多资源创新融合的交叉实践课程建设与探索_许亚敏.pdf

ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 1 期Vol 42 No12023 年 1 月Jan 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 01 052多资源创新融合的交叉实践课程建设与探索许亚敏，黄宏成，刘孟奇(上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240)摘要:秉承新工科建设倡导的融合、创新、共享理念，依托学院交叉学科的建设，建设了面向新工科人才培养的学科交叉实践平台及实践课程。课程内容上，融合多门学科，结合最新技术，并注重校企结合、赛教结合;平台建设上，整合教学、科研、企业 3 种资源，提高设备利用率及教育投入效益;师资建设上，将专业课程教师、工程技术教师、企业指导教师三方结合打造多元化师资力量，全方位满足教学需求。同时建设信息化教学实践平台，实现资源的科学配置和管理。实践表明，交叉实践课程的建设切实提高了学生的工程实践能力和多学科交叉应用能力，对新工科人才培养起到了重要的作用。关键词:新工科人才培养;交叉实践平台;交叉实践课程;资源创新融合中图分类号:G 642 0文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)01 0266 04Construction and Exploration of Cross practice Courses with InnovativeIntegration of Multi resource for Future Engineering EducationXU Yamin，HUANG Hongcheng，LIU Mengqi(School of Mechanical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China)Abstract:Adhering to the concept of“integration”，“innovation”and“sharing”advocated by the construction of newengineering，and relying on the cross-module construction of our school，the Interdisciplinary practice platform andpractice courses are built for the training of new engineering talents The courses integrate multiple subjects and combinethe latest technologies Simultaneously we place emphasis on the combination of school-enterprise，and the combinationof competition-teaching On the platform construction，the resources of teaching experiments，research equipment，andenterprise equipment are integrated to increase the equipment utilization rate and the education input benefit In terms ofteachers，we combine professional teachers，engineering teachers and enterprise teachers to form experimental teachingteams to meet the teaching needs At the same time，an information management system is built to realize the scientificallocation and management of resources It has been proved that the cross-practice courses can highly improve studentsengineering practice ability and interdisciplinary application ability It s very important for cultivating new engineeringtalentsKey words:training of new engineering talents;cross-practice platform;cross-practice course;resource integration收稿日期:2022-01-21作者简介:许亚敏(1981 )，女，山东聊城人，博士，工程师，主要从事能源与动力实验教学与管理。Tel:13611968956;E-mail:yaminxu sjtu edu cn0引言新工科建设的目标是通过继承与创新、交叉与融合、协调与共享的新途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才1-2。新工科倡导需求牵引，学科、资源、机制和体系交叉融合。在新工科背景下，融合多学科第 1 期许亚敏，等:多资源创新融合的交叉实践课程建设与探索对学生创新和实践能力的培养显得尤为重要。近年来学院建设了智能制造、智能网联与无人驾驶汽车、智慧能源与能源互联网、先进推进技术与动力系统等多个交叉学科模块，开设了机器人与人工智能、智能制造、计算视觉及其智能化应用、现代汽车技术、智慧能源与能源互联网、机电运动控制系统、工程实践等多门交叉融合型课程。为配合多学科交叉课程对学生创新和实践能力的培养，学院在基础实验与创新实践教学中心(下文简称实验中心)建设了多个交叉学科创新实践平台，开设了一系列的交叉学科创新实践课程。在不断优化交叉学科实践课程内容的同时，还从设备资源融合共享、多元化师资建设、多渠道信息化建设等多方面进行创新性改革，支撑交叉学科创新实践课程的建设和实施。1传统实践课程体系的不足传统的实验课程虽然经过多年的教学改革有了很大发展，但在新工科背景下，还有很多不足，无法满足新工科建设人才培养要求3。在内容上，传统实验课程通常是以传统的工科课程为基础，虽然在验证性实验的基础之上增加了综合性实验，但实验项目还基本仅限于对该学科或该课程理论知识的应用与实践，缺乏对学生工程实践能力以及综合运用多学科知识解决复杂工程问题能力的培养4;在教学方法和手段上，形式比较单一，没有充分利用互联网、仿真技术等信息化手段进行多元化教学;在师资力量上，以专职实验教师为主，力量薄弱，很难做到与工程实践紧密结合;另外，科创竞赛是学生锻炼自我、提高自我的良好途径，而传统的实验教学已经跟不上时代科技的快速发展，无法做到赛教结合、以赛促学，无法对学生科创进行有力支撑。总之，传统实践课程已无法满足当代科学技术多学科相互交叉、相互渗透、高度融合的趋势。需要重构实验实践体系，做到交叉扩展、厚实基础，课赛结合、产教结合、需求驱动、虚实结合以及资源优化和信息化管理。2多资源创新融合的交叉实践平台建设为不断完善多学科交叉的复合型人才培养体系，近年来，我院不断凝练与提升人才培养理念，积极深化人才培养体系改革。实践教学是交叉模块建设的重要组成部分，依托学院课程教学改革，与课程负责教师团队紧密合作，共同规划了多个前沿交叉学科实践教学模块内容，目前已经针对机器人与人工智能、智能制造等多门交叉课程开设了工业机器人与视觉系统、汽车先进发动机技术实践、机械臂运动控制、无人驾驶感知实验、多能源互补、存储及动态控制综合实验、先进气动综合实验等一系列的多学科交叉融合创新实验。2 1融合多学科知识体系，构建交叉实践平台面向新工科，融合多专业领域知识，搭建了符合新工科人才培养模式的多学科交叉创新实践平台，平台融合了机械运动、机电控制、智能制造、信息技术、测试技术、新能源、能源材料等多个传统及新兴专业领域。实验内容丰富、综合性强，系统性强，受益学生范围广。部分实验内容采用虚实结合的方式，虚实互补，提高了教学效果。以工业机器人与视觉系统实验为例，依托工业4 0智能制造中的关键技术，如机器视觉、人机协作、信息物理系统、增强现实等，建立了与实际生产制造过程密切结合的智能制造教学平台，如图 1(a)所示，平台包含工业机器人、智能视觉系统、物料搬运和零件装配系统，能够实现工业机器人运动控制、轨迹编程控制、物料搬运控制、散乱物料识别、零件自动装配等实践教学。学生在学习智能制造基础知识的同时，以实际应用为导向，将关键技术与实际操作相结合。同时还建设了机械臂拆装及控制虚拟仿真实验平台，如图 1(b)所示，对实践活动进行延伸与扩展。该虚拟实验既让学生了解到无法在实验室中接触到的机械臂类型，提高实验内容的广度，也能让学生在实物实验前预先了解实验流程，加深对实物实验的认识深度。(a)工业机器人与视觉系统实验平台(b)虚拟仿真实验平台图 1智能制造教学平台又如多能源互补、存储及动态控制综合实验，以风能、太阳能的高效利用为依托，以碳中和为目标，将风力发电、光伏发电及制氢、储氢和燃料电池相互结合，综合多种清洁能源，探究其综合、智能化高效利用。该实验平台(见图 2)包括了风能系统、光伏系统、水电解762第 42 卷制氢系统、氢气存储及运输系统、氢燃料电池 5 大模块，并配有一套系统分析软件，学生可分别对每个系统进行探究，深入了解各清洁能源的发电效率，亦可与其他模块相结合探究其智能化利用的方法。该实践平台和课程大大提升了学生在新能源领域的实践能力和创新创造能力，支撑我院学生在历年的全国节能减排大赛中获取优异成绩。图 2风-光-制氢-储能新能源综合实验平台2 2融合多种设备资源，建设交叉实践平台资源整合、设备共享不但可以提高设备的使用效益，更能提高实验教学水平，提升高等教育质量5-7。交叉创新实践平台的硬件建设，融合了基础实验教学设备、科研实验设备和企业应用设备。基础实验教学设备主要包括具有通用性、先进性的数据采集系统，如基于 LabVIEW 编程的 NI 数据采集仪，传热学及工程流体力学教学风洞、水洞等;科研实验设备有先进汽车发动机设备、增材制造设备、热成像仪、流动显示系统等;企业应用设备如工业机器人与视觉系统实验以U 协作机器人、发那科工业机器人等先进制造产业中常用的工业机器人为硬件基础，先进发动机技术认知实践课程以全国十佳发动机与领克整车为硬件基础等。教学、科研以及企业的资源整合及共享，大大提高了设备的利用率，提高了教育投入效益，同时，高科技设备在实践教学中的应用，也大大激发了学生的兴趣，调动了学生学习积极性，有助于其创新思维能力的培养。2 3融合多元师资力量，组建实践教学团队实验教学师资队伍的建设与改革，是教学实验改革的重要组成部分，是提升实验教学水平的重要环节8-9。交叉实践课程内容丰富、新颖，涉及学科众多，应用技术前沿，与企业结合紧密，若仅靠传统实验的指导教师进行指导是远远不够的。因此针对交叉实践课程的内容特点，为各个交叉创新实践项目组建了专业知识结构多元化的实验教学团队，引入多专业课程教师、工程技术人员和企业技术人员，充分发挥其各自的优势，多方面满足实践教学平台的教学需求。我院各课程教师都长期从事一线科研，有着深厚的理论认知和前沿科学知识，他们为实践教学把握理论方向，提供理论保障。工程技术人员主要来自学院各系所实验室，他们是学院工程项目的直接参与者，了解工业需求，有丰富的工程实践经验，他们的加入对新工科实践教学平台的建设和学生工程实践能力的培养等方面起到了很大的助推作用。另外，还引入企业教师，开展校企联合实践课程，目前参与合作的有上海发那科机器人有限公司、华为技术有限公司、吉利汽车集团等知名企业，主要对接的实践课程