李艷+王海梅+吳益飛+彭?xiàng)?/p>

摘 要： 基于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)能力通用標(biāo)準(zhǔn)的要求，建立一套與自動(dòng)化類(lèi)工程師基本素質(zhì)訓(xùn)練內(nèi)容相銜接、循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)模式，并按照專(zhuān)業(yè)基本技能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、研究創(chuàng)新能力三個(gè)層面，逐層遞進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力，為提高大學(xué)生工程實(shí)踐能力和工程素質(zhì)，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的工程創(chuàng)新人才提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜工程問(wèn)題 工程實(shí)踐能力 自動(dòng)化

引言

工程教育認(rèn)證制度是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)，也是連接工程教育界和工業(yè)界的橋梁。2015版工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)普通高等學(xué)校本科生的畢業(yè)要求通用標(biāo)準(zhǔn)共12條，其中有8條提及“復(fù)雜工程問(wèn)題”，這種對(duì)于復(fù)雜工程問(wèn)題的解決能力，不僅需要全面扎實(shí)的理論知識(shí)功底，更需要工程實(shí)踐能力的積累，全面體現(xiàn)出工程教育的實(shí)踐性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性。因此，認(rèn)證專(zhuān)業(yè)必須要求教育過(guò)程合理地規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)在工程資源范圍、系統(tǒng)相互作用的層次水平、工程實(shí)施的社會(huì)環(huán)境后果、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論應(yīng)用于復(fù)雜工程問(wèn)題等方面的工程教育活動(dòng)[1]。本文以南京理工大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為例，立足本專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，在深入剖析復(fù)雜工程問(wèn)題的內(nèi)涵與特征的基礎(chǔ)上，對(duì)本科培養(yǎng)過(guò)程進(jìn)行重新規(guī)劃，在教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)并實(shí)施培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的工程教育活動(dòng)，以滿足工業(yè)界對(duì)現(xiàn)代工程人才的需求。

1.面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證需求，剖析復(fù)雜工程問(wèn)題內(nèi)涵

所謂“復(fù)雜工程問(wèn)題”，是指必須運(yùn)用深入的工程原理，并經(jīng)過(guò)分析才可能得到解決的問(wèn)題，須同時(shí)具備下列6個(gè)特征中的部分或全部：（1）它涉及多個(gè)工程、技術(shù)及其他方面的因素，各因素間可能會(huì)有一些沖突；（2）需通過(guò)建立適當(dāng)合理的并能體現(xiàn)出一定的創(chuàng)造性抽象模型才能將沖突問(wèn)題予以解決；（3）問(wèn)題中涉及的部分因素沒(méi)能完全包含在本專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中；（4）不是僅靠一般的方法就能夠?qū)?wèn)題完全解決的；（5）問(wèn)題相關(guān)各方利益不完全一致；（6）包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題并有一定的綜合性[2]。

從上述對(duì)“復(fù)雜工程問(wèn)題”的解釋可以看出，解決復(fù)雜工程問(wèn)題是工程教育認(rèn)證對(duì)學(xué)生畢業(yè)能力的要求。工程教育的培養(yǎng)過(guò)程要求學(xué)生：有深厚的工程知識(shí)，會(huì)解決復(fù)雜性工程問(wèn)題的某一或某幾個(gè)方面，會(huì)創(chuàng)造性地分析建模與解決問(wèn)題，會(huì)解決涉及工程與其他方面及不同利益相關(guān)者的多樣化需求，能深入工程標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范涵蓋之外的可能不太常見(jiàn)的問(wèn)題，能開(kāi)展研究以解決高水平且包括多個(gè)組成部分或子問(wèn)題的問(wèn)題[1]。

2.針對(duì)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力需求，構(gòu)建多元化實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系

面向國(guó)家工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證目標(biāo)，針對(duì)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)需求，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)對(duì)本科教育的實(shí)踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行了梳理與重新規(guī)劃，按照基本技能訓(xùn)練、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)及研究創(chuàng)新能力培養(yǎng)三個(gè)層面，重組了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，合理安排不同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)的比例，優(yōu)化了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了多層次、多元化實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系，如圖1至圖4所示：

3.“科教融合，校企協(xié)同”，構(gòu)建高層次校內(nèi)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)

所謂科教融合，是指以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為前提，使科研與教學(xué)在形式和內(nèi)容上相互滲透而形成的人才培養(yǎng)的新路徑，它是對(duì)我們普遍倡導(dǎo)的“科研與教學(xué)相結(jié)合”的更深層含義的表達(dá)[3]。如何使科研資源、科技成果及前沿課題不斷有效地轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。針對(duì)這一問(wèn)題，本專(zhuān)業(yè)在具體實(shí)踐過(guò)程中，一方面，結(jié)合專(zhuān)業(yè)教師高水平科研項(xiàng)目，通過(guò)自制與購(gòu)買(mǎi)相結(jié)合的方式，多渠道開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。另一方面，通過(guò)與國(guó)內(nèi)外著名企業(yè)建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)踐基地，構(gòu)建一系列高層次實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)。一流的實(shí)踐平臺(tái)、一流的實(shí)驗(yàn)環(huán)境為大學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

3.1依照多層次實(shí)踐教學(xué)模式，實(shí)施實(shí)驗(yàn)中心功能整合。

校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的搖籃，在教學(xué)投入上應(yīng)高度重視實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，及時(shí)更新相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及軟件，在加大投入的同時(shí)，也應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行有效的整合，避免重復(fù)、閑置等現(xiàn)象，以提高實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量和效率。以“自動(dòng)化省品牌專(zhuān)業(yè)”建設(shè)及?！耙辉阂黄贰苯ㄔO(shè)為契機(jī)，對(duì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行全面整合，將中心實(shí)驗(yàn)室全部調(diào)整到同一樓層，按功能整合成四個(gè)區(qū)域：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)區(qū)、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)、智能運(yùn)動(dòng)體控制實(shí)驗(yàn)區(qū)（含開(kāi)放和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)）、聯(lián)合建設(shè)實(shí)驗(yàn)室區(qū)，并明確各實(shí)驗(yàn)室在學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)過(guò)程中的作用。圖5為按功能進(jìn)行整合的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心體系結(jié)構(gòu)。

3.2自制與購(gòu)買(mǎi)相結(jié)合，多渠道開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與改善是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的必備條件。本專(zhuān)業(yè)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體實(shí)踐中，一方面，利用教師長(zhǎng)期從事本行業(yè)軍民品科技項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)將最新技術(shù)與成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)裝置，自行開(kāi)發(fā)研制了10余種，160余套高水平、綜合型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)裝置。如：利用國(guó)防科研成果開(kāi)發(fā)了“高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)”；結(jié)合橫向科研課題，針對(duì)一類(lèi)典型控制系統(tǒng)，研制出“組合式過(guò)程控制系統(tǒng)”?；谏鲜鲈O(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠使學(xué)生在成功案例的分析過(guò)程中獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、擴(kuò)大認(rèn)知面，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生探究解決實(shí)際問(wèn)題的愿望，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和主動(dòng)思維的習(xí)慣。將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)促進(jìn)了科研項(xiàng)目與科研訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等培養(yǎng)環(huán)節(jié)的結(jié)合，增強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的工程背景，有效提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。另一方面，利用自動(dòng)化省品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金與國(guó)家修購(gòu)經(jīng)費(fèi)，添置了100多臺(tái)套高水平的實(shí)驗(yàn)裝置（近2年），包括三維姿態(tài)采集分析系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)DIY設(shè)備、多種競(jìng)賽機(jī)器人、加拿大Quanser運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)等。這些設(shè)備代表了控制學(xué)科的技術(shù)前沿，某些設(shè)備本身即為典型的復(fù)雜控制系統(tǒng)，包含了復(fù)雜的控制工程問(wèn)題，能夠?yàn)楸究粕蒲杏?xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)和相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽等提供一流的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

3.3引進(jìn)自動(dòng)化相關(guān)企業(yè)的設(shè)備，建立校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。

自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是電氣工程與自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)等新技術(shù)相結(jié)合的寬口徑專(zhuān)業(yè)，其鮮明的特點(diǎn)就是學(xué)科交叉。在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，要充分考慮各類(lèi)相關(guān)學(xué)科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的需求，突出培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。為此，本專(zhuān)業(yè)先后與西門(mén)子數(shù)控（南京）有限公司、飛思卡爾半導(dǎo)體（中國(guó)）有限公司、羅克韋爾自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司、德州儀器公司（TI）等企業(yè)建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。校企聯(lián)合共建實(shí)驗(yàn)室，能夠?yàn)閷W(xué)生提供最先進(jìn)的、具有明顯行業(yè)背景的、系統(tǒng)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?；谏鲜銎脚_(tái)，學(xué)生可以接觸世界領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、控制和技術(shù)解決方案。所引進(jìn)的企業(yè)設(shè)備，都是實(shí)際運(yùn)行的自動(dòng)化設(shè)備，縮小了教學(xué)實(shí)驗(yàn)與社會(huì)實(shí)際應(yīng)用的差距。借此展開(kāi)各類(lèi)綜合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，極大地增強(qiáng)了學(xué)生多學(xué)科知識(shí)交叉融合與科技創(chuàng)新能力。

3.4以科技競(jìng)賽為牽引，構(gòu)建開(kāi)放式大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

科技競(jìng)賽既能體現(xiàn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)能力，又能極大地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，是提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的有效途徑。本專(zhuān)業(yè)成立了一支由教學(xué)、科研第一線教師組成的大學(xué)生科技競(jìng)賽專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)成員實(shí)踐教學(xué)能力強(qiáng)、科技競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)豐富，熱心于大學(xué)生科技活動(dòng)事業(yè)，創(chuàng)設(shè)的全校機(jī)器人大賽已經(jīng)連續(xù)組辦11屆，學(xué)生參與度極高。

組建了“無(wú)限自動(dòng)”科技俱樂(lè)部，先后創(chuàng)建了智能車(chē)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等5個(gè)本科生創(chuàng)新平臺(tái)，吸引了跨專(zhuān)業(yè)、跨學(xué)科的學(xué)生積極參與到課外科技活動(dòng)中。俱樂(lè)部由學(xué)生自己組織、自我管理，可充分展示學(xué)生的個(gè)性，激發(fā)學(xué)生的求知欲和探知欲，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)。專(zhuān)業(yè)為“科技俱樂(lè)部”配備了有經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)教師，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)緊密結(jié)合。大學(xué)生科技創(chuàng)新平臺(tái)實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)越、經(jīng)費(fèi)充足，為學(xué)有余力、勤于動(dòng)手的學(xué)生提供了實(shí)現(xiàn)自己設(shè)想的實(shí)踐場(chǎng)所，為培育新時(shí)代拔尖人才創(chuàng)造了條件。

針對(duì)學(xué)生層次差異及各科技競(jìng)賽對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的側(cè)重點(diǎn)不同，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)設(shè)計(jì)了由興趣培養(yǎng)→動(dòng)手能力培養(yǎng)→主動(dòng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的三層次能力培養(yǎng)模式：對(duì)于大一、大二學(xué)生，通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的興趣和積極性；對(duì)于進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)的大三學(xué)生，通過(guò)創(chuàng)新杯、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和科研訓(xùn)練等，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力；對(duì)于大四學(xué)生，主要通過(guò)參加國(guó)家級(jí)科技競(jìng)賽項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐，進(jìn)而提高其實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4.校企合作打造實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地，有效提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力

專(zhuān)業(yè)與多個(gè)國(guó)內(nèi)知名企業(yè)建立了長(zhǎng)效的合作機(jī)制，通過(guò)邀請(qǐng)具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)高端人才或高級(jí)管理人才來(lái)校授課講學(xué)，組織學(xué)生到優(yōu)秀企業(yè)參觀、實(shí)訓(xùn)或?qū)嵙?xí)等方式，建立校企合作人才培養(yǎng)機(jī)制。專(zhuān)業(yè)所建立的實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地具有技術(shù)研發(fā)工程實(shí)驗(yàn)條件和明確的產(chǎn)品研發(fā)方向，學(xué)生參與企業(yè)項(xiàng)目，能夠接受企業(yè)導(dǎo)師與校內(nèi)導(dǎo)師的共同指導(dǎo)。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)將自己的知識(shí)和技能用于實(shí)踐，體驗(yàn)創(chuàng)業(yè)的過(guò)程，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施和管理方法，在企業(yè)項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下提高解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。校企合作也將帶動(dòng)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型校企實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地的“共建、共享、共管、共贏”。自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)目前已與南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司、江蘇銀河電子股份有限公司、中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控中心、南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司等多家企業(yè)建立了實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地。

在上述實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地中，南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司由夏普提供全方位技術(shù)支持，具有GDM技術(shù)、4次光罩技術(shù)、光配向技術(shù)等該領(lǐng)域世界最新技術(shù)，擁有工藝技術(shù)最先進(jìn)的第六代液晶面板生產(chǎn)線。該公司為本專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)了“液晶器件制造工藝”、“光電子技術(shù)概論”、“電路CAD及印制電路板設(shè)計(jì)技術(shù)”三門(mén)課程的教學(xué)，并承擔(dān)學(xué)生的畢業(yè)實(shí)習(xí)任務(wù)。學(xué)生在企業(yè)環(huán)境中接受訓(xùn)練，由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員上課，邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，實(shí)踐創(chuàng)新能力得到了普遍提高。南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司于2014年被評(píng)為“國(guó)家級(jí)工程實(shí)踐教育中心”。

結(jié)語(yǔ)

實(shí)施工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，加強(qiáng)學(xué)生培養(yǎng)全過(guò)程中面向“復(fù)雜工程問(wèn)題”的訓(xùn)練與能力培養(yǎng)，注重工程實(shí)踐能力的積累，是保證我國(guó)高等工程教育的質(zhì)量的重要條件。本文在剖析復(fù)雜工程問(wèn)題內(nèi)涵與特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于“基本技能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、研究創(chuàng)新能力”的實(shí)踐課程培養(yǎng)體系，通過(guò)“科研成果轉(zhuǎn)化與購(gòu)買(mǎi)相結(jié)合，校企共建，高水平建設(shè)校內(nèi)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)；以科技競(jìng)賽為牽引，構(gòu)建開(kāi)放式大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)；校企合作，打造實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地”等途徑，設(shè)計(jì)了多元化實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案，全面體現(xiàn)了工程教育的實(shí)踐性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性，確保了大學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力的穩(wěn)步提高。

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基金項(xiàng)目：自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目，批準(zhǔn)號(hào)：2014A09。