面向新工科的电控类专业工程实践教学体系改革与建设

姚振静，姜运芳，王佳慧，郭丽丽

（防灾科技学院，河北三河065201）

0 引言

传统工科背景下电控类专业工程实践教学体系现状：在人才培养方案设置方面，传统工科电控类专业的人才培养理念是学科导向，培养方案是正向设计，缺少跨专业交叉融合培养路径，存在重专业教育轻素质培养、理论知识要求多实践训练少、地方行业特色不明显等问题。在课程体系方面，传统工科电控类专业偏重于专业基础知识及专业技术理论知识传授，课程内容陈旧与新技术不匹配，所授知识呈现碎片化等问题［1-3］。在实践教学体系方面，实践环节相对弱化，综合性实践项目、竞赛培训、科研培训项目在教学平台、实验空间、师资等资源上呈现碎片化，高校与企业合作力度不够,缺乏配套的实践资源，毕业实践环节受企业生产运行制约参与一线项目的机会不多等问题［4-7］。

新经济发展迫切需要新型工科人才支撑，对电控相关专业工程师的要求日益提高。为满足产业用人需求与毕业生能力达成，优化人才培养方案和课程体系，改革和建设一个着重培养学生专业技能和非专业综合素质（创新能力、思维能力、合作能力、管理能力和工程意识）的电控类专业工程实践教学体系是非常必要的。

本文介绍在新工科背景和创新创业教育改革思想的指导下，采用成果导向优化人才培养方案，依托“专任教师十辅导员队伍十电子青年科技联盟”三支队伍，重构“基础十综合十创新”递阶式三级创新能力培养实践体系，构建创新创业协同培养平台，整合实践资源，重构阶梯式工程实践训练体系，基于CDIO教育理念优化课程体系，培养电控类专业学生创新精神和工程实践能力。

1 成果导向优化人才培养方案

通过校外调研、毕业生走访和学习国家工程认证标准，结合专业特点和区域社会经济与行业企业需要，凝练专业人才培养规格和设计标准。明确培养学生适应未来职业发展的知识、能力、素质标准，培养方案要凸显培养“学生工程实践能力本位”特色，建立理论教学和工程实践结合的人才培养体系，通过产教融合平台拓展学生学习空间，开阔学生视野，锻炼学生能力，提升学生素养。

以我校测控技术与仪器专业为例，通过走访调研防震减灾行业及相关企事业单位及毕业生就业单位，如北京市地震局、内蒙古地震局、中国地震局地球物理研究所、北京港震机电设备有限公司、珠海市泰德有限公司等，明确该专业社会需求岗位群的知识、能力、素质，明确该专业学生适应未来职业发展的知识、能力、素质标准，设置以仪器组装测试、运行维护、设计研发能力为指导思想，优化测控技术与仪器专业人才培养方案。测控技术与仪器专业是学院服务国家防灾减灾事业发展的核心支撑专业，面向防灾减灾仪器领域的专业技术人才需求，培养能从事防灾减灾仪器及通用仪器的设计、开发、运行、维护、测试等工作，具备实施复杂工程实践和终身学习的能力，保持高效、创新所必需素质的仪器类工程应用型人才。

2 构建创新创业协同培养平台

依托“专任教师十辅导员队伍十电子青年科技联盟”三支队伍，重构“基础十综合十创新”递阶式三级创新能力培养实践体系，构建创新创业协同培养平台。在平台队伍方面发挥学生主体作用，实行社团学生三级管理制度，社团学生负责对接辅导员队伍、教师队伍；导员队伍负责驱动力训练提高学生自信力、沟通力；教师队伍负责递进性的基础、专业、综合训练提高学生实践能力和创新精神。

以培养学生的创新能力为目标，建立创新能力培养体系，包括3 个培养阶段：第一阶段开放实验室主要锻炼学生初步创新能力；第二阶段模块式学科竞赛主要锻炼学生创新能力和独立工作能力以及团队协作能力；第三阶段参与教师教科项目时学生能够参与学科知识创新活动领域，锻炼学生的创新能力。在开放实验室建设阶段，根据各专业教师的教科研方向给学生设置具有特色的实验项目，目标是初步锻炼学生的创新能力。在学科竞赛建设阶段，教师已经参与的“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“全国大学生电子设计竞赛”、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、中国机器人大赛基础上申报并鼓励学生参与更多与行业相关的国家级学科竞赛，比如互联网+大学生创新创业大赛、西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛等。在鼓励本科生参与教师科研项目阶段，教师的科研项目在学科知识创新活动领域，鼓励本科生参与其中，锻炼学生的创新能力。

图1 创新创业协同培养平台

3 重构阶梯式工程实践训练体系

以工程实践能力培养为核心，兴趣引导工程能力培养，构建“四年不断线四平台四训练”工程化实践教学体系。通过校内校外联合共建方式，建设了“兴趣化基础实验平台、模块化专业实验平台、行业化综合实践平台、协同化双创培养平台”4个实践教学平台。以系统化工程训练项目为主线，形成“闯关基础训练、专业实验训练、工程应用训练、创新实践训练”四年不断线递进式工程训练，培养学生工程实践能力。

图2 “四年不断线四平台四训练”工程化实践教学体系

在四年不断线的工程实践训练中需要维持学生学习兴趣，以“实践不断线，实践体系化，实践有成果”的实践教学目标，进行难度递增，知识性与实用性相结合的递阶式工程训练，开创游戏闯关实践教学模式，以兴趣引导，培养学生的工程实践能力。

图3 游戏闯关实践教学模式

以测控技术与仪器专业工程实践训练体系为例，以地震仪器为工程对象，设计“游戏闯关”式，进阶实践体系。结合心理学上的“心流”体验，设计适合新一代学生的“游戏闯关”式实践教学训练项目。从容易项目入手，提高学习兴趣和成就感，逐步引导学生深入设计和实践，综合运用理论知识，拓展能力，如表1所示。

表1 测控技术与仪器专业“游戏闯关”式实践教学训练项目

以“开放实验室+国家级学科竞赛+教师项目”实践教学模式提高学生的创新能力。①开放实验室，根据各专业教师的教科研方向给学生设置具有特色的实验项目，目标是初步锻炼学生的创新能力。②学科竞赛是结合课程教学的基础，以竞赛的方式激发学生理论联系实际和独立工作的能力，是提高学生实践动手能力、培养学生创新意识、协作精神的重要手段。本教学团队的教师已经参与了“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“全国大学生电子设计竞赛”、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、中国机器人大赛，取得了优异的成绩。③鼓励本科生参与教师科研项目，教师的科研项目在学科知识创新活动领域，鼓励本科生参与到其中，锻炼学生的创新能力，具体设置如表2所示。

表2 “开放实验室+国家级学科竞赛+教师项目”实践教学训练项目

探索产学研合作模式，教师深入企业进行实践学习，实习项目和内容以行业需求为依据由企业和学校共同确定。以“面向工程、项目驱动、能力培养”的教育理念为指导，搭建“实验室+实践基地”递进的“学做合一”的产学研合作教学平台，形成“教与学紧密结合、理论与实践紧密结合、学校与企业紧密结合”的创新教育模式，培养基础知识扎实、创新与实践能力强、综合素质高的应用型本科生。校外综合实践基地实习项目包括认识实习、生产实习和毕业实习。认识实习项目主要开展聘请企业高级工程师、优秀设计师来学院讲座，把工厂现场生产情况随时调入课堂，实现理论与实践不脱节。具体相关建设内容：在北京港震仪器设备有限公司或北京市地震局海淀地震台认识公司运行模式、地震仪器生产及加工过程、测试标定等基本实践操作技能。生产实习项目主要地震仪器装配调试、强震台站台基堪选、地震仪器测试标定等实习项目。毕业实习项目主要完成与本专业培养目标相符的专项训练。主要培养学生解决实际问题的能力，通过下发任务，由学生根据任务进行产品设计、经济成本预算、编写加工工艺、设计工装、操作设备、完成产品的过程培养模式，整个过程由学生独立完成。逐步实现毕业设计在工厂完成，将毕业设计与工程实际联系，保证毕业设计题目的真实性、工程性、实用性。

图4 地震仪器行业协同培养校外综合实践教育基地

4 CDIO 理念优化课程体系

引入CDIO理念与工程教育，优化课程体系，构建一个把知识碎片编织成能力的网状课程体系。与传统仅侧重知识传授的课程体系不同，重构的课程体系纵向以专业知识积累为主，横向贯穿“零基础→工程师助理→菜鸟工程师→工程师”递进式工程训练，注重提高实践能力。在培养专业技能的同时，训练学生的职业技能和职业道德、人际交往、团队协作及工程设计、实施和运行思维等综合素质。

以测控技术与仪器专业课程体系为例，以该专业要求为基础，以地震仪器主题为主线，最终融合知识模块，配以教学计划、教学方法和考核方法之间的互相支持、良性互动的构架并辅以充分的教学实践环境设施；根据主题需要可以打破传统课程界限，重新整合知识点，缩短学时，合并授课；部分课程可采用讲座或者系列讲座的形式，邀请校内外专家就某个专题进行系统重点讲授，最大化利用资源，让学生以最高的效率接触到前沿的知识。

根据仪器模块的划分，可以将教学课程分为4个模块：机械结构、电路设计、数字采集以及系统集成模块。以防灾减灾仪器为工程对象，各模块工程对象分别是防灾减灾模块中具有独立功能的模块。在教学过程中，工程对象一致，知识体系化，使学生学习目标明确，学后看得到具象的教学效果。学生通过理论课程的学习、实践课程的训练，可以循序渐进地实现一个地震计系统，从而增强学生的获得感，提高了学习兴趣，加深了对知识的掌握和运用。

5 结语

根据电控类相关企业所需新型工科人才标准，采用成果导向优化人才培养方案，明确培养学生适应未来职业发展的知识、能力、素质标准，建立理论教学和工程实践结合的人才培养体系。引入CDIO理念与工程教育，优化课程体系，构建一个把知识碎片编织成能力的网状课程体系。面向行业需求，突出专业课程与双创教育的交叉、渗透与融合，突出早进实验室，在实验探索中增长知识、在创新创业竞赛中提升能力、在科学研究中创意创造创业，构建创新创业协同培养平台。整合实验室资源，重构阶梯式工程实践教学训练体系，利用各种新技术建设和完善实践平台，建设具有企业行业需求背景的系统化体系化电控类专业工程实践教学体系，既培养学生专业技能，又培养学生的创新能力、思维能力、合作能力、管理能力和工程意识等综合素质，满足企业所需的电控相关专业新型工程师的要求。近年来，我校坚持特色和新举措，取得了一定的人才培养成效，学生对课程的满意度由83.51%显著提高至97.06%～100%，学生学习兴趣和积极性也逐步提高，参与各类各级科技活动的积极性也显著增加。2015年至今，获得各类学科竞赛奖励230项，其中国际级学科竞赛奖励59项，国家级学科竞赛奖励90项，省级学科竞赛奖励51项。承担大学生创新创业计划项目60项，开放实验室项目92项，学生发表论文8篇，获专利22项，获计算机软件著作权4项。

表3 CDIO理念优化课程体系