電氣工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)研究
——以西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽為例

文/高哲

學(xué)科競賽為大學(xué)生提供了工程訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會(huì)，以賽促學(xué)、以賽促練、以賽促用的模式漸漸成為高校引導(dǎo)工科學(xué)生提升創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要途徑。以電氣信息類的學(xué)科為例，當(dāng)下競賽形式多樣，內(nèi)容廣泛，例如電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、智能車競賽、PLC設(shè)計(jì)大賽等。各類競賽涉及知識領(lǐng)域較為廣泛，著重鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[1]。諸多專業(yè)競賽的舉辦拓寬了學(xué)生的專業(yè)視野，對學(xué)生就業(yè)、出國和研究生面試等方面產(chǎn)生了重要影響，各專業(yè)在重要學(xué)科競賽中取得的成績也成為教學(xué)評估中評價(jià)專業(yè)辦學(xué)能力的重要指標(biāo)[2]。鑒于許多高校已經(jīng)將學(xué)科競賽作為培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要載體和有效措施，因此，高校亟需建立起完備的競賽培養(yǎng)模式，進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)科競賽在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的作用[3]。

西門子杯大賽在工業(yè)4.0背景下提出新工程師概念，致力于培養(yǎng)中國智能制造業(yè)的高級人才，通過組織學(xué)生參加西門子杯競賽，鍛煉電氣專業(yè)學(xué)生的對實(shí)際工程的分析能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力[4]。下文通過總結(jié)歷年學(xué)生的參賽經(jīng)驗(yàn)，以西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽為例，探討培養(yǎng)學(xué)生參與學(xué)科的管理方法和創(chuàng)新實(shí)踐能力的方法。

一、專業(yè)學(xué)科競賽過程中存在的問題

西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽中涉及的學(xué)科知識較多，針對實(shí)際工程提出的問題較為復(fù)雜，對于參賽大學(xué)生具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性[5]。

首先，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力以及專業(yè)素養(yǎng)較低。由于在競賽的過程中學(xué)生需要學(xué)習(xí)的知識較多、競賽準(zhǔn)備的周期長，因此參與競賽的學(xué)生一般以各類專業(yè)大二學(xué)生為主。但是，低年級學(xué)生的專業(yè)知識儲備少，理論知識和實(shí)際能力相比于高年級的學(xué)生較弱。

其次，學(xué)生的組織溝通能力較差。以西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽為例，競賽往往需要多名學(xué)生組隊(duì)參加。在整個(gè)賽程中，參賽選手需要長期共處、共同協(xié)作完成競賽項(xiàng)目，這對選手的組織溝通能力以及協(xié)作分工能力提出了較高的要求。

再次，競賽選用的設(shè)備更新不及時(shí)。西門子杯的智能制造工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用類的競賽評價(jià)是競賽設(shè)備給出的評分系統(tǒng)。由于每年大賽的主題會(huì)進(jìn)行更新，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的硬件以及軟件系統(tǒng)也需要隨時(shí)進(jìn)行更新，高校的前期投入在很大程度上影響了競賽的質(zhì)量。

最后，參賽人數(shù)增多導(dǎo)致選拔困難。西門子競賽以某個(gè)工程項(xiàng)目為背景，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程中遇到的問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。隨著競賽影響力不斷擴(kuò)大，參賽學(xué)生的數(shù)量逐年增加。

二、專業(yè)學(xué)科競賽的管理方法

針對上述問題，根據(jù)近年來組織學(xué)生參加這一競賽的經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)生參加學(xué)科競賽管理方面，應(yīng)該采用上下屆傳幫帶形式，有計(jì)劃有政策地提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與競賽的積極性。

充分發(fā)揮學(xué)生社團(tuán)組織的力量，將科技競賽與學(xué)校社團(tuán)活動(dòng)相結(jié)合，借助學(xué)校、學(xué)院團(tuán)委，建立相關(guān)學(xué)生活動(dòng)社團(tuán)，積極宣傳學(xué)科競賽的宗旨。通過社團(tuán)活動(dòng)不斷提高學(xué)科競賽在學(xué)生心目中的影響力。遼寧大學(xué)輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院由學(xué)院團(tuán)委牽頭，通過成立“遼寧大學(xué)智能制造社團(tuán)”，從多渠道開展社團(tuán)學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過開辦競賽專題講座、經(jīng)驗(yàn)交流等活動(dòng)，積極引導(dǎo)學(xué)生參加競賽，實(shí)現(xiàn)了參加西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽從指導(dǎo)教師找學(xué)生參加競賽，到學(xué)生主動(dòng)參加報(bào)名的轉(zhuǎn)變，報(bào)名參加的學(xué)生不斷地增加。遼寧大學(xué)于2018年設(shè)立了西門子Campus-Hub學(xué)習(xí)中心，積極組織優(yōu)秀的學(xué)生學(xué)習(xí)先進(jìn)的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法，選擇曾經(jīng)參加過競賽并且取得優(yōu)異成績的高年級學(xué)生作為社團(tuán)的負(fù)責(zé)人和學(xué)習(xí)中心的學(xué)生負(fù)責(zé)人，將競賽經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的知識體系傳授給低年級的參賽學(xué)生。

遼寧大學(xué)與西門子公司于2012年共同建立了遼寧大學(xué)——西門子先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)合示范實(shí)驗(yàn)室，占地300平方米。該實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)備包括西門子1200、300、400系列PLC及其控制系統(tǒng)，融合了西門子全集成自動(dòng)化的理念，為學(xué)生開展西門子杯競賽提供了實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該實(shí)驗(yàn)室的SMPT1000實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺是一套高級多功能的過程控制綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包括以鍋爐為控制對象的半實(shí)物仿真、400系列PLC控制器和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，控制通訊方式采樣的Profibus以及工業(yè)以太網(wǎng)的通訊方式[6]。該設(shè)備可以進(jìn)行工程賽項(xiàng)的賽前練習(xí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備每年對參加流程工業(yè)賽項(xiàng)的學(xué)生提供開放式學(xué)習(xí)平臺，給參賽學(xué)生提供一套完整的賽題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，鍛煉學(xué)生的實(shí)際編程、控制器設(shè)計(jì)及其通訊系統(tǒng)開發(fā)等工程實(shí)踐能力。

為了選拔出更加優(yōu)秀的學(xué)生參加競賽，學(xué)校近年來舉辦了多期校內(nèi)選拔賽。校內(nèi)選拔賽分為筆試和上機(jī)兩部分。筆試部分包括控制算法、流程工業(yè)自動(dòng)化的基本工藝、PLC基本編程方法以及賽題設(shè)計(jì)初步方案。上機(jī)部分完全仿照大賽的競賽流程進(jìn)行，分為賽前練習(xí)部分和機(jī)器自動(dòng)評分兩部分，競賽環(huán)節(jié)包括檢錄、宣讀競賽規(guī)則、賽前調(diào)試、自動(dòng)跑分和競賽成績確認(rèn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過校內(nèi)選拔賽的形式熟悉西門子杯競賽的基本流程，增強(qiáng)學(xué)生在正式競賽過程中處理突發(fā)問題的能力。

遼寧大學(xué)西門子校園學(xué)習(xí)中心每年都組織參賽學(xué)生定期學(xué)習(xí)西門子競賽涉及的相關(guān)學(xué)科知識。賽前準(zhǔn)備階段，學(xué)習(xí)中心通過播放視頻、建立討論組、以及上機(jī)指導(dǎo)等形式組織參賽學(xué)生學(xué)習(xí)和討論。賽前階段，各賽事參賽學(xué)生不分組別一起學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識和設(shè)備的使用方法，同時(shí)也為參賽學(xué)生提供互相了解和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。參賽學(xué)生通過前期階段的互相磨合，可以自由分組調(diào)試競賽賽題的編程，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同合作和組織能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參賽熱情。

三、競賽實(shí)踐教學(xué)成果

遼寧大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生從2014至今共參加了5次西門子杯競賽，累計(jì)參加學(xué)生70余名。在師生積極準(zhǔn)備和共同努力下，獲得遼寧省省賽特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)15項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，并且獲得全國總決賽特等獎(jiǎng)1項(xiàng)和三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。連續(xù)三年，學(xué)校指導(dǎo)教師獲得5項(xiàng)遼寧省優(yōu)秀指導(dǎo)教師稱號。

學(xué)生通過參加西門子杯智能制造挑戰(zhàn)賽，增加了自己的工程創(chuàng)新能力，學(xué)習(xí)了智能制造行業(yè)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。通過分析實(shí)際的工程項(xiàng)目，解決智能制造工程中出現(xiàn)的問題，學(xué)科競賽真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)校學(xué)生和企業(yè)生產(chǎn)制造的零距離的學(xué)習(xí)與實(shí)踐。另外，學(xué)生總結(jié)了在競賽中遇到的問題和不足，把一些實(shí)際問題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)項(xiàng)目的延續(xù)，在競賽中不斷拓展和完善學(xué)習(xí)成果，其中兩組對競賽結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析和總結(jié)，發(fā)表了2篇核心期刊論文。

為了激勵(lì)學(xué)生廣泛參與各類學(xué)科競賽和科研活動(dòng)，2018年遼寧大學(xué)發(fā)布《推薦優(yōu)秀應(yīng)屆本科畢業(yè)生免試攻讀研究生工作實(shí)施辦法》，對于獲得國家級一等獎(jiǎng)競賽的優(yōu)秀學(xué)生予以保研資格。目前，已有一名獲得西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽遼寧賽區(qū)一等獎(jiǎng)的優(yōu)秀本科生獲得保研資格。此外，學(xué)生參加這一競賽增強(qiáng)了動(dòng)手實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題的能力，也克服了學(xué)生在深造攻讀碩士研究生學(xué)位和就業(yè)方面的難題，為學(xué)生提供了具有工程創(chuàng)新能力的有效證明。參加過西門子競賽的多名學(xué)生分別被保送到了哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)、湖南大學(xué)、東北大學(xué)等雙一流高校，一名學(xué)生直接就職于西門子(中國)有限公司西安分公司。通過積極引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，不但可以提高工科學(xué)生工程創(chuàng)新能力，為中國的智能制造提供高端人才，而且在學(xué)生的工作和保研中發(fā)揮了積極作用。

四、結(jié)語

結(jié)合遼寧大學(xué)歷年來組織學(xué)生參加西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽的經(jīng)歷，分析了大學(xué)生參加電氣信息類專業(yè)學(xué)科競賽中遇到的問題以及解決方法，總結(jié)了該校近些年來在西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽取得的成績和競賽經(jīng)驗(yàn)及其在學(xué)生保研就業(yè)等方面所起的作用。通過參加西門子杯這類電氣信息類學(xué)科競賽鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，提升了學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識，符合創(chuàng)新型應(yīng)用電氣信息類高級人才的培養(yǎng)創(chuàng)新條件。