创建真实工程实践环境 培养创新实践卓越人才

苏 中，曹荣敏，吴迎年

随着高等教育的大众化乃至普及化，教育体系无法适应社会经济与科学技术发展，特别是建设创新型国家对具备创新能力的应用型人才需求的矛盾日益突出。教育体系与教学内容相对滞后，学生实践知识、实践能力培养的缺失与不足，已成为制约应用型创新人才培养瓶颈，培养的人才素质与社会人力资源需求存在较大差距，对高等工程教育改革发展提出了迫切要求。

针对应用型创新人才培养的迫切需求，北京信息科技大学自动化专业根据国家级特色专业建设中提出的培养综合型、应用型、创新型人才，创建国内同类高校一流水平专业的建设目标，深入开展工程教育改革和创新，突出特色和优势，加强校企合作，着力构建工程应用型大学本科人才培养新体系，形成了鲜明的应用型人才培养特色，全面提高了人才培养质量。该专业2008年被评为北京市特色专业建设点，并成为一本招生专业，2009年被评为国家特色专业建设点和“校级校外人才培养示范基地”，2010年成为人才创新培养试点专业，2011年成功获批教育部第二批“卓越工程师培养计划”，并开始实施，2012年获批“市级校外人才培养基地”。这些项目的实施有力地促进了自动化专业本科生科研能力的提高，推动了我校自动化专业应用型、创新型卓越人才的培养。

本文在总结自动化专业卓越工程师创新人才培养模式的基础上［1－3］，进一步阐述了改善学校实践教学条件、完善大学生工程创新实践培养方案、开展面向学生开放的实战项目建设，将重点放在培养学生的工程应用与创新能力上。通过创建真实工程实践环境，促进学生自主创新和实践能力的培养，为造就具备团队协作、国际竞争力的卓越工程师创造良好的支撑环境。

1 广泛调研，制定真实工程实践环境建设规划

为推进自动化专业应用型人才培养模式的探索与实践，促进专业建设的发展，我们在对国内相关高校调研的基础上，对国外一些高校也进行了调研，拓宽了专业建设的思路。

2010年3月起共调研了武汉、南京、北京和美国等地的7所大学，其中北方工业大学自动化专业为北京市品牌建设专业，在2008年被批准为第三批国家级特色专业建设点；东南大学电工电子实验中心和华中科技大学电工电子教学示范中心均为国家级实验教学示范中心。2010年前往美国芝加哥伊利诺伊大学、麻省理工大学、哈佛大学进行调研。

从所调研的高校情况看，国内高校基本上建立了以学生为中心的实验教学模式，形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式，构建了“基础型、综合型、设计型、研究创新型”的分层次实验教学体系。在实验教学内容安排上做到了由浅到深、由简单到综合，鼓励学生完成综合性、提高性实验，充分调动学生学习的主动性。同时，运用先进的实验教学手段，充分利用网络，使用计算机辅助实验教学软件和多媒体实验教学课件，推广运用虚拟、仿真等实验技术手段。积极组织引导大学生利用实验室设备和场地开展课外科技活动，使学生能够取得一定的实际经验，为升学就业创造有利条件［4－5］。

国外高校更加注重学生解决实际工程问题能力的培养。从学生自身的科研项目立项以及学生从参加企业实习计划到参与教师科研项目、依托实际科研真实工程环境平台等，都体现了学以致用，以及在培养过程中通过真实工程实践环境、加强动手和创新能力培养的理念。鼓励学生参加学科竞赛，提高创新实践能力［6－7］。

在深入调研的基础上，我们制定了实验室建设的长远规划，并确定了3个不同层次学生实践环境的建设思路：第一，建设创新实验室，旨在培养学生的创新思维，通过学科竞赛，培养学生的团队协作精神与竞争能力；第二，建立学生研究训练中心，旨在通过真实工程实践和具体创新项目，为建设创新型国家培养创新人才；第三，与企业联合建设校外人才培养基地和工程教育实践中心，旨在通过真实的企业实践，培养学生分析和解决真实工程问题的能力，进一步培养学生实际工作能力，培养卓越人才。

2 建设自动化创新实验室，培养团队协作能力，造就工程创新型人才

我们于2009年建设了自动化专业创新实验室，主要开展各种与智能控制机器人、智能控制汽车等相关教学实验、课程设计、毕业设计、开放实验、综合实验、设计与创新型实验等。创新实验室的建设致力于改革实验和实践教学内容、优化毕业设计、开放实验项目，并提供学科竞赛辅助工具，并以满足学生参加竞赛用，如参加全国大学生智能车竞赛、机器人竞赛等。

自从自动化专业学生创新实验室建成以来，为学生提供了无人驾驶智能车系统研究、小车机器人红外导航系统设计、小型直升机飞行姿态稳定器的设计等各类开放创新实验40余项，提供毕业设计题目50余项，参与各项开放创新实验、毕业设计、学科竞赛的学生有400多人次。组织和指导学生参加教育部自动化专业教学分委员会主办的全国大学生各项竞赛，共获得市级以上奖项27项，其中二等奖14项，三等奖7项，优秀奖3项，全国优秀奖3项，培养和指导参加竞赛及后备学生200多名。

创新实验室为学生团队提供了创新型的实验环境和实践机会，使学生能在“做中学、学中做”，提高学生的实践动手能力，提升了学生创新水平，并不断地扩展和延伸，使之能够广泛适用于学生的教学实践和创新要求，提升学生就业竞争力。在学生就业的过程中，参加过创新实践的学生，因为受到了高水平的训练，具备较高的创新能力、较好的团队协作与竞争意识，部分学生已进入中国华电工程集团、北车集团及西门子、研华等企业，受到接受单位的欢迎。

3 创建大学生研究训练中心，培养学生真实工程创新实践能力

根据学生工程实践环境建设规划，结合控制工程领域人才培养需求和教育部卓越工程师教育培养计划实施需求，以及我校自动化专业特色，2011年申报并建设完成“大学生研究训练中心（SRT）—车联网创新应用研究训练平台”。该平台为一个微缩的车联网控制工程研究应用系统，具备物联网与自动控制系统多项工程应用技术的研究开发和实验功能。包括自主无人车平台、GPS卫星模拟系统、中心指挥与监控系统与场景，涉及物联网控制必需的新一代信息技术，并可针对物联网控制工程创新与应用进行方案设计与示范演示［8］。主要开展各种模拟真实物联网工程实践的课程设计、毕业设计、开放实验、综合实验、设计与创新型实验、本科科技创新项目等。

近3年来，学生共获批校、市级以上本科科技创新项目50余项。学生结合自动化专业最新研究热点和研究方向，依托“大学生研究训练中心（SRT）—车联网创新应用研究训练平台”，自己构想项目，并先后得到了校大学生科技创新项目、北京市大学生科技创新项目和国家级大学生科技创新项目的支持。

其中，2011年自动化专业学生叶根圣主持的车联网多车自主协作模拟平台获全国大学生智能车竞赛总决赛优秀奖，该项目还为北京市副市长洪峰等进行了演示。叶根圣同学后来进入中科院研究生院无锡培养点（挂靠中国物联网研究发展中心）进行研究生阶段的学习深造。

2012年，自动化专业学生杨国钧主持的车联网智能交通系统—智能立体车库项目，获国家级科技创新项目支持，该项目成果先后获得教育部自动化教指委主办的全国大学生智能汽车竞赛创意组总决赛优秀奖，北京市教委主办的北京市首届机器人竞赛创意组二等奖，并被推荐参加北京市大学生科技创新项目展。杨国钧同学目前已申请前往美国攻读硕士学位。

学生创新项目具体成果见图1、图2和图3。

图1 车联网系统应用场景：码头集装箱自动装卸

图2 车联网系统学生创新项目：车联网多车自主协作模拟平台

图3 车联网系统科学研究项目：iPad自主无人车目标跟踪及路径规划平台

4 规划实训基地建设目标，适应现实工程应用要求

作为多学科交叉的专业，为避免学生形成“宽度有余，深度不足”欠缺实践能力和系统认识的现象，在专业特色建设当中考虑引入实践实训环节，在一定程度上解决目前学生实践难、实践能力差的瓶颈问题。该环节分几个层次反复引导学生，使其能够自主并较全面地了解自动化系统，以及各个相关课程在这一体系当中所发挥的作用，进而提升学习兴趣，明确学习重点。通过有效的实训锻炼，也可以让学生在毕业后的工作当中尽快适应现实工程应用的要求［4－7］。因此，在我校3年规划中，规划了实训基地的建设，并正在逐步实施。实训基地包括如下内容。

4.1 运动体控制系统实验平台建设

完成专业必修特色课“惯性技术”的实践教学平台建设，满足本课程的实践实验要求，为自动化专业卓越试点班提供课程实践平台，为本科生提供开放实验室环境，满足学生的创新实验、开放实验与自主实验的需求，也为本科生毕业设计提供实验设计环境。该实践平台还可开设加速度计基本特性实验、陀螺仪的基本特性实验和惯导系统实验等课程实验，为本专业学生服务，并可开展各种与“惯性技术”相关的课程设计、毕业设计、开放实验、创新型实验等。

4.2 智能车竞赛实训基地建设

为全校学生提供以智能车竞赛为主要内容的实训基地，为全国大学生智能车竞赛提供高水平开发平台，满足下列教学要求：在全年的各个教学阶段，至少满足20组（60～80名学生）不同组别智能车竞赛的设备需求；为本科生提供开放实验室环境，满足学生的创新实验、开放实验与自主实验的需求；为本科生毕业设计提供实验设计环境，满足毕业设计的需要；完成自动化专业特色课“自动控制智能车设计与实践”的实践教学建设，满足本课程的实践实验要求；为自动化专业“卓越试点班”提供课程实践平台。

4.3 基于网络的运动控制系统实验平台建设

为满足国家级特色专业自动化专业的特色必修课“基于网络的智能控制”课程实验的需要，建设网络运动控制实验平台，可开设无线以太网实验、远程控制实验、ZigBee网络控制实验、Wi－Fi网络控制实验等课程实验和“嵌入式系统”、“智能建筑”实验。并可开展各种与网络控制和嵌入式控制相关的课程设计、毕业设计、开放实验、创新型实验等。基于目前大力发展和提倡的“物联网”技术，构建网络控制的感知层、网络层、服务层，实现全面感知、可靠传输、智慧处理，结合本科生培养计划，构建基于网络的远程控制系统和物联网技术的课程综合实验平台，满足多元化发展需要，增加就业机会。

4.4 基于DSP的数字运动控制系统实验平台

该平台能满足“运动控制系统”课程实验的需要，除可以开设以交流电机为对象的基本的开/闭环实验外，还可开设矢量控制、直接转矩控制等高性能的变频调速实验。该平台的特色之一是负载平台采用气动制动器作为加载装置，从接近零速度到额定转速均可进行恒转矩实验；特色之二是基于DSP和功率模块的数字运动控制系统，是目前该领域的主流控制技术。在该平台上，学生可在先进运动控制算法、运动控制硬件集成、DSP、通信等方面得到全方位的训练，能与本领域的先进控制技术接轨，提高学生就业的竞争力［9］。

5 校企联合人才培养，建设校外人才培养基地和工程实践教育中心

5.1 共建市级校外人才培养实习基地、联合建设校内实验室和编写教材

我校自动化专业于2003年与研华公司签订了合作协议，并开始安排学生去研华公司进行现场实习，每年都邀请研华公司的技术人员到校举办讲座，2004年与研华公司合作在我校举行工业自动化学术会议。自动化专业实验室采用了研华PLC设备。我校自动化专业教师与研华公司科技人员合作，就PLC设备编写的教材《基于PC架构的可编程序控制器》，已于2005年由机械工业出版社出版，2008年该教材获北京信息科技大学第一届优秀教材二等奖。2009年我校的校外人才培养实习基地被评为“北京信息科技大学校外人才培养示范基地”，2012年被评为“北京市校外人才培养基地”。

5.2 建立校企联合培养机制，签订校企联合培养卓越工程师协议

2010年，我校与研华公司就校企联合培养卓越工程师计划达成共识，并申报教育部审批，并于2011年被批准为教育部第二批“卓越工程师教育培养计划”试点单位。同时，我校与研华公司进一步顺利建立校企联合培养机制、签订校企联合培养卓越工程师协议、共同制定了专业人才培养方案和企业学习培养方案，并将根据行业发展对人才培养的需要，实时进行调整。自动化专业到研华公司学习分为4个层次，分别为专业认识学习、专业工程实习、专业生产实习和毕业设计，总学习时间为40周。

5.3 校企开展深入合作，联合成立了工程实践教育中心

在校企合作中有许多实际内容，如：企业参与教学计划、培养方案的制定，参与学生评价体系的建立；共同进行课程改革和教材建设，加强教师到企业的培训，加强对企业培训资源以及就业渠道资源的利用；安排好学生的实习，进一步提高学生的专业竞争力。这一阶段开始的标志是2012年3月27日，我校与研华科技公司联合成立了“研华—北京信息科技大学工程实践教育中心”。该教育中心是我校实施“卓越工程师教育培养计划”的首个校企联合工程实践教育中心。

研华—北京信息科技大学工程实践教育中心的成立，可以进一步培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，有利于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。我们的学生也会给企业带来更多活力、智慧和灵感，同时也促进了校企双方更好地为首都经济做贡献，是一种互利多赢的机制。“问渠那得清如许，为有源头活水来”。企业和社会的需求就是高校专业学科建设的源头活水。我校与研华公司签订合作协议，建设工程实践教育中心，既是学校贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》的切实举措，也是推进教育部卓越工程师教育培养计划的实际成果。高校的科研与人才培养只有引进卓越的、具有社会责任感的企业参与其中，才能少走弯路，多出成果。

依托校企合作，学生在学习过程中，不断思考现实生活和实际工程中需要解决的问题，并针对实际工程问题进行反思、研究，提出解决方案，然后通过申请各类大学生科技创新项目、企业人才培养项目，进行项目立项和项目研究执行。整个过程，培养了学生解决实际工程问题的能力和科学研究能力。在校企联合培养过程中，我们还聘请美国加利佛尼亚大学的教授，为学生开设专题讲座，提升学生国际竞争意识。

2012年11月，教育部国家级电子信息与控制实验教学示范中心验收组专家，视察了我校自动化专业学生依托大学生研究训练中心、校企工程实践教育中心和校外人才培养基地资源，对我校开展的国家级科技创新项目作品车联网智能立体车库研究成果，给予了高度评价。专家们认为，相关研究可以很好地解决目前备受关注的大都市停车难问题，并建议该项目参加全国大学生“挑战杯”科技竞赛。

2012年12月12日，北京市教委副主任付志峰参加了北京信息科技大学科技文化节开幕式，并视察了该车联网智能立体车库系统。

校企合作真实环境培养为学生的就业提供多方面的渠道资源，所培养的学生不仅有机会进入研华、和利时等自动化类企业工作，而且有机会到轨道交通、电力行业、石油化工行业、设备销售企业、设备维护企业等单位或部门工作，扩大了学生的就业机会。

6 结束语

依托于自动化特色专业建设、创新实验室建设、学生实训基地建设、校企合作校外人才培养基地和工程实践教育中心建设，为学生提供了真实工程环境下的创新型实践机会，使学生能在“做中学、学中做”，大大提高学生的综合应用能力，培养了一批创新和应用型人才，提升了学生就业竞争力。参加过相关项目的学生，因为受到了高水平的训练，具备较强的创新能力，受到接收单位的欢迎。根据毕业质量追踪反馈，参加创新实践的学生，70%考取了硕士研究生，进一步深造。许多学生在硕士生学习期间所表现出来的创新和实干能力，得到了培养单位的肯定。已有学生硕士毕业后，被推荐到香港理工大学等国际知名高校进行博士学位培养。本科毕业参加工作的学生，深受单位欢迎，有学生表现出卓越的创新和管理能力，一年内即升任项目经理。

真实工程实践环境规划的建设实施，显著改善和提高了自动化专业的实验和工程实践教学条件，为保证和提高学生的培养质量提供必要的实验设施，为学生和工程技术人员实践应用能力培养提供了创新实践平台。建设面向学生开放实验和学科竞赛活动的创新实验室，着力培养了学生在竞赛和学习过程中的团队协作和竞争能力；建设大学生研究训练中心，着力培养了学生真实工程创新实践能力；共建校企合作校外人才培养基地和工程教育实践中心，着力培养了真实工程实践环境下学生解决实际工程问题的研究能力和实践能力。经过建设，使我校自动化专业在全国高校的629个自动化专业中位列前30强。

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