cooperation to implement, efforts to build a high-quality experiment teaching environment.

construction of demonstration center; school-enterprise cooperation; teaching-learning-scientific research combination

2015- 01- 30

黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(JG2014010671)

呂淑平(1963—),女,黑龍江哈爾濱,博士,教授,國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心常務(wù)副主任,主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理.

G482

A

1002-4956(2015)8- 0141- 03