摘要：在工程教育专业认证背景下，对工程类专业的实践教学体系中的工程综合训练环节进行研究探索。依托本科生导师制，以团队合作形式开展工程综合训练项目，可以提高学生的专业思想、专业水平和专业能力，有利于人才培养与专业建设。本文给出了基于本科生导师制的工程综合训练实施方案和项目案例，可为自动化专业及其他相关工科专业的学生培养提供参考与借鉴。

关键词：工程教育专业认证;工程训练;本科生导师制;教育改革

为适应我国工程教育理念的高素质应用型人才培养的需求，实践教学体系的建设是人才培养模式改革的重要组成部分。实践教学体系涵盖生产实习、课程实验、课程设计、工程综合训练、毕业设计等实践环节。实践教学体系的最后一个环节即毕业设计，要求学生能够综合运用各门课程的知识，独立思考，分析、解决复杂工程问题。但是在课程实验与课程设计中，学生只是运用课程学习的理论知识，解决与该门课程学习内容相关的应用问题，缺乏综合运用知识解决实际问题的能力。往往在毕业设计中，学生遇到实际工程问题不知道如何下手，如何明确研究内容，如何制定技术路线，每个步骤需要采取什么方法等。这其实是因为学生缺乏对工程项目的综合训练。所以需要通过工程综合训练环节将课程学到的理论知识与工程实际应用相结合，锻炼工程实践能力;拓宽专业视野，了解专业领域的发展现状和趋势;熟悉项目开发的流程，增强工程、成本和项目管理意识;培养技术研发、系统集成和知识综合应用能力，提高分析、解决复杂工程问题的能力。这些知识的积累和能力的培养必须通过工程综合训练项目的锻炼，在教师的专门指导下，才能获得较好的效果。本科生导师制在提高本科生人才培养质量，提高学生创新创业能力等方面有诸多优势，可为工程综合训练的实施提供有力保障。

一、基于本科生导师制的工程综合训练实施方案

本科生导师制源于英国的牛津大学[1]，已在国内外高校中得到广泛推广[2]。它是充分发挥教师主导作用， 因材施教，从学生全面发展的角度对学生施行全过程的教育与指导。通过导师制的人才培养模式，可引导学生综合运用知识解决实际工程问题，培养学生的实践能力和创新能力，有效地提高工程综合训练的实际效果。

工程综合训练首先要有项目，有了项目才有研究方向，才能与实际工程问题结合;有了项目才能组建研究团队，锻炼学生的团队合作与沟通能力。因此，在本科生导师制度中，明确要求导师拟定工程综合训练项目，围绕项目的开展对学生进行教育与指导，培养学生的专业素质、科学素养、创新精神和实践能力。在本科生导师制度中，具体规定导师指导学生开展工程综合训练项目的工作职责和要求如下。

（1）从提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神的角度出发，结合全国大学生电子设计大赛、挑战杯、大学生互联网+创新创业大赛、国家级和省级大学生创新创业训练计划项目，以及各类科研项目等，拟定工程综合训练项目。

（2）使学生明确项目研究的科学意义和工程价值，指导学生了解本专业的基本情况、发展动态、社会需求、前沿信息、发展形势和就业趋势，激发学生的专业认同感和学习兴趣。

（3）使学生了解项目的目的和要求，熟悉项目开发的流程，明确项目分工与合作事项。

（4）使学生了解项目的研究思路、研究内容和研究方法，提高学生对课程知识的综合运用能力、独立思考的能力，以及对复杂工程问题的分析与解决能力。

（5）使学生了解项目涉及课程，并为学生推荐项目相关的参考文献，指导学生加强与项目相关知识的学习。

（6）指导学生制订工作计划、总结工作成果、汇报工作进展、编制工程文档，撰写项目报告等，锻炼学生的文字表达、语言表达和沟通能力。

（7）注重学生工程综合训练的过程管理，定期听取学生汇报，并讨论交流，形成指导记录，制定长期以及短期目标，并进行阶段考核。导师每学期期初、期中和期末须与学生见面交流，可采取集体指导与个别指导相结合的方式，每学期集体指导不少于5次，对每个学生的个别指导不少于3次，对有特殊学业需求的学生应及时给予指导。

（8）不断提升优化工程综合训练项目，鼓励和指导学生将项目成果完善包装参加各类学科竞赛，或申报国家级和省级大学生创新创业训练计划项目。

（9）根据学生的特点以及完成训练任务的效果，对学生专业发展方向选择、报考攻读研究生和就业创业等进行相应指导和帮助。

（10）通过言传身教，以良好的师德师风和职业素养引导学生树立正确的世界观、价值观和人生观。

在工程综合训练过程中，对学生提出如下要求。

（1）尊重导师，主动与导师联系，寻求导师的指导和帮助。

（2）积极向导师汇报自己的思想、学业等情况，并根据导师的指导意见与本人的实际情况制定学习与综合素质发展计划。

（3）主动认真地参与导师确定的各项活动，按时并高质量地完成导师拟定的工程综合训练任务，努力培养和提高自身的实践能力、创新思维与专业水平。

（4）客观、公正地对导师的指导情况进行评议。

二、工程综合训练项目举例

在工业4.0的背景下，《中国制造2025》[3]制定了“智能制造”的国家战略，指明了“生产过程智能优化控制”的科技研发方向，而“自动化”是智能化的前提，工业机器人是智能制造的核心设备。从行业对人才能力的需求出发，结合自动化专业内涵，本专业明确了“工业机器人”的培养特色。围绕这一专业发展思路，本文例举了一个基于智能巡检机器人应用背景的工程综合训练项目——移动巡检机器人环境感知与运动控制综合设计。

智能巡检机器人是在某种特定环境（高危、艰苦、人工作业有短板）进行智能化巡检的应用型机器人，现已广泛应用于电力[4]、工农业生产[5]、数据中心[6]和城市综合治理[7]等行业。特别是智能电网建设和增强供电可靠性已上升为国家战略，电力系统的智能巡检机器人需求最迫切。

智能巡检机器人可以分为地面、天空、水下三大类，分别应用在不同的细分行业中。本训练项目针对地面运行的无轨智能巡检机器人开展工程综合设计，这类移动机器人一般采用组合SLAM（simultaneous localization and mapping即时定位与地图构建）技术，对复杂环境实时自适应构建地图，实现高精度定位与导航，采用可见光相机、红外成像仪、拾音器等多传感器融合技术，实现表计识别、设备状态识别、红外测温、环境检测等功能，主要应用于电力、数据机房和安防等行业。

该项目的目标是在基本机器人本体基础上，集成多种实现巡检功能的传感器，组建移动巡检机器人软硬件系统，实现对厂房内工业设备巡检的任务。巡检机器人的核心功能分为两个方面，环境感知和运动控制。环境感知方面包括：利用组合SLAM技术自动生成环境地图，且适应周围环境动态变化，实现动态导航;通过视觉感知与图像识别，实现各类仪表设备的状态识别;通过温度、声音、气体等传感器，监测环境数据。运动控制方面包括：根据巡检任务，自主规划巡检路线，实现自主行走;根据障碍物信息，自动调整巡检路线，实现自主避障;并且具有远程遥控巡检模式，可实现远程手动控制巡检机器人。除此之外，还需要进行巡检机器人与上位机的数据通信和数据管理，实现数据信息实时化、集中化、可视化。上位机远程下发巡检任务，巡检机器人实时上传各类检测数据，由上位机集中管理，异常情况自动预警，并实现数据回溯可视化。

该项目要求学生完成以下任务：

（1）掌握移动机器人SLAM的原理及实现方法;

（2）掌握摄像头的视觉感知与图像识别方法;

（3）掌握多传感器检测技术;

（4）掌握移动机器人的运动控制方法;

（5）掌握机器人与上位机数据通信和数据管理方法;

（6）完成环境地图构建;

（7）完成仪表设备的状态识别;

（8）完成环境数据的监测;

（9）完成移动机器人自主控制和手动控制行走;

（10）完成移动机器人对障碍物的实时检测以及运动避障;

（11）完成上位机与机器人的数据通信以及全流程数据管理。

通过该项目的训练，使学生了解智能巡检机器人领域的发展现状和趋势，熟悉机器人项目开发的流程，能够综合运用机器人技术基础、数字信号处理、自动控制理论、人工智能基础、模式识别与机器学习、机器视觉、数字图像处理、面向对象的程序设计、数据库及信息系统、机器人软件工程、工程管理等多门课程的知识，通过团队合作，分析、解决移动巡检机器人的环境感知和运动控制的工程问题。

该项目中的SLAM、图像识别、路径规划以及运动控制等多个研究内容，还可以进一步深入探索完善，用于学生参加各类学科竞赛以及创新创业项目。

三、结语

工程综合训练对于强化学生的工程意识、培养实践能力和创新能力、锻炼团队合作与沟通能力，提高解决复杂工程问题的能力等多个方面都有着重要的作用，是实践教学体系中衔接课程设计与毕业设计的重要环节。在本科生导师制的基础上，每个学生都可在工程综合训练中，在导师的指导下，综合运用课程学到的理论知识解决实际工程问题，提高了人才培养质量，更好地适应了创新型人才培养模式的需求。

参考文献：

[1] 王焕勋.实用教育大词典[M].北京：北京师范大学出版社，1995.

[2] 刘加玲.中国高校本科生导师制实施的问题与对策研究[D].扬州大学，2019.

[3] 黄山，吴振升，任志刚，刘弘景，桂媛.电力智能巡检机器人研究综述[J].电测与仪表，2020（02）.

[4] 李春波，王琢，刘佳鑫，韩亚辉，王万富.面向林业特种需求的巡检机器人研究[J].林业和草原机械，2021（03）.

[5] 俞晓静.数据中心机房智能巡检机器人应用研究[J].中国金融电脑，2021（02）.

[6] 张涛，丁宁，蔡晓坚，戴文涛.综合管廊巡检机器人综述[J].地下空间与工程学报，2019（S2）.

基金项目：福建省本科高校教育教学改革研究项目“基于工程教育专业认证的自动化专业人才培养模式的改革与实践”（编号：FBJG20190203）。

作者简介：方慧娟（1979—），女，湖北武汉人，讲师，博士，研究方向：离散事件系统、脑机接口系统和智能机器人;邵辉（1973—），女，吉林省吉林市人，副教授，博士，研究方向：机器人运动规划、复杂系统建模与先进控制。