摘要：工程训练是新工科教育背景下创新人才培养的重要手段。传统的自动化类专业工程训练课程体系的各个实践教学环节之间相互独立，创新培养体系无法形成统一。通过开展工程训练课程的供给侧结构性改革，以智能系统作为统一对象，以虚实结合作为统一原则，以主动学习作为统一手段，可以实现工程训练课程体系的一体化设计，最大限度地增加学生的学习留存率，提高创新人才的培养质量，提升学生的工程实践能力。
关键词：自动化类专业；工程训练；课程体系
一、新工科教育背景下的创新人才培养形势分析
在科技进步日新月异的大发展时期，在世界一流大学、世界一流学科建设的大调整下，突显出面向现代化、面向未来培养创新人才的迫切需求。新形势下教育的供给侧结构性改革使得教育质量指向学习效果：从关注“教育投入”到关注“教育产出”[1]；由关注“教师是否教得好”到关注“学生是否学得好”[2]；由关注教学过程转向关注毕业生的能力和发展[3]。时展需要将应用理科向工科延伸，传统工科向信息化、智能化方向改造，工科推动医、法、经、管快速发展，优势工科向深度、广度进军，即新工科时代到来。自动化学科是工科专业中最具新工科发展潜力的专业之一，其教育质量与未来国家创新人才需求直接相关。创新型培养模式激发一系列课程体系、教学手段和方法的变革。美国缅因州国家训练实验室提出的学习金字塔理论指出[4]，原有的“听讲”方式学习效果最低，两周后只有5%的学习留存率，而“主动学习”可以保留90%的学习内容。因此，为了保证学习效果，参与式学习及实践学习是新形势下必不可少的学习方法，也是新形势下培养具有创新精神和实践能力的重要手段。工程训练课程是完成素质教育和创新型人才培养目标的重要实践教学环节[5]。该课程以实际工业环境为背景，带动学生掌握产品全生命周期过程，更能体现工程综合能力、工业制造技术和工程文化内涵。面向“中国制造2025”的智能制造时代，亟须在工程训练过程中培养学生高端制造的工程实践能力，具备全面的工程素质，建立质量、安全、效益、环境、服务等系统工程意识，紧密结合后续的自动控制基础和专业课程，为创新能力培养提供保障[6]。
二、工程训练课程体系一体化设计思路与创新
（一）以智能系统为统一对象，贯穿工程训练课程体系
以智能系统作为统一对象贯穿工程训练课程体系，内容上包括金工实习、电子工艺实习、生产实习、专业核心实践课等实践环节，涉及系统的机械化、电气化、信息化和智能化四个层次，使学生能够更加充分、全面地了解研究对象，有助于在工程训练过程中多角度、全方位培养学生的分析能力与创新能力。1.金工实习重点在于认识智能系统的机械化构造、制造工艺、技术，构建机械化对象。金工实习以传统加工工艺如铣工、钳工为基础，辅以一定的现代化特种加工工艺，制造自动控制系统的被控对象，设计中通过作品展示的形式提升学生对工艺制造的荣誉感。2.电子工艺实习从电气化角度服务于机械系统。借助电路、电子等专业基础课程，掌握控制系统电路的设计流程，完成智能控制系统原型设计。在实习过程中需掌握常用的电子元器件特性、电路制作、焊接、调试等各个环节，为自动化专业的控制理论学习打下基础。3.专业课程学习深化电气系统应用。电子工艺实习的作品可以作为专业课程学习的对象。自动化专业的两大核心课程中，“自动控制理论”负责讲授自动控制的原理及设计方法，“自动控制实践”负责锻炼学生设计及实现控制系统的过程。两者相辅相成，相得益彰。4.生产实习将控制系统向信息化、智能化延伸，辅以一定的控制专业课、创新创业实践课程，完成产品的工程化、产业化、智能化提升，以创新驱动思想提高产品的市场竞争力，同时负责智能制造过程中的检测、环境、安全问题，使学生对现代化生产过程有全新的理解与认知，真正做到学以致用，创新推动发展。
（二）以虚实结合作为统一原则，完善工程训练课程体系
本着“虚实结合”“能实不虚”的统一原则，从认知过程角度将工程训练课程体系分为工程认知、工程训练和工程创新三个层次。1.工程认知以高端制造和智能制造为主线，通过多媒体展示、现场演示讲解、虚拟仿真等方式，让学生理解高端及复杂制造过程，特别对于学科交叉处的认知环节，培养基本工程意识和工程素质。2.工程训练在掌握基本制造知识的基础上，具备高端制造操作技能。了解新工艺、新技术在现代制造中的地位和作用，训练应用先进制造技术进行设计、制造、策略和检验的工程实践能力。3.工程创新以智能制造为背景，让学生在工程训练的过程中，采用逆向工程等方法进行创新设计，以提高学生分析问题、解决问题的能力，培养创新思维能力、团队意识、管理能力等。
（三）以主动学习作为统一手段，提升工程创新实践学习成效
根据金字塔模型，增加讨论、实践、教授等主动学习模式，保证学习效果。1.改进课程教学模式，以主动学习带动被动学习、主动学习与被动学习相互交叉等方式，通过参与式学习促进学习效果的提升。2.以完成产品的形式提升主动学习积极性，通过一体化设计模式，做中学、学中做的方式能够保证专业核心课学习留存率，以产品的市场竞争力为创新驱动原动力，提升学生的创新创业能力。
三、自动化类专业工程训练课程体系建设与实践
自动化类专业培养面向全球和未来，适应航天、国防及国民经济与社会发展需要，在自动化及相关领域具有引领行业、学术潜质的科学技术创新人才。以哈尔滨工业大学自动化类专业为例，其航天特色突出、动手能力强，一直是专业追求的目标。结合高端制造、智能制造，要求工程训练课程能够服务于专业课程。同时，课程体系设置需要紧密结合智能生产、互联网、物联网、物理信息系统等，给学生留下更多创新空间。工程训练课程体系一体化设计突出金工实习、电子实习和生产实习的各自作用，同时辅助自动化专业的核心课程和专业选修课程。在课程设计上，面向同类研究对象，即金工实习的机械对象就是控制理论的研究对象；电子实习对象是控制系统的对象，生产实习与控制专业课的多个环节结合，综合保障学习效果。根据哈尔滨工业大学自动化类专业的特色及优势，以自控控制转台为例构建的课程体系如下。（1）在金工实习阶段，将转台的拆装、重要部件的机械制造等进行介绍、实际操作，并提炼出控制模型，指导控制理论的研究。（2）在控制理论学习阶段，结合理论模型、学习控制理论、方法，控制性能，并能够设计适合的控制器，实现控制目标。（3）在电子实习阶段，认识电路板的绘制、制作、芯片的焊接、电路系统的调试等，将自动控制转台的机械部分电气化。（4）在控制实践学习阶段，结合自动控制转台的机械、电气系统，进行控制系统的实现，从传感器、执行器、控制器、驱动器等多个角度设计系统，实践控制理论，完成控制目标任务。（5）在生产实习阶段，从自动控制转台的应用角度出发，认识空间环境、空间安全标准，以飞行器三维虚拟实验演示自动控制转台的应用，并理解应用中对信息化、智能化的场景需求，交叉领域的关键技术问题等；以生产及服务为最终环节，完善控制系统设计的关键因素，提高应用能力创新。通过工程训练课程体系建设的一体化设计，培养学生扎实的专业实践技能，解决复杂的工程问题的能力，在网络和智能时代引领相关领域的发展，并最大限度地保证学习留存率。
参考文献：
[1]王巍，王志浩，刘宇新.高等教育投入产出的DEA规模效率研究[J].中国管理科学，2013，（S2）.
[2]黄海涛.美国高等教育中的“学生学习成果评估”：内涵与特征[J].高等教育研究，2010，（7）.
[3]张阳.大学生综合素质评价体系构建与优化———基于可持续发展能力培养视角[J].中国高等教育评估，2014，（2）.
[4]韩玮，程琦.“学习金字塔理论”在高校教学模式改革实践中的可行性分析[J].科技与创新，2015，（7）.
[5]陈咏华，李丽荣.工程训练实践教学研究与探索[J].实验技术与管理，2011，（3）.
[6]刘晓平，兰玉.面向“互联网+”与“中国制造2025”的高等教育人才培养刍议[J].教育教学论坛，2017，（4）
作者:金晶 姜宇 沈毅 单位:哈尔滨工业大学
