地方工科院校自动化专业学生工程实践能力培养途径的研究与实践

韩光信，高兴泉，朱建军，孙明革

(吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022)

2016年6月，我国成为《华盛顿协议》正式缔约成员，标志着我国工程教育将与国际工程教育比肩而行。《华盛顿协议》指出，工程教育认证标准的核心要求在于：培养学生具有扎实而全面的综合工程能力，使毕业生5年左右成长为能够解决复杂工程问题的高端工程人才[1]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010～2020年)》明确要求实施“卓越工程师教育培养计划”教育改革，该项目旨在促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国迈进，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。我校自动化专业自1979年开始招生，经过近四十年的发展，现已建设成为省级特色专业、省级品牌专业、省级“卓越工程师教育培养计划”试点专业，拥有控制工程专业硕士授权点。自动化专业作为学校主打专业之一，面对新挑战[2-5]，如何创新培养途径，不断增强学生工程实践能力，具有重要的现实意义[6,7]。

一、明确人才培养目标，优化课程体系

地方工科院校以培养应用型人才为主，根据学校十三五规划，我校确定的培养目标是：培养基础理论实、实践能力优、创新意识强、综合素质高的面向生产与管理一线的现代工程师和管理者。在2012版自动化专业人才培养方案的基础上，考虑工程教育专业认证标准及补充标准的要求，以及“卓越工程师教育培养计划”的要求，以“产出导向”为出发点，修订完善了2016版自动化专业创新人才培养方案。该方案具有以下几个特点：

(一) 注重共性培养与个性发展相结合

该版培养方案总学分减少到170，在努力保证人才培养基本质量的同时，为学生自主学习和独立思考留出足够的时间与空间，为他们积极参加各类科技兴趣小组、学科竞赛创造条件。

(二) 强化实践动手能力培养

按照课程性质分类，实践教学环节的比重达到了30%，包括课内实验、独立实验、课程设计、实习、创新创业实践、毕业设计等多种形式。特别是实验教学部分，精简验证性实验，扩大综合性、设计性实验和创新性实验[8]，提升学生综合实践能力。

(三) 科学确定课程体系结构

按照自动化知识逻辑顺序，形成了控制理论系列课和控制工程系列课为两条主线的课程体系，实现学生的基本理论素养与工程实践能力培养双丰收。

二、开发便携式教学平台(设备)，构建“实践进课堂”理论授课模式

自动化专业教学过程中控制理论系列课程所需工程数学知识比较多，理论推导较为复杂，学生因为看不到控制参数或者控制策略变化所带来的实际控制效果的改变，理解起来有诸多困难，往往达不到期望的教学效果。为了解决此问题，课程组骨干教师开发了多套便携式实验教学平台(设备)，并籍此构建了“实践进课堂”的理论授课模式，即将便携式教学平台(设备)带到课堂上，现场演示不同控制参数或控制方案的实际控制效果，让原本枯燥的理论课顿时鲜活起来，让学生看到了理论知识在实践中的运用效果，理解了知识内涵，确保了授课质量。

举两例说明：图1所示为控制原理数字仿真实验平台，该平台可以“动态”地显示控制参数变化引起的控制效果的改变，即当拖动参数按钮使其连续变化时(左上位置)，对应的控制响应曲线(左中位置)、性能指标(左下位置)、频率特性(右下位置)就会同步地变化，学生们在课堂上亲眼了控制参数或控制方案所起到的作用，对知识点的理解会更加深刻。图2所示为便携式双容水箱控制系统模拟平台，与图1所示数字仿真平台不同的是，该平台完全由硬件电路实现，利用LED光柱高度变化来“实时”表达水箱液位高度变化，学生有一种“身临其境”的感觉，加深了对理论知识的理解。

图1　控制原理数字仿真实验平台

图2　便携式双容水箱控制系统模拟平台

三、自制可重复拆装的实验设备，构建“学生全程动手参与”的实践授课模式

现有的实验教学设备的硬件部分基本上都是固定不变的，学生做实验基本上都是局限于调整参数，观察运行效果，记录与分析相关数据，得不到设计、安装与调试等过程的训练，而这些环节才是真正能够切实提高学生动手能力的，导致实践教学效果大打折扣。为此，专业骨干教师基于CDIO理念[9]，参照典型过程控制对象与运动控制对象，自制了多套可重复拆卸的实验装置，并由此构建了“学生全程动手参与”的实践教学模式，让学生亲身参与到实验设备研制的全过程，大大提高了实践教学效果。

举两例说明：图3和图4分别为自制的“水箱液位对象装置”与“变频调速控制系统装置”，前者为过程控制类装置，后者为运动控制类装置。在教师的指导下，学生据此可以全程参与自控工程化设计的相关内容，包括对象特性分析，控制方案设计，端子接线图绘制，供电系统图绘制，继而完成设备接线，上位机编程，控制界面组态，系统总体调试，等等，通过系统性的综合训练，学生的工程实践能力得到了充分的锻炼。

图3　水箱液位对象装置

图4　变频调速控制系统装置

四、多措并举，深化校内外工程实践教育

为了进一步深化自动化专业工程教育，从校内实验装置模仿工程实践、校企合作融入工程实践、校外实习扩展工程实践三个角度进行了探索，作为学生工程实践教育的有益补充。

(一) 2016年，经过周密筹划与积极申请，信控学院“电类专业卓越工程人才实习实训基地”项目获批省高等教育专项资金经费300万元，其中包括150多万元的自动化工程实习实训设备。这批设备是模仿实际生产中装置的标准设计制造的，在实习实训过程中，学生可以像企业中的工程师那样对装置进行操作、维护、调试，学生工程实践动手能力、系统思维能力都能得到有效锻炼。

(二) 为了使学生的工程实践教育富有时代气息，能够密切跟踪新技术的发展趋势，利用国家大力推行“校企合作，产教融合”政策良好机遇，积极申请校企合作育人项目，与青岛英谷教育科技股份有限公司合作，结合新工科建设的要求，在“智能硬件”、“机器人与人工智能”与“智能制造”三个特色领域，获批教育部高等教育司产教融合育人项目3项，合作内容为联合建设校内实践基地。

(三) 按照我国高等教育模式，第七学期就进入了就业季，学生频繁参加校内外招聘会，签订三方协议，一般用人单位会要求学生到企业实习1～3月，如此就会耽误课程学习。为了实现就业与学习双赢的目标，分院适时制定了《吉林化工学院信息与控制工程学院本科生校外实习管理规定》，指明第七学期的某些环节(生产实习，专业综合设计，部分考查课)可以用在实习单位获得的技能来进行置换。此举措提高了学生就业成功率的同时，开拓了学生视野，强化了“真刀真枪”环境下的工程实践能力培养，增强了适应社会的能力。

五、结　　语

对于地方工科高校而言，强化学生工程实践能力的培养，不断提高人才培养质量是永恒的主题。自动化专业将继续以信控学院实施了近20年的“三三式实践与创新能力培养体系”为根基，坚持以学生为中心、成果产出为导向、持续改进的教育教学理念，不断研究、探讨、丰富工程实践能力培养新途径，努力培养德智体美全面发展，适应生产一线要求的工程师与管理者。