新工科下的自動化專業人才培養及課程群建設

程國棟　張同莊　郭建鵬

[摘要]目前，大多數高校自動化專業制定的人才培養方案仍偏重于傳統工業自動化方向，所設置課程不利于新經濟、新形勢下國家、社會對應用型本科人才培養的新需求。根據中國礦業大學徐海學院的辦學宗旨和辦學特色，結合國家近期大力倡導的“智能制造”大方向及“新工科”人才培養體制，以自動化專業背景為依托，提出一種新工科下的人才培養方案改革思路;同時對自動化專業課程體系及內容進行優化整合，形成一種新工科下的智能控制類課程群，為獨立學院培養適應于新經濟形勢下的應用型、復合型人才奠定基礎。

[關鍵詞] 新工科;應用型人才;人才培養模式;課程群

[中圖分類號]? G642?????? ?? ??????? [文獻標志碼]? A???????? ????????????? [文章編號]? 2096-0603（2018）34-0028-02

一、引言

隨著“智能制造2025”的提出，以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟已成為發展趨勢。與傳統工科人才相比，新經濟需要的是實踐能力強、具備國際競爭力的高素質“新工科”人才。中國礦業大學徐海學院作為一所以“應用型本科教育”為特色的獨立學院，堅持“重實踐、強能力、高素質的應用型人才”的培養目標。為適應新經濟下社會對應用型人才的新需求，徐海學院對新工科體制進行了深入研究。本文從新經濟對自動化專業人才的新要求出發，分析了現有人才培養方案、課程體系與新需求之間的矛盾，提出一種新工科體制下的自動化專業人才培養方案及課程群建設思路。

二、自動化專業人才培養方案及課程體系現狀分析

通過前期對自動化相關企業、高校、畢業生及在校生的深入調研，總結出目前人才培養方案及課程體系存在如下問題：

（一）培養方案存在問題

1.現有培養方案仍然偏重傳統工業自動化方向，無法與國家最新倡導的“智能制造”方向（如機器人技術、物聯網技術等）有機結合。

2.現有培養方案雖注重應用型人才的培養，配置了大量實踐環節，但這些實踐環節大多依托于學校實驗平臺，無法結合工業現場實際系統，達不到“學以致用”的效果。

3.現有培養方案是由學校、教師對學生進行培養，忽略了相關企業在學生培養環節中的重要地位，缺乏校企合作及相關的工業現場實習、專業技能訓練等環節。

（二）課程體系存在問題

1.現有課程學分較多，理論課程任務重，且過多關注于通識性基礎課程，對實用性較強的專業課程及軟件工具類課程沒有重點突出。

2.部分課程所選教材偏重理論，實際案例講解較少;部分教材內容陳舊，所講授知識遠滯后于最新技術的發展，與現代企業需求相脫節的矛盾突出。

三、人才培養方案改革思路

本文針對現有培養方案存在問題進行深入研究，結合自動化行業發展趨勢，提出人才培養方案的改革思路。

（一）優化自動化專業人才培養方案

制定適用性、實用性及科學性的人才培養方案。以“智能制造2025”戰略為指導思想，將自動化專業打造成新型智能制造行業的機器人技術及傳統工業自動化中的PLC技術相結合的特色專業。

（二）加強校企合作，建立實踐實訓教學體系

加強學校與自動化高新技術企業之間的深度合作，建立實習、實訓基地及聯合培養實驗室，為學生參與工業自動化現場案例提供保障。同時，基于CDIO工程教育理念（構思、設計、實現和運作），結合自動化專業自身特點，建立一個“循序漸進、不斷提高、分層培養、注重實踐”的金字塔式實踐實訓教學體系。

（三）建設自動化專業課程教材

圍繞“智能制造2025”大方向，結合當下工業自動化機器人發展熱點，針對部分教材內容滯后于自動化最新技術等問題，開展《工業機器人技術及應用》《S7-1200PLC原理及應用》教材研發。

四、課程群建設思路

自動化專業課程群建設應滿足現代工業自動控制實際需求，重點對實用性強、關聯性大的多門核心課程進行內容整合、結構優化。針對現代工業控制需求，建設智能控制類課程群。

（一）智能控制類課程群建設框架

選取自動控制原理、現代控制理論、智能控制、電力拖動自動控制系統、機器人技術及應用、檢測與轉換技術、Matlab編程語言及應用、通用設備控制、現場總線技術共9門專業課整合為“智能控制類”課程群。

該課程群中：自動控制原理、現代控制理論及智能控制三門課程作為基礎課程，為后續核心課程及相關實驗實踐環節提供理論支撐;機器人技術及應用、電力拖動自動控制系統、檢測與轉換技術三門課程作為核心課程，既保留傳統工業自動化領域廣泛使用的變頻控制技術及傳感器技術，同時加強自動化高新技術領域中的機器人技術;通用設備控制、Matlab編程語言及應用、現場總線技術三門課程作為開發類課程，順應自動化領域4C技術的發展趨勢，為學生掌握自動化專業最新編程技術及后續調試工業實際控制系統提供有力保障。

（二）課程群內課程優化

為保證智能控制類課程群結構合理、層次分明以及資源共享，對課程群所涉及的9門課程內容進行了整合、優化。

1.自動控制原理課程優化

課程優化前：開設于第5學期，共80學時。主要講解經典控制理論，包括三種數學模型（時域、復數域及頻域）、兩種線性系統分析方法（根軌跡及Bode圖）、線性系統校正方法等。

課程優化后：開設于第5學期，共72學時。減少時域數學模型、根軌跡分析等理論內容，實驗中增加直流電機控制系統的Matlab設計方法。

2.現代控制理論課程優化

課程優化前：開設于第7學期，共32學時。主要講解現代控制理論，包括狀態空間法、系統能控能觀測性和Lyapunov穩定性分析等。

課程優化后：開設于第6學期，共32學時。理論內容精簡壓縮，實驗中增加基于LQR的單級倒立擺Matlab設計方法。

3.智能控制課程優化

課程優化前：開設于第7學期，共32學時。主要講解專家控制、模糊控制和神經網絡控制等方法。

課程優化后：開設于第7學期，共32學時。理論內容精簡壓縮，實驗中增加基于模糊控制的單級倒立擺Matlab設計方法。

4.電力拖動自動控制系統課程優化

課程優化前：開設于第6學期，共64學時。主要講解雙閉環直流調速系統、可逆控制、異步電機調壓調速、變頻調速等。

課程優化后：開設于第6學期，共64學時。減少直流調速理論內容，增加伺服控制系統講解;實驗中增加機械臂伺服系統的Matlab設計方法。

5.機器人技術及應用課程優化

課程優化前：開設于第6學期，共48學時。主要講解機器人運動學、機器人動力學、機器人控制、軌跡規劃及機器人外部信息的獲取方法等。

課程優化后：開設于第6學期，共64學時。減少機器人設計等理論知識，增加工業機器人應用、操作及維護等內容。

6.檢測與轉換技術課程優化

課程優化前：開設于第5學期，共56學時。主要講解檢測技術基礎、誤差分析基礎、電阻應變、電容式、電感式、霍爾等傳感器原理。

課程優化后：開設于第5學期，共56學時。減少各種傳感器原理等理論內容，增加傳感器使用場合、使用方法、在智能控制系統中的作用等內容。

7.通用設備控制課程優化

課程優化前：開設于第6學期，共48學時。主要講解常用控制電器、繼電器-接觸器控制系統、PLC200原理及控制系統的設計。

課程優化后：開設于第6學期，共48學時。減少繼電器接觸器控制系統介紹，將PLC200升級為PLC1200，增加PLC控制系統實例及PLC通信聯網功能。

8.現場總線技術課程優化

課程優化前：開設于第6學期，共48學時。主要講解現場總線技術的發展、網絡與通信基礎、CAN總線應用技術、Profinet總線應用技術等。

課程優化后：開設于第6學期，共48學時。理論內容精簡壓縮，增加總線通信應用實例及物聯網技術。

9.Matlab編程語言及應用課程優化

課程優化前：開設于第5學期，共16學時。主要講解Matlab語言基礎知識及應用和仿真算法控制系統仿真。

課程優化后：該課程刪除，將內容整合到自動控制原理、現代控制理論、智能控制及電力拖動自動控制系統課程中。

五、結論

本文以中國礦業大學徐海學院為例，分析了自動化專業人才培養方案及課程體系普遍存在的弊端。根據自動化領域高新技術發展趨勢，結合國家倡導的“智能制造”大方向及“新工科”人才培養體制，提出一種新工科下的自動化專業人才培養方案改革及智能控制類課程群建設思路，對獨立學院培養新經濟形勢下的應用型、復合型人才具有一定的指導意義。

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