自動(dòng)化專業(yè)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

彭熙偉　廖曉鐘　冬雷

摘要：本文結(jié)合自動(dòng)化專業(yè)課程教學(xué)中存在的專業(yè)課程零散、注重知識(shí)傳授、專業(yè)素質(zhì)不足、實(shí)踐教學(xué)薄弱等問(wèn)題，介紹了北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院增設(shè)實(shí)踐性、綜合性專業(yè)課程，突出工程特色、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，將素質(zhì)教育貫穿于專業(yè)課教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和舉措。

關(guān)鍵詞：工程教育；創(chuàng)新型人才；課程教學(xué)；自動(dòng)化專業(yè)

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革對(duì)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)提出了新的、更高的要求。中國(guó)工程院“創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)研究”重大咨詢項(xiàng)目從知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新精神四個(gè)方面對(duì)新時(shí)代創(chuàng)新型工程科技人才的素質(zhì)提出了具體要求：

在知識(shí)結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)具有數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識(shí)和人文社會(huì)知識(shí)。把科學(xué)知識(shí)與工程技術(shù)相互融合，形成各種知識(shí)相互交叉滲透的綜合知識(shí)結(jié)構(gòu)。

在能力結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)具有工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程集成能力。不僅掌握科學(xué)知識(shí)，更重要的是能夠把數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于系統(tǒng)表達(dá)、建模、分析、研究和解決工程問(wèn)題；在工程科技活動(dòng)中，具有學(xué)習(xí)和補(bǔ)充所需知識(shí)與技能，不斷學(xué)習(xí)和發(fā)展的能力。

在創(chuàng)新素質(zhì)方面，應(yīng)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，積極思考提高質(zhì)量的新技術(shù)、新方法，能夠考慮節(jié)能、降耗、成本、安全、環(huán)境、社會(huì)、健康等因素，具有社會(huì)責(zé)任和職業(yè)素養(yǎng)等素質(zhì)特征。

在創(chuàng)新精神方面，要有敬業(yè)精神和進(jìn)取心，要善于思考、勤于思考，具有科學(xué)求實(shí)的精神。

高等工程教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才的重要平臺(tái)。目前，我國(guó)高等工程教育傳統(tǒng)的知識(shí)性傳授課程教學(xué)難以培養(yǎng)未來(lái)創(chuàng)新型工程科技人才所應(yīng)具有的能力和綜合素質(zhì)要求，迫切需要對(duì)工程人才培養(yǎng)模式和課程教學(xué)做出相應(yīng)的調(diào)整和變革。下面以自動(dòng)化專業(yè)為例，就工程專業(yè)課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。

一、我國(guó)高校自動(dòng)化專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀

自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)工程性、實(shí)踐性和綜合性較強(qiáng)的工科專業(yè)，其突出特點(diǎn)是專業(yè)口徑寬、專業(yè)內(nèi)容豐富、覆蓋面廣。作為人才培養(yǎng)過(guò)程中最基本的教學(xué)環(huán)節(jié)，專業(yè)課程教學(xué)在不同程度上存在以下幾方面的問(wèn)題：

1.專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程零散

目前，高校自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程一般在學(xué)科導(dǎo)向背景下配置，不同程度上存在知識(shí)結(jié)構(gòu)學(xué)科化傾向。課程之間相對(duì)獨(dú)立，內(nèi)容缺乏相互交叉和滲透，使得學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)片段化。例如，電類、計(jì)算機(jī)類和控制類課程各自獨(dú)立開(kāi)課，缺少把這三類課程知識(shí)整合應(yīng)用于工程實(shí)際系統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生專業(yè)知識(shí)零散化、片段化，導(dǎo)致學(xué)生在系統(tǒng)分析和綜合運(yùn)用知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力方面偏弱。

2.注重傳授知識(shí)、忽視綜合能力培養(yǎng)

專業(yè)課程通常采用課堂灌輸式的教學(xué)方式，以教師為中心，注重知識(shí)傳授，而學(xué)生處于被動(dòng)的地位，師生交流互動(dòng)局限于提問(wèn)，缺乏啟發(fā)式、研究式的學(xué)習(xí)氛圍。在考核評(píng)價(jià)方面，專業(yè)課程采用期末考試結(jié)合平時(shí)成績(jī)（考勤、作業(yè)等）的綜合評(píng)價(jià)方式，但期末考試所占比重一般大于70%，使學(xué)生過(guò)于注重考試和成績(jī)。從教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)偏重知識(shí)傳授，而輕自學(xué)能力、綜合應(yīng)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題、交流與表達(dá)等能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和交流能力等方面欠缺。

3.專業(yè)素質(zhì)教育不足

專業(yè)課程往往偏重專業(yè)內(nèi)容方面的教學(xué)，包括電類、計(jì)算機(jī)類、控制類等課程內(nèi)容的教學(xué)，而在非專業(yè)因素方面的社會(huì)責(zé)任意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作，以及工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全、可持續(xù)發(fā)展、倫理等制約因素的素質(zhì)教育上還很欠缺，往往把這些非專業(yè)的素質(zhì)教育簡(jiǎn)單視為人文社科課程所承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)，專業(yè)課程教學(xué)很難體現(xiàn)與工程實(shí)踐活動(dòng)相關(guān)的非專業(yè)因素的素質(zhì)教育，這導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生在工程職業(yè)綜合素質(zhì)方面有欠缺。

4.實(shí)踐教學(xué)薄弱、工程實(shí)踐能力不足

實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍未能改變依附于理論教學(xué)的從屬地位。專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限于驗(yàn)證原理和掌握操作技術(shù)，實(shí)驗(yàn)要求、步驟和方法統(tǒng)一，結(jié)果可預(yù)知，導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、觀察能力、分析能力以及表達(dá)能力的全面訓(xùn)練；實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置基本上是進(jìn)行功能驗(yàn)證，工程性、綜合性、系統(tǒng)性不足，難以支撐貼近工程實(shí)際的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；很多專業(yè)選修課程只是傳授知識(shí)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)；專業(yè)課程設(shè)計(jì)缺乏與工程實(shí)際系統(tǒng)結(jié)合，難以實(shí)現(xiàn)綜合性、系統(tǒng)性的實(shí)踐訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生缺乏現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)思想、方法的培養(yǎng)，以及綜合運(yùn)用各方面知識(shí)解決工程問(wèn)題能力的實(shí)踐與訓(xùn)練。

二、我校自動(dòng)化專業(yè)課程教學(xué)改革探索

為了適應(yīng)未來(lái)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量需要，深化人才培養(yǎng)模式和專業(yè)課程教學(xué)改革，把學(xué)生中心、能力培養(yǎng)、產(chǎn)出導(dǎo)向等國(guó)際先進(jìn)工程教育理念貫穿于人才培養(yǎng)的始終，我校在課程配置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核評(píng)價(jià)等方面對(duì)自動(dòng)化專業(yè)課程教學(xué)進(jìn)行了改革和創(chuàng)新。

1.增設(shè)實(shí)踐性、綜合性、應(yīng)用性的專業(yè)課程

工程具有實(shí)踐性、綜合性。因此，我校自動(dòng)化專業(yè)加強(qiáng)了應(yīng)用性、綜合性、跨學(xué)科訓(xùn)練的專業(yè)課程建設(shè)，并強(qiáng)化相關(guān)課程實(shí)踐教學(xué)。例如，把工程測(cè)試技術(shù)等實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課程改造為實(shí)踐導(dǎo)向?qū)W習(xí)的課程。該課程具有實(shí)踐性、綜合性、系統(tǒng)性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容涵蓋電路、計(jì)算機(jī)、傳感器、信號(hào)處理等多學(xué)科專業(yè)課程知識(shí)的整合應(yīng)用，同時(shí)還涉及學(xué)習(xí)測(cè)試技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等新知識(shí)。把課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室，相關(guān)的元件、產(chǎn)品、系統(tǒng)貼近工程實(shí)際，學(xué)生通過(guò)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作，把已學(xué)專業(yè)課程知識(shí)進(jìn)行整合并運(yùn)用于解決工程實(shí)際問(wèn)題，有針對(duì)性地去解決學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)零碎、割裂及工程實(shí)踐能力薄弱問(wèn)題，使學(xué)生得到綜合、系統(tǒng)的工程能力培養(yǎng)。

2.突出工程特色、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)

我校針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置類型多，而實(shí)驗(yàn)裝置工程性、綜合性和系統(tǒng)性不足的情況，通過(guò)科研轉(zhuǎn)化、自制、校企合作等形式對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置進(jìn)行改造，使其具備工程性、實(shí)踐性、綜合性和系統(tǒng)性，以承擔(dān)工程實(shí)踐、工程訓(xùn)練的教學(xué)任務(wù)。

專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)以設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容為主，基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為必要的補(bǔ)充。以貼近工程實(shí)際的開(kāi)放課題作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課題的基本要求和部分參考資料基礎(chǔ)上自由發(fā)揮，誘發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的工程能力。例如，力傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)以工程實(shí)際應(yīng)用力傳感器的測(cè)試、分析和數(shù)據(jù)處理作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)傳感器的輸出電信號(hào)，搭建電路、調(diào)試電路，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，并進(jìn)行科學(xué)分析、評(píng)判實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論，使學(xué)生在“做中學(xué)”和“學(xué)中做”中培養(yǎng)實(shí)踐能力。

3.素質(zhì)教育貫穿于專業(yè)課程教學(xué)

工程實(shí)踐活動(dòng)既包含技術(shù)，也包含非技術(shù)，如經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、人文、法律等，具有實(shí)踐、綜合、集成和創(chuàng)造的屬性。實(shí)踐不僅是技術(shù)意義下的實(shí)踐，工程教育中的實(shí)踐也應(yīng)該作為學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的手段。因此，除了人文社會(huì)科學(xué)類課程所承擔(dān)的思想道德、文化和身心素質(zhì)教育外，還應(yīng)該把與工程密切相關(guān)的創(chuàng)新意識(shí)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展、總結(jié)與表達(dá)等非專業(yè)因素方面的素質(zhì)教育貫穿于專業(yè)課程教學(xué)活動(dòng)中。我校在專業(yè)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，加強(qiáng)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、交流討論、設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、編程及項(xiàng)目組織等環(huán)節(jié)的實(shí)踐過(guò)程，要求學(xué)生學(xué)會(huì)查閱資料，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、可靠性等制約因素，評(píng)判設(shè)計(jì)方案是否先進(jìn)，把創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)研究方法、工程意識(shí)、管理等專業(yè)素質(zhì)教育融入分析解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的教學(xué)活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生從事工程職業(yè)所具有的綜合能力和素質(zhì)。

4.開(kāi)展研究性教學(xué)、考核評(píng)價(jià)多樣化

在DSP原理及應(yīng)用、工程測(cè)試技術(shù)等應(yīng)用性強(qiáng)的專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，圍繞項(xiàng)目設(shè)計(jì)，采用開(kāi)放式的教學(xué)組織形式。例如，我們把DSP原理及應(yīng)用專業(yè)課程分解為課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和比賽三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：比賽采用2～3人為一個(gè)小組團(tuán)隊(duì)的形式，每個(gè)小組一套器件，學(xué)生在2周內(nèi)完成一項(xiàng)基于DSP控制器的智能小車的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試，進(jìn)行小車比賽，并進(jìn)行答辯。小組成員的分工與合作有利于增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程教學(xué)的積極。通過(guò)交流與討論、設(shè)計(jì)與分析、解決問(wèn)題、研究與實(shí)踐、答辯等系統(tǒng)性的實(shí)踐活動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維，在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生交流與表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作及項(xiàng)目組織的能力。

在研究性教學(xué)活動(dòng)中，教師介紹課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)及教學(xué)模式，介紹設(shè)計(jì)項(xiàng)目基本情況、參數(shù)與指標(biāo)、需要研究的問(wèn)題、達(dá)到的目標(biāo)，并為學(xué)生提供相關(guān)參考資料，組織教學(xué)安排。教師的職責(zé)從知識(shí)的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)研究問(wèn)題的指導(dǎo)者和引導(dǎo)者。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的研究性教學(xué)模式把一般的期末考試、實(shí)驗(yàn)、考勤綜合測(cè)評(píng)轉(zhuǎn)向注重知識(shí)整合、應(yīng)用、設(shè)計(jì)與制作、實(shí)驗(yàn)、表達(dá)、寫(xiě)作的綜合能力與素質(zhì)的形成性評(píng)價(jià)（具體分項(xiàng)內(nèi)容、考核指標(biāo)因課程而異），其中項(xiàng)目作品驗(yàn)收、答辯由3～5人教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種過(guò)程化、多樣化、多元化的考核評(píng)價(jià)方式激勵(lì)了學(xué)生自主、進(jìn)取、協(xié)作，促進(jìn)了學(xué)生發(fā)展。

三、結(jié)束語(yǔ)

專業(yè)課程教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，為畢業(yè)生所具有的能力和綜合素質(zhì)提供支撐，從而保證人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。推動(dòng)專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)實(shí)施和考核評(píng)價(jià)從知識(shí)傳授向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從知、行、意、情四個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)，有效提升了我校自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。受到了自動(dòng)化專業(yè)認(rèn)證專家組的好評(píng)。

[責(zé)任編輯：夏魯惠]