自動化類專業工程訓練課程體系優化與實踐

金晶 姜宇 沈毅

摘 ? ?要：工程訓練是新工科教育背景下創新人才培養的重要手段。傳統的自動化類專業工程訓練課程體系的各個實踐教學環節之間相互獨立，創新培養體系無法形成統一。通過開展工程訓練課程的供給側結構性改革，以智能系統作為統一對象，以虛實結合作為統一原則，以主動學習作為統一手段，可以實現工程訓練課程體系的一體化設計，最大限度地增加學生的學習留存率，提高創新人才的培養質量，提升學生的工程實踐能力。

關鍵詞：自動化類專業;工程訓練;課程體系

中圖分類號：G642.3 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）09-0051-02

一、新工科教育背景下的創新人才培養形勢分析

在科技進步日新月異的大發展時期，在世界一流大學、世界一流學科建設的大調整下，突顯出面向現代化、面向未來培養創新人才的迫切需求。新形勢下教育的供給側結構性改革使得教育質量指向學習效果：從關注“教育投入”到關注“教育產出”[1];由關注“教師是否教得好”到關注“學生是否學得好”[2];由關注教學過程轉向關注畢業生的能力和發展[3]。

時代發展需要將應用理科向工科延伸，傳統工科向信息化、智能化方向改造，工科推動醫、法、經、管快速發展，優勢工科向深度、廣度進軍，即新工科時代到來。自動化學科是工科專業中最具新工科發展潛力的專業之一，其教育質量與未來國家創新人才需求直接相關。

創新型培養模式激發一系列課程體系、教學手段和方法的變革。美國緬因州國家訓練實驗室提出的學習金字塔理論指出[4]，原有的“聽講”方式學習效果最低，兩周后只有5%的學習留存率，而“主動學習”可以保留90%的學習內容。因此，為了保證學習效果，參與式學習及實踐學習是新形勢下必不可少的學習方法，也是新形勢下培養具有創新精神和實踐能力的重要手段。

工程訓練課程是完成素質教育和創新型人才培養目標的重要實踐教學環節[5]。該課程以實際工業環境為背景，帶動學生掌握產品全生命周期過程，更能體現工程綜合能力、工業制造技術和工程文化內涵。面向“中國制造2025”的智能制造時代，亟須在工程訓練過程中培養學生高端制造的工程實踐能力，具備全面的工程素質，建立質量、安全、效益、環境、服務等系統工程意識，緊密結合后續的自動控制基礎和專業課程，為創新能力培養提供保障[6]。

二、工程訓練課程體系一體化設計思路與創新

（一）以智能系統為統一對象，貫穿工程訓練課程體系

以智能系統作為統一對象貫穿工程訓練課程體系，內容上包括金工實習、電子工藝實習、生產實習、專業核心實踐課等實踐環節，涉及系統的機械化、電氣化、信息化和智能化四個層次，使學生能夠更加充分、全面地了解研究對象，有助于在工程訓練過程中多角度、全方位培養學生的分析能力與創新能力。

1.金工實習重點在于認識智能系統的機械化構造、制造工藝、技術，構建機械化對象。金工實習以傳統加工工藝如銑工、鉗工為基礎，輔以一定的現代化特種加工工藝，制造自動控制系統的被控對象，設計中通過作品展示的形式提升學生對工藝制造的榮譽感。

2.電子工藝實習從電氣化角度服務于機械系統。借助電路、電子等專業基礎課程，掌握控制系統電路的設計流程，完成智能控制系統原型設計。在實習過程中需掌握常用的電子元器件特性、電路制作、焊接、調試等各個環節，為自動化專業的控制理論學習打下基礎。

3.專業課程學習深化電氣系統應用。電子工藝實習的作品可以作為專業課程學習的對象。自動化專業的兩大核心課程中，“自動控制理論”負責講授自動控制的原理及設計方法，“自動控制實踐”負責鍛煉學生設計及實現控制系統的過程。兩者相輔相成，相得益彰。

4.生產實習將控制系統向信息化、智能化延伸，輔以一定的控制專業課、創新創業實踐課程，完成產品的工程化、產業化、智能化提升，以創新驅動思想提高產品的市場競爭力，同時負責智能制造過程中的檢測、環境、安全問題，使學生對現代化生產過程有全新的理解與認知，真正做到學以致用，創新推動發展。

（二）以虛實結合作為統一原則，完善工程訓練課程體系

本著“虛實結合”“能實不虛”的統一原則，從認知過程角度將工程訓練課程體系分為工程認知、工程訓練和工程創新三個層次。

1.工程認知以高端制造和智能制造為主線，通過多媒體展示、現場演示講解、虛擬仿真等方式，讓學生理解高端及復雜制造過程，特別對于學科交叉處的認知環節，培養基本工程意識和工程素質。

2.工程訓練在掌握基本制造知識的基礎上，具備高端制造操作技能。了解新工藝、新技術在現代制造中的地位和作用，訓練應用先進制造技術進行設計、制造、策略和檢驗的工程實踐能力。

3.工程創新以智能制造為背景，讓學生在工程訓練的過程中，采用逆向工程等方法進行創新設計，以提高學生分析問題、解決問題的能力，培養創新思維能力、團隊意識、管理能力等。

（三）以主動學習作為統一手段，提升工程創新實踐學習成效

根據金字塔模型，增加討論、實踐、教授等主動學習模式，保證學習效果。

1.改進課程教學模式，以主動學習帶動被動學習、主動學習與被動學習相互交叉等方式，通過參與式學習促進學習效果的提升。

2.以完成產品的形式提升主動學習積極性，通過一體化設計模式，做中學、學中做的方式能夠保證專業核心課學習留存率，以產品的市場競爭力為創新驅動原動力，提升學生的創新創業能力。

三、自動化類專業工程訓練課程體系建設與實踐

自動化類專業培養面向全球和未來，適應航天、國防及國民經濟與社會發展需要，在自動化及相關領域具有引領行業、學術潛質的科學技術創新人才。

以哈爾濱工業大學自動化類專業為例，其航天特色突出、動手能力強，一直是專業追求的目標。結合高端制造、智能制造，要求工程訓練課程能夠服務于專業課程。同時，課程體系設置需要緊密結合智能生產、互聯網、物聯網、物理信息系統等，給學生留下更多創新空間。

工程訓練課程體系一體化設計突出金工實習、電子實習和生產實習的各自作用，同時輔助自動化專業的核心課程和專業選修課程。在課程設計上，面向同類研究對象，即金工實習的機械對象就是控制理論的研究對象;電子實習對象是控制系統的對象，生產實習與控制專業課的多個環節結合，綜合保障學習效果。

根據哈爾濱工業大學自動化類專業的特色及優勢，以自控控制轉臺為例構建的課程體系如下。（1）在金工實習階段，將轉臺的拆裝、重要部件的機械制造等進行介紹、實際操作，并提煉出控制模型，指導控制理論的研究。（2）在控制理論學習階段，結合理論模型、學習控制理論、方法，控制性能，并能夠設計適合的控制器，實現控制目標。（3）在電子實習階段，認識電路板的繪制、制作、芯片的焊接、電路系統的調試等，將自動控制轉臺的機械部分電氣化。（4）在控制實踐學習階段，結合自動控制轉臺的機械、電氣系統，進行控制系統的實現，從傳感器、執行器、控制器、驅動器等多個角度設計系統，實踐控制理論，完成控制目標任務。（5）在生產實習階段，從自動控制轉臺的應用角度出發，認識空間環境、空間安全標準，以飛行器三維虛擬實驗演示自動控制轉臺的應用，并理解應用中對信息化、智能化的場景需求，交叉領域的關鍵技術問題等;以生產及服務為最終環節，完善控制系統設計的關鍵因素，提高應用能力創新。

通過工程訓練課程體系建設的一體化設計，培養學生扎實的專業實踐技能，解決復雜的工程問題的能力，在網絡和智能時代引領相關領域的發展，并最大限度地保證學習留存率。

參考文獻：

[1]王巍，王志浩，劉宇新.高等教育投入產出的DEA規模? ? 效率研究[J].中國管理科學，2013，（S2）.

[2]黃海濤.美國高等教育中的“學生學習成果評估”：內涵與? ? 特征[J].高等教育研究，2010，（7）.

[3]張陽.大學生綜合素質評價體系構建與優化——基于? ? 可持續發展能力培養視角[J].中國高等教育評估，2014，（2）.

[4]韓瑋，程琦.“學習金字塔理論”在高校教學模式改革實踐? ? 中的可行性分析[J].科技與創新，2015，（7）.

[5]陳詠華，李麗榮.工程訓練實踐教學研究與探索[J].實驗? ? 技術與管理，2011，（3）.

[6]劉曉平，蘭玉.面向“互聯網+”與“中國制造2025”的高等? ? 教育人才培養芻議[J].教育教學論壇，2017，（4）.