呂淑平, 趙 琳, 王科俊, 管鳳旭, 孫 蓉, 葛亞明

(哈爾濱工程大學 自動化學院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

實驗教學示范中心建設

“三合”理念下的實驗教學示范中心建設與實踐

呂淑平, 趙 琳, 王科俊, 管鳳旭, 孫 蓉, 葛亞明

(哈爾濱工程大學 自動化學院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

哈爾濱工程大學船舶導航與控制實驗教學中心按照“十二五”國家級實驗教學示范中心建設精神,緊緊抓住實驗室建設核心問題,依靠優(yōu)勢謀發(fā)展,與時俱進求創(chuàng)新,把優(yōu)質(zhì)資源有效整合、教學科研緊密結(jié)合、校企密切聯(lián)合(即“三合”)落實到實處。中心建立了科研案例管理系統(tǒng),將科研成果納入系列實驗教材,開設課外實驗項目專區(qū)和網(wǎng)上視頻專題講座,通過這3項措施,努力促進教學科研相融合,打造優(yōu)質(zhì)的實驗教學環(huán)境。

示范中心建設； 校企聯(lián)合； 產(chǎn)學研相結(jié)合

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

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

哈爾濱工程大學船舶導航與控制實驗教學中心(以下簡稱實驗中心)于2012年被評為國家級實驗教學示范中心。實驗中心圍繞“三合”建設理念,發(fā)揮本院學科、專業(yè)優(yōu)勢及行業(yè)特色,努力推動實驗中心的建設再上新臺階。

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

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

在“十一五”期間,實驗中心先后與西門子、飛思卡爾、Altera等多家企業(yè)聯(lián)合共建,企業(yè)累計投入800余萬元,配置儀器設備260臺套,有效地拓展了實驗教學空間。校企共建使實驗中心的課程建設、師資培養(yǎng)和學生就業(yè)銜接起來,完善了實驗教學體系。實驗中心基于共建設備、師資力量和企業(yè)環(huán)境,制定了新的教學計劃,開設了“工業(yè)過程控制”、“可編程控制器”、“計算機控制系統(tǒng)”、“創(chuàng)新認知與實踐”等8門實驗課程。借助校企共建平臺,每年有1 000余人次學生參與制作科技創(chuàng)新作品和學科競賽培訓,很好地培養(yǎng)了學生的工程實踐能力[6]。

1.1 實驗教學中心長期與企業(yè)保持聯(lián)系

實驗中心在先期共建基礎上,長期與企業(yè)保持聯(lián)系,不斷加強校企共建課程建設。2013年與飛思卡爾公司進行“飛思卡爾嵌入式系統(tǒng)設計及應用教學實驗室”二期共建,使該室的實力得到進一步加強；同年又完成與英飛凌公司“哈爾濱工程大學英飛凌聯(lián)合培訓實驗室”首期共建。企業(yè)捐贈的設備、器件用在實驗教學中,為學生提供了優(yōu)質(zhì)的實驗和創(chuàng)新教學資源。

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

1.2 “卓越計劃”下的校企平臺轉(zhuǎn)型升級

教育部提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是我國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)標準、改革人才培養(yǎng)模式、著力提升學生的工程素養(yǎng),重點培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力[7]。

2006年,實驗中心與西門子公司對實驗平臺、實驗項目、創(chuàng)新活動等進行了一期共建,建設成果對我院自動化專業(yè)的實驗教學起到了有力的支撐。

在實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”中,企業(yè)對人才需求和實踐平臺建設提出更高的要求,要求在專業(yè)技能培養(yǎng)方面能夠進入該領(lǐng)域的技術(shù)前沿,要求實驗中心的建設能夠滿足高質(zhì)量、高標準地培養(yǎng)專業(yè)人才的需求。

目前實驗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,確定了建設目標。二期共建將采用西門子最先進控制技術(shù),融合西門子全集成自動化的理念,各方案配置皆是實際工程系統(tǒng)的濃縮,按照實際工程進行開發(fā)建設。實驗中心在自動化工程創(chuàng)新訓練方面將進一步做大、做強,全面優(yōu)化和提升自動化專業(yè)核心課程的實踐教學水平,使專業(yè)教學條件、師資隊伍達到區(qū)域內(nèi)高校同類專業(yè)的領(lǐng)先水平。

校企共建二期計劃搭建2個層次的自動化實踐平臺,形成“縱向及頂”的自動化工程訓練體系,使創(chuàng)新訓練貫穿整個自動化工程訓練始終。所謂縱向及頂,即從專業(yè)技能培養(yǎng)方面逐步進入該領(lǐng)域技術(shù)前沿。第一平臺主要針對大二、大三學生教學,完成工業(yè)自動化系統(tǒng)認知及基礎訓練；第二平臺主要針對大三、大四學生教學,完成現(xiàn)代自動化工程系統(tǒng)設計訓練。課內(nèi)進行運動控制、過程控制、變頻器控制、總線控制等設計及應用教學；課外開展競賽、工程項目開發(fā)等實戰(zhàn)訓練,著力提升學生專業(yè)實踐能力。

2 采取3項措施,努力促進教學科研相融合

用學科優(yōu)勢資源反哺教學是提升實驗室建設水平的關(guān)鍵。哈爾濱工程大學自動化學院的科研項目多,科研經(jīng)費占學校的半數(shù)以上,在船舶導航、船舶控制領(lǐng)域形成了自己的特色和優(yōu)勢。在科研反哺教學上,實驗中心進行了成功嘗試,例如把自行設計研制的船舶慣性導航儀、減搖鰭、船舶電力推進系統(tǒng)等14種科研樣機用于“慣性器件及應用”等10門本科生課程，將科研課題分解成實驗項目寫入實驗教材，讓科研實驗室支撐起大學生科研訓練項目立項。然而,科研反哺教學的程度和深度與我院的科研實力、科研成果相比還有一定差距,缺乏科研成果及時轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容的有效途徑和方法。

目前國內(nèi)高校教學和科研工作一般是分別獨立管理的：科研類實驗室大都是以課題組的形式運作,科研資源共享程度低；教學類實驗室資源相對低端,實驗技術(shù)人員對前沿科技掌握不足[8-10]。針對教學和科研這種分離的狀態(tài)、很多科研成果沒有及時應用到實驗教學中的情況,實驗中心采取3項措施,努力促進教學與科研相融合。

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。聘請的各學科專家根據(jù)教師需求,對科研項目跟蹤管理模塊進行跟蹤,對我院科研項目、工程項目進行篩選、分類,及時轉(zhuǎn)換為授課素材和案例。教師可以通過該系統(tǒng)進行查詢，將最新科研成果應用到教學上,也可將需求發(fā)布在系統(tǒng)上向?qū)＜仪笾?及時獲得需要的素材。

2.2 措施2:科研成果寫入系列實驗教材

2013年,實驗中心與出版單位簽訂了出版合同,計劃在2年內(nèi)編寫出版自動化類實驗系列實驗教材18部。實驗中心組織教學科研一線教師探討知識點的教學與案例(項目)相聯(lián)系的教學方法,所編寫的教材以科研實踐為基礎,注重與科研、工程和應用相聯(lián)系,體現(xiàn)分層次的實驗教學體系,通過典型實例,訓練學生的科研和工程實踐能力。在已出版的13部教材中,采用了39項與科研和工程實踐相關(guān)的實驗項目。

2.3 措施3:開設“課外實驗項目專區(qū)”和“網(wǎng)上視頻專題講座”

為更好地實現(xiàn)課內(nèi)外實驗教學相銜接,實驗中心主干實驗課程都設有供學生選做的課外研究創(chuàng)新型實驗項目,研究創(chuàng)新型實驗項目大都以科研、工程實踐為背景,旨在鍛煉學生工程實踐和研究能力。

實驗中心把分散于各實驗課程中的研究創(chuàng)新型項目和各科研實驗室開放項目按學科方向進行整合,在中心網(wǎng)站開設“課外實驗項目”專欄,使學生能夠方便、快捷地了解各實驗項目的科研、工程背景以及研究內(nèi)容,并根據(jù)自己興趣、能力去選擇實驗項目。

實驗中心廣泛收集學院學術(shù)年會的專家報告、專家學術(shù)講座,針對某一學科和科研項目開設“網(wǎng)上視頻專題講座”,介紹學科研究方向,以及科研項目的背景、發(fā)展趨勢、研究方法、研究方案等,介紹相關(guān)文獻檢索和閱讀,引導學生自主研究、自主創(chuàng)新[11]。

3 頂層設計,對實驗教學體系進行優(yōu)化

實驗教學體系和實驗項目質(zhì)量建設是實驗室建設之根本。在學校修訂2014版本科人才培養(yǎng)方案之時,學院組織課程負責人及實驗人員緊密結(jié)合各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)要求,分析實驗教學項目對不同專業(yè)學生培養(yǎng)的作用和功能,結(jié)合行業(yè)特色、學院學科專業(yè)優(yōu)勢及當今社會人才培養(yǎng)需求,對每個實驗項目的內(nèi)容進行逐一梳理,明確各實驗項目的性質(zhì)、作用、呈現(xiàn)方式,進而對實驗教學大綱進行修訂,并寫入新的培養(yǎng)方案中。在新方案中共修訂實驗課程24門、優(yōu)化和新增實驗項目58項。優(yōu)化后的實驗教學體系更加科學規(guī)范、專業(yè)性更強,加強了對學生設計分析、綜合運用所學知識及工程實踐能力的訓練；專業(yè)基礎課實驗內(nèi)容與實際應用銜接得更好,專業(yè)課實驗內(nèi)容更具有行業(yè)、專業(yè)背景及先進性。

4 結(jié)合行業(yè)實際,開展虛擬仿真實驗教學資源建設

自2013年教育部啟動國家級虛擬仿真實驗教學中心建設以來,虛擬仿真實驗教學資源建設成為實驗室建設新熱點[12]。我校也啟動了虛擬仿真實驗教學資源建設工作。實驗中心結(jié)合工程實際和自身特色,重點解決真實設備無法實現(xiàn)的實驗項目以及專業(yè)實驗設備昂貴、臺套數(shù)少的問題,面向4個專業(yè)開展了行業(yè)特色突出的虛擬仿真實驗教學資源建設。

例如,面向自動化專業(yè)開發(fā)了“船舶航行姿態(tài)控制半實物實驗教學系統(tǒng)”,用于船舶運動控制理論與技術(shù)實驗,使學生能直觀、形象地了解船舶航行姿態(tài)控制系統(tǒng)的設計與分析；面向測控技術(shù)與儀器專業(yè)開發(fā)了“光纖陀螺尋北儀半實物仿真系統(tǒng)”,使學生更好地掌握慣性器件應用技術(shù)；面向電氣工程及其自動化專業(yè)開發(fā)了“電力半物理式虛擬實驗平臺”,用于電力類虛擬實驗,使學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、高壓直流輸電等實踐知識；面向探測制導與控制技術(shù)專業(yè)開發(fā)了“導彈半實物仿真實驗系統(tǒng)”,該系統(tǒng)以視景方式再現(xiàn)導彈飛行及攻擊過程,驗證導彈飛行彈道模型及導彈制導回路控制性能。

上述虛擬仿真實驗教學資源建設已用于7門實驗課程、50學時實驗教學之中。

5 結(jié)束語

教學科研融合、校企聯(lián)合是實驗中心一貫建設方略,已形成實驗中心的特色發(fā)展模式。實驗中心充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢,以為學生提供優(yōu)質(zhì)的實驗教學資源為目標,進一步依托特色、強化特色和發(fā)展特色,把“三合”理念落到實處,為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供優(yōu)質(zhì)成長環(huán)境。

References)

[1] 國務院.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29)[2015-01-18]. http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

[2] 教育部高等教育司.關(guān)于開展“十二五”高等學校實驗教學示范中心建設工作的通知[EB/OL].(2012-03-15)[2015-01-18].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A08_sjhj/201203/133068.html.

[3] 柯紅巖.國家級實驗教學示范中心的示范效應研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(9):30-32.

[4] 姜文鳳,高欣.“十二五”國家級實驗教學示范中心建設與思考[J].實驗技術(shù)與管理,2013,30(5):5-7.

[5] 李穎,尤立明.實施雙贏戰(zhàn)略 加強校企合作[J].實驗室研究與探索,2010,29(8):144-147.

[6] 呂淑平,馬忠麗,王科俊,等.基于創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)的實驗教學體系建設與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(7):133-135.

[7] 張安富,劉興鳳.實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的思考[J].高等工程教育研究,2010(4):56-59.

[8] 黃炳輝.教學與科研融合視角下的實驗室內(nèi)涵建設探析[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(9):15-17.

[9] 毛海濤,張萬勇.關(guān)于高校教學、科研一體化模式的研究[J].教育與職業(yè),2010(36):184-185.

[10] 王彥.大學教學與科研關(guān)系的探討[J].浙江工業(yè)大學學報:社會科學版,2009,8(2):232-235.

[11] 呂淑平,王科俊,于鑫.“四自主”實驗教學模式的開展與研究[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(6):12-14.

[12] 李平,毛昌杰,徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設 提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索,2013,32(11):5-8.

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改革項目(JG2014010671)

呂淑平(1963—),女,黑龍江哈爾濱,博士,教授,國家級實驗教學示范中心常務副主任,主要研究方向為實驗室建設與管理.

G482

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1002-4956(2015)8- 0141- 03