“四维一体”渐进式自动化专业实践教学体系建设

马修水， 何小其， 钟伟红， 吴飞青， 关宏伟， 叶凌箭

(浙江大学 宁波理工学院, 浙江 宁波 315100)



“四维一体”渐进式自动化专业实践教学体系建设

马修水， 何小其， 钟伟红， 吴飞青， 关宏伟， 叶凌箭

(浙江大学 宁波理工学院, 浙江 宁波 315100)

实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力有着特殊的作用。目前，实践教学基本上以课程实验为主，综合性和设计性实验偏少，专业综合实训更少，需进一步深化，产业实践处于起步探索阶段。本文介绍了自动化专业课程实践教学、专业综合实训、科研训练和产业实践“四维一体”渐进式全学程的实践教学体系建设架构，从工程教育国际化视角进行顶层设计、师资队伍建设、校内外及产学研结合立体化工程实践平台建设、教学与科研一体化建设、实践教学质量管理和质量保证体系建设等方面阐述主要建设内容和建设成效。经过几年探索和实践，其研究成果获得了省、市级教学成果奖，自动化专业也获批为省、市级特色专业。

自动化； 课程实践； 专业实践； 产业实践

0 引 言

我国高等教育法明确规定,高等教育的基本任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。理论源于实践,创新来自实践,实践是培养学生创造力的最直接、最有效的方式[1-3]。实践教学是高等学校教学工作的重要组成部分,实践教学和理论教学是本科教学相互支撑的统一体系。实践环节是实践、验证和发展理论的关键；实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力有着特殊的作用。

虽然高校都非常重视实践教学，但是，除毕业设计(论文)、毕业实习、课程设计外，基本上是以课程实验(实践)为主，且大部分课程实验(实践)内容主要是验证性实验，综合性实验和设计性实验偏少[4-5]。对于专业内若干课程综合的专业实践，以及面向产业实际，以产业工程项目或产品研发为案例的集技术、销售、管理、财务等于一体的产业实践项目更少。总体上来说，目前大学生的实践教学活动基本上处于课程实践层次上，专业综合实践有待进一步深化，产业实践尚处于探索阶段[6-7]。由于大学生的教学实践活动不足，以致于学生综合素质低，创新精神和创新能力不足，实际动手能力差，最直接的表现是其工程能力不能满足用人单位的需求[8-9]。为了改变目前的状况，必须进行实践教学模式、教学内容改革，坚持以学生为主体的理念，以实践教学模式、教学内容和教学方法改革为切入点，重点强化综合性实验和设计性实验，提升学生实践活动层次，完善和强化专业综合实践，开拓产业实践。本文以我校自动化专业实践教学体系建设为例，介绍以课程实验(实践)为基础的实验教学，以若干门专业课程知识综合运用为主要内容的专业实训，以培养创新能力和工程综合能力为目标的科研训练和产业实践。从人的认知规律出发，探索并实践了实验教学、专业实训、科研训练和产业实践“四维一体”的渐进式、全学程实践教学体系。

1 “四维一体”渐进式实践教学体系总体架构

“四维一体”渐进式、全学程自动化专业实践教学体系总体架构如图1所示。由图1可见，从纵向来看，该架构围绕专业人才培养目标，对课程的实践(实验)教学、专业实训、科研训练和产业实践四个维度确定了由简单到复杂、由浅入深、课内外相结合、四年不间断渐进式一体化的人才培养过程。在横向来看，围绕课程的实践(实验)教学、专业实训、科研训练和产业实践四个维度制定了与其相适应的能力结构、实践平台和师资队伍要求，构成了纵横交错立体化实践教学体系。该体系符合人的认知规律和人才培养规律，较好地实现了理论教学与实践教学的相互支撑，课内外的相互补充以及产学研的有机结合，能够充分地发挥学生的主体作用，对培养学生的创新精神、创新能力和工程综合能力有明显的作用。

图1 “四维一体”渐进式全学程实践教学体系总体架构

(1) 课程实验(实践)教学。课程实验(实践)教学主要包括：基础性实验，如大学物理实验、电工和电子基础实验、办公自动化软件等；拓展性实验，如专业基础课、专业课实验，课程设计等；提高性实验，如课程大型综合设计，课程研究性实验。实验教学主要是培养学生综合应用知识能力和综合实验能力，需要构建大学物理、电工、电子、计算机基础等公共实验资源平台，建立稳定的专业课、专业基础课程教师队伍。

(2) 专业实训。专业实训主要包括：初级实训，如金工实习、自动化系统认知实习等；中级实训，如电子技术基础应用实训、单片机原理及应用实训、电力电子技术应用实训、传感器与检测技术应用实训等；高级实训，如专业综合课程实习，综合自动化实训等。专业实训主要是培养学生工程综合实践能力，需要构建电力电子技术、传感器与检测技术、电机及拖动、单片机原理及应用、嵌入式系统设计及应用、自动化仪表和过程控制系统等专业实践平台，需要建立一支理论与实践相结合、专职与兼职相结合的教学团队。

(3) 科研训练。科研训练主要包括：学生参加教师的科研项目锻炼，各级各类大学生科研项目立项、参加各级各类大学生学科竞赛活动等。科研训练主要是培养学生科研素质、应用开发和研究能力、创新实践能力、创新思维能力，需要构建与学科建设相结合的科技创新平台，具备一批理论基础扎实，科研能力强的专兼职师资队伍。

(4) 产业实践。产业实践主要包括毕业实习、毕业实践、大学生“挑战杯”创业设计计划比赛、大学生创业孵化项目、企业提供的实际研发课题、技改项目等。产业实践主要是培养学生的创新意识、创新能力以及工程综合实践能力、经营和管理能力，需要构建与产业密切结合的行业实践平台，校企合作实训平台等，具备一批理论基础扎实、科研能力强、理论与实践相结合的专兼职师资队伍，特别需要有丰富工程经验和一定管理经验的企业工程师参与人才培养。

2 主要建设内容

2.1 构建“四维一体”渐进式实践教学体系

在研究本专业国内外发展现状及趋势的基础上，从人才培养模式改革、课程体系优化及精品课程建设、教育教学研究、实践能力培养、规范化管理、师资队伍建设等方面构建了与学生学习基础、能力、兴趣、学习习惯相适应的人才培养体系，根据教育部电子信息与电气工程类专业《工程教育专业认证标准(试行)》的要求，按照工程教育专业认证的规范要求修订完善教学计划和教学大纲[10-11]。按照课程实践、专业实践、产业实践循序渐进的实践教学体系建设规划，构建了“实验教学、专业实践(实训)、科研训练、产业实践”四维一体的渐进式、4年不间断的全学程实践教学体系。通过顶层设计，从宏观上把握专业发展的方向，从微观上把握专业建设的细节。

在顶层设计的基础上，将实践教学体系建设的内容及目标融入到教学计划中。具体地说，在制定教学计划时，围绕服务区域经济，优化专业人才培养模块，积极开展“双证书”(毕业证书、职业资格证书)教育。几年来，根据宁波区域经济发展的特点，以社会需求为导向，结合学生的基础条件、职业规划，设置相应的专业模块以满足人才需求的多样性、层次性以及教学资源高效综合利用的需要。如2009-2011级教学计划中，自动化专业设置机电系统控制、过程控制和自动化仪表与装置3个专业模块，学生可以根据自己的特点选择专业方向。2011和2014年再次修订教学计划，为了强化专业特色，将原来的3个专业模块优化为过程控制和自动化仪表与装置两个模块。

在制定教学计划过程中，以培养应用型人才为目标，积极开展“双证书”教育。实施过程中，选择在行业内有较高知名度和社会认可度，并能反映本专业技术应用能力水平的职业资格证书为导向开展“双证书”教育，如与飞思卡尔公司合作建立“飞思卡尔嵌入式系统实验室”，重点开展相关的职业资格证书培训，大学生学科竞赛集训等。通过将学历教育与职业教育相结合，实现双证融通，提高学生的就业竞争力。

2.2 建立师资队伍

根据专业人才培养目标和教学计划，围绕“信号检测、处理、控制及实现”这条主线，在建立课程小组的基础上，将若干门专业基础课、专业课组合成立了机电系统控制课程群、过程控制课程群、自动化仪表与装置课程群，每个课程群均有专人负责，定期开展教学研讨，在合作和交流中发现问题、分析问题、解决问题。通过课程群的建设，理清了课程之间的知识衔接，教师之间可以优势互补，提升了师资队伍的整体水平。同时，在交流中，发现师资队伍的不足，通过顶层设计，从全局考虑引进学科带头人、培养中青年骨干教师、聘请企业工程师担任兼职教师以及聘请专家名师来校做学术报告等，最大限度地配置师资资源，优化教学团队，初步形成了知识结构、年龄结构、能力结构、学缘结构合理的教学团队。几年来，自动化专业引进教授3人，聘请金田铜业集团、镇海炼化、东方电缆股份有限公司、舜宇集团有限公司等知名龙头企业教授级高工3人、工程师4人担任兼职教师，解决专业实践、产业实践师资不足的问题。此外，还选派5名青年教师到企业实践锻炼，通过引进、培养、优化等方法，不断提高教师的素质和水平，1名青年教师列入浙江省省级人才培养计划，2名青年教师进入宁波市人才培养计划，“信号检测、处理及实现系列课程”教学团队获得浙江省优秀教学团队。

2.3 构建立体化工程实践平台

几年来，建立了校内课程实验、专业实践平台7个，校内学生科研及学科竞赛平台4个，校企共建宁波市创新团队、校企共建工程研究中心、企业实习实训平台等工程实践平台11个，基本上形成了实验资源平台、专业实践平台、科技创新平台和行业产业工程平台等校内外相结合、产学研相结合的立体化工程实践平台。具体为：

(1) 实验资源平台。实验资源平台包括学校工程训练中心、学院电工电子实验中心等，主要是为学生提供学习实验技能、完成课程实验、课程设计、毕业设计等实验教学服务，也为实践教学过程中综合性实验、学生自主设计的设计性实验、科研技能训练、教师科研、学生学科竞赛等提供支持。

(2) 专业实践平台。专业实践平台包括自动控制理论及应用实验室、电机及拖动技术实验室、现代检测技术实验室，虚拟仪器实验室、电力电子实验室、嵌入式系统及应用实验室、PLC实验室、过程控制实验室等，主要是为学生专业课程实验、设计性实践、科研技能训练、课程设计、专业综合实训、毕业设计等教学活动服务。

(3) 科技创新平台。科技创新平台由大学生学科竞赛和科研创新立项两部分组成。我校涉及自动化专业学科竞赛有：飞思卡尔智能汽车比赛、“挑战杯”大学生创业设计计划比赛、电子设计竞赛、虚拟仪器设计竞赛和嵌入式系统设计竞赛等。科研立项包括浙江省大学生科技创新新苗计划项目、学校大学生科研立项、学院大学生科研立项、学生参与教师科研项目等。围绕大学生科技创新活动，学院设立了相应的实验平台，并给予一定的经费支持。通过组织学生参加各级各类学科竞赛和参与教师的科研，有效地提高了学生综合应用知识的能力以及在项目研发、设计等方面的工程能力和创新能力[12-13]。

(4) 行业产业工程平台。行业产业工程平台主要是在企业建立实习、实训基地，校企共建工程研究中心，联合组建创新团队等方式来实现。几年来，自动化专业与镇海炼化建安公司合作建立企业实训基地，选派学生赴公司围绕化工过程自动化进行产业实践，在产业实践过程中，除企业提供经验丰富的工程师进行指导外，还提供一定的经费支持。通过产业实践，企业选拔优秀学生留用，缩短企业新员工入职培训时间，实现校企双赢。与金田铜业集团合作，选派学生参加废杂铜冶炼生产过程产业实践。通过产业实践了解企业生产过程、系统运行、工艺设备情况，进行检测、建模、控制、优化等系统设计和运行的实践训练，培养学生在规范设计、安全、质量、节能减排等方面的工程素养。与宁波东灵空调水暖配件有限公司合作共建新阀门与电动执行机构工程中心，不但自动化专业的学生参与专业的工程实训，而且工业设计专业的学生参与产品开发有关的产品外观设计，研发的防火排烟阀已成功在企业应用，获得3项专利，并取得了500多万元的经济效益。与宁波东方电缆股份有限公司共建宁波市海缆系统研发及产业化创新团队，与舜宇集团有限公司共建精密仪器研发及产业化创新团队，学生进入创新团队参与教师的科研项目，培养分析问题、解决问题和工程实践能力。

2.4 教学促进科研，科研反哺教学

随着实践教学体系建设的深入，理论与实践的融合，尤其是专业实践和产业实践更需要有理论指导，激发了教师开展教学研究和科学研究的内在动力，促进教师提高理论水平，提高了教师的教学科研水平。随着教师教学科研水平的提高，教师的基础理论知识更加扎实，思路更开阔，有力地促进了科研水平的提高，承接高水平的科研项目的能力增强，产学研合作的层次进一步提升。近4年，我校自动化专业教师主持承担了国家863目标导向类项目子课题1项，国家自然科学基金项目4项，国家星火计划项目1项，国家海洋局重大公益性攻关项目子课题1项，国家海洋局产业化攻关项目子课题1项，浙江省自然科学基金项目4项，宁波市重大攻关项目4项，宁波市自然科学基金项目14项，企业横向委托科研项目30多项。2013年人均科研到位经费近30万元，教研经费近4万元。由于科研水平的提高，教师的教学案例更加丰富，学生参加教师科研项目锻炼的机会增加，学生的专业实践和产业实践的机会更多，内容更充实，有力地提高了学生的工程实践能力。初步实现了教学促进科研，科研反哺教学，教学与科研良性互动的局面。

2.5 构建了实践教学质量管理体系和质量保证体系

为了确保实践教学体系建设目标的实现，学校成立了实践教学体系建设领导小组，由校领导挂帅，教务、科研、人事、学工、财务、院系等部门领导参与，从人、财、物、绩效考评等方面齐心协力，为实践教学体系建设提供保障。几年来，制定了“青年教师实践能力培养办法”、基于实践教学的“教学质量评价办法”、修订了“教学工作量计算办法”。同样，学院、研究所(系)在学校有关管理办法的基础上，结合自身的实际情况制定或细化了有关管理细则，如信息学院和自动化研究所制定了“学生第二课堂管理规定”、“教学团队管理办法”、“IT人才基地项目管理办法”等一整套行之有效的管理办法，为实践教学体系建设提供激励和保障措施。通过一系列的措施，建立了课内外、校内外、产学研合作紧密结合的，优势互补的实践教学质量管理和保障体系。

3 建设成效

3.1 人才培养质量稳步提高

“四维一体”全学程自动化专业实践教学体系建设在我校自动化、电气工程及其自动化专业取得了明显的成效。毕业生被镇海炼化等国内500强企业团购，在世界500强和国内500强企业就业人数逐年增加，学生一次就业率和就业质量逐年提高。近5年，学生获得各级各类科研立项100多项，其中，国家级创新创业训练计划项目4项，浙江省新苗计划立项4项，学生参加学院、宁波市、浙江省、全国学科竞赛获奖60多项，其中省级以上奖励40多项，发表论文18篇，授权专利4项。以2012级学生为例，学生考取研究生的比例达13.9%，学生参加各级各类学科竞赛、科研立项、教师科研的人数达到70%以上，其中，获得校级以上学科竞赛奖励的人数超过30%。

3.2 专业实践和产业实践成效明显

通过建设校内实验室、学科竞赛平台，与企业共建实训基地、共建创新团队、共建企业工程中心、就业实习基地等，专业实践和产业实践内容与宁波市的产业紧密结合，并在有关企业应用取得一定的经济效益。专业学生在镇海炼化、吉利汽车、金田铜业等骨干和龙头企业实训和就业的人数逐年提高，《中国青年报》等有关媒体曾多次报道。

3.3 建设成果具有较好的示范影响

(1) “四维一体”渐进式、全学程自动化专业实践教学体系建设项目获得了宁波市教学成果二等奖。成果参与申报浙江省教学成果奖获一等奖，实践教学体系建设中重点建设的检测技术与仪表、单片机原理及应用、系统工程导论、电力电子技术、过程控制工程、自动控制理论等课程取得显著的阶段性的成果，如“检测技术与仪表”课程建设获得宁波市教学成果二等奖[14-15]，编写的《传感器与检测技术》教材获得省级教学成果二等奖，国家精品教材，电子工业优秀教材一等奖，国家“十一五”、“十二五”规划教材。“单片机原理及应用” 课程获得宁波市教学成果三等奖。近5年，专业教师发表教育研究和教学改革方面论文30多篇，承担各级教学研究项目40项，获校级及以上教学成果奖18项，“信号检测、处理及实现系列课程教学团队”获浙江省优秀教学团队，也是浙江省独立学院仅有的两个省级教学团队之一。

(2) 课程建设取得一定的成效。近5年，获得浙江省精品课程1门，校级精品课程2门，校级核心课程3门。围绕课程建设，编写教材18部，其中，国家“十一五”规划教材2部，国家“十二五”规划教材1部，机械工业“十二五”规划教材1部。

(3) 成果的推广应用成效明显。首先，建设成果在校内工业设计专业“传感器技术及应用”、“单片机原理及应用”课程教学中应用，在化学工程类“化工仪表及自动化”、“过程控制基础”等课程教学中推广应用[16-17]。其次，教学理念、教材等成果在宁波市本科、高职、中职学校自动化类专业均有推广应用。再次，通过发表论文、编写教材，举办会议交流等形式，在国内很多高校推广应用。如《传感器与检测技术》教材在国内100多所高校使用，通过《中国引文数据库》检索，截至2013年5月，共被引用377次，其中他引369次，自引8次。发表的部分教育教学研究论文，通过《中国引文数据库》检索，截至2012年11月，共被引用148次，其中他引118次，自引30次。

4 结 语

本文结合我校的特点，系统地介绍了自动化专业课程实践教学、专业综合实训、科研训练和产业实践“四维一体”渐进式全学程实践教学体系建设架构、主要建设内容和建设成效。经过几年的探索和实践，其研究成果除获得省、市教学成果奖外，自动化专业也获批为宁波市和浙江省特色专业。

[1] 刘亚松，魏景光. 独立学院实践教学面临的问题及对策[J].实验室研究与探索，2013,32(6):368-370,393.

[2] 于 伟. 德国应用科技大学的实践教学对我国应用技术大学改革试点的启示[J].科技视界，2013(31):71.

[3] 沈雄威，仇润鹤，孙培德，等. 电气信息专业实验教学改革研究与实践[J].实验室研究与探索，2013,32(6)：145-147.

[4] 曲广强，关晓辉，王建元，等. 学科竞赛、毕业设计等实践教学一体化的实施与创新[J].产业与科技论坛，2013,12(16):204-205.

[5] 刘礼鸿. 实践教学的误区及改革拓展方法[J]. 产业与科技论坛，2013,12(17):147-148.

[6] 刘 峰. 技能大赛对实践教学的积极影响[J].现代教育，2013(18):89.

[7] 王永芬，赵绪永，郭宏伟. 工学结合模式下动物细胞培养技术课程实践教学平台建设[J].实验室研究与探索，2013,32(6):440-442.

[8] 陈益林，马修水，何小其. 应用型大学工程教育专业认证体系的构建[J]. 扬州大学学报(高教研究版)，2011(3):25-28.

[9] 陈国平，魏民祥. 基于CDIO的车辆工程专业实践教学体系改革与实践[J]. 科技视界，2013(31):10-11，33.

[10] 方永秋，王 赫. 理论课程与实践课程的配置——从美国高等教育发展的进程分析[J]. 哈尔滨学院学报，2010(8):116-120.

[11] 马修水，钟伟红，何小其，等. 区域创新体系中地方高校自动化专业人才培养体系探索与实践[J]. 合肥工业大学学报(社会科学版)，2010，24(5):129-133.

[12] 钟伟红，叶凌箭，李 园，等. 基于学科竞赛和专业认证的“虚拟仪器技术”课程教学改革与实践[J]. 工业与信息化教育，2013(10)：44-46.

[13] 支雄飞，李英道，王鹏鸳，等. 独立学院自动化专业大学生实践教学调查与思考[J]. 安徽电子信息职业技术学院学报，2011，10(3)：92-94.

[14] 钟伟红，马修水，关宏伟. 独立学院“检测技术与仪表”课程教学改革与实践[J]. 合肥工业大学学报(社会科学版)，2010，24(3):152-155.

[15] 马修水，孙 伟，刘苏南. 自动检测实验教学改革和实验室建设探讨[J]. 中国高教研究，1999(6):74.

[16] 吴飞青，李林功，丁晓，等. “单片机原理与应用”课程教学改革探讨[J]. 合肥工业大学学报(社会科学版)，2010，24(1)：96-99.

[17] 关宏伟,何小其,钟伟红,等. 过程控制课程群的建设与研究[J].合肥工业大学学报(社会科学版)，2009，23(5)：27-29.

Gradual Practical Teaching System Construction for Automation Profession Based “Four Dimensions Form Integration”

MAXiu-shui,HEXiao-qi,ZHONGWei-hong,WUFei-qing,GUANHong-wei,YELing-jian

(Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China)

Practical teaching makes a special effect in improving students' comprehensive diathesis, cultivating students' innovative spirit and practical ability. At present, the practice teaching needs to be further developed because it mainly depends on the course experiment, the number of the comprehensive and designable experiment is few and the comprehensive professional training is much less. Industrial practice is in the period of initial exploration. This paper introduces the practice teaching system which combines the courses for automation profession, comprehensive professional training, scientific research training and industrial practice together based on "four dimensions form integration". At the same time, this paper introduces the main contents and the achievements of the practice teaching system. These contents and achievements include top-level design of the engineering education in international perspective, construction of the teaching staff and the three-dimensional engineering practice platform for the combination of inside and outside of the university with the production-study-research, construction of the integration of the teaching and scientific research, quality management about the practical teaching and construction of the quality assurance system and so on. After several years of exploration and practice, the research achievements win the Zhejiang province and Ningbo city awards on the teaching achievements, and the automation profession is also approved by characteristic profession in the Zhejiang Province and Ningbo City.

automation; course practice; professional practice; industrial practice

2014-05-13

浙江省新世纪教改项目(yb2010084)；浙江省课堂教学改革项目(kg2013517)；浙江省特色专业(自动化，浙教高教[2014]110号)；宁波市特色专业(自动化，甬教高[2012]402号)；宁波市服务型教育重点建设专业项目(JSJZYQ-201043，JSJZYQ-201044)

马修水(1963-)，男，安徽庐江人，博士，教授，自动化专业负责人，主要研究检测技术与自动化装置，精密仪器及机械，高等教育学。Tel.：13685891614，0574-88229503; E-mail： mxsh63@aliyun.com

G 642.0

A

1006-7167(2015)05-0150-05