工程訓練中心可持續發展
——工程實踐創新中心建設

陸順壽, 曹其新, 李翠超

(上海交通大學 工程訓練中心， 上海 200240)

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工程訓練中心可持續發展
——工程實踐創新中心建設

陸順壽, 曹其新, 李翠超

(上海交通大學 工程訓練中心， 上海 200240)

隨著國家教育經費的大量投入，國內一些高校的學生綜合性工程實踐教學基地先后通過了國家級實驗教學示范中心驗收，如何發揮示范作用，體現示范價值，已成為迫切需要考慮的問題。我國高校傳統的綜合性工程訓練中心管理和運行模式已經不能滿足現代實踐教學基地發展的需要，采用現代數字化技術進行科學高效的教學和管理顯得尤為重要。依托數字化綜合管理平臺和信息化平臺建設，推進數字化教學管理、實行數字化教學實訓、實現實驗室全面開放與學生創新實踐或將成為高校學生實踐教學基建設的重點和發展趨勢。

可持續發展； 創新中心建設； 數字化平臺； 數字化管理

0 引 言

2000年起全國各地高校先后在原校辦工廠(實習工廠)的基礎上，開始籌建新的大學生工程實踐教學基地，投入大量資金改造環境設施，購買先進的儀器設備和數控機床，使實踐教學質量得到了很大提升，學生課外科技活動和各類科技競賽取得了好成績，對培養學生科技創新能力起到了積極作用，一些高校的工程訓練中心先后成為國家級實驗教學示范中心[1]。隨著國家“211工程”和“985工程”項目經費對學生創新人才培養的不斷投入，高校實踐教學基地可持續建設如何適應當代高教發展的需要，在高校學生創新人才培養體系中起到積極作用是當前需要考慮的問題。工程訓練中心以國家級實驗教學示范中心驗收為契機，結合學校“985工程”項目三期建設，圍繞“工程實踐教學平臺”和“科技創新服務平臺”這兩大平臺，推動數字化和信息化綜合管理平臺建設，著力打造數字化工程實踐創新中心建設，不斷深化實踐教學課程改革，積極進行創新人才培養的研究和探索，改變傳統的實踐教學模式，以項目的形式組織教學，開設面向不同學科背景學生的實踐創新性選修課程和工程探究課程。通過構建數字化工程實踐平臺，實行實踐場所的全面開放，學生可以進行自主科技創新和開展各類科技競賽，不斷提高在校大學生的科技創新能力[2-4]。

1 工程實踐創新平臺建設

1.1 信息化、數字化管理系統建設

按照工程訓練中心多元化、開放型工程實踐創新平臺建設目標，建立與之相適應的網絡支持環境。通過對中心局域網的重新規劃改建，構成多棟樓宇的完整網絡體系，實現遠程連接、遠程操作和遠程監控等多項任務，支撐數字化工廠制造和管理、物聯網等多個教學實踐項目順利開設。增加無線網絡功能，與有線網絡形成互補，隨時隨地為學生提供資料查詢、網上教學等網絡服務。建立獨立運行辦公網絡，使辦公變得更為便捷。采用星形拓撲結構、兩層分級管理模式重新構建中心局域網。新網絡從邏輯上分為辦公網和教學網兩部分，實現辦公和教學網絡的分離。同時在兩個網絡中配備服務器來支持各項網絡服務和集中管理要求。另外通過VPN千兆安全網關設備對網絡進行監控和管理，實現安全防范、智能帶寬控制、上網行為控制等多種功能。在各樓層增設無線網絡，實現全面覆蓋。同時留有網絡視頻監控節點，為遠程監控和遠程教育提供支撐。開放型教學及服務平臺的信息化管理網絡，從環境和硬件條件上有效保障了開放型工程訓練中心的運行。完善運行與管理機制，建成網上預約系統和智能門禁系統，學生可以通過登錄工程訓練中心網站，預約使用“創新實學工坊”，自由選擇課余時間刷卡進入工程訓練中心各個實踐場地，開展各類課外科技活動，面向全校各院系實現全面開放[5-6]。

運用計算機軟件技術、網絡技術、智能卡技術、物聯網技術以及視頻監視技術等當代先進技術手段，以先進高效地管理為指導，實現車間管理數字化、實驗室管理開放化、教學管理網絡化，提高實踐教學質量、提高工作效率和對外服務水平。建設數字化教學管理平臺，利用網絡技術，整合中心教學、生產管理多方面需求，建立網上綜合應用平臺，實現多方位數據集中管理，實時同步統一使用。結合門禁技術，建立開放式實驗場地，實現網上預約自主管理的實驗室使用新模式，通過統一使用校園“一卡通”方式，實行對門禁等設備的授權管理，既提升了教學管理水平，又提高了設備的使用率。利用網絡和CAXA軟件實現數控機床設備的DNC遠程管理和傳輸。利用監控裝置，實現遠程教學操作示范，建立實時可視化實踐教學模式。利用完備的PDM軟件結合實際硬件環境，搭建模擬企業完整信息化工作流程的生產環境，通過項目流程管理方式開設數字化管理相關課程。利用網絡、信息采集和分析技術，實時掌握數控機床加工信息，實現生產調度信息化管理，同時為生產決策提供可靠依據。利用現代庫房管理手段和網絡技術，建立了工程訓練中心物料及工具管理中心，使庫房管理電子化、規范化，為財務核算提供系統真實數據，為教學與生產提供高效集約保障，該建設項目得到了許多高校同行的贊揚。

1.2 結合教學改革建設現代化工程實踐場所

通過“985工程”項目三期建設，進一步改善現有工程實踐教學環境，整合了熱處理、焊接、鑄造、激光加工等實踐場所，自制具有一定特色的焊接排風裝備系統和鑄工造型工作臺，使鑄造、焊接、熱處理、激光加工等實踐環境得到明顯改善。為了深化教學改革，改善原有薄弱的教學內容，添置水下等離子切割機床，使原來單一的焊接實踐教學增加了新的內容。利用自動控制軟件、典型機電一體化實訓裝置、激光金屬切割機、高速三維水晶內雕機等裝備對原有的實踐教學內容進行拓展，使學生能夠及時了解現代加工方法和先進的制造技術。新增“數字化設計制造創新”訓練項目，以項目為導引的學習方式，促進學生課內學習與課外學習相結合，徹底改變以往只聽不做的教學實踐方法，使學生在實踐操作中加深體會理論課的講課內容，同時也提高了實驗室設備的利用率和開放度[6-8]。

中心要可持續發展，必須走校企合作“雙贏”之路，企業為學校提供先進的技術和實用的裝備，使學生在大學里就能及時接觸到企業先進產品。同時學校也為企業新產品展示提供窗口、為產品應用提供培訓支持，為企業發展提供人才服務。2013年利用歐姆龍(中國)有限公司捐贈總價值約300多萬元人民幣的Sysmac自動化平臺，配套建設外圍基礎應用、高級應用實驗工作臺、綜合控制對象等實驗裝置，開展高端PLC邏輯控制、嵌入式運動控制和EtherNet/IP及EtherCAT工業控制網絡的現代化控制工程教育，構建機電一體化的綜合實踐教學平臺，組織學生參與自動化類的技術競賽，“SJTU-OMRON”聯合實驗室為該類競賽提供實踐創新平臺和賽事培訓平臺。

圍繞課程改革需要，拓展原有實踐課程體系，設立一系列專業實踐課程及交叉學科實踐課程，配合科技創新實踐內容建設，引入先進技術，2011年起開始籌建“機器人創新實驗室”，2013年得到學校命名授牌，NAO機器人與UR機器人已經用于開設“仿人機器人技術探究課”、“仿人機器人創新實踐”、“本科生參加研究計劃”項目及學生畢業設計等。為了拓展我們現有的實踐項目，結合學院專業課程，2013年開始建設“醫工結合實驗室”，為醫學與工科交叉領域的一系列專業實踐課程提供實驗平臺，并將科研與教學相結合。

中心綜合特色創新實驗室實行全面開放，為各院系課程實踐環節提供場所和實踐指導，學生可以按照預約時間到實驗室進行機械加工與制作，中心專門安排實驗室專業教師予以指導。現已接納機械與動力學院學生“工程導論課”項目及密西根學院學生“機械設計與制作Ⅰ”項目的實施與制作。目前已經具備可以接納200多名學生，分批在開放式“工程導論課”的工程實踐平臺上進行各類教學活動的能力。

2 創新工程實踐訓練方法

2.1 構建創新人才培養理念

實現從工程訓練中心向工程實踐創新中心的功能轉變，必須以創新理念構建一套適應創新型精英人才培養的完整工程實踐教學體系，不斷增加多學科交叉的實踐教學內容[9-11]。從2011年起在完善和深化機械制造基礎、電子電工基礎、先進制造技術、創新實踐和智能控制五個訓練內容的基礎上又增加了機器人創新技術實訓內容的建設。機器人教育作為嶄新的教學載體，以機器人創新技術為項目是創新教育和教學改革的切入點，促進工程思維方式的培養。建立“以項目設計制作為牽引”的工程實踐訓練方法改革，新建“機器人控制技術”、“仿人機器人技術探究課”等一系列專業實踐課程，豐富了原有電子電工實踐項目的內容，還經常組織學生參與各類機器人比賽，使學生完整的工程實踐素質和創新能力得到了提升[4-5]。初步實現以“問題導向為驅動”的實踐教學方法改革，提高了學生實踐訓練能力的培養質量。近年來多次組織學生參加國內外機器人競賽，取得了優異成績。2014年中國機器人大賽暨RoboCup公開賽由工程訓練中心牽頭組隊的上海交通大學代表隊獲得2項特等獎。

探索CDIO(Conceive、Design、Implement、Operate)教學模式，以培養學生工程意識、實踐能力、創新思維、團隊協作精神和綜合素質為目標，將以往“聽”中學轉變為“做”中學、“做”中教。在實施到運作環節的實踐指導方法上與交大密西根聯合學院、機械與動力學院的課程教學相結合，協助學院工程導論課的順利開展，實現了理論教學和實踐教學的無縫對接。在教學方法上采用“以項目為導引”的實踐教學模式，與當今國際工程教育界主張以產品研發的全過程作為學習載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。與培養學生的綜合工程素質和能力的教學理念相一致[7]。以學生科技競賽、科技創新和“本科生參加研究、實驗計劃”項目為抓手，促進學生科技活動的蓬勃發展，鼓勵學生組建研發團隊，自帶項目或參加工程訓練中心組織的項目招標，實踐場所面向全校開放，讓學生自主進行各類科技創新。

2.2 改革工程實踐訓練方法

“以項目設計制作為牽引”的工程實踐訓練方法改革，使學生能夠了解當今高新技術，及時接觸到先進設備(如：機器人、各種數控設備、3D打印機等)，新建的“數字化設計制造創新”、“仿人機器人創新實踐”、“創意設計與快速成型”“三維零件測量與反求一體化”和“設計與制造一體化”等實踐教學項目已經在教學計劃中得到應用。還新開設了“數字化設計制作”、“機器人控制”、“物聯網技術與工業控制應用”等一系列專業實踐課程，為培養學生的完整工程實踐和創新能力提供技術支撐。新增“設計與制造一體化”訓練項目，以項目導引整個實習過程。用“設計與制造一體化”項目將《機械制造基礎》實踐課程中已開設的多個實踐教學項目串接起來，幫助學生建立一個產品從構思到實物的完整設計制造概念，有效地改變了以往國內高校普遍存在的實踐教學項目與項目之間相互聯系不緊密的問題[12-15]。

圍繞電子電工實踐教學課程體系，以本科生工程實踐與創新能力訓練為目標，完善以學生為主導，電子產品制造工藝為核心，支撐通識教育課中全面開放的各類教學活動、科技競賽、技能培訓的實踐與教學服務，建設以學生為主導、與學生專業相結合的綜合特色實踐教學與創新服務平臺[8]。綜合特色創新實踐項目與金工基礎實踐相結合，實現了機、電一體化的實踐要求，完成設計—制作—控制一體化的實踐過程。

3 結 語

以世界一流大學工程實踐教學為目標，構建“知識探究、能力建設、人格養成”三位一體的創新人才培養理念，建立一套適應創新型精英人才培養的完整工程實踐教學體系，建設兩個“以學生為主體”的綜合基礎訓練工程實踐教學平臺及科技創新服務平臺，經過“985工程”三期項目3年建設，中心初步實現從工程訓練向工程實踐創新功能轉變，基本建成“教育理念先進，教學體系完善，功能定位合理，人才隊伍優化，儀器設備精良，管理服務完備，體系運行高效，強項突出，特色鮮明，多元化，開放型，具有一定示范和輻射作用的工程實踐創新中心，有些建設項目已經成為國內領先的實踐教學示范標桿。2012年“以學生為中心的實學創新工坊建設”獲得學校教學成果一等獎。“研究型大學工程實踐教育的新模式探索”獲得2013年上海市級教學成果二等獎。2014年“構建以機器人研創活動為核心的綜合實踐教學平臺，培養大學生協同創新能力”獲得國家級教學成果二等獎。

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Engineering Training Center Sustained Development— Construction of Engineering Practice Innovation Center

LUShun-shou，CAOQi-xing，LICui-chao

(Engineering Training Center, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

With the large amount of national education investment in recent years, some domestic university’s practice teaching bases have passed through the evaluation of "National Experimental Teaching Demonstration Center". It has been an urgent problem how these centers play demonstration function and reflect demonstration value in future. The traditional engineering comprehensive management operation mode cannot meet the requirement of modern engineering practice base. Scientific and efficient teaching and management which adopt modern digital technology are particularly important. Based on digital integrated management platform and information platform, The paper points out that proposing digital teaching management, implementing digital practical teaching, realizing the fully opening-up of lab and letting students innovative practice will be a construction emphasis and development trend of college engineering practice bases.

sustained development; construction of innovation center; digital platform; digital management

2015-01-15

陸順壽(1957-)，男，上海人，高級工程師，規劃建設部主任，主要從事實驗室管理和教學。

Tel.：13651999758；E-mail：lushsh@sjtu.edu.cn

G 482.0

A

1006-7167(2015)11-0145-03