基于5S理念的创新实践平台构建模式

牛国成, 苏承慧

(北华大学 电气信息工程学院, 吉林 吉林 132021)

5S(设计、学习、管理、实践、改善)自我成长实践平台是为有效提高学生设计能力、学习能力、实践能力、管理能力和改善能力目标而设计构建的一种集多种基本实验教学技术、方法及手段而构成的综合性实践教学技术系统,可适用于各类学校、教育培训机构。随着科学技术的飞速发展、生产规模以及自动化程度的扩大与提高,社会各界对学生在创新能力、实践能力等方面的要求越来越高。对现有实验技术的系统性、综合性、多功能性以及灵活适应性等方面提出了更高的要求,而现有技术中不论在微观实验技术与装置,还是宏观实践平台或系统,都不能很好地满足创新人才培养的实际需求[1-4]。具体存在以下缺陷：

(1) 实验内容比较单一,结构元件不能共用,学科交叉度不高,不能满足多学科综合性、设计性实验；

(2) 实验设备体积过大,造成实验室面积不足；

(3) 实验的可设计性、可变更性、可创新性、可观查性、可动手性都不高；

(4) 大部分元件以符号形式显示,不利于学生的认知；

(5) 许多实验平台是以新元件、新设备装配构成的,不利于学生的动手实践；

(6) 系统偏于理论且集成度高,没有很好的工程实践切入点。

为此进行了元件化、挂接式、仓储型实践平台研究与实践,取得了非常好的效果,不仅解决了本校的实际需要,还在多所院校推广应用。

1 平台建设介绍

1.1 实验平台组成介绍

5S自我成长实践平台是在5S自我成长理念引导下设计的,以综合提高学生的5S能力为基本目标,即设计能力、学习能力、实践能力、管理能力、改善能力,为此采取了科学先进、灵活多样、系统高效的整体设计方案,具有综合性、设计性、创新性、个性化、多样适应性、空间占用少、灵活性、设备成本低、利用率高以及实验效果好等一系列突出特点[5-7]。

该平台是一个综合实践系统,由学习实践网络平台、学习实践工作平台、学习实践操作平台、学习实践加工平台和基本实验条件库构成,其空间功能结构布局如图1所示：

图1 5S自我成长实践平台空间功能结构布局

(1) 学习实践网络平台是一个专门设计开发的网站,具有实验教学管理、个人管理以及公共知识管理等功能,是为学生学习和实践提供公共以及个人管理有效工具[8]。

(2) 学习实践工作平台具有很好的多功能适应性,包括多用途工作台、计算机、必要软件以及配套学习、设计与工作用品等；可以根据实际条件和需要自由选择,既可以是个人公共的实验操作平台,也可以是个人的自我成长工作室,还可以是在需要做公共实验时公用,没有公共实验时作为学生个人工作室使用,学习实践工作台结构如图2所示。

图2 节约空间的多用途学习工作平台结构示意图

(3) 学习实践操作平台包括壁挂式、立柱式、桌台式和便携式等多种。壁挂式操作平台由网孔板和边框构成,网孔板可以是丝网结构或板网结构,网孔板嵌入边框中并被边框固定,边框的四周开有若干个固定安装孔,并通过螺栓固定在墙壁上。立柱式操作平台由网孔板、边框和立柱构成,网孔板嵌入边框中并被边框固定,边框以螺栓或焊接的方式固定在立柱上,立柱的下部有底座,底座上装有脚轮或安装固定螺孔,壁挂式节约空间的学习实践操作台结构如图3所示。

图3 壁挂式节约空间的学习实践操作台结构

(4) 学习实践加工平台包括机械加工台及配套工具和设备、电子加工台及配套工具和设备、电气加工台及配套工具和设备等多种,可根据学习实践平台的功能、内容、规模以及空间结构等因素综合选择。

(5) 基本实验条件库是由实验工具库、实验设备库、实验材料库、实验元件库、实验挂件库、实验资料库和实验案例库构成的,元件化、挂接式、仓储型实践平台结构基本结构如图4所示。

图4 元件化、挂接式、仓储型实践平台结构

1.2 5S创新实践平台使用方法

5S创新创业实践平台的突出特点是具有很高的可设计性、可变更性、可创新性、可观查性、可操作性、循序渐进性以及综合复杂性场景的模拟性,不仅可以组合实验设备进行不同目标、不同层次与不同内容的实验,还同时具有创新基地模式、工程管理模式和企业运营模式[9-10]。

1.2.1 5S创新实践平台的结构特征

所有实验器材采用的是元件化的,能够让学生方便地见到最基本的实验元件和单元,并实践如何使用这些元件构建基本单元和实验系统；安装方式采用的是挂接式,采用挂板和挂件,以挂的方式连接,能够让学生直观、便捷、灵活、快速地完成实验。

实验条件库中所有的元件、设备、工具、资料等实验条件,都是以仓储的方式提供并对学生完全开放的,学生可以像在超市中购物一样,根据自己的需要选择,并履行借用和归还手续；所有的实验条件,都不是为某一个实验或设备配置的,而是为任何一个可以使用的实验共同设置的,最大限度地提高实验元件与设备等的利用率,实验资源利用率高；学生可以根据自己的喜好与特长,自定题目、自选材料、自行组织实施,充分发挥和调动学生的主观能动性,既能培养学生的兴趣、爱好和特长,又能增加学生的自信心和成就感。所以低成本是系统的实用性的重要一面,也是决定成果能否推广应用的重要因素,系统构建废旧物资构建平台的基本实验条件库,保证学生动手有足够多的数量,并能承受必要的损耗；系统具有可持续自我发展能力的,随着实验与开发的不断进行,一些典型的实验项目、具有鲜明创意的开发成果可以作为标准实验挂件或设备,使平台的内容和功能在学生实验和开发的过程中不断地充实和拓展。

1.2.2 实验项目的确立

实验项目可以分为基本知识与技能融合训练项目、综合性设计性实践训练项目、创新性开发设计项目3个类型,各类项目均采取全流程仿真式进行,从任务书下达,到学习理解任务及要求、查阅资料、方案设计、结构设计、单元制作、单元调试、系统装配、系统调试直到总结验收全过程,这一过程需要学生提交完整、规范的实验项目申请报告,经教师或实践基地负责人审核同意后,签发实验项目立项任务书。

1.2.3 实验项目过程及管理

实验项目及过程管理应参照5S自我成长方法进行,包括设计方法、学习方法、实践方法、管理方法和改善方法等,特别是从设计、管理和改善的角度要加强多学生的实践训练,如目标管理、团队管理、时间管理、知识管理、物资管理等,这样在实践的过程中,学生就可以收到技术、管理与沟通等综合能力的训练与提高。

1.2.4 实验项目验收及管理

必须重视学习实践项目的验收工作,并做好学习实践项目总结、验收及成果的管理。在这一过程中,学生需要根据任务书、项目方案与实施计划以及实际完成情况等,做出自我评价、相互评价,最后由教师做出最终评价,学习实践成绩可以采取积分制,并制定相应的积分办法与标准。

2 实验室组织方式

3个贯穿主线,包括以专业划分为主线、以任务方向及团队为主线和以硬件、软件和网络技术及结构为主线[11-14]。

(1) 以专业划分为主线,设立专业带头人实行高年级学生带低年级学生的管理方式,根据专业特点确定不同年级学生学习和实践的内容。

(2) 以任务方向和团队为主线,根据项目任务,配备不同专业和能力的学生组成团队,由项目负责人管理组织实训。

(3) 以技术及结构为主线,原本单机控制的设备,为了锻炼学生的综合知识技能和创新能力的培养,集成具有三层结构的工业系统,第三层大量的实验设备为被控层,经过本项目设计成为可任意拆分与组装的可设计的灵活实验对象,设计成通用接口可由控制层任意控制。智能仪器工程师做底层的嵌入式仪表开发、模块组合设计和通信驱动设计,中层控制理论工程师研究过程控制和传动控制的控制算法。上层由软件工程师建立软件系统和网络系统,学生一方面负责自己从事专业的学习实践和创新,提供通用接口,在工业系统建设上分工协作,由系统集成工程师进行系统集成。基于元件化、挂接式、仓储型5S创新实践平台的三层网络控制系统学习实践案例,如图5所示。

图5 三层网络控制系统学习实践案例

3 5S自我成长方式的融入提高学生综合素质和自我成长能力

“无为而治”是我国古代著名道家学派创始人老子提出的哲学思想,管是为了不管、教是为了不教,不管而高效运行是管理的最高境界；我们无法管理看护孩子一辈子,学生的自我成长比任何教学法都重要。5S自我成长工程教育理念,由自我成长教育理念、5S循环与超循环理念和3M(做人、做事、创造价值)教育及人才使命观3方面构成,其中自我成长是成长的基本方式和路径,5S循环与超循环是自我成长的基本方法,3M使命观是自我成长工程教育及自我成长型工程人才的基本方向、目标和美好愿景,是自我成长工程教育以及自我成长工程人才的总的引领和规范,是必须始终高高举起的旗帜,三者是相辅相成、相互增长的关系。

在系统、准确地把握工程、企业与学生基本需求的基础上,把各方复杂的需求分为当前需求、未来需求和价值创造需求3个方面,提出了“快速适应力、自我成长力和价值创造力”的3F培养目标,其内在机制是以快速适应力满足当前需要,以自我成长力满足未来发展的需要,以价值创造力满足各利益相关方的价值创造需求,基于3F目标的学生供给模型与企业需求模型及相互作用机制[15-16],如图6所示。

图6 基于3F目标的学生供给模型与企业需求模型及相互作用机制图

学生在这种模式下,自行组织实验室的运行与管理。形成一整套的从实验室成员纳新、培训、日常学习实训、组织团队承担项目、管理团队的选举与换代等工作。每个学生都以主人翁的态度承担自己的任务,具有明确的目标和积极向上的进取心。在5S管理模式下利用在校时间为社会做出一定的贡献,自行组织参与各种创新创业比赛,工业设计大赛、电子大赛,物联网比赛和挑战杯等。学生在校期间便从事产品的开发与设计工作,学生可以通过勤工俭学参与相关专业的实验室设备维护、实验室和教室的电气维护等工作,同时参与教师的社会服务项目,培养学生能上手、敢上手的习惯,实现从学生到人才、从知识到技术、再到实际应用以及价值创造的根本性转变。

4 结语

本文提出的基于5S理念的创新实践平台构建模式建设方法与运行管理机制,可广泛应用于电气信息类、机械类等高校创新人才学习与实际培养需要。平台的建设采取了全新的5S自我成长工程教育,该平台不仅有效地解决了现有创新实验室、实验设备的一系列缺陷,还具有空间占用少、建设成本低、实验效果好等显著特点,可实现从知识结构到人才结构、再到学生能力形成的全方位立体培养。该方法用于北华大学梦之梯创新创业教育实践基地多年,培养出大量的德才兼备的优秀毕业生，达到了实验室的发展与人才成长相互促进的良好效果。随着学生的进步,平台越加完善；随着平台完善,学生会有更好的学习和发展空间。