全程工程创新实践项目研究与探索

徐瑞东, 叶宗彬, 邓先明, 吴 瑜

(1. 中国矿业大学 电气与动力工程学院, 江苏 徐州 221116； 2. 中国矿业大学 信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116)

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《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)》的高等教育重大改革项目,旨在面向工业界、面向世界、面向未来培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的卓越工程师[1-2]。工程创新实践能力是卓越工程师的核心能力,是培养过程中需要重点培养的能力[3-5],但目前,卓越工程师的工程创新实践能力培养与实际需求相比还存在较大差距,许多学校都在积极地探索中,在此过程中也难免出现参差不齐的现象,有些学生缺乏解决工程实际问题的能力,特别是复杂工程问题的能力[6-9]。由于没有形成与工程教育相适应的的创新实践能力培养体系[10],在培养过程中,每门课程创新实践能力的培养对学生来讲都是孤立的,无法形成系统的概念,导致学生的创新实践能力欠缺[11]。同时由于课程间的相互孤立,缺乏连接的纽带以及相应的质量保障体系,无法对于某一学生工程创新实践能力的培养进行及时、有效的反馈,不易形成合力,只能在毕业设计过程中得到体现,错过了及时改进的时机,且由于毕业设计题目是指导教师个人拟定的,内容及难易程度因人而异,知识面覆盖也不同,无法保证学生得到全面的、系统的工程实践能力的锻炼[12]。因此,对于培养学生工程创新实践能力的全程工程创新实践及其相关质量保障体系的建立及实施就显得尤为重要。

我校电气工程及其自动化专业为教育部卓越工程师教育培养计划专业、江苏省品牌专业。该专业在对培养目标进行细致分析的基础上,从培养工程创新实践能力过程入手,根据卓越工程师培养的需求,对工程实践能力的培养进行分解,使之分布于各门课程中,引入全程工程创新实践项目，将各课程中培养的工程实践能力进行综合,配备“双师”型导师对学生进行全程指导,形成以具体课程工程创新实践能力培养为短期考核、专业综合设计为中短期考核、全程工程创新实践项目以及毕业设计为长期考核的“长短期多闭环”的多反馈工程实践能力培养评价机制,缩短工程实践环节的反馈时间,提高改进速度,进一步提升学生工程创新实践能力。

1 全程工程创新实践项目概述

全程工程创新实践项目是我校电气工程及其自动化专业培养学生工程创新实践能力的一个重要措施。我院根据学生成长的特点,组织学院的教授、系主任以及青年骨干教师,根据工程实际项目的要求,制定出学生全程工程创新实践项目的课题,并详细给出了每一个课题的课题要求、课题所涉及的知识体系在各门课程中的分布以及各个阶段的工作任务。

学生在入学后的第二学期开始,就会接受专业导论课程、各种研讨活动等专项辅导,引导学生选择一个自己感兴趣的全程工程创新实践项目,开展系统、深入的研究并跟随大学4年,这个项目可与毕业设计衔接。全程工程创新实践项目可以是一个人独立完成,也可以进行团队协作。由于学生在一年级对工程训练项目的了解还不是十分透彻,选择的时机难免会有盲目的情况,因此项目课题也可在规定的时间内根据学生自身的能力、兴趣调整一次,报学院批准后执行新的项目。

学生选择全程工程创新实践项目课题后,将签订“大学生全程工程创新实践项目计划书”,进一步明确项目名称、项目的知识体系以及课程体系。全程工程创新实践项目的整个过程都进行写实跟踪记录,记录项目研究、进展、指导等过程,并且录入学期导师评价、系主任意见、学院评价等。

2 大学生工程创新实践能力的培养

大学生工程创新实践能力的培养过程可以分为基础知识认知、基本工程实践能力训练、工程实践能力提高、创新实践能力训练4个阶段,4个阶段的相关课程设置如图1所示。

图1 工程创新实践能力培养的4个阶段

基础知识认知阶段的培养对象是大一刚入学的新生,培养目标是使其形成对电气工程及其自动化专业的整体认识,并了解电气工程实践概况,培养方法是首先进行专业介绍、学科概论以及各类讲座,了解专业的概况。通过电子工艺实习以及金工实习,初步了解生产过程涉及的工艺及要求。通过在校企共建的企业实习基地实习,对实际产品生产环节有更为直观和深刻的认识。

基本工程实践能力训练阶段的培养对象是对本专业已有初步认识的学生,培养目标是使其具备电气工程及其自动化专业的基础理论知识和基本工程实践技能,为后续专业课的学习奠定理论基础,培养方法是通过专业基础课及其相应实验课程,如“电路理论”“模拟电子技术”“数字电子技术”等课程的学习,掌握相应的理论知识；同时,学生参与该课程相关的实践环节,完成项目划分好的基础模块,达到基本工程实践能力训练的要求。

工程实践能力提高阶段的培养对象是具备专业基础理论的学生,培养目标是使其进一步掌握专业知识和工程实践技能。培养方法是通过“电力电子技术”“电机拖动基础”“电力系统分析”“计算机控制技术”“DSP原理及应用”等专业课程的学习,掌握相应的专业知识。同时,学生参与这些专业课程相关的工程实践环节,完成相应的项目划分模块,进一步提高学生的工程实践能力。

创新实践能力训练阶段的培养对象是已经具备电气专业知识的学生,培养目标是强化学生的团队协作能力,培养学生解决复杂工程问题的能力等。具体培养方法是,综合前述3个阶段所学的技能,在完成之前3个阶段项目划分模块功能的基础上,进行整体工程创新实践项目的综合、调试以及优化设计,综合培养学生的工程创新实践能力。

在进行培养方案制订的时候,虽然考虑了工程实践能力培养的递进关系,也与具体的课程群有相应的全程工程创新实践项目，是工程实践能力培养的一个载体,在项目实施过程中,以项目作为主线,贯穿于整个培养计划和工程实践能力培养的各个阶段。导师在制定课题的时候就将课题所涉及的知识按照课程分为若干个子任务,并给出各子任务与课程群的依托关系,学生通过这种依托关系可以更加明确所学课程在实践项目中的地位和作用(见图2)。以“交流异步电机变频调速系统”项目为例, 在全程工程创新训练教学模式下,按照课程知识点的递进关系划分成不同功能模块,如模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、数字量输出接口、核心控制器设计等子任务,这些子任务被导入到各个课程中,作为课程的具体化项目,学生对其进行设计、测试及功能完善,在学习相关课程中设计完成各子任务,随着课程的顺序学习,依次整合各子任务,最终完成全程工程创新实践项目。

图2 全程工程创新实践项目与课程群对应关系

3 全程工程创新实践中的质量保障体系

3.1 全程工程创新实践项目质量保障体系的建立

学院成立由教学工作委员会、“双师型”导师等组成的全程工程创新实践项目质量保障组织机构,构建了相应的软硬件平台,制定了全程工程创新实践项目课程质量标准、管理制度和考核方法,实现了全程工程创新实践项目教学过程的全程可观与可控。

(1) 成立质量保障机构、健全质量保障体系。学院全程工程创新实践质量保障机构主要由学院教学工作委员会、校内“双师型”导师、校外企业导师、系主任以及学院教学办公室组成,负责全程工程创新实践项目的课题选取、学生选题、课题实施、过程考核与评价以及反馈改进等工作。质量保障制度体系,包括课程质量标准、全程工程创新实践项目课题遴选制度、全程工程创新实践项目实施过程管理制度、全程工程创新实践项目导师工作规定、全程工程创新实践项目质量评价制度、以及信息反馈利用制度等,建构了一个完善、科学的质量保障制度系统,为提高学生的工程创新实践能力提供了制度保障。

(2) 建立过程监控平台。为了思想全程工程创新实践项目的可观和可控,建立了相应的软件平台。学生通过平台进行课题的查阅、选择课题。导师在每一个学期进行课题子任务的发布,并在学期末、开学初要求学生填写相应的子任务的完成情况,并组织学生撰写相关报告、检查实物制作以及进行过程答辩。系主任根据导师填写的意见对项目的实施进行把关,对项目实施过程中出现的问题进行汇总并向学院进行汇报。系主任与学院相关负责人将根据每一个学生项目的执行情况进行项目内容的调整。

3.2 全程工程创新实践过程中导师的作用

在全程工程创新实践项目实施过程中,“双师型”导师的作用主要体现在以下几个环节。

(1) 项目课题选取。对于陪伴学生4年的全程工程创新实践项目,课题的选取是非常重要的。课题的选取首先要让学生感兴趣,其次还需要能够尽可能大地覆盖本专业的课程,最后还需要满足工程创新实践能力的培养需求。这些都需要导师对本专业要有充分的认识,并具有较强的工程创新实践能力。

(2) 项目实施。在项目实施过程中,导师首先要让学生了解所选项目的整体概况、所要学习的知识和技能点。在实施过程中,将全程工程创新实践的各个功能模块分解于各门课程中,在每门课程学习前导师应让学生明确课程目标,并在学生学习过程中,不断对其进行引导。

(3) 实施过程中的评价与反馈。在全程工程创新实践项目的实施过程中,需要根据学生的学习情况,做出评价、反馈和调整,这是导师的重要工作职责。由于学生选择课程的不同、学习能力的不同、学习态度的差异,学生的学习情况也不尽相同,有的时候差别还很大,因此项目的执行情况也会有很大的差异。有的学生能够较好地完成项目每个阶段的模块任务,而有的学生却不尽然,此时就需要导师对学生这一阶段模块的完成情况进行总结和评价,对学生学习过程中存在的问题进行反馈,并对后续的项目执行进行适当的调整。

4 结语

全程工程创新实践项目是教师在教学过程中提炼出的一个培养学生工程创新实践能力的方法和手段,对于很多学生和教师来讲都是全新的。我校电气工程及其自动化专业针对工程实践能力的培养目标进行分解,依托课程群进行能力的培养,同时引入全程工程创新实践项目贯穿于工程创新实践能力培养的全过程,配备“双师”型导师对学生进行全程指导,形成以具体课程工程创新实践能力培养为短期考核、专业综合设计为中短期考核、全程工程训练项目以及毕业设计为长期考核的“长短期多闭环”的多反馈工程实践能力培养评价机制,为提高学生工程创新实践能力提供了思路和做法。