大自動化類專業電類技術基礎課程新體系研究

陳寧 桂衛華 陳明義 陽春華 粟梅

摘要：為深化工程教育改革，推進新工科研究和實踐，中南大學自動化學院根據自身發展需要和學科特色，將自動化、電氣工程、智能科學與技術和電子信息等專業相互深度融合，形成了大自動化類專業。同時結合人工智能、機器人、物聯網、云計算及大數據等技術在自動化領域的應用需求，著重構建大自動化專業的電類技術人才的創新培養體系。文章從電類技術基礎課程內容、課程實踐和教學平臺的建設三方面入手，研究我校大自動化類專業電類技術基礎課程新體系的建設。旨在提高我校大自動化類專業學生的綜合素質，培養出具有競爭力的學生，為其他高校大自動化類專業電類技術基礎課程體系改革提供借鑒。

關鍵詞：中南大學；大自動化類專業；電類基礎課程；教學平臺

中圖分類號：G312 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）30-0075-03

一、課程體系建設的背景

一個國家自動化水平的高低是國家發達的標志之一，而國家的自動化水平的高低很大程度上取決于高等教育對自動化人才的培養。隨著現在電工電子技術的高速發展，電類技術基礎課程在自動化領域有著不可或缺的作用。

中南大學自動化學院根據自身發展需要和學科特色，在新工科[1-2]的建設實踐中進行創新研究，將自動化、電氣工程、智能和電子信息等專業相互深度融合，形成了特有的大自動化類專業。同時結合人工智能、機器人、物聯網、云計算及大數據等技術在自動化領域的應用需求，著重構建大自動化類專業的電類技術人才的創新培養體系。

國內院校的自動化類專業電類技術基礎課程很多存在聯系不緊密，且課程開展的順序比較不合理的問題。例如安徽工程大學的自動化類專業主要課程包括：電路分析、數字電子技術、模擬電子技術、微機原理及應用、可編程控制器原理及應用。實驗內容及課程設計包括：電路分析實驗、模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、專業綜合實驗以及單片機原理及應用課程設計、電子技術課程設計。其電類技術基礎課程安排較為傳統，且課程之間并沒有密切的聯系，各課程獨立展開。

清華大學自動化類專業涵蓋自動化與電子科學與技術兩個專業。第一學期開展大學物理課、數學基礎課，為電類技術基礎課程做準備，第二學期開展電路原理課程，第三、四學期分別開展數字電子技術、模擬電子技術課程，同時實驗安排緊跟課程，第二、第四學期分別開展金工實習、電子技術課程設計。從清華大學大自動化類專業電類技術基礎的課程體系可以看出，其課程設置是循序漸進、步步加深的，充分地將學科基礎課程融入專業課程中，同時學科基礎課程之間也有一定的融合，再者結合相關課程實驗很好地將理論及時應用到實踐中。這樣的課程體系有利于學生對所學知識的綜合應用，激發學生的研究興趣，培養出高質量的大自動化類人才。

國外高校的大自動化類專業電類技術基礎課程內容實現了課程間很好地融合。例如美國麻省理工大學的EECS學院開展的電磁學及其應用、微電子器件及其電路，將磁路與電路進行融合，同時獨立開展多個實驗，充分將理論體現在實踐中[3]。哥倫比亞大學ECE學院開設了電器工程基礎、工程電磁學、模擬電路分析與設計、數字電路分析與設計，這些課程不僅實現了磁路與電路的糅合，在電路方面實現了分析、設計與實踐的結合，能很好地加深學生的理論深度，鍛煉學生的動手能力，激發學生的創新精神。同時上述兩所國外高校都強調學生的自主學習能力，采用學生定期上臺發表演講的方式進行綜合教學。

中南大學大自動化類專業電類技術基礎課程包括電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、電工電子技術、電子技術課程設計、電工電子實習、微機原理及控制器、單片機原理及應用等。通過對比分析發現，中南大學大自動化類專業電類技術基礎課程的內容存在冗余或缺乏、課程實踐單一或與課程內容不同步以及相應的教學平臺不完整或缺乏創新等問題。因此必須針對大自動化類專業電類技術基礎課程的實際情況，吸取國內外高校相關專業的電類技術基礎課程的建設經驗，建設出一套具有中南特色的大自動化類專業電類技術基礎課程體系，提高大自動化類專業學生的社會競爭力，同時使得大自動化類專業在課程體系、課程內涵、培養計劃、課程管理方面與國際接軌。

二、課程體系存在的問題及建設目標

通過分析中南大學大自動化類專業電類技術基礎課程可以發現，傳統電路課程中缺少電路與磁路的結合，將會導致問題分析不深入。由于通信技術的高速發展，就必須在模擬電子技術中結合高頻技術以適應時代需求。隨著傳統的數字電子技術中74系列邏輯芯片逐漸被淘汰，而現場可編程門陣列（FPGA）的出現完全具有能夠替代這些芯片的能力，就很有必要在數字電子技術課程中引入FPGA及其需要的硬件語言VHDL的內容。再者由于微處理器技術的廣泛應用，傳統課程中的8088CPU由于其計算速度慢等因素逐漸被其他高性能的CPU芯片取代，因此課程內容更新為其他高性能的芯片的介紹，例如MSP430、STM32等，更有利于學生迅速適應時代的步伐，提高自身的競爭力。此外，實驗室平臺還處于實驗時間滯后于教學以及實驗內容安排冗余的狀態，沒有很好地結合開展的基礎課程同時進行綜合實踐，而且實驗內容相似程度高。若需要學生具有良好的動手能力以及通過實際加深對大自動化類專業電類技術的理論了解程度，就應當同時將開展的理論課程與實踐進行融合。再者，教學是課程改革中最為重要的一個環節，教學人員很大程度上會影響學生的對本課程的掌握程度。因此就必須對教學人員的綜合素質進行培訓以及對講義進行更新。因此建設一套新的又有競爭力的大自動化類專業電類技術課程體系將極大程度上提高大自動化類專業學生的綜合素質，培養出具有競爭力的學生。

針對以上大自動化類專業電類技術基礎課程體系現存的問題，通過學習國內高校大自動化類專業的電類基礎課程體系的設置以及國外高校大自動化類相關專業課程體系的設置，結合大自動化類專業電類技術基礎課程該體系的現狀，依照大自動化類專業的方向和特色，優化大自動化類專業電類技術基礎課程的課程體系；根據大自動化類專業電類技術基礎課程體系的需求，明確各方向的理論與實踐內容，開展相應的課程，并確定對應課程的教學大綱、教學內容和課程要求；研究大自動化類專業電類技術基礎課程之間的相互關聯性，將各課程理論進行結合，開展相應的實踐課程，開闊學生的視野，激發求知和創新欲望；建設高效率國際化的課程管理機制，實現課程信息公開化。目的是優化大自動化類專業的電類技術基礎課程體系，進一步提高大自動化類專業的建設水平，推動大自動化類專業的發展，進而提升大自動化類專業學生的理論和實踐水平。

三、課程新體系的建設內容

針對中南大學大自動化類專業電類技術基礎課程體系現存的問題，結合大自動化類專業的方向和特色，通過對比分析國內外高校大自動化類專業電類基礎課程體系，從課程內容、課程實踐和教學平臺三方面著手進行課程新體系建設。

1.課程內容建設。分析大自動化類專業的電類技術基礎課程，理順電類技術基礎課程內容之間的關系，盡量避免照搬其他課程的內容，強調結合大自動化類專業電類技術特點的教學內容，同時也明確課程中對前瞻性和應用性內容的要求，明確課程考核的理論方面和實踐性方面的要求。編寫四本新教材：《電路與磁路分析》、《模擬電子線路》、《數字邏輯與VHDL》以及《微處理器技術及應用》，實現電路與磁路的融合、低頻電路與高頻電路技術的融合、邏輯與編程的融合以及芯片與軟件的融合，以達到相關課程內容的綜合運用的目標，進而覆蓋相應方向上的知識結構和提高學生電類技術基礎課程的綜合實踐能力。課程實踐建設大自動化類專業電類技術基礎課程教學過程包括理論教學與實驗教學。實驗課程的目的是驗證、加深對理論課程的理解和實驗設備的操作。如果相關課程的實驗內容單一或缺乏、實驗教學大大滯后于理論教學，將很難達到我們實驗教學的目的。因此需深入研究大自動化類專業課程已開展的相關實驗，分析實驗內容及時間安排上的不足之處，改善相關課程實驗內容及時間安排，以提高學生的動手實踐能力，激發學生的創新、團隊協作意識，全面提升大自動類專業學生的綜合素質。

2.教學平臺建設。良好的教學平臺建設將極大程度上促進課程體系的建設。教學平臺建設包括實驗平臺建設和教學人員講義及其教學方法建設。如果大自動化類專業電類技術基礎課程實驗平臺陳舊或缺乏，無法滿足相關課程需要，將很難達到理論與實踐相結合的目的。如果教學人員的講義內容不完整或者過于陳舊，教學方法老套無創新，將很難起到良好的教學效果。因此要深入研究大自動化類專業電類技術基礎課程的實驗平臺建設和教學人員講義及其教學方法的不足之處，及時加以改善，使得教學內容層次化，具有系統關聯性，密切結合工程，實現教學內容的少精寬新，更新實驗平臺，為學生進入創新實踐提供保障。

四、課程新體系建設方案

為促進中南大學大自動化類專業電類技術基礎課程體系建設更好和更快地實施，采取如圖2所示的方案。首先對比國內外高校大自動化類專業電類技術基礎課程體系，討論分析自身存在的問題。然后通過對現有的課程內容進行增、刪、改，編寫相應的新教材。再者根據重編后的教材內容對實驗平臺和教學師資的要求，更新實驗平臺以及對教學師資進行新建設，通過實踐反饋不斷地優化課程體系，實現大自動化類專業電類技術基礎課程新體系的高效建設。

1.組織課程體系的分析和研討。通過組織相關教學人員進行課程體系的分析與研討，包括對大自動化類專業電類技術基礎課程之間關聯性的分析，對大自動化類專業電類技術基礎課程內容增添或刪減或糅合，以及實驗平臺的建設、教學講義及方法，關注如何對大自動化類專業電類技術基礎課程進行綜合教學。

2.改善教學內容與方式。大自動化類專業的定位在培養高層次、實用型、復合交叉型、國際化的人才，通過對相關教學人員進行教學培訓，使其在課程教學上不局限于本課程的教學，適當分析與其他相關課程的聯系，讓學生最大程度地了解本課程在專業領域內的作用，激發學生的好奇心與創造性。同時可以引入微課堂、翻轉課堂等新穎的教學方式，激發學生的自我學習潛能，加深學生對課堂的印象，提高學習效率。

3.以工程實踐能力的培養為重心，建立課程體系綜合實驗平臺。創新型人才必須具備扎實的專業理論基礎，但過多地強調知識的連貫性、系統性和完整性，過分注重讓學生掌握寬厚的基礎知識，必然會使學生的學習負擔加重，影響到學生創新能力和創新精神的培養。因此，必須優化大自動化類專業電類技術基礎課程體系和知識結構，加強實踐環節教學，要堅持“理論與實踐并重、知識與運用結合”的原則，要以培養學生的創新精神和解決實際問題的能力為根本出發點，精心組織理論教學和實踐教學，加強學生工程實踐能力的培養。

五、總結

課程體系是學校實現人才培養目標的具體化過程與方法，是提高人才培養質量的關鍵。本文針對中南大學大自動化類專業電類技術基礎課程體系的現狀，對比分析國內外高校大自動化類專業的體系，主要研究了電類技術基礎課程內容、課程實踐和教學平臺三方面的建設，旨在促進學生專業知識融合和綜合實踐能力、創新能力的提升，提高中南大學大自動化類專業的辦學水平，為其他高校課程體系的建設提供寶貴的經驗。課程體系建設應該是一個不斷深入、不斷探索、不斷更新的過程，如何進一步完善課程體系將是我們一直關注的問題。

參考文獻：

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，（3）：1-6.

[2]李華，胡娜，游振聲.新工科：形態、內涵與方向[J].高等工程教育研究，2017，（4）：16-19.

[3]韓九強，鄭南寧.國外自動化相關學科專業教育教學的現狀與發展研究[J].電氣電子教學學報，2003，25（6）：1-5.