面向工程素養教育的應用型本科電氣自動化專業學生培養模式探究

［摘 要］基于當代大學生興趣廣泛和智能水平比較高的特點，文章以STEM教育理念中的工程素養與技術能力培養理念為指導，運用STEM教育理念中的趣味性與實踐性等原則，提出面向工程素養教育的應用型本科電氣自動化工程專業技術人才“興趣→專心于實踐→責任心→事業心→勇敢精神”遞進式培養模式。該培養模式利用電氣自動化工科專業學生對豐富多彩的實踐活動感興趣的心理，運用心理學的興趣遷移原理引導學生建立電氣自動化工程技術專業興趣；通過層次化教育實踐活動，促進學生對工程技術新知識的專心學習與實踐；在知識運用實踐中培養學生的責任心，使學生逐步樹立事業心，并且在走向社會時具有勇敢精神。

［關鍵詞］STEM教育理念；工程素養；電氣自動化專業；應用型本科；課程目標

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）22-0127-05

在全球化競爭中，STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics，科學、技術、工程和數學）教育理念是國際上認可的通過教育來提高國家政治與經濟競爭力以及創新力的戰略思想。STEM教育理念與充分結合學生的興趣特點開展項目式教學的理念不謀而合，適用于工科專業大學生實踐教育活動[1]。

工程素養教育源自STEM的科學素養、技術能力和工程水準的內涵，包括工程科學素養和工程專業素養培育，可以培養學生在各種情境中對遇到的問題進行有意識的探究、有方向性的預見和科學解決問題的能力，能夠激發應用型大學的學生從事工程專業技術工作的興趣，引導學生形成工程科學的嚴謹思維和作風[2]。

一、應用型本科電氣自動化專業學生培養要求

現代社會沿著全面“電氣化→自動化→數字化→智能化”方向發展，電氣自動化作為人才需求量很大的一類專業，要求畢業生具有電子技術、電工技術、自動檢測與儀表、控制理論、系統工程、信息處理、計算機技術與應用、網絡技術等比較寬廣的領域的工程技術基礎與專業知識[3]。

我國自動控制學科由錢學森等科學家在50年代提出并創建，學科發展后與大量的工科行業相結合，產生了自動化、電氣工程及其自動化、建筑工程及其自動化、機械工程及其自動化等與自動化密切相關的專業。我國在2004年正式推出自動化系統工程師職業資格認證制度，進一步規范了電氣自動化類人才培養過程。2017年以來，教育部結合相關理科基礎學科積極推進新工科建設。新工科建設的目的是適應當今科學技術的飛速發展。新工科工程技術型人才的特征之一是具有較強的解決工程實際新問題的能力。應用型本科電氣自動化專業人才直接面向工程，需要能夠解決工程實際問題，這決定了其需要有較強的工程實踐動手能力。因此，應用型本科電氣自動化專業的人才培養目標是使學生成為電氣自動化專業技能突出、實踐動手能力強、吃苦耐勞、勇于奉獻的高素質應用型人才。

電氣自動化專業的學生走向社會后，將成為在工業過程控制、運動控制、電力電子技術、檢測與自動化儀表、電子與計算機技術等領域從事系統運行、系統設計與分析、科技開發等工作的工程技術人才。新工科應用型電氣自動化人才的培養，適合運用STEM教育理念中的“工程科學+工程專業”素養培育的方法進行。工程素養教育十分注重對學生專業實踐技能的培養和提升，對于工科類專業而言，實質就是培養技術工程師的工程素養，需要引導學生從新工科的視角，用工程科學的方法思考問題，用工程專業的方法解決問題[4-5]。

二、基于層次化教學活動的培養模式

實踐活動由于形式多樣、內容豐富、參與者的獲得感強而受到工科專業大學生的歡迎，其教學宜以STEM教育理念的情境性與團隊協作性貫穿。筆者在電氣自動化專業的教學活動中，構建了教學活動的層次化結構，以本科二年級以上學生為主體構建為三個層次，即基礎層→提高層→創新層，層層提高與深入，目的是讓學生夯實基礎、提高水平、獲得創新能力。基礎層包含課程作業、課程實驗、案例學習等，提高層包含課程設計、社會與企業實踐活動、技能大賽等，創新層包含大學生創新實踐項目、相關專業設計競賽、科技競賽、本科畢業設計以及與碩士、博士研究的銜接等。

基于該層次結構，本文提出面向工程素養教育的應用型本科電氣自動化專業學生培養模式，即“興趣→專心于實踐→責任心→事業心→勇敢精神”的遞進式工程技術大學生培養模式。基礎層注重學生的興趣培養，提高層建立學生的責任心并使學生專心于實踐，創新層磨煉大學生的事業心，使學生逐步樹立勇敢精神。該模式指導學生學習電氣自動化工程技術知識、參加各類科技比賽直至畢業走向社會。

三、培養模式實施問題探討

“基礎層→提高層→創新層”各層次教學活動要求逐步提高，最高的“創新層”活動涉及各個學科知識的綜合運用。下面探討“興趣→專心于實踐→責任心→事業心→勇敢精神”培養模式主要環節如何實施的問題。

（一）培養學生的工程技術專業興趣

基于STEM教育理念的趣味性與實踐性原則，以豐富多彩的工程實踐活動為載體，從工科專業學生對技術實踐活動的外部特征易產生直接興趣著手，培養學生對工程技術的直接興趣；運用心理學的興趣遷移原理，引導學生將該直接興趣遷移到對活動的結果及其重要意義有明確認識的間接興趣，逐漸地專心于實踐，從而培養學生的工程技術專業興趣。例如，在當今社會的數字化浪潮下，學生對數字產品有著濃厚的興趣，因此可結合導師組活動與相關課程教學，培養學生數字控制系統方面的興趣，開展具有應用型高校特色的數字控制裝置制作活動，讓學生通過動手完成有特色的數字控制裝置獲得成就感，從而增強工程技術專業興趣。

（二）提高學生解決新問題的能力

基于STEM教育理念的變化性與綜合性原則，結合當代大學生具有較高智能水平的特點，在學生產生工程技術專業興趣的基礎上，引導學生通過專業知識學習，掌握工程技術知識，培養舉一反三的能力、創新應用專業知識的能力；培養學生的工程科學思維，使學生能夠專心于實踐活動，提高解決新問題的能力，增強責任心。例如，在學生對數字化裝置有濃厚興趣的基礎上，結合課程設計、畢業設計、科創活動和科技競賽活動，鼓勵學生將學到的專業知識運用于實踐活動；引導學生以今后工作需求為目標進行新型數字自動化控制裝置與方法的設計實踐，開動腦筋運用學到的知識完成有趣的數字化裝置與方法的設計與應用。

（三）培養學生的責任心與事業心

畢業班學生的學習不再是單一學科知識的學習，而是需要逐步將多學科知識進行融合，綜合地應用于某個實踐項目。工科大學生通過積極參與科學實踐探究活動，運用工程專業知識，能夠進一步地提升綜合能力和社會責任感，包括運用知識和能力服務社會的精神、科學嚴謹的態度和作風、團隊合作協同的能力和意識等。通過實踐教育活動，可以提升學生的問題意識、創新精神、主動探究能力和工程動手能力，使學生在形成責任心的基礎上，形成事業心，最終樹立勇敢精神，形成正確的世界觀與人生觀。例如，可以在畢業設計和企業實習等創新活動中，針對出現的困難與問題，以及學生遇到的挫折，耐心幫助學生分析問題所在和主客觀原因等；面對困難，進行技術指導與心理疏導，鼓勵學生發揮主觀能動性；引導學生不以一時的得失論成敗，樹立正確的人生觀與價值觀，磨煉意志，熱愛專業，勇敢地面對走向社會進行就業帶來的挑戰。

人才培養是一項十分復雜而繁重的工作，需考慮當代大學生個性比較強的特性，結合學生具體個性特點開展教學活動，這樣效果會更好。

四、培養模式在課程教學中的定量評價

依托現代大學教育具備的組織與考核體系，在培養工科專業大學生的知識傳授與實踐相結合的課程中，運用“興趣→專心于實踐→責任心→事業心→勇敢精神”培養模式進行教學。以電氣工程及其自動化專業的虛擬儀器及其程序設計課程為例，其任務是以LabVIEW軟件學習為載體，使學生掌握數據采集與分析等測控方面的軟件編程開發技術。根據該專業的工程教育認證要求[6]，基于STEM的工程素養與技術能力培養理念，設立“知識、能力和素質”三方面課程目標。

課程目標1：學習知識。要求學生能夠應用虛擬儀器知識，掌握運用虛擬儀器軟硬件構建測試分析裝置的方法，掌握虛擬儀器程序的創建、編輯和調試技術，產生興趣并能專心于軟件設計實踐。

課程目標2：培養能力。培養學生運用虛擬儀器技術分析電氣領域的復雜工程問題的能力，通過將虛擬儀表與真實實驗裝置相結合，增強學生在電氣自動化領域從事開發工作的能力，培養學生的責任心和事業心。

課程目標3：提高素質。通過課程的學習，培養學生的社會責任感，提升學生的電氣自動化崗位職業道德、責任擔當與勇敢精神，培養學生實事求是與科學嚴謹的工作態度。

課程教學在微機網絡教室進行。LabVIEW軟件具有豐富的人機界面，學生對此興趣較濃。教師講授虛擬儀器知識并演示儀器豐富的功能，激發學生的直接興趣；讓學生在微機網絡教室進行軟件編程，將直接興趣遷移到虛擬儀器軟件編程實踐的間接興趣，學習組態軟件的高效率軟件編程與開發技術；在軟件編程開發調試中，指導學生實現虛擬儀器的數據采集與分析功能，并寫出相關的技術報告，逐漸使學生樹立在工程技術運用中的責任心；通過多次對學生開發軟件的指導與對學生寫出的技術報告的評價，磨煉學生的事業心；通過期末考核與總結等使學生初步樹立勇敢精神。

在該培養模式的應用中，結合工程教育認證的教學過程考核，對學生是否達成三方面課程目標進行定量分析和評價。具體計分比例為課程目標1占30%、課程目標2占60%、課程目標3占10%。其中，學生平時學業水平評價包含每周完成編程寫出的報告、出勤和互動等平時成績，比例為70%，即平時1占20%、平時2占40%、平時3占10%；期末考核環節成績計分比例為30%，即考核1占10%、考核2占20%，以課程結束完成編程寫出的報告計分；按目標1、2、3計分，對班級每一位學生的學習情況進行定量評價考核計分，統計分析該課程的目標達成情況，得出該班級的三個課程目標達成均值（數據見表1）。

分析課程目標2綜合2，得到統計數據（見圖2），某些學生課程目標2的綜合分值低于平均綜合分值50.46（圖2中虛線），需要對這些學生在課程目標2方面進行針對性輔導。

分析課程目標3綜合3，得到統計數據（見圖3），各位學生的課程目標3綜合分值接近平均分值8.97（圖3中虛線），說明學生在課程目標3方面做得比較好。

課程目標1、2、3的達成度、未達成度、平均達成度數據比較如圖4所示。課程目標1的未達成度較高，超過0.5，主要是在課程初期，學生在編程類課程中在“專心于實踐”與責任心方面需要加強；課程目標2的未達成度較高，超過0.6，說明學生對復雜工程問題的分析能力、技術解決方案的設計創新能力與事業心需要加強；課程目標3的未達成度低，小于0.05，說明學生對上機編程學習相關技術有濃厚的興趣。因此，該班級學生的培養需要在教學中增加復雜工程問題的分析、系統設計案例學習，加強編程類課程“專心于實踐”和責任心方面的培養，加強對復雜問題解決能力的培養，直至學生形成事業心。

五、應用型工科大學生需要培養勇敢精神

應用型本科電氣自動化專業涉及自動化控制工程、電氣工程、信息工程、計算機技術等諸多領域，專業的實踐性很強，又由于具有強弱電、電工與電子、機械與電氣、元件與系統和計算機軟硬件相互結合等特點，需要培養學生對電氣自動化工程技術問題善于質疑、勇于實踐、敢于創新的勇敢精神。現代社會向著電氣化、信息化與數字化方向發展，各行各業對應用型電氣自動化人才的需求量非常大。目前，從專業培養目標——“專業技能突出、實踐動手能力強、吃苦耐勞、勇于奉獻”以及學生步入社會后的工作情況來分析，學生要真正成為具有電氣自動化工程技術能力的工程師，需要有勇敢精神支撐。

應用型本科高校是我國高等教育體系不可或缺的重要組成部分。在應用型工科大學生培養中，教師需思考如何將學生從“興趣廣泛”引導到對工程技術專業產生濃厚的興趣；如何開發學生的智能，使學生解決工程專業技術新問題的能力得到提高；如何培養當代大學生的責任心與事業心，最終使其具有勇敢精神。

六、結語

應用型大學能夠為地方經濟建設及其發展提供大量應用型創新人才，與區域經濟的密切關系必然體現在其辦學方式上，成為其辦學特色。上海海事大學結合上海國際航運中心建設，以航運科技創新人才培養為特色，其工科專業學生培養需要運用基于STEM的面向工程素養教育的人才培養模式，并依托豐富多彩的實踐活動開展教學，培養學生的工科專業興趣、開發學生的智能，從而使學生具有較強的專業技術能力。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 劉元永， 宋國良. 關于STEM教育理念的科學實踐活動探究[J]. 科技經濟導刊， 2020，28（16）：158.

[2］ 郭小凡. 基于STEM教育理念的應用型本科教學探究：以電子商務本科教學為例[J].高教學刊， 2019（11）：123-125.

[3］ 田燕， 宦鍵. 新工科背景下高校電氣自動化技術專業人才培養研究[J]. 現代職業教育， 2024（3）：165-168.

[4］ 陳玲輝， 靳玉樂. 具身認知理論視域下工程素養的培育[J]. 高等工程教育研究， 2023（5）：195-200.

[5］ 呂哲，周艷文.工程素養視角下金屬材料教學改革研究[J].現代職業教育， 2020（32）：90-91.

[6］ 聶如松， 阮波. 基于工程教育認證的土力學課程目標達成度計算與評價[J]. 大學教育， 2024（2）：61-65.

［責任編輯：周侯辰］