“跟進式教育”理念下測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)與探索

曾 飛，李公法

（武漢科技大學a.冶金裝備及其控制教育部重點實驗室；b.機械傳動與制造工程湖北省重點實驗室；c.機械自動化學院，武漢430081）

0 引 言

創(chuàng)新是我國制造業(yè)跨越式發(fā)展的重要路徑，也是全面建成世界強國的客觀要求。2016 年12 月工業(yè)和信息化部、財政部以工信部聯(lián)規(guī)［2016］349 號文件正式頒布《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020 年）》，要求到2025 年，基本建成創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放的智能制造支撐體系。這也要求高等院校需要培養(yǎng)更多高素質(zhì)高質(zhì)量智能制造人才來推動智能制造轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。近年來，測控專業(yè)人才逐漸成為加速我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的重要力量。2018 年10 月，教育部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》教高［2018］2 號，要求加快形成高水平人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。目前，在智能測控關(guān)鍵技術(shù)及儀器裝備等受制于人的情況下，如何創(chuàng)新測控專業(yè)人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)更多滿足智能制造發(fā)展卓越素質(zhì)高質(zhì)量測控人才，成為當前高校工程教育最緊迫的任務(wù)。

實驗環(huán)節(jié)是人才培養(yǎng)的重要手段，在訓練學生科研思維、創(chuàng)新意識和工程能力方面作用一直舉足輕重［1］。同時，測控技術(shù)與儀器又是一個工程實踐性較強的多學科交叉融合型專業(yè)［2］。因此，新的時代背景下，如何結(jié)合高校學科優(yōu)勢，積極開展實驗環(huán)節(jié)課程體系［3］、教學內(nèi)容［4］、教學方法［5］、教學條件［6］等方面研究與創(chuàng)新，已成為高校測控專業(yè)人才培養(yǎng)重要研究課題。然而，隨著高校工程教育改革風起云涌，原傳統(tǒng)實驗項目及實踐模式應(yīng)用于本科院校測控專業(yè)人才培養(yǎng)弊端逐漸暴露出來，主要體現(xiàn)在：實驗資源易形成“信息孤島”，學生無法形成新的視域；專業(yè)前沿知識融入不夠，學生無法準確把握知識發(fā)展脈絡(luò)；實驗內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展相脫節(jié)，學生無法激發(fā)自身創(chuàng)新智慧；實踐模式與工程能力培養(yǎng)相割裂，學生無法形成群體間協(xié)同合作品質(zhì)等?；诖?，機械自動化學院堅持以培育高質(zhì)量卓越素質(zhì)人才為目標，在長期教學經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，針對本校冶金行業(yè)特色和智能制造測控需求，交叉和融合全校相關(guān)課程優(yōu)質(zhì)實驗資源，凝練和開發(fā)了一系列測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目，并引入“跟進式教育”［7］理念和實踐模式，讓學生以工程項目形式展開實驗過程，從而掌握現(xiàn)有測控技術(shù)與儀器制造方法，并具有利用新一代高新科技突破智能制造發(fā)展瓶頸的能力。經(jīng)過一系列“跟進式教育”理念下測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)與探索，現(xiàn)已初見成效。

1 創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)目標

建設(shè)富有創(chuàng)新性的實驗項目是培養(yǎng)學生工程創(chuàng)新能力的重要途徑［8］?！案M式教育”理念下測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)旨在立足地方冶金行業(yè)特點和智能制造測控需求，打破全校各學院學科壁壘，從系統(tǒng)角度構(gòu)建科學、高效測控專業(yè)實踐教學內(nèi)容體系，整合和優(yōu)化全校相關(guān)課程資源，凝練創(chuàng)新一系列符合“跟進式教育”理念的測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、滿足地方智能制造業(yè)發(fā)展需要卓越素質(zhì)高質(zhì)量測控人才提供有效路徑。具體實現(xiàn)如下目標：

（1）構(gòu)建科學、高效測控專業(yè)實踐教學內(nèi)容體系［9］。根據(jù)我校測控專業(yè)特點和學科優(yōu)勢，定位創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標，積極探索形成測控專業(yè)特色課程群。理清各特色課程群內(nèi)實驗教學進程銜接關(guān)系，揭示所授知識及能力培養(yǎng)與華盛頓協(xié)議對畢業(yè)生12 個標準素質(zhì)要求的耦合關(guān)系及程度，提取每個標準要求下相關(guān)知識點，從而形成科學、高效測控專業(yè)實踐教學內(nèi)容體系，為創(chuàng)新型實驗項目設(shè)計及構(gòu)思理清思路。

（2）凝練創(chuàng)新一系列測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目。根據(jù)智能測控技術(shù)發(fā)展趨勢和人才需求，突破學科壁壘，沖破專業(yè)藩籬，凝練創(chuàng)新一系列集光、機、電、算為一體的創(chuàng)新型實驗項目［10］。研究創(chuàng)新型實驗項目各子項目間層次及知識點銜接關(guān)系，點對點地匹配實踐教學內(nèi)容及人才培養(yǎng)要求，設(shè)計開發(fā)創(chuàng)新型實驗項目優(yōu)質(zhì)配套資源，為創(chuàng)新型實驗項目順利開展提供基礎(chǔ)。

（3）形成一套“跟進式教育”理念下的創(chuàng)新型實驗項目實施方法。更新完善實驗項目網(wǎng)絡(luò)化資源，建立資源共享機制，積極落實精品課程建設(shè)。引入“跟進式教育”理念，探索創(chuàng)新型實驗項目實踐模式，有利于促進測控實驗室軟硬件平臺建設(shè)，暢通校內(nèi)外協(xié)同培養(yǎng)渠道，從而全方位保障創(chuàng)新型實驗項目實施。

2 創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)與實施

“跟進式教育”理念為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)指引了方向，而創(chuàng)新型實驗項目正是訓練學生創(chuàng)新能力、實踐能力和卓越素質(zhì)有效手段。隨著智能制造對高素質(zhì)、復(fù)合型測控人才需求日益增大，如何打破專業(yè)壁壘，整合相同實驗內(nèi)容，更新實踐教學方法，糅合新興技術(shù)在測控行業(yè)的應(yīng)用，總結(jié)和凝練一批符合地方行業(yè)特色的創(chuàng)新型實驗項目顯得日益緊迫。結(jié)合地方冶金行業(yè)特點以及本校測控專業(yè)實際，以更好地培育創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的“高素質(zhì)、復(fù)合型測控人才”為目標，從實踐教學體系構(gòu)建、創(chuàng)新型實驗項目開發(fā)、實驗平臺構(gòu)建和資源共享和“跟進式教育”理念實施幾方面出發(fā)進行“跟進式教育”理念下測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)與探索，加深“跟進式教育”理念影響，全面推進測控專業(yè)科學高效實踐教學體系構(gòu)建，提升創(chuàng)新型實驗項目優(yōu)質(zhì)資源質(zhì)量，促進全校測控相關(guān)專業(yè)互聯(lián)互通、資源共享，切實有效保證地方高校測控專業(yè)卓越人才培養(yǎng)工作順利開展。

2.1 創(chuàng)新實踐教學體系構(gòu)建

結(jié)合我院辦學優(yōu)勢及測控專業(yè)特點，測控專業(yè)實踐教學體系可按照精密儀器設(shè)計制造、工程光測技術(shù)、測控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用和虛擬儀器開發(fā)等4 個課程群展開，系統(tǒng)梳理課程群內(nèi)相關(guān)實驗項目，匹配知識點與國際工程教育《華盛頓協(xié)議》認證體系中對畢業(yè)生12 個標準素質(zhì)要求，從而為學院培養(yǎng)“工程應(yīng)用型、綜合能力型和科研創(chuàng)新型”三型人才提供保障［11］。測控專業(yè)實踐教學內(nèi)容體系如圖1 所示。在實踐教學內(nèi)容體系中，明確了學生每個階段能力達成目標。由于課程群內(nèi)各課程間存在內(nèi)在邏輯聯(lián)系和知識點銜接，可以將各課程群實踐教學內(nèi)容體系再進行細分。

圖1 測控專業(yè)實踐教學內(nèi)容體系

2.2 創(chuàng)新型實驗項目開發(fā)

測控技術(shù)與儀器專業(yè)學科交叉性強，工程實踐特性突出。在創(chuàng)新型實驗項目選題和開發(fā)過程中，結(jié)合華盛頓協(xié)議與工程教育專業(yè)認證對學生具有解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)要求，遴選一批基于生產(chǎn)實際具代表性的選題，串聯(lián)各課程群下相關(guān)實驗內(nèi)容，加大綜合性、設(shè)計性實驗比例，同時增設(shè)反映本專業(yè)前沿技術(shù)的拓寬類實踐環(huán)節(jié)，從而讓學生通過系統(tǒng)訓練，培養(yǎng)自身解決復(fù)雜工程問題的能力。例如，測控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用課程群中包括傳感器技術(shù)、數(shù)字圖像處理、機械工程測試技術(shù)、測控電路、機械工程控制基礎(chǔ)、機電傳動控制等課程，涉及測控系統(tǒng)中采集、處理、傳輸、控制等知識，實驗內(nèi)容包括傳感器應(yīng)用、機械測試電路設(shè)計、機電控制基礎(chǔ)及PLC 控制等。原所教授課程教師缺乏交流和溝通，各自為政，導致相關(guān)實驗缺乏連貫性和整體性，導致學生學完后缺乏系統(tǒng)地將各知識有機整合。為此，結(jié)合學校冶金行業(yè)背景和教師科研課題，設(shè)計開發(fā)了創(chuàng)新型實驗項目之一“帶式輸送機柔性傳送帶動態(tài)張力檢測與控制”，要求學生結(jié)合項目背景，搭建帶式輸送機動調(diào)速控制實驗平臺，建立輸送帶動力學模型，確定張力檢測方案及控制性能指標、選擇執(zhí)行機構(gòu)和控制芯片，并最終完成系統(tǒng)軟硬件設(shè)計與調(diào)試。同時，還開發(fā)了螺栓聯(lián)接狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)［12］、自動化電流體噴印平臺控制系統(tǒng)［13］等一系列創(chuàng)新型實驗課題。同理，精密儀器設(shè)計制造、工程光測技術(shù)和虛擬儀器開發(fā)課程群也分別設(shè)計開發(fā)了創(chuàng)新型實驗項目。創(chuàng)新型實驗項目開發(fā)體系框圖如圖2 所示。

學生通過創(chuàng)新型項目開展，將所學理論知識與工程實踐相結(jié)合，通過文獻查閱、方案設(shè)計與論證、技術(shù)經(jīng)濟分析、團隊合作、軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)、報告撰寫、答辯等一系列訓練，全面提升自身綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維，具備一定的解決實際復(fù)雜工程問題能力。

2.3 創(chuàng)新型實驗項目實施場所

創(chuàng)新實驗項目依托機械自動化學院開展。學院有良好的行業(yè)合作基礎(chǔ)和完備的軟硬件條件，能夠為創(chuàng)新型實驗項目開展提供充足的支撐和保障。學院1960 年辦學，目前擁有國家級機械實驗教學示范中心，教育部重點實驗室（冶金裝備及其控制教育部重點實驗室），省級重點實驗室（機械傳動與制造工程實驗室），湖北高校省級示范實習實訓基地、博士后創(chuàng)新實踐基地，設(shè)置了工程測控技術(shù)及儀器二級學科碩士點和測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)，建設(shè)和完善光學實驗室［見圖3（a）］、測控電路實驗室［見圖3（b）］、可重構(gòu)機電實驗室［見圖3（c）］等設(shè)備達到先進水平。

圖2 創(chuàng)新型實驗項目開發(fā)體系框圖

圖3 創(chuàng)新型實驗項目實驗平臺

2.4 “跟進式教育”理念實施

科技興國，人才強國［14］。在我國智能制造加速轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新的今天，高素質(zhì)高質(zhì)量智能制造人才培養(yǎng)任務(wù)顯得更加緊迫?！案M式教育”采用創(chuàng)新的思維及方式培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的本質(zhì)內(nèi)涵［15］，為地方本科院校測控專業(yè)卓越人才培養(yǎng)提供契機，有利于全面推動高校工程教育改革不斷深入。如何保證“跟進式教育”理念在測控專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中卓有成效？機械自動化學院結(jié)合學校冶金特色和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求，于2016年新增測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)，以培育“高素質(zhì)、高質(zhì)量、創(chuàng)新型”測控人才為目標，通過一系列舉措來保障創(chuàng)新型實驗項目順利實施。

（1）依托學校特色和地方區(qū)域優(yōu)勢，定期深入寶武集團、恒大集團、中冶南方等大型企業(yè)，挖掘智能制造測控領(lǐng)域新課題，開發(fā)創(chuàng)新型實驗項目，有利于打破校企間鴻溝，按照企業(yè)用人標準培養(yǎng)學生崗位技能和綜合技能。

（2）積極實施“人才強?！睉?zhàn)略，加快形成“引才、育才、聚才、用才”良好環(huán)境，①聘用高素質(zhì)中青年教師，選送部分新進教師進入武漢鋼鐵等制造企業(yè)或武漢測試測量局等管理部門工作1 年左右，積累先進的工程實踐經(jīng)驗；②邀請知名教授、權(quán)威專家，企事業(yè)骨干（杰出校友）來校講學，使學生貼近企業(yè)，使理論教學與工程實踐相融合；③建立校內(nèi)跨學科、跨院系教師及實驗技術(shù)人員教學研討平臺，定期開展教學研修、教學改革與創(chuàng)新等活動，提升教師開展創(chuàng)新型實驗項目的能力和水平；④注重遴選責任心強、科研項目多、學術(shù)水平高的老師擔任指導教師；⑤加強國家“千人計劃”“長江學者”“國家杰出青年”湖北省“百人計劃”“楚天學者計劃”等高層次人才培育，提升教師隊伍水平。

（3）設(shè)立國家卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、湖北省戰(zhàn)略性新興（支柱）產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃、拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃、精益班等試點班或特色班，選拔測控專業(yè)優(yōu)質(zhì)學生；2012 年正式實施“學分制改革方案”，學生可根據(jù)自身個性化需求“私人定制”創(chuàng)新型實驗項目。

（4）建立創(chuàng)新實驗項目專項基金，引導和鼓勵學生組合創(chuàng)新小組（4 ～5 人）申請專項資助，采用頭腦風暴法群體決策、分工合作完成創(chuàng)新型實驗項目布置的任務(wù)，整個流程實現(xiàn)開放式管理。

（5）設(shè)立助研助教崗，從優(yōu)秀的研究生中選拔責任心強的學生管理大學生創(chuàng)新工場、大學生創(chuàng)新活動室等創(chuàng)新實驗項目實施場所，方便學生及時開展創(chuàng)新型實驗項目研究。

（6）積極推進在線課程建設(shè)，依托“優(yōu)課在線”“愛課程”“學堂在線”“智慧樹”建立多門國家級精品課程。建設(shè)完善我校特色課程平臺，并于2017 年暑假在湖北省高校率先開設(shè)“假期課堂”，面向全校學生開放，滿足學生個性化需要。

（7）激勵專業(yè)教師從事創(chuàng)新型實驗項目開發(fā)，對驗收合格的項目，學校視同完成相應(yīng)級別教改項目；積極引導教師以“工匠精神”打造“金課”，優(yōu)先推薦教學名師、教學模范、教學新秀、教書育人標兵等榮譽；學生完成創(chuàng)新型實驗項目直接給予相應(yīng)級別素質(zhì)拓展學分，免試推薦碩士研究生時分別獎勵加分等措施，極大地調(diào)動了教師和學生開展研究創(chuàng)新實驗項目的主動性和積極性。

3 “跟進式教育”理念下創(chuàng)新實驗項目實踐與實施成效

3.1 創(chuàng)新實驗項目實踐過程

（1）項目實施前。教師帶領(lǐng)學生親臨項目相關(guān)企業(yè)現(xiàn)場，逐步引導學生深入實驗項目：①介紹項目應(yīng)用背景和技術(shù)要求，引出創(chuàng)新項目背景及意義；②根據(jù)項目目前研究現(xiàn)狀分析存在的問題，引導學生自主思考細化系統(tǒng)功能和要求，鼓勵學生拓展項目功能；③要求學生自主尋找解決問題的實施方案，鼓勵不斷創(chuàng)新，不斷引入新技術(shù)；④介紹查找信息資料、研究分析問題、設(shè)計仿真實現(xiàn)的基本思想和工作方法。

（2）項目實施中。注重對學生過程性指導，激發(fā)學生思想火花的碰撞和創(chuàng)新思維的形成：在項目實施過程中，鼓勵同一項目不同小組學生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，設(shè)計多樣化的實施方案。學生在充分查詢資料和實地考察的基礎(chǔ)上，對項目進行規(guī)劃和設(shè)計，明確各項功能和要求。制定技術(shù)方案，并根據(jù)人員狀況分工，制定實施計劃和時間進度。小組獲批創(chuàng)新實驗項目基金后，可自行購買實驗耗材、定制實驗機構(gòu)，老師則按學生設(shè)計方案，積極指導學生完成相應(yīng)細節(jié)設(shè)計與制作、檢查各功能模塊電路及系統(tǒng)軟硬件調(diào)試。最終完成軟件或硬件實現(xiàn)，并在現(xiàn)場實踐或在線監(jiān)測。工作過程中定期交流，積累技術(shù)資料，相互檢查監(jiān)督工作進度。

（3）項目實施后。根據(jù)企業(yè)用人標準建立學生綜合技能考評方案，強化創(chuàng)新型實驗項目階段性管理。重點鍛煉學生項目進展過程報告撰寫能力，方法是：在啟動創(chuàng)新型實驗項目前部署階段性報告作用和要求，讓學生在實驗過程中及時記錄所發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案，總結(jié)實驗現(xiàn)象、得出控制規(guī)律，以便研究成果的整理與發(fā)表；加強實驗總結(jié)報告過程管理，嚴格總結(jié)報告撰寫與審核等工作，確保實驗圍繞主題來研究；強化報告質(zhì)量要求，通過實驗報告評審和答辯加強質(zhì)量檢查，防止抄襲造假，通過優(yōu)秀報告評選，激勵學生提高實驗報告質(zhì)量和水平。

3.2 創(chuàng)新實驗項目實施成效

“跟進式教育”理念下測控專業(yè)創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)通過緊跟國家智能制造發(fā)展趨勢及技術(shù)需求，匯總凝練更多多學科交叉融合創(chuàng)新實驗項目，豐富教學內(nèi)容，拓寬教學深度和廣度。同時，該創(chuàng)新型實驗項目開展引入“跟進式教育”理念，充實了創(chuàng)新實驗項目內(nèi)涵建設(shè)，為開拓卓越素質(zhì)人才培養(yǎng)模式提供了一種新的思路。該創(chuàng)新實驗項目實施注重打破校園與企業(yè)間鴻溝，讓學生充分利用學院現(xiàn)有實驗教學平臺開展相關(guān)實驗，解決企業(yè)智能制造測控相關(guān)技術(shù)需求，實現(xiàn)校企間測控專業(yè)人才培養(yǎng)的無縫銜接。另外，學院制定完善了創(chuàng)新實驗項目激勵措施，鼓勵高素質(zhì)拔尖人才對創(chuàng)新實驗項目深挖和創(chuàng)新。通過流動助教、流動助管形式參與相關(guān)創(chuàng)新實驗場所管理，有效提高學生參與實驗程度；通過基金資助形式促進了創(chuàng)新實驗項目成果化；進一步遴選高質(zhì)量高素質(zhì)測控卓越人才參與大學生創(chuàng)新計劃項目和科技競賽活動，有效激發(fā)學生參與學習的激情，增強學生自我發(fā)展能力和卓越素質(zhì)培養(yǎng)。

隨著機械自動化學院創(chuàng)新型實驗項目建設(shè)與應(yīng)用，以及“跟進式教育”理念灌輸滲透，極大提高了地方高水平大學測控專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，為滿足國家智能制造發(fā)展提供強有力的人才保障。在實施創(chuàng)新型實驗項目短短2 年間，獲批“工程測控技術(shù)及儀器”碩士點1 個，與相關(guān)企業(yè)共建實驗室8 個，強化了教師隊伍建設(shè)（教師承擔產(chǎn)學研項目10 項，國家重點研發(fā)儀器項目1 項，國家自然科學基金項目8 項），提高了測控專業(yè)學生人才培養(yǎng)質(zhì)量［通過創(chuàng)新型項目探究，我院學生獲國家級、省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目14項，在全國“挑戰(zhàn)杯”大賽、機械設(shè)計創(chuàng)新大賽、中國工程機器人大賽（Robowork）等競賽中成績突出，發(fā)表論文30 多篇（其中大部分發(fā)表于Sensors、PHOTONIC SENSORS、Int J Adv Manuf Technol 等SCI 期刊）］，深化了制造行業(yè)“科教興國、人才強國”戰(zhàn)略意識，實現(xiàn)了地方高水平大學測量專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量跨越式發(fā)展。

4 結(jié) 語

我校機械自動化學院以“跟進式教育”理念創(chuàng)新實驗項目建設(shè)，加深測控專業(yè)人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變與機制創(chuàng)新，提升了地方高水平大學人才培養(yǎng)水平，現(xiàn)已取得較好的效果。創(chuàng)新型實驗項目的實施過程對其人才培養(yǎng)的內(nèi)涵、創(chuàng)新實驗平臺構(gòu)建及“跟進式教育”模式創(chuàng)新都有一定的促進作用，它是“跟進式教育”理念與人才培養(yǎng)科學化、規(guī)范化、高效性目標相結(jié)合的一次富有成效的探索與實踐。