论文部分内容阅读
摘要：人才培养一直以来都是国家发展的重要支撑，随着中国经济发展步伐的加速，如何培养具有国际视野的卓越工程技术人员，满足我国社会发展需求，是工科院校不断探索的教学论题。本文将人才培养与制造业的需求相结合，就实践环节对工程训练的重要性、工科学生实践能力提升的教育模式和方法、网络虚拟实验平台建设意义和实例等方面进行探讨，浅谈网络虚拟实践教学平台建设对工科学生培养模式。
关键词：网络虚拟实验；工科；实践教学；人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）47-0208-02
制造业是立国之本，这是不争的事实，工程技术人才培养是强国发展的基础。我国约有1650所高等院校设有工科专业，近年来每年工科本科毕业生达110万左右，然而高素质工程技术人员尚存在较大缺口，特别是制造业毕业生工程实践能力明显不足，高校的人才培养与制造业的人才需求存在一定差距。
一、人才培养与制造业的人才需求差距
从工程训练的角度分析，高校人才培养与制造业的人才需求差距主要体现在以下几方面：
1.现有工程训练人才培养结构相对快速发展的产业结构转型升级滞后，也即现有工程训练的教学条件和模式亟待提升。纵观国内工科高等院校的硬件实验教学条件不能全方位跟随日益更新的高水平制造业技术的发展进程，为此，近年来我国教育部也大力倡导和推进提高实验环节训练的积极举措，广泛开展虚拟实验教学是其一。网络实验教学平台的初期建设主要是涉及到高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作、高成本、高能耗、大型或综合训练等，随着网络虚拟教学平台及虚拟实验教学平台的不断完善和功能的不断增加，虚拟实验教学模式可多方位、多目标地增进和弥补学生实践培养能力不足的问题。
2.学生培养的教育资源水平有一定差距。近年来国内一批重点院校的工科教育质量已达到或接近世界先进水平，在这些学校，师资、人才、资源集中，教学方法先进，匹配相关行业的前沿技术的实验教学硬件设施完善。而大量地方工科院校的教学资源相对缺乏，特别是在教学方式上受到客观条件的制约，使得优质教育资源受众面受到限制。
3.以人为本的安全意识提升因素。随着社会经济的发展，我们国家全民素质和安全意识都在提升，特别是处在学习阶段的高校学生，从学校和学生双方面均已进一步加强了安全的基本理念。
二、工科学生实践能力提升的教育模式
近年来，各个高校都在探索工科学生实践能力提升的教育模式和方法，以下谈谈几点改进思路。
1.全面提高高校学生的创新精神和实践能力。持续开展实验教学改革，完善现有的设计性实验、创新性实验和综合性实验项目，以物理实物实验加以虚拟仿真实验的方式，利用网络虚拟实验的教学资源，开展“校内外共享”、“虚实结合”的实验教学模式，提高实验环节的教学质量。同时开展“校企协同”的实验模式，将科研成果转化为本科生实验教学内容，与企业合作开发实践实验教学资源，建设校企协同的实践实训教学基地，校企联合指导实习、实训等教学环节。
2.发展网络虚拟实验。2012年3月13日，教育部印发了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》，进一步提出了建立数字教育资源共建共享机制的重要途径，推动信息技术与高等教育深度融合。工科院校增大教育资源开放力度、共享范围、大力开展网络虚拟实验是人才战略发展的主要途径之一。同时坚持“能实不虚、虚实接合、优势互补”的原则。网络虚拟实验可有效克服真实环境中的诸多限制、有效激发学生自主学习的积极性。
3.提高工科学生工程观。完善实践教学制度，加快建立学生到行业企业实习、实训的长效机制。推动互联网与制造业融合，发展基于互联网的协同制造新模式。高校工科的虚拟实验设置应紧密对接我国制造业发展战略，同时从企业引进教师，并开设企业教师参与开放课。
三、网络虚拟实验平台建设及引例
近年来，国内高等院校都在积极地探索将传统实践授课模式与虚拟实验相结合的有效方法。随着人才培养要求的不断提升，传统实践环节相对于目前的虚拟网络实践模式的培养，其存在明显的不足支之处，如，基于实验台的实验授课内容受设备空间、成本等的限制，可训练的实践环节、内容有限；对于危险环境的实验难以展开；以人为本的教育理念越来越重要，师生实践环节的操作安全保证性措施有限；设备更新受成本制约不能与时俱进；学生创新性设计的展示度不及虚拟实验易于实现，等等。
如何更好地结合计算机及其工程应用软件，如何利用好网络平台，以提高工程类学生的实践授课质量，笔者探讨一下个人想法。
1.对于机械工程类通识课程的基础实践环节，采用虚实结合的实践授课模式。通过虚拟结构或模型的展示，可以使学生充分地了解实践模型实物不宜展示的内容，再通过物理实体实验平台，使学生认识并动手操作实验，达到“由里到外”地对实验对象或实验内容的深层次掌握。对于该环节的创新性或创新意识的培养，学生可借助网络平台、各种工程应用软件，拓展对实践环节内容的结构、原理等创新学习的空间和可能。
2.对于综合类及创新设计类实践环节，可采用虚实结合或虚拟实验的形成进行。基于已有综合性实验平台，训练学生对复杂工程实践环节的操作，培养学生与人合作的团队精神。但随着我国高校工程专业认证的推进，对人才创新意识和国际视野理念的提出，培养学生在理論知识和现有实验内容（代表某类产品的系统）的基础上拓展相关内容的新结构、新方法、新融合等，是目前高等院校人才培养的职责。所以利用网络平台、利用工程应用软件，进行虚拟设计、虚拟创新，并可结合3D打印技术等，将新产品、新模型等形成产品样机，这样既可使学生创新意识得以展现，又训练了学生解决复杂工程问题的能力，同时也提升了学生的工程意识。
以吉林大学机械科学与工程学院为例，2015年吉林大学获批了国家级“机械虚拟仿真实验教学中心”（http：//vmech.jlu.edu.cn/），该虚拟实验中心结合机械学院课程的实验授课环节，申请并获评了面向网络开放的机械类虚拟实验，包括机械原理及设计、数字控制、机械制造、机械设计及自动化、机械电子工程等教学功能。该虚拟仿真实验平台包括基础层、专业层、创新层三个层次，基础层以培养学生认识、分析、解决问题的能力及提高操作技能为目的；专业层以培养学生利用综合知识，培养学生复杂工程实践的能力；创新层为培养学生创新意识和能力的虚拟实验拓展空间。
该虚拟实验平台可适应本科生的必修实验环节、选修实验环节以及创新设计开发实验环节等，在时间和空间上学生的学习比较灵活，学生可以根据个人情况自行在规定的时间范围内完成实验环节；在实验安全方面，可避免危险情况的发生；在设备更新及成本方面，可与时俱进满足因经费不足等原因而不能实现的实验的执行；此外，更能满足本科生基于虚拟实验平台进行虚拟操纵，基于原实验系统机构、原理、方法等创新性实验的进行；同时基于网络环境实现开放状态。
四、结束语
强化“厚基础、重实践、求创新”的人才培养，不断完善高等学校实验教学方式、方法，是提升高校工科学生培养质量的必要途径之一，网络虚拟平台与工科学生实验教学的培养具有更大的发展空间。
参考文献：
[1]王文举，王晓红，徐敏，马爽，陈景华，张雷洪.卓越工程师创新创业能力培养模式的探索[J].中国高校科技，2017，（3）：90-93.
[2]何俊，邓成军.面向卓越工程师培养的数控综合实验改革[J].实验室研究与探索，2017，36（3）：221-225.
关键词：网络虚拟实验；工科；实践教学；人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）47-0208-02
制造业是立国之本，这是不争的事实，工程技术人才培养是强国发展的基础。我国约有1650所高等院校设有工科专业，近年来每年工科本科毕业生达110万左右，然而高素质工程技术人员尚存在较大缺口，特别是制造业毕业生工程实践能力明显不足，高校的人才培养与制造业的人才需求存在一定差距。
一、人才培养与制造业的人才需求差距
从工程训练的角度分析，高校人才培养与制造业的人才需求差距主要体现在以下几方面：
1.现有工程训练人才培养结构相对快速发展的产业结构转型升级滞后，也即现有工程训练的教学条件和模式亟待提升。纵观国内工科高等院校的硬件实验教学条件不能全方位跟随日益更新的高水平制造业技术的发展进程，为此，近年来我国教育部也大力倡导和推进提高实验环节训练的积极举措，广泛开展虚拟实验教学是其一。网络实验教学平台的初期建设主要是涉及到高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作、高成本、高能耗、大型或综合训练等，随着网络虚拟教学平台及虚拟实验教学平台的不断完善和功能的不断增加，虚拟实验教学模式可多方位、多目标地增进和弥补学生实践培养能力不足的问题。
2.学生培养的教育资源水平有一定差距。近年来国内一批重点院校的工科教育质量已达到或接近世界先进水平，在这些学校，师资、人才、资源集中，教学方法先进，匹配相关行业的前沿技术的实验教学硬件设施完善。而大量地方工科院校的教学资源相对缺乏，特别是在教学方式上受到客观条件的制约，使得优质教育资源受众面受到限制。
3.以人为本的安全意识提升因素。随着社会经济的发展，我们国家全民素质和安全意识都在提升，特别是处在学习阶段的高校学生，从学校和学生双方面均已进一步加强了安全的基本理念。
二、工科学生实践能力提升的教育模式
近年来，各个高校都在探索工科学生实践能力提升的教育模式和方法，以下谈谈几点改进思路。
1.全面提高高校学生的创新精神和实践能力。持续开展实验教学改革，完善现有的设计性实验、创新性实验和综合性实验项目，以物理实物实验加以虚拟仿真实验的方式，利用网络虚拟实验的教学资源，开展“校内外共享”、“虚实结合”的实验教学模式，提高实验环节的教学质量。同时开展“校企协同”的实验模式，将科研成果转化为本科生实验教学内容，与企业合作开发实践实验教学资源，建设校企协同的实践实训教学基地，校企联合指导实习、实训等教学环节。
2.发展网络虚拟实验。2012年3月13日，教育部印发了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》，进一步提出了建立数字教育资源共建共享机制的重要途径，推动信息技术与高等教育深度融合。工科院校增大教育资源开放力度、共享范围、大力开展网络虚拟实验是人才战略发展的主要途径之一。同时坚持“能实不虚、虚实接合、优势互补”的原则。网络虚拟实验可有效克服真实环境中的诸多限制、有效激发学生自主学习的积极性。
3.提高工科学生工程观。完善实践教学制度，加快建立学生到行业企业实习、实训的长效机制。推动互联网与制造业融合，发展基于互联网的协同制造新模式。高校工科的虚拟实验设置应紧密对接我国制造业发展战略，同时从企业引进教师，并开设企业教师参与开放课。
三、网络虚拟实验平台建设及引例
近年来，国内高等院校都在积极地探索将传统实践授课模式与虚拟实验相结合的有效方法。随着人才培养要求的不断提升，传统实践环节相对于目前的虚拟网络实践模式的培养，其存在明显的不足支之处，如，基于实验台的实验授课内容受设备空间、成本等的限制，可训练的实践环节、内容有限；对于危险环境的实验难以展开；以人为本的教育理念越来越重要，师生实践环节的操作安全保证性措施有限；设备更新受成本制约不能与时俱进；学生创新性设计的展示度不及虚拟实验易于实现，等等。
如何更好地结合计算机及其工程应用软件，如何利用好网络平台，以提高工程类学生的实践授课质量，笔者探讨一下个人想法。
1.对于机械工程类通识课程的基础实践环节，采用虚实结合的实践授课模式。通过虚拟结构或模型的展示，可以使学生充分地了解实践模型实物不宜展示的内容，再通过物理实体实验平台，使学生认识并动手操作实验，达到“由里到外”地对实验对象或实验内容的深层次掌握。对于该环节的创新性或创新意识的培养，学生可借助网络平台、各种工程应用软件，拓展对实践环节内容的结构、原理等创新学习的空间和可能。
2.对于综合类及创新设计类实践环节，可采用虚实结合或虚拟实验的形成进行。基于已有综合性实验平台，训练学生对复杂工程实践环节的操作，培养学生与人合作的团队精神。但随着我国高校工程专业认证的推进，对人才创新意识和国际视野理念的提出，培养学生在理論知识和现有实验内容（代表某类产品的系统）的基础上拓展相关内容的新结构、新方法、新融合等，是目前高等院校人才培养的职责。所以利用网络平台、利用工程应用软件，进行虚拟设计、虚拟创新，并可结合3D打印技术等，将新产品、新模型等形成产品样机，这样既可使学生创新意识得以展现，又训练了学生解决复杂工程问题的能力，同时也提升了学生的工程意识。
以吉林大学机械科学与工程学院为例，2015年吉林大学获批了国家级“机械虚拟仿真实验教学中心”（http：//vmech.jlu.edu.cn/），该虚拟实验中心结合机械学院课程的实验授课环节，申请并获评了面向网络开放的机械类虚拟实验，包括机械原理及设计、数字控制、机械制造、机械设计及自动化、机械电子工程等教学功能。该虚拟仿真实验平台包括基础层、专业层、创新层三个层次，基础层以培养学生认识、分析、解决问题的能力及提高操作技能为目的；专业层以培养学生利用综合知识，培养学生复杂工程实践的能力；创新层为培养学生创新意识和能力的虚拟实验拓展空间。
该虚拟实验平台可适应本科生的必修实验环节、选修实验环节以及创新设计开发实验环节等，在时间和空间上学生的学习比较灵活，学生可以根据个人情况自行在规定的时间范围内完成实验环节；在实验安全方面，可避免危险情况的发生；在设备更新及成本方面，可与时俱进满足因经费不足等原因而不能实现的实验的执行；此外，更能满足本科生基于虚拟实验平台进行虚拟操纵，基于原实验系统机构、原理、方法等创新性实验的进行；同时基于网络环境实现开放状态。
四、结束语
强化“厚基础、重实践、求创新”的人才培养，不断完善高等学校实验教学方式、方法，是提升高校工科学生培养质量的必要途径之一，网络虚拟平台与工科学生实验教学的培养具有更大的发展空间。
参考文献：
[1]王文举，王晓红，徐敏，马爽，陈景华，张雷洪.卓越工程师创新创业能力培养模式的探索[J].中国高校科技，2017，（3）：90-93.
[2]何俊，邓成军.面向卓越工程师培养的数控综合实验改革[J].实验室研究与探索，2017，36（3）：221-225.