自動化專業課程教學改革的探索與實踐

彭熙偉　廖曉鐘　冬雷

摘要：本文結合自動化專業課程教學中存在的專業課程零散、注重知識傳授、專業素質不足、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、綜合性專業課程，突出工程特色、加強實踐環節，將素質教育貫穿于專業課教學的經驗和舉措。

關鍵詞：工程教育；創新型人才；課程教學；自動化專業

新一輪科技革命和產業變革對創新型工程技術人才培養提出了新的、更高的要求。中國工程院“創新型工程科技人才培養研究”重大咨詢項目從知識結構、能力結構、創新素質和創新精神四個方面對新時代創新型工程科技人才的素質提出了具體要求：

在知識結構方面，應具有數學、自然科學、工程基礎、專業知識和人文社會知識。把科學知識與工程技術相互融合，形成各種知識相互交叉滲透的綜合知識結構。

在能力結構方面，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學、自然科學、工程基礎和專業知識用于系統表達、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，不斷學習和發展的能力。

在創新素質方面，應在設計、生產中體現創新意識，積極思考提高質量的新技術、新方法，能夠考慮節能、降耗、成本、安全、環境、社會、健康等因素，具有社會責任和職業素養等素質特征。

在創新精神方面，要有敬業精神和進取心，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創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的知識性傳授課程教學難以培養未來創新型工程科技人才所應具有的能力和綜合素質要求，迫切需要對工程人才培養模式和課程教學做出相應的調整和變革。下面以自動化專業為例，就工程專業課程教學改革進行探討。

一、我國高校自動化專業課程教學現狀

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

1.專業基礎課程和專業課程零散

目前，高校自動化專業基礎課程和專業課程一般在學科導向背景下配置，不同程度上存在知識結構學科化傾向。課程之間相對獨立，內容缺乏相互交叉和滲透，使得學生所學專業知識片段化。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的教學環節。學生專業知識零散化、片段化，導致學生在系統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

專業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，缺乏啟發式、研究式的學習氛圍。在考核評價方面，專業課程采用期末考試結合平時成績（考勤、作業等）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、教學內容、考核評價等各個環節偏重知識傳授，而輕自學能力、綜合應用知識發現問題、提出問題、解決問題、交流與表達等能力的培養，導致學生在學習能力、創新能力和交流能力等方面欠缺。

3.專業素質教育不足

專業課程往往偏重專業內容方面的教學，包括電類、計算機類、控制類等課程內容的教學，而在非專業因素方面的社會責任意識、創新意識、團隊合作，以及工程設計時考慮經濟、環境、安全、可持續發展、倫理等制約因素的素質教育上還很欠缺，往往把這些非專業的素質教育簡單視為人文社科課程所承擔的教學任務，專業課程教學很難體現與工程實踐活動相關的非專業因素的素質教育，這導致培養的學生在工程職業綜合素質方面有欠缺。

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。專業課程實驗教學局限于驗證原理和掌握操作技術，實驗要求、步驟和方法統一，結果可預知，導致學生缺乏實驗思路、實驗設計、實驗技術、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；很多專業選修課程只是傳授知識，沒有實驗教學；專業課程設計缺乏與工程實際系統結合，難以實現綜合性、系統性的實踐訓練，導致學生缺乏現代工程設計思想、方法的培養，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、我校自動化專業課程教學改革探索

為了適應未來工程專業人才培養的質量需要，深化人才培養模式和專業課程教學改革，把學生中心、能力培養、產出導向等國際先進工程教育理念貫穿于人才培養的始終，我校在課程配置、教學內容、教學模式、考核評價等方面對自動化專業課程教學進行了改革和創新。

1.增設實踐性、綜合性、應用性的專業課程

工程具有實踐性、綜合性。因此，我校自動化專業加強了應用性、綜合性、跨學科訓練的專業課程建設，并強化相關課程實踐教學。例如，把工程測試技術等實踐性強的專業課程改造為實踐導向學習的課程。該課程具有實踐性、綜合性、系統性和應用性強的特點，教學內容涵蓋電路、計算機、傳感器、信號處理等多學科專業課程知識的整合應用，同時還涉及學習測試技術、虛擬儀器技術等新知識。把課程教學活動設置在實驗室，相關的元件、產品、系統貼近工程實際，學生通過完成項目設計工作，把已學專業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、系統的工程能力培養。

2.突出工程特色、加強實踐環節

我校針對自動化專業實驗教學裝置類型多，而實驗裝置工程性、綜合性和系統性不足的情況，通過科研轉化、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、綜合性和系統性，以承擔工程實踐、工程訓練的教學任務。

專業課程實驗教學以設計性、綜合性實驗教學內容為主，基礎性、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容，讓學生在實驗課題的基本要求和部分參考資料基礎上自由發揮，誘發學生創新思維，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、分析和數據處理作為實驗內容，學生根據傳感器的輸出電信號，搭建電路、調試電路，對數據進行采集、處理，并進行科學分析、評判實驗并得出結論，使學生在“做中學”和“學中做”中培養實踐能力。

3.素質教育貫穿于專業課程教學

工程實踐活動既包含技術，也包含非技術，如經濟、環境、人文、法律等，具有實踐、綜合、集成和創造的屬性。實踐不僅是技術意義下的實踐，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、文化和身心素質教育外，還應該把與工程密切相關的創新意識、經濟、環境、可持續發展、總結與表達等非專業因素方面的素質教育貫穿于專業課程教學活動中。我校在專業課程設計項目中，加強項目方案設計、交流討論、設計、制作、調試、編程及項目組織等環節的實踐過程，要求學生學會查閱資料，綜合考慮經濟、可靠性等制約因素，評判設計方案是否先進，把創新意識、科學研究方法、工程意識、管理等專業素質教育融入分析解決設計問題的教學活動中，培養學生從事工程職業所具有的綜合能力和素質。

4.開展研究性教學、考核評價多樣化

在DSP原理及應用、工程測試技術等應用性強的專業課程實踐教學環節中，我們以學生為中心，以能力培養為導向，圍繞項目設計，采用開放式的教學組織形式。例如，我們把DSP原理及應用專業課程分解為課堂教學、實驗和比賽三個教學環節：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周內完成一項基于DSP控制器的智能小車的設計、制作和調試，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、答辯等系統性的實踐活動，激發了學生的創新性思維，在培養學生綜合運用知識分析解決實際問題能力的同時，也培養了學生交流與表達、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、內容、考核評價及教學模式，介紹設計項目基本情況、參數與指標、需要研究的問題、達到的目標，并為學生提供相關參考資料，組織教學安排。教師的職責從知識的傳授者轉變為學生學習研究問題的指導者和引導者。

項目驅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的形成性評價（具體分項內容、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、協作，促進了學生發展。

三、結束語

專業課程教學是人才培養的重要教學環節，為畢業生所具有的能力和綜合素質提供支撐，從而保證人才培養目標的實現。推動專業課程教學設計、教學內容、教學模式、教學實施和考核評價從知識傳授向能力培養轉變，從知、行、意、情四個方面培養學生的綜合能力和素質，有效提升了我校自動化專業人才培養質量。受到了自動化專業認證專家組的好評。

[責任編輯：夏魯惠]