“以賽促教，以賽促學(xué)”
——地方應(yīng)用型高校“自動控制原理”課程教學(xué)改革與實踐

王 靜孫春虎徐 兵夏 坤

（1 巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）（2 國網(wǎng)安徽無為縣供電有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

以應(yīng)用型本科教育為導(dǎo)向[1]，依照應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，在自動控制原理課教學(xué)過程中突出專業(yè)核心能力的培養(yǎng)，并鼓勵學(xué)生進(jìn)入開放實驗室，參加各類設(shè)計競賽，做到“以賽促教、以賽促學(xué)”，推進(jìn)教學(xué)和人才培養(yǎng)模式改革。在中國面臨從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的歷史時期，“中國制造2025”已成為新的國家發(fā)展戰(zhàn)略[2]，憑借全國大學(xué)生“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的學(xué)科競賽，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了良好的培養(yǎng)平臺，自動控制原理課題組探索了一條基于“以賽促教，以賽促學(xué)”的應(yīng)用型人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)道路。

2 “自動控制原理”課程體系、內(nèi)容及方式的改革

2.1 創(chuàng)新教學(xué)理念，提升教學(xué)水平，開設(shè)第二實踐教學(xué)課堂

對于工科學(xué)生而言，僅限于單一課程的課堂與實驗教學(xué)已經(jīng)限制了學(xué)生應(yīng)用型能力的培養(yǎng)，課程的系統(tǒng)性與連貫性要求在教學(xué)中應(yīng)與其他相關(guān)課程融會貫通。經(jīng)過學(xué)院基本教學(xué)過程，學(xué)生多數(shù)已經(jīng)掌握各類的基礎(chǔ)課程知識，而對于系統(tǒng)性教學(xué)需要學(xué)生進(jìn)行課外的實踐并由相關(guān)專業(yè)老師指導(dǎo)，在教學(xué)中設(shè)計成課外的第二實踐教學(xué)課堂。

應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要專業(yè)知識與實踐能力相聯(lián)合，應(yīng)在教授學(xué)生自動控制理論知識的同時，注重實際操作能力技能水平的提高，教育出國家與社會急需的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。在學(xué)科競賽的指引下，教師要及時創(chuàng)新教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，學(xué)習(xí)新知識、新設(shè)備、新技能，運(yùn)用最新最能為學(xué)生接受的教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)的、陳舊的教學(xué)模式，主動順應(yīng)就業(yè)崗位及就業(yè)技能的要求，將課堂的主動權(quán)還給學(xué)生，倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自我創(chuàng)新的能力，全面提升教師的培育教學(xué)水準(zhǔn)，提高教育教學(xué)質(zhì)量[3]。

針對電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結(jié)合“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的賽項，改變以往傳統(tǒng)的以處理器為核心的實踐教學(xué)理念。傳統(tǒng)的電類學(xué)科學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)多圍繞處理器的培養(yǎng)理念，以處理器為核心的培養(yǎng)模式對學(xué)生串聯(lián)基本硬件知識起到巨大推動作用。然而也桎梏了學(xué)生的創(chuàng)新能力，多數(shù)學(xué)生仍然停留在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，使得設(shè)計能力局限在粗糙的設(shè)計下游，難以達(dá)到“高”“精”“尖”的層面。

憑借中國智能制造挑戰(zhàn)賽的平臺，設(shè)計以自動控制為核心，串聯(lián)以PLC技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電路、模擬數(shù)字電子技術(shù)和傳感器技術(shù)等基本課程的第二實踐教學(xué)課堂，將自動控制原理放在了專業(yè)設(shè)計的核心位置上（圖1）。通過動手實踐結(jié)合自動控制原理基礎(chǔ)知識，借由處理器、傳感器和電子技術(shù)的基礎(chǔ)教學(xué)，在第二實踐教學(xué)課堂中，將知識進(jìn)行融合和再學(xué)習(xí)。將學(xué)生的設(shè)計水平真正提升到自動化的層面。讓硬件為自動化服務(wù)，利用現(xiàn)有實驗條件，具體工業(yè)自動化例程對學(xué)生進(jìn)行課外課堂教學(xué)。

圖1 第二課堂知識架構(gòu)

通過第二課堂中的實踐任務(wù)下達(dá)，系統(tǒng)方案是核心，要求學(xué)生在第一階段，必須對自動化系統(tǒng)的方案進(jìn)行設(shè)計和論述，在第二課堂內(nèi)通過與同學(xué)和指導(dǎo)教師的討論，不斷設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)自動化方案，并最終敲定設(shè)計方案，隨后將各個設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行具體化，根據(jù)每個環(huán)節(jié)中所使用的硬件和平臺進(jìn)行系統(tǒng)的實踐設(shè)計，完成第二實踐課堂的設(shè)計任務(wù)。在此類模式下，學(xué)生能夠掌握從頂層對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)過多方討論的設(shè)計方案，不斷查找和消除設(shè)計錯誤，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，然后依次逐步實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計方案，學(xué)生能夠具備基礎(chǔ)的設(shè)計素質(zhì)，同時能夠逐步完善對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，并在后續(xù)培養(yǎng)中具備較強(qiáng)的競爭力。

2.2 以學(xué)科競賽為引領(lǐng)，開啟任務(wù)式、項目驅(qū)動式實踐教學(xué)

學(xué)科競賽是學(xué)生學(xué)習(xí)的 “風(fēng)向標(biāo)”，引領(lǐng)著高校的教育教學(xué)，應(yīng)用型高校教育貫徹“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導(dǎo)向”的方針，學(xué)科目標(biāo)的確立依據(jù)就是企業(yè)的需求，根據(jù)需求制定學(xué)生的培養(yǎng)方案，為企業(yè)提供服務(wù)，為學(xué)生就業(yè)指引方向。學(xué)科競賽促成人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的完美結(jié)合，成為應(yīng)用型高校教學(xué)改革的“坐標(biāo)”，引導(dǎo)自動控制原理教學(xué)目標(biāo)的制定。而學(xué)科競賽多是以項目和任務(wù)等方式來進(jìn)行的，注重對學(xué)生使用已掌握的理論知識和實踐技能解決實際問題能力的考察。這樣一來教師在教學(xué)的過程中，就需要應(yīng)用靈活多樣的教學(xué)方法，例如案例式教學(xué)法、任務(wù)式教學(xué)法、項目驅(qū)動式教學(xué)法等，將理論和實踐結(jié)合起來，做到“做中學(xué)，學(xué)中做”，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

在第二課外實踐教學(xué)課堂中，結(jié)合“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的設(shè)計需求，開啟項目驅(qū)動式實踐教學(xué)，以項目形式給學(xué)生提出設(shè)計要求，將實踐教學(xué)內(nèi)容任務(wù)化。學(xué)生在接觸項目后深入理解項目，從學(xué)生自己層面進(jìn)行理解任務(wù)和認(rèn)知實踐環(huán)節(jié)，教師處于輔助指導(dǎo)地位。第二實踐課外教學(xué)課堂不僅僅是學(xué)生某一方面的實踐能力的訓(xùn)練，更是綜合能力和素質(zhì)水平的提高。在實踐課堂中，我們將多個項目任務(wù)細(xì)分為多個子任務(wù)，讓學(xué)生通過各個子任務(wù)不斷夯實每個知識點，對課堂學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行鞏固和加強(qiáng)。

在“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽中，我們將化工生產(chǎn)過程細(xì)分為多個子任務(wù)，分別為混合罐進(jìn)料流量控制、液位控制；預(yù)熱器溫度控制；反應(yīng)器進(jìn)料、溫度、液位控制；閃蒸罐壓力控制等等，如圖2所示，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中模擬的工藝流程圖。在此過程中，學(xué)生需要獨(dú)立完成系統(tǒng)對象模型的建立、控制方案的設(shè)計以及程序的編寫、系統(tǒng)的調(diào)試等工作，如圖3所示，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中模擬實際系統(tǒng)得到的控制過程曲線。由此，可以提高學(xué)生用所學(xué)控制理論知識解決實際問題的能力，為今后進(jìn)行系統(tǒng)的過程控制奠定基礎(chǔ)。

圖2 工藝流程圖

圖3 控制過程曲線

任務(wù)式、項目驅(qū)動式實踐教學(xué)打破過去學(xué)生被動學(xué)習(xí)的方式，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和實踐興趣，讓學(xué)生明確基礎(chǔ)知識不再以考試為目的，而是以應(yīng)用為基礎(chǔ)，以學(xué)生自身綜合素質(zhì)為主，從而充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，知識由被動接受轉(zhuǎn)為向外界獲取。

2.3 以學(xué)科競賽為參照，加強(qiáng)實訓(xùn)基地建設(shè)

近年來，電力工程發(fā)展態(tài)勢良好，我院的電氣工程及其自動化專業(yè)和課程也應(yīng)運(yùn)而生，自動控制原理作為理論核心課程，顯然在教學(xué)中尤為重要，當(dāng)電力工程領(lǐng)域的從業(yè)者在摸索中發(fā)展時，我院的師生也在這條道路上學(xué)習(xí)進(jìn)步。在學(xué)科競賽中，由傳統(tǒng)的單一學(xué)科模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N學(xué)科交叉模式，“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的智能創(chuàng)新研發(fā)賽項對學(xué)生的團(tuán)隊合作提出了重要要求。在智能創(chuàng)新研發(fā)賽項中，最典型的學(xué)科交叉為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化與電氣工程及其自動化專業(yè)的交叉。在第二課堂中要求不同學(xué)科同學(xué)進(jìn)行組隊，互相接觸和學(xué)習(xí)，到最終學(xué)會團(tuán)隊間合作。

自動控制原理課題組憑借巢湖學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院內(nèi)的學(xué)科優(yōu)勢，在學(xué)生組隊過程中，對不同專業(yè)學(xué)生的配置有著要求。在對不同的創(chuàng)新設(shè)計中，機(jī)械設(shè)計部分與電氣設(shè)計部分的學(xué)生需要經(jīng)常對接技術(shù)接口，互相溝通，共同努力來完成該類賽項的設(shè)計作用。學(xué)生目前已對專業(yè)交叉習(xí)以為常，在對接過程中增進(jìn)知識點的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，在不斷磨合中提升團(tuán)隊合作能力?，F(xiàn)階段我院學(xué)生的團(tuán)隊合作能力以及交叉專業(yè)的互補(bǔ)優(yōu)勢已經(jīng)突顯出來。

2.4 以學(xué)科競賽為載體，強(qiáng)化教學(xué)改革，提升教師業(yè)務(wù)水平

立足我校應(yīng)用型辦學(xué)的要求，強(qiáng)化課程實踐性建設(shè)，大幅度增加實踐課時在總學(xué)時中的比例。在理論教學(xué)過程中，自動控制原理課題組不斷積累經(jīng)驗，探索總結(jié)教學(xué)方法，大膽嘗試創(chuàng)新，教學(xué)中以學(xué)生為中心，構(gòu)建自學(xué)、自思、自練、合作交流的最佳課堂教學(xué)，教給學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)的一條途徑[4]；在實踐創(chuàng)新過程中，進(jìn)行立體化課程資源建設(shè)，從教材、課件、教案、輔導(dǎo)資料、實踐型項目和案例等方面進(jìn)行多方位資源建設(shè)。在促進(jìn)學(xué)生實踐培養(yǎng)過程中，課題組教師重視對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化教育，理論與實踐結(jié)合。

課題組內(nèi)教師，專心于學(xué)生培養(yǎng)，努力探索教學(xué)授課，并不斷通過科研促進(jìn)教學(xué)，在自己專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化指導(dǎo)。在學(xué)科競賽中，會配備專任教師對該類競賽進(jìn)行單獨(dú)指導(dǎo)。通過自身教學(xué)水平提高，提升教學(xué)效果，經(jīng)過不懈努力，課題組教師獲得安徽省教學(xué)成果獎二等獎、“安徽省第二屆普通本科院校青年教師教學(xué)競賽”二等獎和巢湖學(xué)院青年教師基本功競賽獎項多個。為加大教學(xué)改革力度，課題組教師積極申報質(zhì)量工程項目，開展本課程教學(xué)改革與實踐，從自身實踐角度，擴(kuò)充學(xué)生實踐能力。教學(xué)與科研是彼此促進(jìn)、相互增長的[5]，在取得諸多教學(xué)成果的同時，課題組教師還成功申報安徽省教育廳自然科學(xué)研究重點項目，并完成結(jié)項。

3 課程改革成果與應(yīng)用效果

3.1 學(xué)科競賽水平提高，智能制造創(chuàng)新能力顯著提升

通過以自動控制原理為核心的第二實踐教學(xué)課堂的開設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生的工業(yè)自動化設(shè)計能力向高端遷移，促進(jìn)了學(xué)生的實踐能力，夯實了學(xué)生底層設(shè)計能力，同時促進(jìn)了學(xué)生競賽水平提升。同時以項目培養(yǎng)學(xué)生科技意識、創(chuàng)新意識，旨在發(fā)現(xiàn)和尋找具有創(chuàng)新潛質(zhì)的優(yōu)秀大學(xué)生，為他們提供一個展示自我、交流實踐技能的平臺，對培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維、增強(qiáng)實踐能力、提升就業(yè)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生成長成才發(fā)揮了重要作用。在項目實施的過程中，學(xué)生通過實踐運(yùn)用、查閱文獻(xiàn)、對課本的進(jìn)一步閱讀及教師實際講解，對于項目中的系統(tǒng)設(shè)計與分析、參數(shù)選擇與調(diào)整、系統(tǒng)各功能結(jié)構(gòu)有了深入的認(rèn)識。項目完成后，學(xué)生還要在指導(dǎo)老師的幫助下完成實物的制作、研究報告的撰寫和專利的申報工作，也為日后畢業(yè)論文的寫作打下了良好的基礎(chǔ)。

在課外第二實踐課堂的孕育下，學(xué)生取得了豐厚的競賽成果，自動控制原理課程組教師指導(dǎo)學(xué)生在2017年“西門子杯”全國大學(xué)生中國智能制造挑戰(zhàn)賽獲得全國一等獎1項，全國三等獎1項，省級特等獎1項，省級一等獎2項，省級二等獎3項，并指導(dǎo)學(xué)生參與獲得專利多項。

3.2 以學(xué)科競賽為方向，課程組教師專業(yè)水平提升

以學(xué)科競賽指導(dǎo)教師教學(xué)，也是教學(xué)的基礎(chǔ)與保證。作為教師在認(rèn)真完成日常教學(xué)工作的同時，還要積極學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，時刻關(guān)注學(xué)科發(fā)展的前沿動態(tài)，努力保持、提升自己科研能力和業(yè)務(wù)水平。這樣才能不遺余力，專心于學(xué)生培養(yǎng)，努力探索教學(xué)授課，并不斷通過科研促進(jìn)教學(xué)，在自己專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化指導(dǎo)。

課題組教師不斷提升自身教學(xué)水平，在良好教學(xué)風(fēng)格和教學(xué)手段上改革，推動本專業(yè)內(nèi)水平提升，同時多次獲得學(xué)校嘉獎。教師在提升自身水平的同時，獲得安徽省教育廳頒發(fā)的“青年教師教學(xué)競賽二等獎”榮譽(yù)；獲得安徽省教學(xué)成果獎二等獎；同時還獲得巢湖學(xué)院第二屆“優(yōu)秀教學(xué)獎”三等獎；課題組教師在巢湖學(xué)院各類教學(xué)競賽中多次獲獎。

3.3 以學(xué)科競賽促進(jìn)學(xué)生成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)

應(yīng)用型人才教育應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)知識與實踐能力相結(jié)合，應(yīng)在教授學(xué)生理論知識的同時，注重實際能力和技能的提高，立足我校應(yīng)用型辦學(xué)的要求，強(qiáng)化課程實踐性建設(shè)，在教學(xué)中鼓勵學(xué)生進(jìn)開放實驗室，促進(jìn)教育教學(xué)改革，指導(dǎo)學(xué)生積極申報項目、專利，推進(jìn)教學(xué)和人才培訓(xùn)模式改革。通過對學(xué)生知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)，對競賽中創(chuàng)新知識進(jìn)行積累，促進(jìn)學(xué)生由創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)的蛻變。

在自動控制原理課題組教師指導(dǎo)下，學(xué)生積極對自己創(chuàng)新作品進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，分別申請國家專利兩項。在創(chuàng)新積累下，支持學(xué)生創(chuàng)業(yè)，已經(jīng)支持競賽學(xué)生于2016年5月以法人身份注冊了合肥市翼比特航空科技有限公司。通過研發(fā)、銷售以及提供技術(shù)服務(wù)，短短3個月營業(yè)額已達(dá)到7萬元，完成了創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)的過程，真正做到以競賽促進(jìn)學(xué)生技術(shù)創(chuàng)業(yè)。

4 結(jié)束語

在經(jīng)由課題組對地方應(yīng)用型高校大學(xué)生智能制造創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索中，借由“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽平臺，以賽促教，開設(shè)以自動控制原理為核心的第二實踐教學(xué)課堂，同時輔以項目化方式推動和管理培養(yǎng)學(xué)生，提升學(xué)生不斷創(chuàng)新設(shè)計各類系統(tǒng)的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)造水平。在不斷提升教師隊伍自身教學(xué)水平、提高教學(xué)質(zhì)量等途徑的作用下，實現(xiàn)了競賽水平提高、創(chuàng)新水平提升、專業(yè)內(nèi)水平提升和促進(jìn)學(xué)生成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識增強(qiáng)，推動了應(yīng)用型高校逐漸向高水平發(fā)展。