控制工程专业实践教学建设探析论文

控制工程专业实践教学建设探析论文

　　摘要：在分析了影响院校实践教学质量的制约因素的基础上，结合控制专业人才培养和实践教学的探索，介绍了在“双师型”教员队伍构建、递进式教学实践体系和实践教学条件平台建设等方面的思路和有益尝试。

　　关键词：双型型教员;实践教学;能力培养;控制工程专业

　　1制约实践教学质量提升问题的分析

　　军队学历教育院校是军事人才培养的重要基地，在三位一体的新型军事人才培养体系中侧重于学员基础知识的积累，注重综合素质、学习能力和创新能力的养成，并在此基础上培养学员基本岗位任职能力。其中，实践教学是影响院校人才培养质量的关键因素，但目前的院校教育中存在一定的问题制约了实践教学质量的提升，主要表现在以下方面：

　　(1)对实践教学的主体认识不足，不同程度地存在“重理论、轻实践”的观念，实践教学地位仍有待进一步提高。

　　(2)实践教学无固定编制，缺乏具有丰富工程经历、实践能力强、教学水平高的双师型教员。

　　(3)实践教学投入不足，实验设备和教学装备数量少，不成体系，专业实践教学的开展受到较大限制，实施效果不理想。

　　(4)实践教学多随理论课程设置，在性质上以课程实验和验证式实验居多，缺少综合性和创新性实践机会;在体系上前后缺少关联性，各门课程的实验内容相互独立，交叉联系少，学员的实践实验学习缺少关联性，效果有限[1-3]。分析以上问题，其主要原因可归纳为2个支撑条件和1个目标的缺失：2个支撑条件是实践教员队伍和实践教学条件，1个目标是实践教学体系与内容规划目标。针对以上问题，为提升学员培养质量，多年来在导弹控制专业人才培养过程中总结、探索和践行了“夯实基础、注重实践、强化能力、追求创新”的教学理念，力求使学员在掌握扎实理论知识的基础上，通过系统的实践教学促进理论知识转化和吸收，培养和提高学员的工程实践能力和创新精神。

　　2构建“双师型”实践教学教员队伍

　　在实践教学中缺少具有丰富工程实践经历、实践能力强的教员，是国内工科高校普遍存在的问题，如北京工业大学的一份调查显示，他们近5年来到校任教的几百名青年教员中，缺乏工程实践背景的占80%左右。这与高校师资引进政策、高校对教员工作评价指标体系、教员教育教学观念等有着直接的关系[4-6]。在军队院校也存在类似问题，如年轻教员虽然普遍具有博士学位，但在博士学习与工作中由于评价机制原因，造成了他们将绝大部分精力与时间用于理论研究和发表学术论文，使得工程实践经历与能力欠缺，在装备教学中只熟悉操作流程，缺少工程能力与经验，无法从深层次上发现和解决装备使用中存在的问题，也造成院校教学科研创新力不足[7-8]。因此，在该种模式下教员的实践教学更多的是纸上谈兵或按章操作，无法将理论知识转化为实际应用，也就无法有效地指导学员开展实践创新。因此，培养一批动手能力强、具有良好“工程师”素质及较强理论基础的“讲师”功底的“双师型”教员队伍，是保障和提高工科院校人才培养质量的关键。2.1人员选拔在新教员选拔上，一是人员的来源要合理布局，一般遵循“33原则”较为合理，即一部分自主培养、一部分来自其他部队院校或部队人员、一部分地方院校培养人员，以便于融合发展和取长补短;二是人员的专业研究方向要贴近工作岗位需求，由于控制学科范围宽广，不同研究方向间差别巨大，所以在具体人员选拔上要选择专业方向与实际工作岗位相同(相近或交叉学科)，并有一定研究基础的毕业生，避免研究方向相差过大，无法有效胜任岗位工作，造成人才浪费。2.2人员培养著名科学家钱伟长就曾指出，“你不教课，就不是教员;你不搞科研，就不是好老师”，因此必须重视实验室和科研工作在教员培养中的作用[9]。

　　新教员到位后依据教研室和个人实际情况安排到实验室或课题组工作，使其理论知识同实践、科研结合，推动能力培养与科学研究相互促进。通过实验室建设、维修和科研活动，不但可以使教员得到工程实践的锻炼，逐步培养“工程师”的基本素养，还可以保持对行业内最新发展状态的跟踪和掌握，有助于加深对本专业的知识理解和把握，构建知识体系的大格局，进而依据研究和工作过程中的心得体会把课程讲精讲透，而不是按照教材照本宣科。鼓励教员扩展视野，创造对外交流机会，合理借助工业部门做好“借船出海”的工作。受制于院校条件建设的不足，部分研究项目在院校只能开展理论研究工作，无法和实际工程相对接，往往流于纸上谈兵。而地方工业部门长期从事装备工程化研制和生产工作，其特点是不善于理论创新，但研究条件齐全、工程背景深厚，适合在研发过程中锻炼人员的工程实践能力。根据此特点，为弥补现有实践条件的不足，教研室先后派多人到航天部门进行中短期进修和项目合作研究，以工程型号为依托开展学习与研究，使教员工程能力得到锻炼和提高，效果明显。

　　2.3人员使用在教员的使用上主要是做好3个结合和1个引导，即同科研工作结合、同实验室建设与维护结合、同实践教学和第二课堂相结合，以及发挥学科带头人的领军和指引作用。新教员在授课的同时必须兼职实验室工作，参与实验室建设和日常的设备维护维修，通过该过程熟悉装设备和增强工程实践能力;鼓励教员走进实验室，积极开展实验教学研究，开发综合性、设计和创新性实验项目或第二课堂活动，如组织学员在2010年开始参加“飞思卡尔”全国大学生智能汽车竞赛、2013年开始参加国际大学生空中机器人大赛(亚太赛区)比赛。通过项目实施、共同研究和研讨的过程，对于教员和学员都收获颇大。在科研上不是“搭梯子和拔苗式”的方式，而是通过“压担子”促使新教员工作中学习和自我成长;在团队内部形成良性的竞争和激励机制，鼓励和帮扶创新思维与措施，鼓励自主创新，发挥每个人的自主性和积极性。在此过程中发挥学科带头人的领军和指引作用，通过引导的方式帮助年轻教员解决成长过程中的方向感缺失问题，同时引导其扩大视野，提升总体认知能力。通过多年来坚持在人员选拔、培养和使用等3个环节的教员培养工作，相当一批导弹控制专业教员具备了“工程师”的基本素质，逐渐成长为“双师型”教员，较好地解决了实践教学师资力量缺乏的问题。

　　3构建复合型实践教学体系内容

　　由于军队院校学历教育院校的特性，控制专业学员既要具有扎实的基础知识以及系统的专业知识、方法论和工程技术知识，以便适应未来职业发展的需求，同时又要学习装备使用与维护技能，满足岗位任职需求。因此，在实践教学体系构建上，必须兼顾学员的专业综合能力培养和未来任职岗位2方面需求，保证人才培养方案的系统性和完整性[10-11]。否则，单独侧重一个方面将会使学员缺少装备维护能力无法适应岗位任职需要，或者由于知识面狭窄、技能单一，只能适应单一或少数的职业岗位工作要求，成为技师或者操作员，缺乏在工作上不断学习和自主创新的能力。根据学科特点和人才培养模式的总要求，在多年的教学基础上总结出了“扎实基础、强化实践、面向应用、突出能力”的导弹控制专业人才培养思路和实践教学体系3.11条主线1条主线是以控制系统和测控技术贯穿始末，以控制科学与工程一级学科下的几个相关二级自动化和相关交叉方向作为实践活动的主要内容，所有实践活动依托此主线开展，达到4年实践教育的系统性和知识传承的不断线，使学员在内容关联和逐层递进的实践中不断熟悉和掌握控制专业知识，达到由浅入深、由简到难的学习效果，不断提高实践与创新能力，避免了以往不同实践课程内容上没有联系，学员学习缺少系统性，造成前后遗忘、效果差的结果。

　　3.22个目标2个目标即是以培养工程实践能力和部队岗位任职能力为需求牵引和目标，兼顾学员未来长期发展和毕业后岗位任职需要。由于控制一级学科的范畴很大，导弹控制专业所设置的实践课程体系应在满足控制系统一般性的前提下，以导弹武器装备和岗位任职需求为牵引进行设置，主要以“导航制导与控制、检测技术和自动化”2个二级学科知识点为主进行设置，建立以部队岗位能力需求为导向、以能力为本位的实践教学内容体系。3.34种层次及6个模块4种层次是将学员的实践培训分为4种层次，即基础实践、专业实践、综合实践和装备实践，依据需要分段或者交叉实施。6个模块主要是依据内容划分(参见图1)。第一层次为基础实践，对应6项模块中的专业实践与课程实验，目的是进行实验基础培养，增强工程意识。该层次主要依托基础课程实验(如自动控制原理、控制元件、模拟电子线路、数字电子线路、电路、计算机软硬件等相关课程)和实验室的通用仪器设备开展，通过让学员接触控制专业相关专业的知识、仪器和实验设备，使其初步具备一定的控制思想、软硬件基础和工程概念，能用所学知识搭建简单的控制设备，进行电路设计、安装、调试等工作，主要为验证性实践活动。第二层次为专业实践，对应6项模块中专业实践与课程实验和第二课堂，目的是增强实践及认知能力的训练与培养。

　　该层次主要是依据岗位需求在“导航制导与控制、检测技术和自动化”2个二级学科方向开设必要的课程实践和第二课堂。如“惯性系统与组合导航”“计算机控制”“检测技术”和“导弹控制系统”等，在该阶段除了课程实验外，实验室均对学员自由开放，可以在教员组织下开设综合训练项目，也可以自主组合设计一些实践系统展开第二课堂活动。如“程控仪器温控系统”就是在教员组织下的一项综合性专业训练，是将检测技术和计算机控制有机结合，利用实验室的程控总线仪器平台(VXI、LXI和GPIB总线)读取传感器信息，在主控计算机中编程并对采集的数据进行PID处理后，通过总线仪器给出执行机构的控制指令，达到控制水温的目的。该实践科目完成了信号采集与变换、传感器应用、总线仪器操控、PID算法等多项专业训练，既可以加深对总线仪器工作原理及操控方法的理解与掌握，又合理地与控制专业课程相结合，达到了学习知识和培养能力的双重目的。第三层次为综合实践技能培养，对应6项目模块中的综合设计、第二课堂和毕业设计。其目的是培养学生对所学的专业知识和基本技能的综合应用，侧重于系统思维、创新思维、综合能力的培养。如近几年第二课堂活动中主要是组织学员参加全国大学生智能汽车竞赛和国际空中机器人大赛(亚太赛区)比赛，通过设计、制作各种智能自主控制电动车和自主控制旋翼无人机系统，在系统分析、建模、仿真、机械电气设计、软件设计、硬件设计与集成、控制算法设计、模式识别、可靠性设计等一系列知识点上进行综合与运用，是集综合性、设计性和应用性于一体的系统实践训练，可使学员在系统性实践过程中学习与运用专业知识、提高工程实践和知识综合运用能力、激发创新欲。第四层次为装备实践，对应6项模块中的实习实做和装备维护，侧重于培养学员的岗位任职能力和应用工程知识解决装备使用维护的能力。该层次主要是依据装备训练需求开设相应的装备使用维护课程，并通过部队实习、演习和装备承制厂实习，培养学员岗位实践操作技能，强化军械保障规范意识和安全意识。

　　总之，以岗位需求为牵引，以控制系统与测控技术为主线，坚持实践训练内容和知识点的连续性，通过不同模块的渐进式训练使学员对所学知识融会贯通，可全面提高学员的理解、分析、动手和创新能力，实践证明效果良好.

　　4优化和完善实践教学平台

　　实验室是承担和完成高水平的教学、科研和技术服务任务的基础条件，是院校教学和科研活动的一支重要力量，是学科与专业建设发展的助推器，也是实践教学的基础和关键支撑[12]。结合人才培养方案和实践体系教学规划，系统梳理了学员从入学到毕业不同阶段的实践教学需求，分析了不同类型实践教学的资源配置要求，按照完备适用、适度超前的原则规划和定位了实践教学平台构成与功能，形成了基础教学实验室、综合教学实验室、科研教学实验室、专业教室与装备分机实验室、装备训练中心、部队实习基地构成的“六合一”的实践教学平台。其中，前4项主要是围绕工程能力和创新能力培养而建设，后2项是围绕任职岗位需求，构建装备实践教学条件。为切实培养学员的工程实践能力和动手能力，实践平台的建设原则是尽量少用虚拟、多用实际系统，注重信息的深度挖掘，提升技术层次。基础教学型实验室主要承担训练学员课程实验的基本操作、基本仪器使用以及基本理论的实验验证等任务，如控制原理实验室、惯性器件实验室、测试总线仪器实验室等，具有任务单一、设备和场所固定不变等特点。综合教学型实验室主要训练与引导学员去发现问题、独立运用与掌握知识，并通过综合实践环节锻炼学员的创新能力、工程实践能力、自主学习能力和发现问题解决问题的能力，从而大幅提升其综合素质。该类实验室一般提供一定数量的基础性仪器、仪表设备和各种传感器与控制器件，支持学员按照自主设计的要求完成一个工程系统的设计、制作和调试验证工作。实验室仪器设备和物品没有一个固定的模式，完全由学员按照自己意愿进行组合或者集成，完成一个系统的搭建与调试，典型代表有“控制系统综合设计实验室”。科研教学型实验室的主要功能是支持基础型和应用型科研工作，同时兼顾为教员、研究生和部分高年级本科生提供研究和实习场所，使其在科研活动中得到锻炼和能力提升。专业教室和装备分机实验室的主要功能是满足装备原理和故障分析的教学实践任务，如某导弹控制系统分机实验室配置有典型型号的分机、测试设备、数据信号录取和分析设备，既可以满足初级的分机拆解、通电检测教学训练，也可在检测过程中依靠仪器设备完成装备工作过程中数字与模拟信号的自动录取、回放和智能信号处理等深度信息挖掘工作，使原有的抽象的系统剖析和故障分析工作，可以利用各种信号、信息对比清晰地展现出来，可满足各个层次的装备原理和故障分析教学。装备训练中心主要配置成套的武器系统，满足装备操作和维护教学任务。实习基地则是根据岗位任职需求，选取合适的部队作为装备实习基地。

　　5结语

　　对怎样提高学历教育本科导弹控制专业的人才培养质量进行了一系列的探索和实践，初步建立了教员队伍、实践条件和实践体系三位一体的联合建设思路，取得了一些改革经验，但尚存在许多不足之处。实践教学和相关体系建设与改革是一项长期的任务和过程，需要在实践中不断摸索切实可行的方法，今后随着院校改革和人才培养模式的转变，将继续探索和改革，力争提升工程技术类学员的培养质量。

　　参考文献

　　[1]穆春阳，张春涛，李茂强，等.产学研模式下工科专业实践教学体系与机制建设研究[J].科技视界，2015(35)：18-20.

　　[2]杨金萍，王静，裴东生，等.面向复合型人才培养的材料类专业实践教学创新模式的探讨[J].中国教育技术装备，2015(8)：145-146.

　　[3]张晓龙.面向应用型人才培养的软件工程课程改革与实践[J].计算机教育，2010(5)：10-13.

　　[4]李晨，朱利，杜小智，等.软件工程专业的硬件实验教学模式探索[J].计算机教育，2014(9)：24-27.

　　[5]张光斗.工科大学的培养目标和培养模式[J]，高等工程教育研究1996(3)：7-10

　　[6]熊伟，洪玫.大学本科软件工程专业建设的探索与实践[J].理工高教研究，2010，29(1)：59-61.

　　[7]吴雪艳，安振涛.基于能力培养在军校专业课中加强实践教学模式的研究[J].教育教学论坛，2013(3)：226-228.

　　[8]潘丹青，杨小劲.应用型本科电子信息工程专业实践教学体系建设研究[J].教育观察，2015，9(21)：113-115.

　　[9]龚克.天津大学关于“卓越工程师”培养的思考与探索[EB/OL].(2010-08-02).

　　[10]潘懋元.中国高等教育的定位、特色和质量[J].中国大学教学，2005(12)：4-6.

　　[11]姜煜林.应用型本科院校实验教师队伍存在的问题及对策[J].教育与职业，2008(32)：53-56.

　　[12]陈鹏勇.创新实践教学模式培养高素质创新人才[J].中国大学教学，2010(5)：83-85.

　　作者:李瑞涛 周绍磊 史贤俊 徐胜红 单位:海军航空工程学院控制工程系