“跟进式教育”理念下测控专业创新型实验项目建设与探索

曾 飞，李公法

（武汉科技大学a.冶金装备及其控制教育部重点实验室；b.机械传动与制造工程湖北省重点实验室；c.机械自动化学院，武汉430081）

0 引 言

创新是我国制造业跨越式发展的重要路径，也是全面建成世界强国的客观要求。2016 年12 月工业和信息化部、财政部以工信部联规［2016］349 号文件正式颁布《智能制造发展规划（2016—2020 年）》，要求到2025 年，基本建成创新、协调、绿色、开放的智能制造支撑体系。这也要求高等院校需要培养更多高素质高质量智能制造人才来推动智能制造转型和创新。近年来，测控专业人才逐渐成为加速我国制造业转型升级、提质增效的重要力量。2018 年10 月，教育部发布《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》教高［2018］2 号，要求加快形成高水平人才培养体系，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。目前，在智能测控关键技术及仪器装备等受制于人的情况下，如何创新测控专业人才培养模式，培养更多满足智能制造发展卓越素质高质量测控人才，成为当前高校工程教育最紧迫的任务。

实验环节是人才培养的重要手段，在训练学生科研思维、创新意识和工程能力方面作用一直举足轻重［1］。同时，测控技术与仪器又是一个工程实践性较强的多学科交叉融合型专业［2］。因此，新的时代背景下，如何结合高校学科优势，积极开展实验环节课程体系［3］、教学内容［4］、教学方法［5］、教学条件［6］等方面研究与创新，已成为高校测控专业人才培养重要研究课题。然而，随着高校工程教育改革风起云涌，原传统实验项目及实践模式应用于本科院校测控专业人才培养弊端逐渐暴露出来，主要体现在：实验资源易形成“信息孤岛”，学生无法形成新的视域；专业前沿知识融入不够，学生无法准确把握知识发展脉络；实验内容与行业发展相脱节，学生无法激发自身创新智慧；实践模式与工程能力培养相割裂，学生无法形成群体间协同合作品质等。基于此，机械自动化学院坚持以培育高质量卓越素质人才为目标，在长期教学经验积累的基础上，针对本校冶金行业特色和智能制造测控需求，交叉和融合全校相关课程优质实验资源，凝练和开发了一系列测控专业创新型实验项目，并引入“跟进式教育”［7］理念和实践模式，让学生以工程项目形式展开实验过程，从而掌握现有测控技术与仪器制造方法，并具有利用新一代高新科技突破智能制造发展瓶颈的能力。经过一系列“跟进式教育”理念下测控专业创新型实验项目建设与探索，现已初见成效。

1 创新型实验项目建设目标

建设富有创新性的实验项目是培养学生工程创新能力的重要途径［8］。“跟进式教育”理念下测控专业创新型实验项目建设旨在立足地方冶金行业特点和智能制造测控需求，打破全校各学院学科壁垒，从系统角度构建科学、高效测控专业实践教学内容体系，整合和优化全校相关课程资源，凝练创新一系列符合“跟进式教育”理念的测控专业创新型实验项目，为培养创新能力强、满足地方智能制造业发展需要卓越素质高质量测控人才提供有效路径。具体实现如下目标：

（1）构建科学、高效测控专业实践教学内容体系［9］。根据我校测控专业特点和学科优势，定位创新型人才培养目标，积极探索形成测控专业特色课程群。理清各特色课程群内实验教学进程衔接关系，揭示所授知识及能力培养与华盛顿协议对毕业生12 个标准素质要求的耦合关系及程度，提取每个标准要求下相关知识点，从而形成科学、高效测控专业实践教学内容体系，为创新型实验项目设计及构思理清思路。

（2）凝练创新一系列测控专业创新型实验项目。根据智能测控技术发展趋势和人才需求，突破学科壁垒，冲破专业藩篱，凝练创新一系列集光、机、电、算为一体的创新型实验项目［10］。研究创新型实验项目各子项目间层次及知识点衔接关系，点对点地匹配实践教学内容及人才培养要求，设计开发创新型实验项目优质配套资源，为创新型实验项目顺利开展提供基础。

（3）形成一套“跟进式教育”理念下的创新型实验项目实施方法。更新完善实验项目网络化资源，建立资源共享机制，积极落实精品课程建设。引入“跟进式教育”理念，探索创新型实验项目实践模式，有利于促进测控实验室软硬件平台建设，畅通校内外协同培养渠道，从而全方位保障创新型实验项目实施。

2 创新型实验项目建设与实施

“跟进式教育”理念为创新型人才培养指引了方向，而创新型实验项目正是训练学生创新能力、实践能力和卓越素质有效手段。随着智能制造对高素质、复合型测控人才需求日益增大，如何打破专业壁垒，整合相同实验内容，更新实践教学方法，糅合新兴技术在测控行业的应用，总结和凝练一批符合地方行业特色的创新型实验项目显得日益紧迫。结合地方冶金行业特点以及本校测控专业实际，以更好地培育创新能力强、适应经济社会发展需要的“高素质、复合型测控人才”为目标，从实践教学体系构建、创新型实验项目开发、实验平台构建和资源共享和“跟进式教育”理念实施几方面出发进行“跟进式教育”理念下测控专业创新型实验项目建设与探索，加深“跟进式教育”理念影响，全面推进测控专业科学高效实践教学体系构建，提升创新型实验项目优质资源质量，促进全校测控相关专业互联互通、资源共享，切实有效保证地方高校测控专业卓越人才培养工作顺利开展。

2.1 创新实践教学体系构建

结合我院办学优势及测控专业特点，测控专业实践教学体系可按照精密仪器设计制造、工程光测技术、测控系统设计及应用和虚拟仪器开发等4 个课程群展开，系统梳理课程群内相关实验项目，匹配知识点与国际工程教育《华盛顿协议》认证体系中对毕业生12 个标准素质要求，从而为学院培养“工程应用型、综合能力型和科研创新型”三型人才提供保障［11］。测控专业实践教学内容体系如图1 所示。在实践教学内容体系中，明确了学生每个阶段能力达成目标。由于课程群内各课程间存在内在逻辑联系和知识点衔接，可以将各课程群实践教学内容体系再进行细分。

图1 测控专业实践教学内容体系

2.2 创新型实验项目开发

测控技术与仪器专业学科交叉性强，工程实践特性突出。在创新型实验项目选题和开发过程中，结合华盛顿协议与工程教育专业认证对学生具有解决复杂工程问题能力的培养要求，遴选一批基于生产实际具代表性的选题，串联各课程群下相关实验内容，加大综合性、设计性实验比例，同时增设反映本专业前沿技术的拓宽类实践环节，从而让学生通过系统训练，培养自身解决复杂工程问题的能力。例如，测控系统设计及应用课程群中包括传感器技术、数字图像处理、机械工程测试技术、测控电路、机械工程控制基础、机电传动控制等课程，涉及测控系统中采集、处理、传输、控制等知识，实验内容包括传感器应用、机械测试电路设计、机电控制基础及PLC 控制等。原所教授课程教师缺乏交流和沟通，各自为政，导致相关实验缺乏连贯性和整体性，导致学生学完后缺乏系统地将各知识有机整合。为此，结合学校冶金行业背景和教师科研课题，设计开发了创新型实验项目之一“带式输送机柔性传送带动态张力检测与控制”，要求学生结合项目背景，搭建带式输送机动调速控制实验平台，建立输送带动力学模型，确定张力检测方案及控制性能指标、选择执行机构和控制芯片，并最终完成系统软硬件设计与调试。同时，还开发了螺栓联接状态在线监测系统［12］、自动化电流体喷印平台控制系统［13］等一系列创新型实验课题。同理，精密仪器设计制造、工程光测技术和虚拟仪器开发课程群也分别设计开发了创新型实验项目。创新型实验项目开发体系框图如图2 所示。

学生通过创新型项目开展，将所学理论知识与工程实践相结合，通过文献查阅、方案设计与论证、技术经济分析、团队合作、软硬件设计与实现、报告撰写、答辩等一系列训练，全面提升自身综合素质和创新思维，具备一定的解决实际复杂工程问题能力。

2.3 创新型实验项目实施场所

创新实验项目依托机械自动化学院开展。学院有良好的行业合作基础和完备的软硬件条件，能够为创新型实验项目开展提供充足的支撑和保障。学院1960 年办学，目前拥有国家级机械实验教学示范中心，教育部重点实验室（冶金装备及其控制教育部重点实验室），省级重点实验室（机械传动与制造工程实验室），湖北高校省级示范实习实训基地、博士后创新实践基地，设置了工程测控技术及仪器二级学科硕士点和测控技术与仪器本科专业，建设和完善光学实验室［见图3（a）］、测控电路实验室［见图3（b）］、可重构机电实验室［见图3（c）］等设备达到先进水平。

图2 创新型实验项目开发体系框图

图3 创新型实验项目实验平台

2.4 “跟进式教育”理念实施

科技兴国，人才强国［14］。在我国智能制造加速转型和创新的今天，高素质高质量智能制造人才培养任务显得更加紧迫。“跟进式教育”采用创新的思维及方式培养创新型人才的本质内涵［15］，为地方本科院校测控专业卓越人才培养提供契机，有利于全面推动高校工程教育改革不断深入。如何保证“跟进式教育”理念在测控专业创新型人才培养中卓有成效？机械自动化学院结合学校冶金特色和区域经济发展需求，于2016年新增测控技术与仪器本科专业，以培育“高素质、高质量、创新型”测控人才为目标，通过一系列举措来保障创新型实验项目顺利实施。

（1）依托学校特色和地方区域优势，定期深入宝武集团、恒大集团、中冶南方等大型企业，挖掘智能制造测控领域新课题，开发创新型实验项目，有利于打破校企间鸿沟，按照企业用人标准培养学生岗位技能和综合技能。

（2）积极实施“人才强校”战略，加快形成“引才、育才、聚才、用才”良好环境，①聘用高素质中青年教师，选送部分新进教师进入武汉钢铁等制造企业或武汉测试测量局等管理部门工作1 年左右，积累先进的工程实践经验；②邀请知名教授、权威专家，企事业骨干（杰出校友）来校讲学，使学生贴近企业，使理论教学与工程实践相融合；③建立校内跨学科、跨院系教师及实验技术人员教学研讨平台，定期开展教学研修、教学改革与创新等活动，提升教师开展创新型实验项目的能力和水平；④注重遴选责任心强、科研项目多、学术水平高的老师担任指导教师；⑤加强国家“千人计划”“长江学者”“国家杰出青年”湖北省“百人计划”“楚天学者计划”等高层次人才培育，提升教师队伍水平。

（3）设立国家卓越工程师教育培养计划、湖北省战略性新兴（支柱）产业人才培养计划、拔尖创新人才培养计划、精益班等试点班或特色班，选拔测控专业优质学生；2012 年正式实施“学分制改革方案”，学生可根据自身个性化需求“私人定制”创新型实验项目。

（4）建立创新实验项目专项基金，引导和鼓励学生组合创新小组（4 ～5 人）申请专项资助，采用头脑风暴法群体决策、分工合作完成创新型实验项目布置的任务，整个流程实现开放式管理。

（5）设立助研助教岗，从优秀的研究生中选拔责任心强的学生管理大学生创新工场、大学生创新活动室等创新实验项目实施场所，方便学生及时开展创新型实验项目研究。

（6）积极推进在线课程建设，依托“优课在线”“爱课程”“学堂在线”“智慧树”建立多门国家级精品课程。建设完善我校特色课程平台，并于2017 年暑假在湖北省高校率先开设“假期课堂”，面向全校学生开放，满足学生个性化需要。

（7）激励专业教师从事创新型实验项目开发，对验收合格的项目，学校视同完成相应级别教改项目；积极引导教师以“工匠精神”打造“金课”，优先推荐教学名师、教学模范、教学新秀、教书育人标兵等荣誉；学生完成创新型实验项目直接给予相应级别素质拓展学分，免试推荐硕士研究生时分别奖励加分等措施，极大地调动了教师和学生开展研究创新实验项目的主动性和积极性。

3 “跟进式教育”理念下创新实验项目实践与实施成效

3.1 创新实验项目实践过程

（1）项目实施前。教师带领学生亲临项目相关企业现场，逐步引导学生深入实验项目：①介绍项目应用背景和技术要求，引出创新项目背景及意义；②根据项目目前研究现状分析存在的问题，引导学生自主思考细化系统功能和要求，鼓励学生拓展项目功能；③要求学生自主寻找解决问题的实施方案，鼓励不断创新，不断引入新技术；④介绍查找信息资料、研究分析问题、设计仿真实现的基本思想和工作方法。

（2）项目实施中。注重对学生过程性指导，激发学生思想火花的碰撞和创新思维的形成：在项目实施过程中，鼓励同一项目不同小组学生充分发挥创新思维，设计多样化的实施方案。学生在充分查询资料和实地考察的基础上，对项目进行规划和设计，明确各项功能和要求。制定技术方案，并根据人员状况分工，制定实施计划和时间进度。小组获批创新实验项目基金后，可自行购买实验耗材、定制实验机构，老师则按学生设计方案，积极指导学生完成相应细节设计与制作、检查各功能模块电路及系统软硬件调试。最终完成软件或硬件实现，并在现场实践或在线监测。工作过程中定期交流，积累技术资料，相互检查监督工作进度。

（3）项目实施后。根据企业用人标准建立学生综合技能考评方案，强化创新型实验项目阶段性管理。重点锻炼学生项目进展过程报告撰写能力，方法是：在启动创新型实验项目前部署阶段性报告作用和要求，让学生在实验过程中及时记录所发现的问题及解决方案，总结实验现象、得出控制规律，以便研究成果的整理与发表；加强实验总结报告过程管理，严格总结报告撰写与审核等工作，确保实验围绕主题来研究；强化报告质量要求，通过实验报告评审和答辩加强质量检查，防止抄袭造假，通过优秀报告评选，激励学生提高实验报告质量和水平。

3.2 创新实验项目实施成效

“跟进式教育”理念下测控专业创新型实验项目建设通过紧跟国家智能制造发展趋势及技术需求，汇总凝练更多多学科交叉融合创新实验项目，丰富教学内容，拓宽教学深度和广度。同时，该创新型实验项目开展引入“跟进式教育”理念，充实了创新实验项目内涵建设，为开拓卓越素质人才培养模式提供了一种新的思路。该创新实验项目实施注重打破校园与企业间鸿沟，让学生充分利用学院现有实验教学平台开展相关实验，解决企业智能制造测控相关技术需求，实现校企间测控专业人才培养的无缝衔接。另外，学院制定完善了创新实验项目激励措施，鼓励高素质拔尖人才对创新实验项目深挖和创新。通过流动助教、流动助管形式参与相关创新实验场所管理，有效提高学生参与实验程度；通过基金资助形式促进了创新实验项目成果化；进一步遴选高质量高素质测控卓越人才参与大学生创新计划项目和科技竞赛活动，有效激发学生参与学习的激情，增强学生自我发展能力和卓越素质培养。

随着机械自动化学院创新型实验项目建设与应用，以及“跟进式教育”理念灌输渗透，极大提高了地方高水平大学测控专业人才培养质量，为满足国家智能制造发展提供强有力的人才保障。在实施创新型实验项目短短2 年间，获批“工程测控技术及仪器”硕士点1 个，与相关企业共建实验室8 个，强化了教师队伍建设（教师承担产学研项目10 项，国家重点研发仪器项目1 项，国家自然科学基金项目8 项），提高了测控专业学生人才培养质量［通过创新型项目探究，我院学生获国家级、省级大学生创新创业训练计划项目14项，在全国“挑战杯”大赛、机械设计创新大赛、中国工程机器人大赛（Robowork）等竞赛中成绩突出，发表论文30 多篇（其中大部分发表于Sensors、PHOTONIC SENSORS、Int J Adv Manuf Technol 等SCI 期刊）］，深化了制造行业“科教兴国、人才强国”战略意识，实现了地方高水平大学测量专业人才培养质量跨越式发展。

4 结 语

我校机械自动化学院以“跟进式教育”理念创新实验项目建设，加深测控专业人才培养模式转变与机制创新，提升了地方高水平大学人才培养水平，现已取得较好的效果。创新型实验项目的实施过程对其人才培养的内涵、创新实验平台构建及“跟进式教育”模式创新都有一定的促进作用，它是“跟进式教育”理念与人才培养科学化、规范化、高效性目标相结合的一次富有成效的探索与实践。