自動化專業(yè)課程教學改革的探索與實踐

彭熙偉　廖曉鐘　冬雷

摘要：本文結(jié)合自動化專業(yè)課程教學中存在的專業(yè)課程零散、注重知識傳授、專業(yè)素質(zhì)不足、實踐教學薄弱等問題，介紹了北京理工大學自動化學院增設實踐性、綜合性專業(yè)課程，突出工程特色、加強實踐環(huán)節(jié)，將素質(zhì)教育貫穿于專業(yè)課教學的經(jīng)驗和舉措。

關(guān)鍵詞：工程教育；創(chuàng)新型人才；課程教學；自動化專業(yè)

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革對創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)提出了新的、更高的要求。中國工程院“創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)研究”重大咨詢項目從知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新精神四個方面對新時代創(chuàng)新型工程科技人才的素質(zhì)提出了具體要求：

在知識結(jié)構(gòu)方面，應具有數(shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識和人文社會知識。把科學知識與工程技術(shù)相互融合，形成各種知識相互交叉滲透的綜合知識結(jié)構(gòu)。

在能力結(jié)構(gòu)方面，應具有工程實踐能力、工程設計能力和工程集成能力。不僅掌握科學知識，更重要的是能夠把數(shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于系統(tǒng)表達、建模、分析、研究和解決工程問題；在工程科技活動中，具有學習和補充所需知識與技能，不斷學習和發(fā)展的能力。

在創(chuàng)新素質(zhì)方面，應在設計、生產(chǎn)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，積極思考提高質(zhì)量的新技術(shù)、新方法，能夠考慮節(jié)能、降耗、成本、安全、環(huán)境、社會、健康等因素，具有社會責任和職業(yè)素養(yǎng)等素質(zhì)特征。

在創(chuàng)新精神方面，要有敬業(yè)精神和進取心，要善于思考、勤于思考，具有科學求實的精神。

高等工程教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才的重要平臺。目前，我國高等工程教育傳統(tǒng)的知識性傳授課程教學難以培養(yǎng)未來創(chuàng)新型工程科技人才所應具有的能力和綜合素質(zhì)要求，迫切需要對工程人才培養(yǎng)模式和課程教學做出相應的調(diào)整和變革。下面以自動化專業(yè)為例，就工程專業(yè)課程教學改革進行探討。

一、我國高校自動化專業(yè)課程教學現(xiàn)狀

自動化專業(yè)是一個工程性、實踐性和綜合性較強的工科專業(yè)，其突出特點是專業(yè)口徑寬、專業(yè)內(nèi)容豐富、覆蓋面廣。作為人才培養(yǎng)過程中最基本的教學環(huán)節(jié)，專業(yè)課程教學在不同程度上存在以下幾方面的問題：

1.專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程零散

目前，高校自動化專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程一般在學科導向背景下配置，不同程度上存在知識結(jié)構(gòu)學科化傾向。課程之間相對獨立，內(nèi)容缺乏相互交叉和滲透，使得學生所學專業(yè)知識片段化。例如，電類、計算機類和控制類課程各自獨立開課，缺少把這三類課程知識整合應用于工程實際系統(tǒng)的教學環(huán)節(jié)。學生專業(yè)知識零散化、片段化，導致學生在系統(tǒng)分析和綜合運用知識解決復雜工程問題能力方面偏弱。

2.注重傳授知識、忽視綜合能力培養(yǎng)

專業(yè)課程通常采用課堂灌輸式的教學方式，以教師為中心，注重知識傳授，而學生處于被動的地位，師生交流互動局限于提問，缺乏啟發(fā)式、研究式的學習氛圍。在考核評價方面，專業(yè)課程采用期末考試結(jié)合平時成績（考勤、作業(yè)等）的綜合評價方式，但期末考試所占比重一般大于70%，使學生過于注重考試和成績。從教學大綱、教學內(nèi)容、考核評價等各個環(huán)節(jié)偏重知識傳授，而輕自學能力、綜合應用知識發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題、交流與表達等能力的培養(yǎng)，導致學生在學習能力、創(chuàng)新能力和交流能力等方面欠缺。

3.專業(yè)素質(zhì)教育不足

專業(yè)課程往往偏重專業(yè)內(nèi)容方面的教學，包括電類、計算機類、控制類等課程內(nèi)容的教學，而在非專業(yè)因素方面的社會責任意識、創(chuàng)新意識、團隊合作，以及工程設計時考慮經(jīng)濟、環(huán)境、安全、可持續(xù)發(fā)展、倫理等制約因素的素質(zhì)教育上還很欠缺，往往把這些非專業(yè)的素質(zhì)教育簡單視為人文社科課程所承擔的教學任務，專業(yè)課程教學很難體現(xiàn)與工程實踐活動相關(guān)的非專業(yè)因素的素質(zhì)教育，這導致培養(yǎng)的學生在工程職業(yè)綜合素質(zhì)方面有欠缺。

4.實踐教學薄弱、工程實踐能力不足

實驗教學仍未能改變依附于理論教學的從屬地位。專業(yè)課程實驗教學局限于驗證原理和掌握操作技術(shù)，實驗要求、步驟和方法統(tǒng)一，結(jié)果可預知，導致學生缺乏實驗思路、實驗設計、實驗技術(shù)、觀察能力、分析能力以及表達能力的全面訓練；實驗教學裝置基本上是進行功能驗證，工程性、綜合性、系統(tǒng)性不足，難以支撐貼近工程實際的綜合性實驗教學；很多專業(yè)選修課程只是傳授知識，沒有實驗教學；專業(yè)課程設計缺乏與工程實際系統(tǒng)結(jié)合，難以實現(xiàn)綜合性、系統(tǒng)性的實踐訓練，導致學生缺乏現(xiàn)代工程設計思想、方法的培養(yǎng)，以及綜合運用各方面知識解決工程問題能力的實踐與訓練。

二、我校自動化專業(yè)課程教學改革探索

為了適應未來工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量需要，深化人才培養(yǎng)模式和專業(yè)課程教學改革，把學生中心、能力培養(yǎng)、產(chǎn)出導向等國際先進工程教育理念貫穿于人才培養(yǎng)的始終，我校在課程配置、教學內(nèi)容、教學模式、考核評價等方面對自動化專業(yè)課程教學進行了改革和創(chuàng)新。

1.增設實踐性、綜合性、應用性的專業(yè)課程

工程具有實踐性、綜合性。因此，我校自動化專業(yè)加強了應用性、綜合性、跨學科訓練的專業(yè)課程建設，并強化相關(guān)課程實踐教學。例如，把工程測試技術(shù)等實踐性強的專業(yè)課程改造為實踐導向?qū)W習的課程。該課程具有實踐性、綜合性、系統(tǒng)性和應用性強的特點，教學內(nèi)容涵蓋電路、計算機、傳感器、信號處理等多學科專業(yè)課程知識的整合應用，同時還涉及學習測試技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等新知識。把課程教學活動設置在實驗室，相關(guān)的元件、產(chǎn)品、系統(tǒng)貼近工程實際，學生通過完成項目設計工作，把已學專業(yè)課程知識進行整合并運用于解決工程實際問題，有針對性地去解決學生所學專業(yè)知識零碎、割裂及工程實踐能力薄弱問題，使學生得到綜合、系統(tǒng)的工程能力培養(yǎng)。

2.突出工程特色、加強實踐環(huán)節(jié)

我校針對自動化專業(yè)實驗教學裝置類型多，而實驗裝置工程性、綜合性和系統(tǒng)性不足的情況，通過科研轉(zhuǎn)化、自制、校企合作等形式對實驗教學裝置進行改造，使其具備工程性、實踐性、綜合性和系統(tǒng)性，以承擔工程實踐、工程訓練的教學任務。

專業(yè)課程實驗教學以設計性、綜合性實驗教學內(nèi)容為主，基礎(chǔ)性、驗證性實驗作為必要的補充。以貼近工程實際的開放課題作為實驗教學內(nèi)容，讓學生在實驗課題的基本要求和部分參考資料基礎(chǔ)上自由發(fā)揮，誘發(fā)學生創(chuàng)新思維，鍛煉學生解決問題的工程能力。例如，力傳感器測試實驗教學以工程實際應用力傳感器的測試、分析和數(shù)據(jù)處理作為實驗內(nèi)容，學生根據(jù)傳感器的輸出電信號，搭建電路、調(diào)試電路，對數(shù)據(jù)進行采集、處理，并進行科學分析、評判實驗并得出結(jié)論，使學生在“做中學”和“學中做”中培養(yǎng)實踐能力。

3.素質(zhì)教育貫穿于專業(yè)課程教學

工程實踐活動既包含技術(shù)，也包含非技術(shù)，如經(jīng)濟、環(huán)境、人文、法律等，具有實踐、綜合、集成和創(chuàng)造的屬性。實踐不僅是技術(shù)意義下的實踐，工程教育中的實踐也應該作為學生綜合能力培養(yǎng)的手段。因此，除了人文社會科學類課程所承擔的思想道德、文化和身心素質(zhì)教育外，還應該把與工程密切相關(guān)的創(chuàng)新意識、經(jīng)濟、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展、總結(jié)與表達等非專業(yè)因素方面的素質(zhì)教育貫穿于專業(yè)課程教學活動中。我校在專業(yè)課程設計項目中，加強項目方案設計、交流討論、設計、制作、調(diào)試、編程及項目組織等環(huán)節(jié)的實踐過程，要求學生學會查閱資料，綜合考慮經(jīng)濟、可靠性等制約因素，評判設計方案是否先進，把創(chuàng)新意識、科學研究方法、工程意識、管理等專業(yè)素質(zhì)教育融入分析解決設計問題的教學活動中，培養(yǎng)學生從事工程職業(yè)所具有的綜合能力和素質(zhì)。

4.開展研究性教學、考核評價多樣化

在DSP原理及應用、工程測試技術(shù)等應用性強的專業(yè)課程實踐教學環(huán)節(jié)中，我們以學生為中心，以能力培養(yǎng)為導向，圍繞項目設計，采用開放式的教學組織形式。例如，我們把DSP原理及應用專業(yè)課程分解為課堂教學、實驗和比賽三個教學環(huán)節(jié)：比賽采用2～3人為一個小組團隊的形式，每個小組一套器件，學生在2周內(nèi)完成一項基于DSP控制器的智能小車的設計、制作和調(diào)試，進行小車比賽，并進行答辯。小組成員的分工與合作有利于增強學生的責任感，調(diào)動學生參與課程教學的積極。通過交流與討論、設計與分析、解決問題、研究與實踐、答辯等系統(tǒng)性的實踐活動，激發(fā)了學生的創(chuàng)新性思維，在培養(yǎng)學生綜合運用知識分析解決實際問題能力的同時，也培養(yǎng)了學生交流與表達、團隊合作及項目組織的能力。

在研究性教學活動中，教師介紹課程的教學目標、內(nèi)容、考核評價及教學模式，介紹設計項目基本情況、參數(shù)與指標、需要研究的問題、達到的目標，并為學生提供相關(guān)參考資料，組織教學安排。教師的職責從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習研究問題的指導者和引導者。

項目驅(qū)動的研究性教學模式把一般的期末考試、實驗、考勤綜合測評轉(zhuǎn)向注重知識整合、應用、設計與制作、實驗、表達、寫作的綜合能力與素質(zhì)的形成性評價（具體分項內(nèi)容、考核指標因課程而異），其中項目作品驗收、答辯由3～5人教學團隊進行評價。這種過程化、多樣化、多元化的考核評價方式激勵了學生自主、進取、協(xié)作，促進了學生發(fā)展。

三、結(jié)束語

專業(yè)課程教學是人才培養(yǎng)的重要教學環(huán)節(jié)，為畢業(yè)生所具有的能力和綜合素質(zhì)提供支撐，從而保證人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。推動專業(yè)課程教學設計、教學內(nèi)容、教學模式、教學實施和考核評價從知識傳授向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從知、行、意、情四個方面培養(yǎng)學生的綜合能力和素質(zhì)，有效提升了我校自動化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。受到了自動化專業(yè)認證專家組的好評。

[責任編輯：夏魯惠]