徐银梅　崔家瑞　王尚君

摘 要 过去的实验教学中存在与工程实际脱节、忽视学生工程实践能力及创新能力培养等一些问题。针对这些问题，建设新的实验教学体系，调整实验课程结构，加强校企合作，进行实验教学改革，使实验教学内容更紧密结合工程实际，更注重学生工程能力及创新能力的培养，使学生成为合格的工程应用型人才。

关键词 实验教学；工程教育；创新能力；工程实践能力

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）10-0147-03

Engineering Practice Ability and Innovation Ability Training in Experiment Teaching//XU Yinmei， CUI Jiarui， WANG Shangjun

Abstract Experimental teaching in the past have some problems， such as ignored the students ability of engineering practice and innovation training. According to the problems， constructed the new experimental teaching system， adjusted experimental curriculum structure， to strengthen the school and enterprise cooperation etc， to enable students to become qualified applied talents of engineering.

Key words experimental teaching； engineering education； innova-tive ability； engineering practice ability

1 前言

据统计，我国工程教育规模至2013年已居世界第一[1]。在高校工程教育规模快速发展的同时，也存在不少问题和挑战，如工程教育与实际工程脱节，工程教育体系不够健全，课程体系相对陈旧，教师本身工程基础知识和能力欠缺……这就导致相当一部分工科毕业生缺乏工程实践能力和工程基础知识，在实际问题面前手足无措，难以满足社会需求 [2]。由此可见，我国的工程教育人才培养质量有待进一步提高。

学生工程实践能力和创新能力的培养是提高工程教育人才培养质量的重要因素，而实验教学是培养学生工程实践能力和创新能力的重要载体，所以实验教学中学生的工程实践能力和创新能力的培养至关重要。北京科技大学自动化专业是卓越工程师计划专业和教育部第二批CDIO工程教育模式特色专业，在过去的实验教学中存在与工程实际脱节、忽视学生工程实践能力培养等一些问题。针对这些问题，建设新的实验教学体系，调整实验课程结构，加强校企合作，提高教师工程素养，使实验教学内容更紧密结合工程实际，更注重学生工程能力及创新能力的培养，使学生成为合格的工程应用型人才。

2 建设新的实验教学体系结构，注重培养学生工程实践能力及创新能力

通过近几年的实验教学体系建设，实验中心建立了“以验证实验为本、综合设计实验为主、创新实验为优”的“三层式”实验教学体系：第一层次以基础验证性实验为主，主要在专业基础课程中开设，确保学生掌握本专业的基本实验技能，提高实践动手能力；第二层次以综合设计性实验为主，该类实验融合多门专业课程或一门专业课程的多个知识点，重在培养学生掌握系统完整的知识结构与综合实践技能，如自动化实训实验项目；第三层次以创新性实验为主，主要在专业课程中设置，启迪学生的专业设计与创新能力，此外还通过实验室开放项目和科技创新实验室锻炼学生的实践创新能力。

按照三层次教学体系，建设自动化实训实验室、创新实验室等新功能实验室，构建了从基础课实验室→专业实验室→实训实验室的一体化实践教学链，进一步强化了教学体系当中的创新能力和工程实践能力的培养。

3 构建实训平台，培养学生工程实践能力及创新能力

卓越工程师计划专业和CDIO工程教育模式特色专业二者在学生培养目标上是一致的，都是培养工程应用型人才，都需要提升学生工程素养，培养学生工程实践能力和创新能力。而过去，实验设备多是教学仪器，偏重于理论验证，与工程实际应用设备相差太多，造成实验教学与工程实际脱节，使学生缺乏工程基础知识和工程基本能力培养的手段和方法。为此研制一套自动化生产线实训平台，建成自动化专业实训教学平台，进一步强化教学体系当中的工程实践应用环节，提高学生的就业竞争力，体现了实验教学紧密联系实际生产过程的工程特色。

该平台以实际工业系统为原型，涵盖完整的自动化工厂实训系统，包括过程控制、运动控制和制造自动化等多个行业子系统。实训平台包括多个典型的工业控制过程，例如：张力控制系统描述了钢铁领域的轧机控制系统；多热工参量控制系统描述了化工领域的锅炉热工参数控制系统；柔性制造系统描述了工业装配一体化系统；钢铁行业废水处理系统描述了钢铁生产过程中废水处理的过程（混凝—沉淀—过滤—杀菌工艺）；等等。通过各个系统的学习，学生可以快速了解典型工业过程。

实训平台中课程涉及面广，包括自动控制原理、现代控制工程、电路、模拟电子、数字电子、电机及其运动控制、过程控制、计算机控制、网络技术、PLC、单片机和嵌入式系统相关学科的主要知识点。在对这些知识点进行梳理、分解与组合的基础上，以实际工程项目设计开发的方式要求学生实现，学生可以在此平台上将课本知识应用于实践。

基于实训平台，引入主动式教学理念，以学生为主导，弱化教师的主体作用。在实训过程中，通过提问的方式引导学生思考，可以有效地培养学生分析、提出方案并解决工程实际问题的能力及产品开发、设计、技术改造与创新的能力。endprint

该实训平台可以完整地、前后衔接地贯穿于整个本科教学阶段，强化了教学体系当中的工程实践应用环节，使学生学会应用所学理论知识解决实际问题，并深入了解典型工业自动化生产线工艺流程。为自动化专业的课程设计、毕业设计提供相应的训练环节，提高了学生的就业竞争力，体现了实验教学紧密联系实际生产过程的工程特色。

学生通过实训课程的训练，不仅了解了工业生产工艺流程，提升了专业认同感，而且培养了学生的工程基础知识、动手实践能力、团队合作能力和工程系统设计能力。

4 建立创新实验平台，在实践中培养学生的工程实践及创新能力

学院近几年先后建成了三个创新实验室，并面向全院学生全天候开放，结合学科专业特点，购置必要的研究设备和相关图书，为大学生创新创业（SRTP）项目活动及各类学科竞赛提供了一些基本的硬件条件及场地。实验室建立了完善的管理制度和开放制度，由相关教师及实验人员共同管理。学生进入实验室前先提出申请，对创新项目作简要说明，提出需要借用的设备和图书，申请批准后由实验室统筹安排进入实验室。除了创新实验室之外，所有专业实验室在满足实验教学任务要求的前提下也向创新活动开放，接纳学生开展科技创新活动，这些都对本科科技创新活动提供了有力的支持。

依托创新实验平台及各专业实验室，学生科技创新活动蓬勃开展，学科竞赛成绩优异。自2008年以来，学生在科技创新项目和各类竞赛中获奖300余项，其中，国家级一等奖25项、二等奖55项、三等奖20项；市级一等奖70余项、二等奖100余项。通过完成创新项目的过程，培养了学生的创新意识和创新能力，提高了实践动手能力，培育了团队协作精神。

5 加强学校与企业交流合作，借助企业力量培养学生的工程实践能力

实验中心与企业合作建立联合实验室，为本科高年级学生提供多层面的就业培训，将目前市场上的主流产品介绍给学生，让他们掌握这些产品的开发、调试技术，使学生在日后的工作中占得先机。先后与美国德州仪器公司、美国国家仪器公司、和利时公司建立联合实验室，借助企业力量为学生提供更切合工程实际需求的各类培训，培养学生的工程实践能力。

鼓励学生参加企业主办专业竞赛（如西门子杯、AB杯自动化应用系统大赛等），通过比赛过程中实际工程问题的研究解决，使学生了解自动化专业应用领域的前沿技术，促进学生工程应用能力的提高，激发学生学习工程技术的兴趣，也培养创新能力、协作精神，体现“学以致用”的理念。

6 改革实验教学方法，在教学过程中培养学生的工程实践能力及创新能力

针对实验教学与工程实际相脱节的问题，在实验内容中增加实际应用系统的介绍内容。如电机及运动控制实验中增加了介绍数控机床电机控制系统的内容，教师对系统的组成、功能、工作原理给学生做详尽的介绍，学生可以看到实际的控制板、电机，并能自己动手操作一下，了解系统的软硬件构成，并就相关问题与教师直接交流。这一实验结束后，学生反响热烈，大大激发了深入学习的热情。

此外，在实验资源库中还给学生提供了一些典型运动控制系统的案例，如变频空调控制系统、轧钢过程中的张力控制系统等，分析系统工作原理及软硬件实现。学生在课下通过学习了解实际生产过程中的电机是如何控制的，控制系统是什么样子的，弥补了实验设备与工程实际相脱节的问题，也开阔了眼界，对学生实际工程应用能力的培养是有益的促进。

传统的注入式教育方式，重知识灌输、轻能力培养，学生难以积极主动地参与教学活动，不利于培养学生的自主学习能力和创新能力[3]，不能满足工程教育的能力培养要求。改变传统预习报告的方式，在实验之前，学生可以通过网络实验平台资源库中相关的实验室概况及实验设备介绍、实验相关的课件和实验预习要求进行预习，要求根据预设问题进行预习工作。通过预习问题的引导，学生去查找资料，回顾所学的理论知识，完成实验预习问题。通过这样的训练，引导学生积极思考，使学生的自主学习能力和知识的综合运用能力得到提升[4]。

在实验过程中出现问题时，教师在确保安全的前提下，引导学生根据故障现象分析故障原因，并通过所学理论知识解决问题。故障排除由学生完成，教师的作用是引导和把关。通过问题的解决，培养学生分析问题和解决问题的能力，同时动手实践能力也得到提高。

实验结束后，学生实验报告的撰写不能是简单的实验过程和结果的罗列，要求必须对实验的现象和结果进行分析。在分析过程中，实验结果回归理论，通过实验结果的分析，再一次对理论知识进行确认，并对理论知识的理想情况与理论实际应用的差别原因进行分析，培养学生立足理论知识分析工程实际问题的能力。

7 结语

通过新的实验教学体系建设、实验室建设及结构调整、校企合作及实验教学改革，解决了原有实验教学中存在的实验内容与工程实际脱节，没有充分重视学生的知识综合应用能力和创新意识的培养，以及实验教学方法、手段单一的问题，注重了工程实践能力及创新能力的培养，从而为培养高素质的自动化专业工程应用型人才打下了良好的基础[5]。

参考文献

[1]李文君.正确评估中国工程教育质量[J].教育与职业，

2015（1）：54-56.

[2]李兰平.基于大工程观的工程教育改革研究[J].科教导刊，2015（1）：36-37.

[3]张雪，李玮，李慧.我国高等工程教育人才培养[J].河北联合大学学报：社会科学版，2013，13（1）：89-92.

[4]宋永臣，杨明军，刘卫国，等.本科生专业实验教学研究探讨[J].实验室研究与探索，2014，33（2）：161-165.

[5]孔繁镍，李燕，马伏花.自动化专业CDIO培养模式研究[J].课程教育研究，2014（2）：232.endprint