新工科模式下基于能力培养的自动化综合实践探索

张雅静

摘要：本文面向新工科建设背景，针对自动化专业实践教学模式的弊端，提出了建设自动化实践教学平台以适应当前工科教学的新模式。以新工科人才能力培养为宗旨，创新性提出自动化综合实践平台的能力模型。此平台密切结合生产实际，建立了系统概念、加深理论，提高了学生的综合能力。

关键词：自动化；综合实践平台；新工科；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）36-0158-02

一、引言

1.新工科模式背景。我国拥有世界上最大规模的工程教育。到2020年，我国新一代信息技术产业人才缺口将会达到750万人。相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。“工程教育跟产业发展是紧密联系的，相互支撑的。工程教育改革如果滞后，那就拖了产业的后腿。我们急需发展‘新工科，来支撑新经济发展的人才需要。”张大良如是说[1，2]。

2.新工科创新人才的特质。创新人才应当具有的特质包括：强烈的创新意识，丰富的想象力、洞察力与批判性思维，面对挫折的勇气和顽强毅力，必要的专业知识和实践能力等几方面。在这些特质中，既有知识和能力要素，也有个人性格特质的要素[3]。因此，创新人才的成长，是一个全面发展的过程，大学的教育就是要在人才培养环节建立系统性的平台。

3.自动化本科教育现状。以烟台大学为例，烟台大学的自动化专业是应用型工科专业，针对自动化专业而言，工程教育培养主要分为课堂教学和实践教学两大环节。但自动化的实践教学目前仍然停留在传统教学模式中，其主要问题有：（1）自动化课程实验和实习形式化，学生不能实际参与到生产环节中去，无法有效调动学生积极性，更谈不上工程素质的培养。（2）自动化专业的综合设计、毕业设计内容与现代智能制造技术差距很大，系统实现模拟困难。（3）自动化的专业以应试教育为基本特征的评价体系依然占主导地位，学生独立个性的自由发展也受到限制，严重阻碍了创新人才的培养。

新工科人才培养最终要“落地”，要通过切实有效的途径达到最终的人才质量。多方位人才的综合能力要求对于应用型本科大学来说，必须要从点抓起，以点带面，进而带动全局。这个切入点的关键就在于专业培养中的理论与实践相结合，因此，本文提出建设“自动化综合实践平台”，以满足学校培养新工科人才的需要。只有这样才能缩短书本知识和实际工作能力的距离。同时对于解决学生就业难等问题都是有益的尝试。

二、自动化综合实践平台建设的基本思路

作为“应用技术主导型”的高等学校，其培养目标是培养具有解决实际问题能力的自动化应用型及复合型人才。针对这一目标，以新工科人才培养为指导方针，以大学生的实践和创新能力的发展与形成为主线，具体针对自动化专业，提出“以学生为本”构建“自动化专业综合实践平台”的架构，重点培养和提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。

图1为自动化综合实践平台的人才培养能力模型。它表明，人才培养呈现金字塔形状，而国家最终需要的是具有自主学习能力的创新实践型人才。

三、自动化综合实践平台的研究

1.研究内容。自动化综合实践平台的研究分为“两个层次”。（1）层次1：以综合设计与毕业设计为着眼点，以调速与控制系统为主要研究方向，整合运动控制、PLC控制、单片机控制、自动检测、计算机控制等实践教学资源，搭建具有很强的通用性和实践性的综合实践装置。以毕业论文的完成为导向，自主选择与创新、就业或创业密切相关的设计项目。（2）层次2：顺应校企联合的主要培养模式。以工程师资格认证为依据，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力培养项目设计与建设、生产运营与管理、新产品与新工艺的研发等自动化专业的卓越工程师，重点培养和提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。

2.研究思路。（1）综合实践平台硬件的研究与建设。自动化专业的毕业设计离不开硬件的配置。一个完整的自动化系统无外乎由控制器、执行器、生产对象和检测装置组成。对于自动化技术的内核而言，生产对象可以千差万别，但控制器、执行器和检测装置却是必需的三大环节。而且当在一个综合实践平台上，将常用主要部件配置齐全后，学生可以根据虚拟的对象特点自行选择所需设备，熟悉了控制系统中这些基本环节，在生产实际中即便改变了对象，也同样会应对自如。对于校企联合，在教师的指导和企业的要求下，学生从企业中寻找课题。可以先在综合实践装置上仿真研究，然后再到企业中现场实践。（2）自动化综合实践平台软件的研究与建设。软件建设包括：①综合实践基本软件技能的训练；②综合实践平台的创新实践内容设计；③能力培养考核机制的研究与设计。

四、自动化综合实践平台的建设

1.硬件的研究与建设。本平台用实验室现有的PLC控制器、变频器、触摸屏等电气设备再配置合适的工作台、系统中常用的步进电机、伺服电机及各种传感器等构成与实际工程类似的综合实践装置，由教师根据实际的生产工艺设计PLC控制程序和连接外部接线。此平台可以模拟演示实际控制系统的运行；也可以由学生们自己根据新的工艺要求重新设计PLC控制程序和改变外部接线，从而达到锻炼学生动手能力和分析问题、解决问题的目的。毕业设计可根据生产实际要求同学们自己搭建生产对象模型，并设计实现相应的系统，既培养了学生的系统实践能力，又实现了平台的可扩展化，达到了学生能力受益、学校实验装置受益的“双赢”。

平台可作为校企联合的桥梁，通过搭建控制系统，帮助学生建立系统概念，这是自动化专业学生迈出校门、接触生产实际所必需的基本素质。本平台可结合工业控制中常用的单片机、PLC进行数字化控制乃至分布式控制。

2.软件的研究与建设。（1）综合实践基本软件技能的训练。针对自动化专业技能的需要，有针对性地对学生进行软件训练，包括PROTEL，AUTOCAD及C51等，要求学生至少熟悉和掌握两项以上技能。（2）综合实践平台的创新实践内容设计。根据综合实践平台的实际情况，在大赛或设计的要求下，由学生提出课题、自主研究，提出创新思路。

3.综合实践装置可承担的设计内容。（1）基于PLC的变频调速系统，如选果机：变频器控制电机，速度可调，实现苹果动态称重，达到分选苹果的功能。（2）自动化生产线的过程控制：采用PLC、触摸屏、各类传感器变送器（压力、速度、温度、液位、执行机构可以完成很多復杂控制。

4.能力培养考核机制的研究与设计。在考核方式的改革中，将发展性评价方法导入与平台有关的实践课程中。把学生在一系列创新活动中的表现，作为考量依据之一。在平台的不同层级，设置阶段性验收目标，使学生创新的能力和意识得到循序提高。

五、结论和展望

经过一系列论证、研究与建设，自动化综合实践平台已经具备基本功能。该平台的特点如下：

1.本着“以学生为主体”的宗旨，具备更完善的实践教学功能，提升实践教学档次，重点解决了自动化综合设计与毕业设计中存在的问题。

2.针对不同学生，因材施教，从兴趣培养开始，逐渐形成一定的专业知识和能力基础，再进一步学习研究和创新实践的方法。提出“学生自主研究、自主创新”，建立实践互动机制的思想。

3.提出创建新工科人才培养能力模型，真正地将能力培养落实到教学环节，并通过培养机制切实有效地执行。

总之，建设自动化综合实践平台，不仅仅给新工科人才培养提供了一个切实可行的措施，而且给创新人才的培养和发展提供了一个多层级平台。更重要的是，它通过理顺理论与实践的关系，建立了一种互动的机制，给学生提供了一个更宽阔的创新的舞台，真正做到提升学生的实践和创新能力，全面提高综合素质。

参考文献：

[1]李先祥，等.自动化专业开放式实践教学平台的研究[J].实验室研究与探索，2005，24（1）：60-62.

[2]吴得钢，等.简易运动控制实验教学平台的设计[J].实验技术与管理，2007，24（7）：79-84.

[3]黄金侠，等.本科高校工程型人才培养的模式研究[J].湖南职业技术学院学报，2015，14（2）：81-83.