面向培養解決復雜工程問題能力的自動化實踐教學改革研究

賴強

摘 要：面向培養解決復雜工程問題能力的自動化實踐教學改革對現如今的工科教學建設有著十分重要的現實意義。本文著重剖析了自動化實踐教學的現狀，結合解決復雜工程問題該能力在自動化畢業生當中的突出性，提出對應切合實際的改革方案。

關鍵詞：復雜工程;自動化;實踐教學

一、緒論

2016年我國正式加入《華盛頓協議》，中國的工程教育成果面向全世界展示，自那時起，提升學生解決復雜工程問題的能力成為了高校開展工程教育的重中之重[1-2]。現如今的工程認證畢業要求中，“復雜工程問題”被多次提及。在2015年的工程認證版本當中，普通高等學校畢業生要求標準12條當中就有8條與“復雜工程問題”相關。上述所闡明的復雜工程問題的解決能力，需要的不僅僅是對工程理論的全面了解和掌握，還需具備扎實的實踐基礎，這更加彰顯了工程教育在實踐、創新、全面等方面的優越性。在工科建設的潮流下，提出一種面向培養解決復雜工程問題能力的實踐教學方案，將解決復雜工程融會在教學過程中，有著跨時代的現實意義。

近些年來，全球范圍內掀起了高等科學工程教育的改革熱潮，中國現如今處于信息化的歷史潮流當中。自動化技術作為一門具備綜合性的代表技術，廣泛應用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸等各個領域，衡量了我國現代化科學技術創新發展的水平高低，是工業、農業、國防和科學技術現代化的重要條件和顯著標志。我國發展新興市場經濟，自動化人才的需求變得空前緊迫[6]。自動化產品的研發更新和人才的培養離不開教學體制改革，如今的自動化教學體制已經發展地比較完善，但仍存在著一些突出問題，特別是在解決復雜工程問題能力的培養和理論與實踐相結合的問題上。怎樣培養學生在復雜工程問題上的解決能力以及如何加強理論和實際應用中的連接，值得展開更加深刻的探討。

相對于傳統式的理論教學，實踐教學將理論知識充分運用到生產發展當中，從而驗證了理論知識的客觀實用性。實踐教學促使學生開闊眼界，更加深入掌握對理論知識的理解，為日后投入工作進一步打下堅實的基礎，肩負著科學研究、理論創新、教學改革等艱巨使命。在新時代創新發展的大潮流下，創新實用性人才是社會的一大缺口。另外，對高校而言，實踐教學的比例已經成為考核和評估的一個重要指標。在教育體制改革的浪潮當中，自動化專業致力于培養面向生產第一線的高級工程應用人才，其畢業后主要從事電氣設備運行、設計、維修、測試等技術和管理工作，因此要求具有較強的工程意識和實踐動手能力[8]。面向培養解決復雜工程問題能力的自動化實踐教學改革勢在必行。

二、教學現狀簡析

自動化專業的教學安排可劃分為課程理論教學和實踐教學兩大體系，根據學校辦學特色的多種多樣，自動化教學實現形式也多樣化地開展。工科專業的實踐教學致力于營造良好的工程環境，建造合理完善的實踐教育體系，培養出高素養的創新型高等技術綜合人才。自動化專業作為一門多類學科交叉的技術類學科，涉及的領域廣泛，課內和課外需緊密結合?，F階段的實踐課程主要有課程實驗、課程設計、專業實習、畢業設計等，從多方面體現了自動化教學的優越改革。雖然從目前的自動化教學方式看，自動化教學體系已經得到了很大改善，但仍然存留著許多問題沒有得到徹底解決，特別是在解決工程問題能力培養方面相當突出，主要包含在以下幾個方面：

（一）自動化課程安排比例失調

在各大高校的自動化教學課程安排中，存在著一個普遍現象：理論教學課程所占的比例遠大于實踐教學，且具備實踐教學的科目比較少。在《自動控制原理》課程安排中，有90%的理論教學安排，只有10%的實驗教學，甚至大部分課程沒有設置實驗。這就使得自動化專業課程發生了比較大的失衡。絕大多數學校在自動化專業上還是將教學重點安排在理論教學當中，學生在學習時重心被迫偏在了理論課堂上，對于所學的實際應用了解不多。在面對生活中的實際問題時往往會感到束手無策。由于課時限制，教師有時即使想向學生教授實踐能力，卻因為課時和教學成績考核要求往往也力不從心。這樣的課程安排過于忽視實踐教學對自動化復合型人才培養的重要性的結果，對實踐教學還不能夠達到一個較為清晰的認知。

總的來說，造成以上現象的部分原因歸咎于沒有構建完善的實踐教學機制。大部分學生學習到的理論知識不能通過足夠的實踐來得到鞏固完善，離開書本離開課堂就不知道在學習上收獲了什么，局限于考試做題，無法學以致用。

（二）自動化課程理論教學體系不夠完善

實踐教學是在理論教學基礎上的延續發展，實踐教學的實施離不開理論教學的扶持，理論教學是教學質量的“顯現石”，兩者相輔相成，是辯證統一的關系。自動化需要學習的新內容頗多，但有一些教材已經略顯陳舊，沒有得到及時的更新。學生由于理解能力有限和解決實際問題的經驗不足，僅僅靠書本上稍顯落后的知識去解決實際復雜工程問題非常困難。普通高等教育學校當中，大多數的高校還是采用傳統“單向式”的傳授方法，學生對課堂的積極性不高，很多學生在課堂上根本不聽教師講授，應付式地及格拿學分。自動化的教學還缺乏針對性，雖然自動化作為一個大方向已經劃分了諸如工業自動化和過程自動化等多個小方向，但在具體教學過程中沒有明顯區分，比如說面向該方向的特定復雜工程問題解決能力方面的教學培養目標等。只有將理論教學更上一層樓，實踐教學才能得到有效的提升。

（三）自動化實踐教學實際實施難以全面落實

首先，自動化課程的教學雖然有一定的實驗課程作為理論教學的輔助，但在部分實驗課程中，實驗器材已經老舊，實驗設備得不到及時更新。由于實驗器材數量不足，很難做到每個學生都能有相應的器材進行實際操作。其次，由于操作時長不足，不能保證每個學生都有實際操作的機會，學生在短暫的實驗操作中學習到的東西也極為有限。另外考慮到時間、器材和難度等問題，大多數的課程設計都是多人合作完成，這導致大部分學生依靠少部分學生來完成實驗任務。最后，在本科期間的專業實習上，因為某些特定的安全因素制約，大多是由專業人士進行口頭傳授和現場演示，而學生卻很少親自能夠進行實際操作，大大降低了自動化實踐教學的質量。

三、教學改革措施

自動化課程教學需要精益求精，以上所提及的教學問題都會制約著自動化專業的發展，在面向培養解決復雜工程問題能力的自動化實踐教學上同樣突出。通過對現階段自動化教學分析，針對本文研究的自動化在培養解決復雜工程能力問題上，從金工實習、實驗基地和畢業設計三個方面提出了以下改進措施：

（一）整合開放生產式金工實習

自動化專業的學生考慮到實際操作能力的培養以及工程需要，本科期間高校都增設了金工實習，主要對金屬工藝進行加工，金屬鍛造、焊接、鉗工、銑工、磨工等工藝實踐，它的偏向性較強，與理論知識有所脫節，學生不理解其用處。在解決復雜工程問題時，會涉及多個工程技術因素，金工實習作為最基礎的實踐教學，應該將自動化的主要相關課程知識巧妙地整合在一起。例如結合《自動控制原理》和PLC技術可以設計怎樣的金工實習。另外，大多數的金工實習在時間安排上都聚集在1—2周，實習基地也非開放式。提出對實習基地開放管理，學生可以依照自己的興趣愛好和時間安排使用實習器材，充分調動學生積極性，開發學生的主觀能動力。

（二）增設“271”模型式課程實驗基地

傳統的課程實驗，是以教師講解為核心，學生發散式學習，這對于學生的自我思考能力和創新精神的培育有著非常不利的影響?！?71”模式提倡將課程分為了三個部分：“2”指的是課堂的20%屬于老師詮釋學習任務，組織課程教學，引領課堂主要內容推進，對課堂進行激勵、點撥?！?”是271模式的主體部分，讓學生分組討論并且進行試驗，每一組都分組展示加以點評，最后提出疑惑和拓展?！?”則為老師和學生補充總結實驗結果和經驗，加以鞏固理論和實際操作的要點。打破傳統教學思路，從整體上對自動化教學進行提升。對于實驗基地的打造，強調校企合作，加強學生對實際工程之間的連接。師資方面增加企業高端技術人才，邀請具有豐富工程實踐經驗的人進行授課。

（三）以科學創新為主導的“工程化”畢業設計

自動化作為具備復雜工程課題研究的主要專業，存在大量工程方面的接觸，畢業設計作為自動化本科生對大學四年的綜合性考核，必須在工程設計上有所突出。畢業設計現大多注重書面知識的考核，重心在畢業論文上，忽視了實踐應用。在畢業設計選題時可以關注工程問題更新，設置創新型畢業設計選題，特別是在工程應用方向，在解決工程實際問題基礎上，深度開發學生思考。在畢業設計完成模式和考核方式上也可以有所推進，增加與企業的對接，設置校企雙分制。以解決復雜工程問題為目的擬定創新型選題之后，增加實踐考察項，考察在研究方法、成果等方面是否具有創新，是否有一定實用性。在考核成績里增加科學創新項分值和工程接壤分值，更加全面地對學生進行考查。

四、結語

針對提出的“面向培養解決復雜工程問題能力的自動化實踐教學改革”，推行以上措施方案，最終取得了一定的成效。學生積極參加自動化教學實踐課程，改善了實踐課堂的學習氛圍，動手能力也有顯著提高。大部分學生對自動化行業體系及實踐應用有了更為深刻的了解，對各類工程問題也有自己的解決思路，更多學生能夠在自動化專業方向有明確目標。這也驗證了自動化實踐改革在解決復雜工程問題能力培養上有著非常大的積極作用。

參考文獻：

[1]林健.如何理解和解決復雜工程問題——基于《華盛頓協議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（05）：17-26+38.

[2]林健.運用研究性學習培養復雜工程問題解決能力[J].高等工程教育研究，2017（02）：79-89.