基于興趣驅動與問題探索的自動化專業工程實踐教學方法*

潘劍飛 婁 燕 費躍農

（深圳大學機電與控制工程學院 廣東深圳 518060）

專業教育是激發學生職業歸屬感和培養其興趣的重要一步。在自動化專業工程實踐的教學中[1]，學生要具備一定的基本理論知識，不斷地進行研究，持續地進行創新，并具備良好的職業道德、敬業精神和團隊精神。本文采用基于學生興趣驅動與問題探索的方式進行研究分析，建立立體化實踐教學平臺，逐步提升學生的工程實踐能力和創新能力。

一、自動化專業介紹

自動化專業的核心課程為自動控制，是以計算機技術、電子技術、控制技術、傳感器和檢測技術為核心技術，實現對各類自動化設備和系統進行控制的一門學科。控制科學與工程是自動化系的一門學科。該學科有四大發展方向：一是過程控制，二是運動控制，三是嵌入式系統和機器人，四是人工智能。自動化是把計算機軟硬件結合，工業過程控制和運動控制結合，以工業自動化、過程自動化、電氣和樓宇自動化等為主要特征的綜合性學科。該專業主要培養學生扎實的基本功，并著重實踐技能的培養。為提高學生對新技術的適應性，加強學生的實踐教育，提高對工程實習的培訓質量，特別設置了工科實習的教學內容，以提高學生的綜合素質。該課程旨在使學生擁有廣泛的工程技術基礎，并具備相應的技術技能，成為可從事工業自動化、計算機網絡技術、自動化儀表等方面的高層次技術人員。其以自動化為核心，對各種類型的自動控制進行了研究，基于自動控制的原理，以電子、電力、傳感器、計算機、網絡和通信為核心，實現對工業生產的自動化和各個行業的自動化，是一門綜合性較廣的工程學科。在現代創造性的教育系統中，以興趣驅動與問題探索為導向的教學方式是一種全新的教學方式。興趣驅動教學是一種以實際操作為核心的教學模式，打破了以往的填鴨式教學灌輸的缺點，以實際的教學活動為目標，以情景仿真和協作式形式，是一種新的并且適合于現代社會的教學方法。如圖1所示，為某具體教學場景。

圖1 自動化專教學場景

二、以興趣驅動探索問題為基礎的自動化專業素質教育

素質教育的目標是全方位地提升學生個人的綜合素養。學校通過開展多種形式的教學，將對于學生來說的外部認識和感覺轉化成個人內在穩定的個性和精神品質，以此作為學生終身發展的基石。在高校教育中，教師除了要教授一定的基礎知識外，還要注重培養學生的自主學習意識，增強科學素養和個性發展。近年來，我國高校的課程設置中，理論課程的學時不斷減少，由最初的3000個小時減少到現在的2400個小時[2]。這在某種意義上體現了我國高校的教育理念的改變和教學方法的變革。從學科發展和綜合的角度來看，在制定人才培養計劃時，要正確構造教學內容和課程結構，并進行整合和重組，這是建設人才計劃的一個重要原則。為使學生全面掌握知識，學生應重視其它專業知識在學科中的作用，加強知識的選擇和交叉融合，使整個課程得到全面優化。

“理解”的含義遠大于“傾聽”。教學中要注重理解，課堂要易于理解，老師要關注學生的理解[3]。質疑是為了更好地了解，了解之后還會產生更多的疑問。在教育過程中，對大學生的認知心理學的投資仍處于一種局部性的狀態，而教育則要求學生全身心地參與。目前，由于氛圍、條件、環境、政策等諸多因素的影響和限制，我國高校體育教育改革雖然開展了很多年，效果卻并不盡如人意。但是，一些高校通過采用小規模的變革和試驗已初見成效。

三、自動化專業工程實踐教學改革

目前，越來越多的高校開始關注對大學生工程實踐能力的培養，并建立了一個科學、合理的人才培養計劃。一般來說，首先建立起一套合理的實習課程系統，對各個實習環節進行統籌規劃，從而使實訓系統既與理論課并行，又相互協調，相輔相成[4]。從專業的定位和畢業生的就業情況看，自動化是一門應用類的專業，面向生產、工程、管理等領域的應用技術人才，培養目標是一種介于技術與工程學相結合的專業技術教育和科研教學模式。在此基礎上，學校確立了自動化的發展方向，以“重基礎、寬口徑、強實踐、強應用”為核心，強化師資隊伍和實驗室建設，強化產學合作，把高職院校建設成為一個突出的應用學科，培養具有實踐能力和創新能力的高級人才。在自動化專業的實踐教學結構改革中，應把工程技能與人文社會的實際工作有機地聯系起來，從而在實際工作中學會做人、學會做事，鍛煉自己的社會適應性。本專業要求學生需掌握“控制與系統”的基本理論與技能。在本科四年期間，要加強對學生工程技術的培訓，使其能夠接觸并使用現代分析方法、計算機處理和試驗方法進行分析設計和開發。要達到此目的，自動化專業的實習課程無論在內容上、形式上都要與滿足工程技術人才的需求相匹配。

當前，經過多年的高等學校評價以及中央與地方合作的實驗室建設，自動化專業的教學儀器基本能夠滿足教學要求，但存在現有的試驗裝置因其開放性、設計和創新型項目開工率低以及大型試驗裝置數量不足等問題。因此，在此基礎上，應建立一個以流程為基礎的全過程控制模擬試驗系統來提高對工作環境的認識，提高學生的專業技術水平。此外，在實驗環節，受到的設備限制是最大的。一些教室會因為設備問題而不能進行，而有的實驗室則是讓學員們接好電線，然后觀察結果，學生往往不知道為什么要這樣做，所以，必須將相關技術引入到實驗中，讓學員們熟悉系統的結構。在進入實驗室前，學生使用專用模擬程序建立模擬電路，獲得仿真波形。經過建立的模型，讓學生對整個體系結構有一個清晰的認識；借助模擬的波形，理解其工作方式，并明白原因。進入實驗室后，讓學生先演示模型，然后提問，以加深對這個系統的認識，使學生學習到更多的知識。測試完成后，讓同學們在測試平臺上做試驗，以進一步確認模擬的正確性，以及模擬與真實測試的差異。通過比較，同學們能夠更加深刻地理解整體的知識。在教學實踐中，老師要時刻注意學生的情況，使學生在實際操作中技能得到真正提高。在沒有相應的實驗平臺的情況下，學生可以通過模擬來了解自己所學的東西，從而了解自己所學的東西在現實中的運用。

四、自動化特色專業教學質量提升措施

1.課程體系與教學方法的改革

在實施“聆聽——質疑——解答——實踐”的教學方法基礎上，建立了以學生為中心、以問題為導向的興趣驅動培養方式，構建了具有專業特色的教學形式。通過案例教學、傳統教學與講座相結合、自學與討論、實習與課程結合、創新實驗計劃等教學手段，培養學生的自主探究和解決問題的能力。加強課程體系的構建，充分發揮傳統學科、新領域的綜合作用，適當增設幾個受歡迎的專業類專業，以促進畢業生的就業率[7]。教學內容以科研為主要手段，將科研結果融入課堂，為自動化專業大學本科畢業生設立了導師責任制，并設立了專門的創新性實驗課程，以促進學生的職業生涯發展。

2.建立健全工程實踐教學平臺結構

通過建立模擬試驗和實訓實踐基地，與國外企業、科研機構的人才培養方式相適應，真正提高了自動化專業的畢業生的就業能力。本課程可為專業課程設計、畢業實習、畢業設計、大學生創新實驗等方面的開放實驗平臺，通過“做中學”“用中學”和“練中學”的方式，有效地培養大學生的工程應用和工程思想，讓學員在此廣度“通才”教育的專長中展示自己的長處[8]。

3.提高自動化專業學生就業能力

從課堂教學到實驗室培訓，再到日常管理、大學生創新項目、社會實踐活動等各種途徑，真正提升大學生的實踐能力。參照行業中雇主和企業對新員工的培訓方式和內容，改進或修改了實際操作部分的教學，并在實際操作中引入了資深專家，對學生進行專門的培訓，從而有效地提升了實踐環節的內涵。具體從以下幾個層面進行：第一，從“傳統學科+前沿知識+工作場合知識”的教學模式構建；第二，在教學方式上，采取案例教學、傳統教學與講座、自學與討論、實習與課程結合的教學方式，以促進學生的職業學習熱情和職業技能的培養；第三，在實踐教育上，參照各行業招聘單位及各培訓機構對新員工的訓練方式及訓練內容，改進或修改實際課程，并在生產與結業中增設資深講師或專家，對學員進行專門的培訓[9]；第四，將教學內容應用到科研中去，將科研結果融入課堂中，在大學畢業后要實行“導師責任制”，以促進大學生的職業發展。最后，設置具有創造性的職業試驗課程，這是培養大學生的可持續發展的重要途徑。

4.改革教學方法，培養學生自主學習

教師教育的方法是影響學生獲取和形成合理的知識體系的關鍵因素。針對目前高校自動化系生源不足、自主性低的現狀，提出了采用“思考參與”和“引導鼓勵”的創新實踐方法，以提高學生的自主性。首先，采取思考參與方式，“思考”就是老師在教室里，將課本中的知識和技能融為一體，一邊講解，一邊提問，引導學生思考，找到問題，運用各種方式來解答問題，而“思考”則是讓他們了解到自己的知識，引導學生自己學會。“參與”指的是：讓同學們在課堂上積極提問，參與課堂教學，和教師一起討論，倡導“百花齊放，百家爭鳴”，倡導多種學習思路和解決方案，使同學們對教學內容進行追蹤、再認識。其次，是引導鼓勵式教學，“引導”學生在實際教學中獨立分析、調試和解決實際操作中的各類問題，并將啟發式、討論式、分層式、研究式等教學方式融入實際教學中；鼓勵學員自行設計合適的練習部分，提問和獨立地解決問題；鼓勵同學們參與各類競賽活動。由此，激發了學生學習的自主性。

結語

根據“通才”大范圍的自動化專業的培養模式特征，采用“傾聽——疑問——解疑——練習”的教學方式，探討了以興趣為導向和問題探究的素質教育培養方式，提出了質疑重于傾聽，反思大于理解的工程教育改革模式。從學科的總體發展和綜合性角度，科學地建立了學科的教學內容和課程結構，并對學科進行了整合和重組，在知識選擇和學科交叉融合方面下了很大的努力，充分發揮了該學科的學科特點。建立健全的自動化課程體系，以“做中學”“用中學”“練中學”的方式培養學生的工程學和工程學的思考水平。在實際應用中，要根據高等院校的實際需要，進行適當的培訓，其與一般的工程技術培訓相比，在困難程度和內涵上都有所不同。這對于提升學生在實際操作中的集成設計和操作技能的培養有著十分關鍵的意義。