船舶导航与控制实验教学示范中心实验教学平台建设

吕淑平， 赵 琳， 王科俊， 管凤旭， 马忠丽

(哈尔滨工程大学 自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001)



船舶导航与控制实验教学示范中心实验教学平台建设

吕淑平， 赵 琳， 王科俊， 管凤旭， 马忠丽

(哈尔滨工程大学 自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

随着时代发展，高素质创新型人才的培养不再只仅仅依靠教学实验室资源。基于教育部“十二五”高等学校实验教学示范中心建设精神，针对实验教学平台建设问题阐述了建设思路和建设方法。以学生能力培养为根本导向，广开源、深融合，把学科专业以及行业优势转化为实验教学资源，构建了学科专业素质培养平台、科研素质培养平台、工程素质培养平台和科技创新实践平台,形成专业特色突出、优质资源共享、教学科研协同、校企联合培养的实验教学环境。该平台突出了学生实践能力和研究能力的培养, 促进学生知识、能力、素质协调发展。

实验中心； 教学平台， 资源融合

0 引 言

哈尔滨工程大学是我国“三海一核”(船舶工业、海军装备、海洋工程、核能应用)领域重要的人才培养和科学研究基地，学校构建精英教育体系，着力培养特色鲜明的高素质创新型人才，即：一流的工程师、行业领军人才和科学家[1]。以学生能力培养为根本导向，建设优质的实验教学资源和环境，是实现高素质创新型人才培养战略目标的重要保障。

船舶导航与控制实验教学中心隶属于自动化学院，2012年被评为国家级实验教学示范中心。中心基于教育部“十二五”高等学校实验教学示范中心建设精神[2]，按照“基础、应用、创新、特色、人本”基本原则[3]，依托国家重点学科、特色专业、教育部工程研究中心，优化结构，整合资源，打造了“船舶导航与船舶控制”专业特色突出、“科研融入与企业参与”模式共存、“基础-应用-创新” 递进训练、“课程实验-创新竞赛-科研训练-企业实践”四位一体的实验教学大平台。

1 强化基础，构建学科专业素质培养平台

依托教学实验室，强化基础，构建学科专业素质培养平台，以经典实验为主体，培养学生专业基本技能和专业综合设计能力。

1.1 平台基本功能

教学实验室是学生验证基本理论知识，获得基本实验技能的重要场所[4]。学科专业素质培养平台是实验教学大平台的主体部分，该平台主要承担专业基础课和专业课的实验教学，累计45门课程。中心按学科专业方向搭建了“船舶导航实验模块、船舶控制实验模块和船舶电气实验模块”，学生按学科专业方向选择不同的实验项目。从培养学生基本实验技能到综合设计能力出发，按学生学习知识的层次性和具体课程要求开设了四种类型的实验项目：基本型、综合设计型、工程实践型和研究创新型。

1.2 设备构成特点

学科专业素质培养平台是中心多年来通过创新性实验项目开发、科研成果转化、校企共建、实验装置自研、实验教改成果转化等方式建设而成的，可开出300余个实验项目，累计设备2 640台套。其中：①自行研制的实验教学设备有254台套，用于《自动控制理论》等12门实验课程的教学。自研设备有效解决了外购仪器设备二次开发能力弱问题，充分满足了综合设计性和研究创新性实验对仪器设备的要求。②中心与西门子、飞思卡尔等多家企业共建，企业累计投入260台套设备，基于共建设备、师资力量、企业环境制定了教学计划，开设“工业过程控制”等8门实验课程。校企共建有效拓展了实验教学空间，完善了实验教学体系。③中心把惯性导航仪、减摇鳍、船舶电力推进系统等14种科研样机转化成教学设备，用于“惯性器件及应用”等10门课程教学。科研成果转化使学科优势资源较好地反哺教学，提升了实验室建设水平。

1.3 突出虚拟仿真资源

当前虚拟仿真实验教学资源建设为实验教学示范中心建设注入了新的活力和内容[5]。中心为解决行业背景强的专业课实验设备昂贵，台套数少的问题，基于教育部《 关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》文件精神[6]，面向学院4个本科专业，开展了行业特色突出的虚拟仿真实验教学资源建设工作。即：面向自动化专业开发了“船舶航行姿态控制半实物实验教学系统”，用于船舶运动控制理论与技术方面的实验，使学生更直观形象了解船舶航行姿态控制系统的设计与分析；面向测控技术与仪器专业开发了“光纤陀螺寻北仪半实物仿真系统”，该系统可使学生更好地掌握惯性器件及应用技术；面向电气工程及其自动化专业开发了“电力半物理式虚拟实验平台”，用于电力类虚拟实验，使学生更好地掌握和分析电力系统暂态、新型电力电子变换、新能源发电、电力传动、高压直流输电等实践知识；面向探测制导与控制技术专业开发了“导弹半实物仿真实验系统”，该系统以视景方式再现导弹飞行及攻击过程，验证导弹飞行弹道模型及导弹制导回路控制性能。上述虚拟仿真实验教学资源建设用于7门实验课程中，有效解决行业背景强的专业课实验教学需求。

2 “教”“研”结合，构建科研素质培养平台

依托国家重点学科实验室、工程研究中心等高水平科研实验室，“教”“研”结合，构建科研素质培养平台；以课题研究为牵引，培养学生的综合能力和科学研究能力。

2.1 构建科研素质培养平台

国家重点实验室和省部级科技创新基地是研究型大学科技创新中心， 也是学科研究水平最高的场所。学生在专业基础课程学习阶段，以学生个人兴趣为主导，通过师生双向选择的方式，让学生进入到这些学科优势研究平台，跟随实验室承担的科研任务，培养学生科研选题、科研论证、科研方法、结果分析、论文撰写等一系列科学研究能力；同时学生在参与前沿课题研究、实验设计、测量、数据分析和处理的过程中[4]，可使学生了解科技最新发展和学术前沿动态，激发学生科研兴趣，启迪科研思维，培养科研道德。

我院是学校科研教学传统主体院系之一，拥有 “导航、制导与控制”国家重点学科、“控制科学与工程” 省级重点一级学科、拥有“导航仪器”和“船舶控制工程”2个教育部工程研究中心。我院每年科研经费到款占学校科研经费总到款半数以上，近95%的科研经费与船舶工业、海军装备及海洋开发领域有关，在舰船组合导航技术、舰船减摇控制技术、船舶动力定位技术达到国内领先、国际先进水平，许多科研成果在国防工业及国家经济建设中被广泛应用。学院学科和科研优势为学生提供了良好的科研素质培养平台，有力促进了科研文化的传播。

2.2 科研反哺教学

为充分发挥学院学科和科研优势，促进科研反哺教学的深度和广度。

(1) 开发了“科研案例管理系统”。该系统具有“科研项目跟踪管理、教师需求管理、案例管理、案例查询、信息交流”等模块。聘请各学科专家，根据专业方向和教师需求，通过对“研项目跟踪管理模块”跟踪，对我院科研项目、工程项目进行筛选、分类，及时总结成授课素材和案例。教师通过该系统查询和了解各领域的最新成果，及时应用到教学上；教师也可将需求发布系统上，向专家求助，及时获得需要的素材。

(2) 科研成果写入系列实验教材。中心与清华大学出版社签订自动化类实验系列教材出版合同，将陆续出版系列实验教材18本。中心组织教学科研一线教师，探讨知识点的教学与案例(项目)相联系的方式和方法，教材编写注重与科研、工程应用的结合。在已完成的13本教材中，编入39项与科研和工程实践相关实验项目。

(3) 开设专栏和专题讲座。把分散于“各实验课程中研究创新型项目和各科研实验室开放项目”按学科方向进行整合集中，在中心网站开设“课外实验项目专栏”，使学生方便、快捷地了解各实验项目的科研、工程背景以及研究内容，学生根据自己兴趣、能力去选择实验项目。收集学院学术年会专家报告、学术讲座，或针对某一科研课题开设“网上视频专题讲座”，引导学生进入课题研究[7-8]。

3 校企联合，构建工程素质培养平台

依托学院行业特色优势，校企联合，构建工程素质培养平台，以“卓越计划”为牵引，培养学生专业实践能力和工程实践能力。

3.1 卓越计划

教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”是我国高等工程教育改革的重大举措，旨在通过密切高校和行业企业的合作、制订人才培养标准、改革人才培养模式着力提升学生的工程素养，重点培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。在“卓越计划”大背景下，企业用人培养对实践平台建设提出更高的要求[9]。“十二五”期间我院自动化和测控技术与仪器两个主干专业都获批进入教育部“卓越工程师计划”，建立校内、外衔接的实践体系是实施卓越工程师培养的有效保证[10-12]。

按照“卓越计划”培养方案，校外我院选择具有较高科研实力和创新能力的企业或研究院所联合共建了“国家级工程实践教育中心；校内通过企业大学计划，对先期校企共建平台转型升级, 旨在全面优化和提升自动化类专业核心课程的实践水平。

3.2 转型升级

2006年我院利用本科评估投入与西门子公司共建成“先进自动化技术示范实验室”，双方共投入260余万元，配有材料分拣系统、立体创库系统、数控电梯实验系统、PCS7系统、过程控制系统等。共建的实验设备及相应开设的相关课程对自动化类专业培养目标和培养要求起到了有力的支撑。但随着“卓越计划”的实施，社会对创新型应用人才的培养提出了更高的要求，从专业技能培养方面逐步进入该领域技术前沿。

为此学院正在积极开展与西门子公司二期共建，对先期共建平台进行转型升级，在自动化工程创新训练方面将进一步做大做强，使创新训练贯穿整个自动化工程训练的始终。二期共建将融合西门子全集成自动化的理念，各方案配置皆出自实际工程系统的浓缩，针对相关行业工程进行开发，实现实践教学内容与实际工程的有效接轨，使专业教学条件、师资队伍达到区域内高等教育领域同类专业的领先水平。

4 “课”“赛”结合，构建科技创新实践平台

依托创新实验室，“课”“赛”结合，构建科技创新实践平台，以学科竞赛为牵引，培养学生创新意识和创新实践能力。

4.1 建设背景

近年来哈尔滨工程大学在“创新推动，打造品牌”人才培养战略指导下，大力推进以大学生科研训练和学科竞赛为主要形式的本科生科研训练和创新活动，学校依托各院系实验教学中心在全校范围内建立了十四个创新中心，以“一学院一个品牌”为标志的学生科技创新活动被广泛开展[13-15]。我院创新中心就是学校建设的十四个创新中心之一，2009年投入140万元，建有各类单片机开发器、机器人系统、常规测试仪器、机械加工设备等，近600台套，面向学校开放。

为促使学生尽早和更多投入到创新活动，培养学生创新意识和兴趣，把学生领入科技创新大门。中心采取“课”“赛”结合的办法，面向二年级本科生开设了“创新认知与实践”必修课程，该课程共32学时，要求学生利用课堂时间在老师引导下完成一件科技作品的制作。学生通过亲身实践，利用课堂时间在老师引导下逐步掌握一项作品的软硬件组成原理、设计方法、调试方法及一个创新作品完整开发过程，进而使学生尽早熟悉科学研究和科技创新的程序和方法，为今后参加科研和各类科技创新活动打下基础。

在课外中心开设了《电脑鼠设计与制作》、《智能车设计与开发》等寓实践性、实用性、趣味性为一体，以学生科技创新为主题的实践类课外讲座，指导学生科技立项、参加竞赛，承办校级、省级竞赛。上述活动每年共吸引全校6 000余人次参与。

4.2 成绩显著

学生通过校赛、省赛、国赛的锻炼，创新实践能力明显增强，近年获国家大学生创新性实验计划项目10项；“无人飞行器”创新团队、“自主机器人”创新团队、“自动化技术”创新团队、“智能车”创新团队分别在Altera 亚洲创新设计大赛、全国航空航天模型锦标赛、中国机器人大赛暨RoboCup公开赛、国际水下机器人大赛、全国大学生电子设计大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“飞思卡尔杯”智能汽车全国总决赛、全国大学生自动化挑战赛等大赛上表现优异，成绩显著，获省级以上竞赛奖170余项。我院代表学校成功组织承办了2010年“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛东北分赛区竞赛和2014年“西门子杯”全国大学生工业自动化挑战赛东北分赛区竞赛。在我校每年组织的创新中心评优工作中，我院创新中心连续3年都获得优秀大学生科技创新中心一等奖。

5 结 语

打造优质资源共享、教学科研协同和校企联合培养的实验教学环境是“十二五”高等学校实验教学示范中心主要建设目标。因此随着时代的发展，高素质创新型人才的培养不再只仅仅依靠教学实验室资源，以人为本，从培养和提高学生素质、能力出发，更要融合创新实验室、高水平的科研实验室以及企业或科研院所的优质资源，使课内与课外培养相协同。

[1] 刘志刚. 三分天下有其一——加强实验教学工作, 培养高素质创新人才[J]. 实验室研究与探索，2009，28(2)：1-4.

[2] 教育部. 关于开展“十二五”高等学校实验教学示范中心建设工作的通知[Z]. 教高司函[2012]33号.

[3] 朱志伟. 构建研究型大学本科创新人才培养体系的探索与实践[J]. 高等理科教育，2011(5)：99-102.

[4] 廖允成，韩 娟，海江波，等. 依托学科优势构建农科人才培养实践教学体系[J].中国高等教育，2012(1)：37-38.

[5] 王晓迪. 虚拟仿真实验教学中心建设中八项关系的理解与探讨[J]. 实验技术与管理，2014，31(8)：9-11.

[6] 教育部. 关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[Z].教高司函[2013]94号.

[7] 吕淑平，王科俊，于 鑫. “四自主”实验教学模式的开展与研究[J].实验技术与管理，2014，31(6)：12-14.

[8] 孙淑琴，郑 凡. 教学与科研互动模式的课程体系建设与实践[J]. 中国校外教育，2011(7)：122-123.

[9] 黄炳辉. 教学与科研融合视角下的实验室内涵建设探析[J]. 实验技术与管理，2012，29(9)：15-17.

[10] 刘 燕，徐本连，谢 启，等. 建立多元化的工程实践训练体系推进自动化专业实践教学改革[J]. 实验室科学，2013，16(6)：168-170.

[11] 邱 捷，谢霞宇. 不拘一格培养创新人才[J]. 中国大学教学，2010(8)：13-15.

[12] 辛其兴，蔡汇民，韩 丽，等. 产学合作良性互动机制的探索[J]. 中国大学教学，2010(8)：23-25.

[13] 刘志刚. 协同化教学育英才[J]. 实验室研究与探索，2012，31(1)：1-3.

[14] 刘志刚.协同化教学育英才(续) [J].实验室研究与探索，2012，31(2)：1-3.

[15] 刘志刚.以培养创新型人才为目标构建高水平实验教学大平台[J].中国高等教育，2009(6)：20-22.

The Platform Construction of Experiment Teaching Demonstration Center of Marine Navigation and Control

LÜShu-ping，ZHAOLin,WANGKe-jun,GUANFeng-xu,MAZhong-li

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

With the progress of era, the training of qualified innovative talents does not only rely solely on teaching laboratory resources. This article introduced guidance and methods of the experimental platform based on the spirit of national experimental teaching demonstration center of “The 12th Five Year Plan”. Professional quality training platform, research quality training platform, engineering quality training platform and innovative practice platform are built up to train students’ ability by fully using advantage resources of professional and industry. These platforms form an experimental teaching environment which has prominent professional features, quality sharing resource, teaching and research collaboration, combination of university and enterprise. It offers a broad platform for students to improve their practice ability and research ability, promote their knowledge, ability, quality and coordinated development.

experimental center； teaching platform； resources integration

2015-03-18

黑龙江省高等教育教学改革项目(JG2014010671)

吕淑平(1963-)，女，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，国家级实验教学中心常务主任。主要研究方向：实验室建设与管理。

Tel.：0451-82519403；E-mail:lvshuping@hrbeu.edu.cn

G 642

A

1006-7167(2015)12-0144-04