“工程驱动”型“四位一体”式实践创新平台的研究

赵海龙　江楠　姜春雷　王黎黎　付光杰

摘要：创新型人才的培养是建设创新型国家的关键，创新平台的建设是培养学生创新实践能力的有效方法和手段，运用信息化技术和手段具有很强的必要性和现实意义。文章从学生在研究性学习中开展创新实践活动的实际需求出发，对基于研究性学习的“工程驱动”型“四位一体”式实践创新平台进行了分析和设计，详细论述平台的架构、数据库设计、功能模块、功能实现、系统运行和测试等方面。

Abstract： The cultivation of innovative talents is the key to build the innovative country. And the construction of innovation platform is a valid means to cultivate students' ability of innovation and practice. Thus， the use of information technologies has the realistic significance and necessity. The article starts from the actual demand of the innovation practice activity carried out in the research study and the "project driven" type of "four in one" practice innovation platform based on research learning is analyzed and designed. Meanwhile， the architecture of the platform， database design， function module， function realization， system operation and test are also discussed.

关键词：创新型人才；实践创新平台；工程驱动；四位一体

Key words： innovative talents；practice innovation platform；engineering drive；four-in-one

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）06-0229-03

0 引言

我国正持续深入地推进创新型国家建设，创新型人才的培养是建设创新型国家的关键之一。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》专门提出要进一步加强创新人才培养模式[1]，“注重学思结合，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习”。在知识经济时代，知识的总量很大，知识创新的速度很快、成本较高、周期较短；社会需要大量人才从事与不断更新的知识、技术和工作环境有关的工作[2-5]。

国内外的经验都表明工程教育模式“做中学”的理念和方法是先进可行的[6-8]。工程教育思想适合工科教育教学过程各环节的改革，并积累了一定的经验[9，10]。而建立从工程基本技能→综合设计应用能力→创新设计技能→创新实现能力的“工程驱动”型“四位一体”式实践创新平台是创新型人才培养的重中之重。

1 工科大学生的创新素质培养

工科大学生创新素质的内在结构是由创新知识、创新能力和创新品格三个要素组成的结构，如图1所示。创新素质的发展取决于三个构成要素的发展和他们之间的平衡关系。同时，三个因素之间不是简单地并列关系，而是呈现一定的交互关系。他们在依照自身发展逻辑发展的同时，又与其它两个因素保持着密切的关联，并通过三者的相互促动、相辅相成来推动工科大学生个体创新素质的提升。

工科大学生创新素质的提升，不仅需要理论上的学习，还必须切身的实践，这是工程的实践性质所决定的。因此，针对于工科大学生创新素质的提升，大学在增强其文化知识的同时，还需要着力推进设备设施条件和学生创新平台的建设。这种建设具体包括两个方面：一是硬件建设，主要是加大投入，对诸如图书馆、实验教学中心、工程创新中心以及开放实验室等资源进行高标准建设；二是从软件进行建设，包括加大对这些设施和平台的管理与开放；三是提升学生科学与高效使用创新资源的能力等。

2 “工程驱动”型“四位一体”式实践创新平台的建立

根据东北石油大学课程特点和已有的多年教学、科研基础，并充分考虑“卓越工程师教育培养计划”实际情况，按照工程教育理念建立从工程基本技能→综合设计应用能力→创新设计技能→创新实现能力的“工程驱动”型“四位一体”式实践创新平台结构框图如图2所示。整个平台具有技术内涵充实，多层次、数字化、开放性的特点。

以工程实际流程为依托，升华引领构建实验课程教学的具体实施，改变以往片面强调设计任务的完成、与工作实践相脱轨、忽视基本工程能力的训练和培养的局面。按我校专业不同增设石油、勘探、机械、化工、电气等工程创新性实践项目，结合大学生电子竞赛、国家大学生创新计划等项目打造图2所示的学生实践创新平台。具体建设内容如下：

①兴趣激发——作品展示。

设置目的：

1）通过教学模型的展示提高学生对专业的认识，激发学生对所学专业的兴趣。

2）通过对学生成果的展示激发学生主动参与实践创新的内在动力。

主要项目：

1）学生成果展示和介绍：获奖论文；获奖报告；获奖作品等。

2）教学模型展示和介绍：工控模型；电机模型；其他模型等。

②基础能力训练——基础训练平台。

设置目的：

1）通过课程教学训练平台的实验和模拟加深学生对课本知识的理解。

2）通过基础能力训练平台训练学生常用仪器及器件的测试能力、电路制作能力、电路CAD应用能力、Labview等工具使用能力；提高学生科技制作设计调试能力。

主要项目：

1）课程教学验证性平台：电路实验教学平台；电工基础实验教学平台；模拟电路实验教学平台；电机实验教学平台；数字电路实验教学平台；EDA实验教学平台；单片机原理实验教学平台；电路仿真实验教学平台；工具软件教学平台等。

2）基础能力训练平台：常用仪器及器件测试方法训练平台；电路焊接训练平台；微型电机制作平台；电路CAD设计训练平台等。

③综合能力训练——综合实践能力训练平台。

设置目的：

1）通过综合实践能力训练平台的实践活动提高学生综合利用所学专业知识能力。

2）通过综合专题研究和学习，让学生更多地了解学院教师正在从事的研究，专业前沿课题、社会热点技术。

主要项目：

1）综合能力训练平台：单片机开发套件；虚拟仪器套件；电气工程基础综合实践平台；检测技术综合实践平台；运动控制综合实践平台；电力电子综合实践平台等。

2）综合专题研究平台（题目、目的、资料、设备、软件）：教师研究专题；社会择业热点专题；专业前瞻研究专题等。

④创新能力训练——创新实践平台。

设置目的：

1）通过设置创新实验预约平台，利用有限的资源为更多的本科生和研究生个体创新活动或小发明创造提供环境和支持。

2）通过设置创新专题研究平台为学生创新团队提供固定的科学研究场地。

主要项目：

1）创新分时预约平台（网上预约）。

2）创新专题研究平台（相对固定位置），如油田应用的科技制作类项目。

⑤潜能挖掘——竞赛与实践。

设置目的：通过竞赛等实践活动，挖掘学生的创造性潜能。

主要项目：

1）校园实践活动：创新杯；校园科技活动周；全国大学生电子制作大赛；全国大学生嵌入式设计大赛；全国大学生挑战杯竞赛；飞思卡尔汽车设计竞赛等。

2）实践活动校外延伸：实习基地；社会科技实践活动等。

3 实践创新平台应用分析

目前东北石油大学的电工电子实验平台普遍采用“电工技术教学实验装置”，本科学生只需通过简单接线即可完成实验，实践和创新能力得不到有效锻炼。同时，创新型本科人才、研究生培养和科研项目的实施需要与学科前沿接轨的开发平台，实验装置无能为力。构建“四位一体”式实践创新平台以后，情况有了根本改变。

经过多年建设，目前实践创新平台已实现油田数据采集、激光浊度测定、电机控制、塔基控制等关键技术的自主开发，对专业建设和学科发展、人才培养，发挥了十分重要的作用。创新平台的成果如图3所示。

采用新的实践创新平台后，取得了较为满意的效果，表现在以下三个方面。

①基于此平台进行实施以本科生为主导的“大学生创新性实验计划”项目、“大学生创新创业训练计划”项目、大学生电子竞赛等，同时以此平台进行的本科毕业设计历年均获得优异的成绩。

②硕士研究生以此实践创新平台进行控制算法、拓扑结构等理论研究和系统研制工作，在油田数据采集、电机控制、液位跟踪、井下测调等方面取得了一系列成果，部分研究成果已经陆续在各级学术期刊上发表。

③依托实践创新平台组建的“电工学”团队，承担了省自然科学基金、黑龙江省科技厅科研项目、大庆市科技局科研项目、大学生创新性计划等一大批科研项目，黑龙江省教育厅教学改革项目、精品课建设、重点课程建设等一大批教学改革项目。

4 总结

通过电工电子实践创新平台，学生改变了过去只能仿真的被动局面，勇于实践，通过实际应用，实现了CDIO模式的培养过程。同时，在实施创新平台应用过程中，要注意纠正两种认识上的偏差，一是担心创新性实验教学的开展会浪费学生宝贵的学习时间，从而影响学生的理论课程分数，这是一种急功近利、不顾学生长远发展的思想，它将随着我国评估体系的改革深入而逐步淘汰；二是认为学生进行创新性实验的难度太大，学生对此力不从心。其实，理论和实践都已证明，学生是进行创新性实验课题较强的群体，关键是要敢于做，认真做，在做中学，在学中做。

参考文献：

[1]教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[N].高等教育出版社，2010.

[2]陈建成.发达国家研究型大学创新人才培养模式的特征与启示[J].科技与管理，2009（1）：131.

[3]李燕.大学生创新能力培养刍议[J].学校党建与思想教育，2005（12）：75.

[4]张鹏.高校大学生创新能力培养现状及对策研究[J].大学教育科学，2005（3）：50-53.

[5]乔海曙.大学生创新能力培养研究综述[J].大学教育科学，2008（1）：20.

[6]曾开富，王孙禺.“工程创新人才”培养模式的大胆探索[J]. 高等工程教育研究，2011（5）：22.

[7]Robert Buderi. A Visit to Olin College： A Design-oriented Future of American Engineering[N]. Economy Boston， 2009-11-8.

[8]董晓梅.国外高等工程教育创新型人才培养模式及启示[J]. 创新与创业教育，2010（6）：14.

[9]范静波.工程教育中工程师的社会责任：内涵、演变与培育[J].现代教育管理，2011（3）：78.

[10]阎国华.现代工程范式下高等工程教育目标调适[J].现代教育管理，2011（3）：69-70.