大军工专业综合试验平台下的创新实践教学探索

曹 扬，张弘钧，郑 毅，路贵斌

(南京理工大学 汤山科研试验中心，江苏 南京 210094)

1 背景介绍

代表一国科技最高水准的国防科技是当今世界各国抢占的制高点。和平时期，如何在生产规模大幅缩减的情况下稳步发展新型军事装备、提升国防科技水平是军工企业发展面临的新挑战。在深化科技体制改革，开创中国特色的国防自主创新道路上,变“要我创新”为“我要创新”，离不开理论功底好、基础扎实、实践能力强的创新型军工专业优秀毕业生。

南京理工大学秉承中国人民解放军军事工程学院的优良传统[1]，历史上先后合并了中国人民解放军武昌高级军械技术学校、太原机械学院轻武器专业、西北工业大学航空炮专业等军工院系，历经60余年的不断探索与创新，为社会培养了十万余名优秀国防科技人才，在科技人才培养中形成了枪、炮、弹、箭等专业综合发展的鲜明军工特色。目前，学校涉及到军工相关专业的学院有机械、化工、电光、能动、自控、材料等学院，而其中又以武器系统与发射工程、探测制导与控制技术、特种能源工程与烟火技术和武器系统与工程4个专业为代表，而这4个专业也正是我校首批被教育部批准的“卓越计划”试点专业。现代国防中武器装备的研制已经不仅仅是单一专业、单一学科的孤军奋战，更是多专业、多学科共同努力的结果，军工专业发展向着多相关专业紧密联系、协调发展的大军工方向拓展。构建大专业平台，打破校内学院、学科、专业的限制，组建跨学院、跨学科、跨专业的人才培养平台，有利于学生专业实践能力、创新精神和创业能力的培养[2-3]。

2011年教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，该计划以“按通用标准和行业标准培养工程人才，强化培养学生的工程能力和创新能力”为显著特征。但是在通识教育的基础上凸显专业优势，培养学生的创新及实践能力，提高学生的综合竞争素质，一直是目前高等教育中的难题[4]。如何依托学科专业优质资源平台优势，进一步提高大学生实践动手能力和科技创新能力成为专业人才培养的新课题[5-6]。南京理工大学汤山科研试验中心立足于相关专业基础条件保障项目建设，面向军工行业通用标准，整合相关专业优势资源，构建了大军工专业综合试验平台，以提升学生工程实践能力、培养创新意识和创新能力为目标，开展了大军工专业背景下多专业、多领域、宽口径、跨学科综合实践教学探索。

2 大军工专业综合试验平台构建下的实践教学

2.1 依托大军工专业综合试验平台开展实践教学的出发点

作为南京理工大学的传统军工优势专业，武器系统与发射工程、探测制导与控制技术、特种能源工程与烟火技术和武器系统与工程4个专业在教学计划、教学内容、课程设置和实验环节自成体系而又互有重复，相对独立而又彼此存在壁垒。但是武器装备的研究本身就是多专业、多领域、跨学科的，不同军工相关专业之间的理论基础又是密切联系、不可分割的。基于枪炮弹箭多专业综合发展的“大军工专业”概念，构建大军工专业综合试验平台可以有效地打破军工专业之间的人为壁垒，通过不同专业有所侧重的实践教学加强专业之间的联系，培养面向现代化国防的知识面宽广、专业基础扎实的军工行业通用毕业生。

由于涉及到易燃、易爆等危险品操作，出于生产安全、保密工作等考虑，受到生产进度和实习经费限制，军工专业的实验教学大多以分项验证实验、演示教学为主[7]。虽然校企“4+X+1”军工专业培养模式、“进校不离岗”的工程硕士培养方式是培养军工企业和科研院所急需专门科技人才、建立稳定的军工科技队伍的一条切实可行的途径[8-9]，但是仍解决不了大规模军工专业学生实践机会少、实践内容相对单一的难题。在课堂教学和实验教学的基础上，依托大军工专业综合试验平台开设针对性综合实践教学课程能够有效地弥补学生实践少、动手能力差的缺陷，并有望在此基础上进一步提升学生在工程实践中的创新意识和创新能力。

2.2 依托大军工专业综合试验平台开展实践教学的基础

汤山科研试验中心是在武器装备试验场的基础上发展起来的，在涉危、涉爆等危险品试验中具有丰富的安全管理经验。中心到学校本部交通方便，技术服务和后勤保障有力，适合学生进行大规模实践活动。近年来，中心经过基础条件项目和条件保障项目的建设已经发展成学校国防科研试验和高层次人才培养的重要场所。中心设有动态试验区和静态试验区，可以完成水下、空中、地面各种静态/动态爆炸、弹丸发射与探测、毁伤效果研究，基本上满足了各类武器装备研究试验的需要。中心仪器设备超过1 500台套，总值超过亿元，其中大功率X光机、超高速摄影机、目标跟踪系统、扫描电子显微镜、同步热分析系统、激光粒度仪、比表面积仪等设备性能达到国内领先或世界先进水平。近年来，中心年均接待实验人数已经超过4 000人次，实验人员以教师和研究生为主。依托中心的地理位置优势和资源优势，开展广泛的军工专业综合实践教学将有利于解决大规模军工专业学生的实践教学项目少、实践内容单一的难题。

2.3 依托大军工专业综合试验平台开展实践教学的举措

进行资源整合、提高仪器设备的共享效率是开展实践教学开展的重要举措。虽然中心设备以“高、精、尖”为主，种类繁杂，但是遵循其运行的基本物理原理，进行分门别类归纳后进行专人管理，提高了实验室管理效率、有效保障了仪器设备的完好可用性。在制作“仪器设备宣传手册”的基础上，中心网站建设进一步提高了中心在学校内外的知名度，通过网上预约模式，能够兼顾各项试验和实践教学的正常进行，最大限度的实现了资源合理化利用。

面向高端、兼顾常规增购设备是开展实践教学的又一举措。中心已有的设备大多数是面向高端科研项目需求，依托现有平台，充分发挥仪器设备的高学科综合性、先进性，有利于开阔学生的视野，打通基础仪器到高端仪器使用的通道。通过工程实践，尽早掌握这些设备可以使学生受到良好的熏陶，站在更高的起点上，有利于毕业后开展相关研究工作。中心也十分注重高端设备应用到本科生实践教学中的过渡衔接问题。在完成学校“卓越计划”“军工专业综合实践教学建设”项目过程中，通过低成本、针对性的补充性购置一些辅助性设备、耗材可以有效地弥补高端设备的不足。例如补充低成本、低放大倍数的金相显微镜，只在必要时才使用激光共聚焦显微镜，由此提高了材料组织结构变化观察的效率；再如，X光像系统造价昂贵，其中成像用IP板在爆炸等极端实验条件下消耗严重、实验成本高，但是在综合实践教学中，配备了实践教学专用IP板，既保证了实践教学质量，又大大降低了成本。

加强制度建设是保障大军工专业综合试验平台下高效开展实践教学的有力措施。中心在学校相关实验室管理、危险品管理的基础上，出台了针对中心实践教学的易燃易爆性试验安全管理办法、实验室仪器设备管理办法及仪器设备操作规范等规章制度，确保了学生能够有章可循。采用惰性模拟物替代危险品等方法，在保证人身和仪器设备安全的前提下，高效率完成了工程实践教学。

3 大军工专业综合试验平台下创新实践教学体系的探索

3.1 分层次的实践教学课程设置

根据不同学科、专业特点、不同层次和不同阶段开设了由基础训练到综合应用、再到研究创新的递进式提高的实验是创新人才培养的重要内容[10]。在大军工专业综合创新实践教学中，对不同年级段的大学生开设针对性、分层次的实践教学课程；利用夏季小学期面对全校低年级学生集中开设“兵器试验工程概论”科学素质选修课，通过演示和简单的实践操作，增进学生对现代武器装备的了解，培养其后期专业课学习和从事国防研究事业的兴趣；在学生完成专业基础课的基础上，对大军工相关专业开设“军工专业实践教学”专业实践课，用于巩固所学专业基础知识、提高学生实践动手能力。针对高年级学生，开设综合科研训练和毕业设计，结合中心开展的最新研究项目，将创新能力培养贯穿于实践教学环节中。

3.2 选单式实践教学内容安排

为了培养学生熟练掌握军工研究中常用的测试技术与方法，军工专业实践教学安排了枪械分解、高速摄像、弹道飞行姿态观察等16项试验项目(见表1)，内容上涉及到军工试验安全、内弹道、外弹道和终点毁伤等，实验手段上采用了光、电、声、压等多种信号测试方式，基本上涵盖了常规武器装备研制的主要测试过程。目前，我校已开设课内演示性实验兵器概论，该课程以火炮、枪械、弹药、引信的观摩以及枪械、炮闩、火箭弹和引信的拆装为主要内容，试验内容仍以单项演示和演练为主，这种设置十分有利于专业内学生对理论课程内容的掌握。与此对照，军工专业实践教学以兵器试验设计为主导，以掌握军工测试技术与方法为目标，将高端仪器的使用贯穿于课程整个过程。

表1 军工专业实践教学项目

表1(续)

军工专业实践教学试验内容采用选单式选择，根据专业不同和学生兴趣不同因材施教，有所侧重，打破了专业之间的人为界限，让学生扩展视野、全面掌握武器研制的各个阶段，重点关注学生实践能力培养和创新设计能力的提升。以X光动态成像实验为例，大学生已对X光有初步概念，但是对其形成、成像的物理机制并不了解。X光动态成像整个实验过程涉及到弹丸设计、爆炸成型、含能材料、原子物理、半导体与激光、信号探测与控制等专业知识，实践中，学生根据自己专业特点、兴趣爱好，着重选取部分内容深入学习，同时了解其他相关内容，扩大知识面。多位军工相关专业学术带头人均认为开设这种高端、综合性高的大型实践教学符合教育部将高尖端科研设备有机融入本科教育的思想，意义重大。学校教务处也已经将军工专业实践教学列入了2011级学生“卓越计划”班的试点教学内容中。

3.3 灵活有效的授课方式和教学评价体系

充分做好学院、学科、工厂实习基地的沟通与合作，区别于专业课程中的基础知识授课和验证性实验教学，面向创新的实践教学能够培养学生勤于学习、善于学习的习惯。授课中以点带面，只讲授核心和关键内容，更多的是让学生通过自学详细的操作规范、仪器手册，来完成实验内容。对于贵重大型仪器、操作特别复杂的仪器，对学生开展集中短期培训，学生取得仪器的上岗资格后，可以通过预约独立操作完成创新实验[11]。结合创新性科研工作最新成果，充分调动学生的积极性，让学生在讨论中完成创新性实验的方案设计并将其付之实践。

教学效果评价中提高学生参与度不仅体现在对学生的考核中加重学生动手参与的比例，也包含了对学生课程中参与讨论、参与设计的考核。对学生的考核集中体现在学生的参与度、实践动手能力和创新能力提升3个方面。同时，对于教学效果的评价也体现在学生根据课程后的收获对教学过程的评价。教师根据学生的心得体会、满意程度来修正、优化教学内容和方法。

3.4 “双师型”教师队伍建设

大军工专业综合试验平台下开展创新实践教学需要一支既有理论水平又有工程实践经验的“双师型”教师队伍。大军工专业综合试验平台的综合性要求教师自身知识面宽广、学习能力强。科研教学相长，促进高水平的师资队伍建设，形成具有不同学缘和学术特长的一支结构合理、充满活力的高素质教学团队是培养创新型军工人才的重要举措[12]。目前中心的教学队伍为老中青结合，涵盖了爆炸力学、轻武器、引信、材料、光学等专业。依靠知名老教授丰富的教学和教改经验，在宏观上把握实践教学方向，在细节上给予指导。中青年教师在完成中心实验室日常维护的基础上，围绕水下发射与测试、平衡发射技术、爆炸成型等方面积极开展创新性试验研究，已经逐步形成了自己的技术特色。通过各种培训和自修，中心教师分别获得辐射操作资格证、危险品作业证、压力容器操作证等资格，形成了一支基础扎实、实践经验丰富、敢于创新的实践教学队伍。

4 大军工专业综合试验平台下实践教学中的创新能力培养

在实践中创新是“卓越计划”的重要核心，也是实施创新性实验的主要原则[13]，而创新不是“无本之木、无源之水”，“不知旧物，则决不能言新”。创新来源于对已有知识产生的背景、过程、证据、方法、理论、以及评价知识的标准等正确与否作出评判性的思考和推理。在“卓越工程师”的培养过程中，我校不仅重视学生掌握理论技术知识，更要提高学生的工程实践能力。而大军工专业综合试验平台下开展实践教学，让学生通过实践掌握知识，在实践的过程中发现问题、分析问题、解决问题，进而进行创新性研究。

基于大军工专业综合试验平台，发挥仪器设备综合性高、先进等优势，在创新实践教学探索中形成了鲜明的自身特色。首先，学生创新能力的培养贯穿于实践教学活动中，鼓励学生在实践学习中发现问题、解决问题，在实践教学内容安排和考核机制上，重视创新型试验的安排，在给定课题方向的前提下鼓励学生通过讨论、自行设计试验方案并付诸实施；其次，充分发挥中心开展各项课题研究的优势，将体现学科前沿性、学科交叉性和综合性、实际应用性的最新课题研究进行合理化分解，与综合实践教学相结合，让学生了解学科发展的最前沿科研性试验，在实践中解决部分项目难题；第三，充分利用中心仪器设备先进性的优势，鼓励学生在全面掌握高端仪器设备的基础上，发挥主观能动性，结合自身兴趣，开辟仪器设备的应用新领域。以截距法速度测量为例，距离与时间之比为速度，军工测试中速度测量可采用雷达、高速录像、天幕靶、网靶、锡箔纸靶、光靶等，但是在水下兵器发射研究中，将水下弹丸速度测量分解出来后，则要求学生自身设计、实施实验方案，解决水下精确测速题。

5 结束语

在“卓越计划”重视工程实践能力和创新能力的背景下，南京理工大学汤山科研试验中心充分发挥自身优势，突破军工专业之间壁垒，依托大军工专业综合试验平台，开展了创新实践教学探索，已经逐步形成了自身的大军工专业、综合性、实践性和创新性特色，这将在今后培养实践能力强、创新意识和创新能力突出的军工人才过程中发挥重要作用。

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