基于工程教育认证背景下的自动化专业虚拟仿真平台建设

郝钢

摘要：本文研究了在工程教育认证背景下，基于问题导向的自动化专业虚拟仿真平台建设，是基于工程理念、坚持教书育人、以学生为主体、以解决工程实际问题为起点，将自动化专业实践课程进行改革，进行虚拟仿真平台建设，强调实践教学是以基础理论教学研究和解决具体工程问题为主体，以培养具有踏实的理论基础、创新能力强、实际操作能力强的新型复合人才。

关键词：工程教育认证；实践教学；虚拟仿真平台

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价^[1-5]。工程教育专业认证要求专业课程体系设置、师资队伍配备、办学条件配置等都围绕学生毕业能力达成这一核心任务展开，并强调建立专业持续改进机制和文化以保证专业教育质量和专业教育活力^[6]。

在自动化专业中，理论教学和实践教学并重，在理论教学的基础上，实践占用及其重要的作用。在工程教育认证背景下，面向国民经济各行业的自动化技术应用领域，特别是龙江区域高端装备制造业和大石化行业，自动化专业的培养目标是培养德、智、体、美、劳全面发展的社会主义事业合格建设者和可靠接班人。本文旨在探讨在工程教育专业认证背景下如何设计和改进实践教学体系，以支撑可以适应新型人才培养模式的培养目标。

一、自动化专业实践教学现状

黑龙江大学自动化专业的实践教学仍然采用的是传统的实验模式。包括课程实验、电子实习、金工实习、认识实习、专业实习、课程设计、综合实验、毕业论文（设计）。具体见表1。

表1 自动化专业传统实践课程一览表

实验名称	试验模式
大学物理实验	实验室
电工学实验	实验室
模拟电子线路实验	实验室
数字电子线路实验	实验室
控制理论综合实验	实验室
仪表与过程控制综合实验	实验室
工程训练（电子实习）	实验室
工程训练（金工实习）	实验室
工程训练（认识实习）	工厂
毕业论文（设计）	实验室

二、虚实结合的仿真实验平台建设迫在眉睫

由于时间上、空间上的限制，虚实结合的仿真实验平台建设迫在眉睫，具体体现在以下几个方面：

（1）集成电路迅猛发展，世界上大多各国家快速发展，我国芯片还是以进口为主，成本很高，学生几乎没有实际芯片设计经验。

（2）在电子信息技术高速发展的当代，仪器设备精密化和复杂化程度越来越高，成本也跟着大幅度提高，在教育经费有限的情况下，高等学校无力购买大量设备，只能买些必要的设备，而学生在学校期间接触的机会也很少。

（3）在检测、控制等工业自动化领域的实验教学，有些实验不能采用真实设备完成教学实验。因此，虚拟仿真成为唯一必不可少的选择。

（4）由于受到时间、空间、安全等因素的约束，在校学生很少有机会能够到车间、工厂、研究所等生产一线实习。

结合黑龙江大学电子工程学院自动化专业的基本情况，虚拟仿真平台建设可有效地解决硬件实验在时间和空间上的不足，开展虚拟实验教学，虚实结合，自动化专业课程将会取得更好的教学效果。

三、虚实结合的仿真实验平台建设

目前实验教学主要采取两种方式：一是采用传统的实验室内硬件连接实验，二是采用仿真实验模式。这两种实验模式都存在弊端：实验室实验受到实验环境，时间上和空间上的限制，需要大量的硬件设备，成本过高，教学效果受到影响；后者虽可在一定程度上缓解硬件实验教学模式面临的各种困难，但目前的EDA技术和网络教学系统主要是利用各种虚拟软件进行模拟实验，缺少实物形象感，直观性差，只能作为辅助教学手段而不能取代实验室实验。所以，虚实结合的仿真实验平台建设可以避免上述弊端，满足工程认证的要求，培养出更优秀的人才。

1、建设网络化信息管理平台。管理平台界面清晰、易于操作。将典型实验操作过程拍摄成视频资料，供学生可以随时在线学习。

网络化实验教学资源包括：自动化虚拟实验实验中心简介，实验教学视频、电子教案，实验教学大纲，实验授课计划，教学动态管理系统等，学生可通过网络查询实验课内容、预约实验、实验教学指导信息，实验课任课教师信息，实验室相关管理及规章制度等信息。

2、实验内容模块具体内容见表2。

表2 自动化专业虚实结合课程一览表

实验名称	试验模式
电工学实验	虚实结合
模拟电子线路实验	虚实结合
数字电子线路实验	虚实结合
控制理论综合实验	虚实结合
仪表与过程控制综合实验	虚实结合

3、网络化管理，具备了网上预习实验，预约实验、虚拟实验、网上答疑、撰写实验报告、实验成绩查询等功能。

4、对于简单的实验，采取虚拟平台实验，对于复杂性的可扩展性的实验，采用先虚拟平台实验，提交实验报告，等到成绩合格后，方可预约实验室实验。

例如，对于电工学实验中的叠加定理实验，由于实验比较简单，理论知识简单易懂，可以只采用实验平台实验进行验证无需再进入实验室硬件连接实验。对于模拟电子线路实验中的直流稳压电源实验，可扩展性强，可以采取虚拟实验平台完成基本实验内容，即集成稳压电源实验的连接和测试的验证性实验，提交实验报告，成绩合格后，预约实验室实验，可以自行设计输出电压可调的稳压电源实验等内容。扩展性内容不限，由学生自行设计，然后到实验室硬件连接，完成稳压电源的扩展性实验。

四、结束语

实践是工程最本质的属性，是理论验证的重要手段。自动化专业课程虚拟仿真实验改革旨在通过虚拟实验教学弥补器件实验无法进行的不足，同时丰富理论教学，加深学生对理论知识的理解和深化。

【参考文献】：

[1] 蒋建平．基于工程教育认证的教师教学能力发展研究［J］．知识文库，2016(6): 161．

[2] 教育部高等教育教学评估中心．中国工程教育质量报告（2013年度）［Z］．2014.

[3] 陆勇．浅谈工程教育专业认证与地方本科高校工程教育改革［J］．高等工程教育研究，2015(6): 157-161．

[4] 李志义．对我国工程教育专业认证十年的回顾与反思之一：我们应该坚持和强化什么［J］．中国大学教学，2016(11): 10-16．

[5] 钱慧敏，李丛．工程教育专业认证视角下我国高等工程教育质量提升研究［J］．实验室研究与探索，2015,34(5): 166-168．

[6] 张承畅，吴孟林，张华誉，罗元，何丰．面向学生工程能力达成的“单片机技术”实验案例设计［J］．实验技术与管理，2018,35(5): 178-182．

【项目支持：黑龙江大学新世纪教育教学改革工程项目，项目编号：2018C37。】