大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程新體系研究

陳寧 桂衛(wèi)華 陳明義 陽(yáng)春華 粟梅

摘要：為深化工程教育改革，推進(jìn)新工科研究和實(shí)踐，中南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院根據(jù)自身發(fā)展需要和學(xué)科特色，將自動(dòng)化、電氣工程、智能科學(xué)與技術(shù)和電子信息等專業(yè)相互深度融合，形成了大自動(dòng)化類專業(yè)。同時(shí)結(jié)合人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用需求，著重構(gòu)建大自動(dòng)化專業(yè)的電類技術(shù)人才的創(chuàng)新培養(yǎng)體系。文章從電類技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容、課程實(shí)踐和教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)三方面入手，研究我校大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程新體系的建設(shè)。旨在提高我校大自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的學(xué)生，為其他高校大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系改革提供借鑒。

關(guān)鍵詞：中南大學(xué)；大自動(dòng)化類專業(yè)；電類基礎(chǔ)課程；教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G312 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）30-0075-03

一、課程體系建設(shè)的背景

一個(gè)國(guó)家自動(dòng)化水平的高低是國(guó)家發(fā)達(dá)的標(biāo)志之一，而國(guó)家的自動(dòng)化水平的高低很大程度上取決于高等教育對(duì)自動(dòng)化人才的培養(yǎng)。隨著現(xiàn)在電工電子技術(shù)的高速發(fā)展，電類技術(shù)基礎(chǔ)課程在自動(dòng)化領(lǐng)域有著不可或缺的作用。

中南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院根據(jù)自身發(fā)展需要和學(xué)科特色，在新工科[1-2]的建設(shè)實(shí)踐中進(jìn)行創(chuàng)新研究，將自動(dòng)化、電氣工程、智能和電子信息等專業(yè)相互深度融合，形成了特有的大自動(dòng)化類專業(yè)。同時(shí)結(jié)合人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用需求，著重構(gòu)建大自動(dòng)化類專業(yè)的電類技術(shù)人才的創(chuàng)新培養(yǎng)體系。

國(guó)內(nèi)院校的自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程很多存在聯(lián)系不緊密，且課程開展的順序比較不合理的問(wèn)題。例如安徽工程大學(xué)的自動(dòng)化類專業(yè)主要課程包括：電路分析、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理及應(yīng)用、可編程控制器原理及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及課程設(shè)計(jì)包括：電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)以及單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)。其電類技術(shù)基礎(chǔ)課程安排較為傳統(tǒng)，且課程之間并沒(méi)有密切的聯(lián)系，各課程獨(dú)立展開。

清華大學(xué)自動(dòng)化類專業(yè)涵蓋自動(dòng)化與電子科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)專業(yè)。第一學(xué)期開展大學(xué)物理課、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課，為電類技術(shù)基礎(chǔ)課程做準(zhǔn)備，第二學(xué)期開展電路原理課程，第三、四學(xué)期分別開展數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)課程，同時(shí)實(shí)驗(yàn)安排緊跟課程，第二、第四學(xué)期分別開展金工實(shí)習(xí)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)。從清華大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)的課程體系可以看出，其課程設(shè)置是循序漸進(jìn)、步步加深的，充分地將學(xué)科基礎(chǔ)課程融入專業(yè)課程中，同時(shí)學(xué)科基礎(chǔ)課程之間也有一定的融合，再者結(jié)合相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)很好地將理論及時(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。這樣的課程體系有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的研究興趣，培養(yǎng)出高質(zhì)量的大自動(dòng)化類人才。

國(guó)外高校的大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了課程間很好地融合。例如美國(guó)麻省理工大學(xué)的EECS學(xué)院開展的電磁學(xué)及其應(yīng)用、微電子器件及其電路，將磁路與電路進(jìn)行融合，同時(shí)獨(dú)立開展多個(gè)實(shí)驗(yàn)，充分將理論體現(xiàn)在實(shí)踐中[3]。哥倫比亞大學(xué)ECE學(xué)院開設(shè)了電器工程基礎(chǔ)、工程電磁學(xué)、模擬電路分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)，這些課程不僅實(shí)現(xiàn)了磁路與電路的糅合，在電路方面實(shí)現(xiàn)了分析、設(shè)計(jì)與實(shí)踐的結(jié)合，能很好地加深學(xué)生的理論深度，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。同時(shí)上述兩所國(guó)外高校都強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，采用學(xué)生定期上臺(tái)發(fā)表演講的方式進(jìn)行綜合教學(xué)。

中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程包括電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電工電子實(shí)習(xí)、微機(jī)原理及控制器、單片機(jī)原理及應(yīng)用等。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容存在冗余或缺乏、課程實(shí)踐單一或與課程內(nèi)容不同步以及相應(yīng)的教學(xué)平臺(tái)不完整或缺乏創(chuàng)新等問(wèn)題。因此必須針對(duì)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)際情況，吸取國(guó)內(nèi)外高校相關(guān)專業(yè)的電類技術(shù)基礎(chǔ)課程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)出一套具有中南特色的大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系，提高大自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)使得大自動(dòng)化類專業(yè)在課程體系、課程內(nèi)涵、培養(yǎng)計(jì)劃、課程管理方面與國(guó)際接軌。

二、課程體系存在的問(wèn)題及建設(shè)目標(biāo)

通過(guò)分析中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)電路課程中缺少電路與磁路的結(jié)合，將會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題分析不深入。由于通信技術(shù)的高速發(fā)展，就必須在模擬電子技術(shù)中結(jié)合高頻技術(shù)以適應(yīng)時(shí)代需求。隨著傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)中74系列邏輯芯片逐漸被淘汰，而現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的出現(xiàn)完全具有能夠替代這些芯片的能力，就很有必要在數(shù)字電子技術(shù)課程中引入FPGA及其需要的硬件語(yǔ)言VHDL的內(nèi)容。再者由于微處理器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)課程中的8088CPU由于其計(jì)算速度慢等因素逐漸被其他高性能的CPU芯片取代，因此課程內(nèi)容更新為其他高性能的芯片的介紹，例如MSP430、STM32等，更有利于學(xué)生迅速適應(yīng)時(shí)代的步伐，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)還處于實(shí)驗(yàn)時(shí)間滯后于教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排冗余的狀態(tài)，沒(méi)有很好地結(jié)合開展的基礎(chǔ)課程同時(shí)進(jìn)行綜合實(shí)踐，而且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相似程度高。若需要學(xué)生具有良好的動(dòng)手能力以及通過(guò)實(shí)際加深對(duì)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)的理論了解程度，就應(yīng)當(dāng)同時(shí)將開展的理論課程與實(shí)踐進(jìn)行融合。再者，教學(xué)是課程改革中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，教學(xué)人員很大程度上會(huì)影響學(xué)生的對(duì)本課程的掌握程度。因此就必須對(duì)教學(xué)人員的綜合素質(zhì)進(jìn)行培訓(xùn)以及對(duì)講義進(jìn)行更新。因此建設(shè)一套新的又有競(jìng)爭(zhēng)力的大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)課程體系將極大程度上提高大自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的學(xué)生。

針對(duì)以上大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系現(xiàn)存的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)高校大自動(dòng)化類專業(yè)的電類基礎(chǔ)課程體系的設(shè)置以及國(guó)外高校大自動(dòng)化類相關(guān)專業(yè)課程體系的設(shè)置，結(jié)合大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程該體系的現(xiàn)狀，依照大自動(dòng)化類專業(yè)的方向和特色，優(yōu)化大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程的課程體系；根據(jù)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系的需求，明確各方向的理論與實(shí)踐內(nèi)容，開展相應(yīng)的課程，并確定對(duì)應(yīng)課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和課程要求；研究大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程之間的相互關(guān)聯(lián)性，將各課程理論進(jìn)行結(jié)合，開展相應(yīng)的實(shí)踐課程，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)求知和創(chuàng)新欲望；建設(shè)高效率國(guó)際化的課程管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)課程信息公開化。目的是優(yōu)化大自動(dòng)化類專業(yè)的電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系，進(jìn)一步提高大自動(dòng)化類專業(yè)的建設(shè)水平，推動(dòng)大自動(dòng)化類專業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而提升大自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生的理論和實(shí)踐水平。

三、課程新體系的建設(shè)內(nèi)容

針對(duì)中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系現(xiàn)存的問(wèn)題，結(jié)合大自動(dòng)化類專業(yè)的方向和特色，通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外高校大自動(dòng)化類專業(yè)電類基礎(chǔ)課程體系，從課程內(nèi)容、課程實(shí)踐和教學(xué)平臺(tái)三方面著手進(jìn)行課程新體系建設(shè)。

1.課程內(nèi)容建設(shè)。分析大自動(dòng)化類專業(yè)的電類技術(shù)基礎(chǔ)課程，理順電類技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容之間的關(guān)系，盡量避免照搬其他課程的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)結(jié)合大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也明確課程中對(duì)前瞻性和應(yīng)用性內(nèi)容的要求，明確課程考核的理論方面和實(shí)踐性方面的要求。編寫四本新教材：《電路與磁路分析》、《模擬電子線路》、《數(shù)字邏輯與VHDL》以及《微處理器技術(shù)及應(yīng)用》，實(shí)現(xiàn)電路與磁路的融合、低頻電路與高頻電路技術(shù)的融合、邏輯與編程的融合以及芯片與軟件的融合，以達(dá)到相關(guān)課程內(nèi)容的綜合運(yùn)用的目標(biāo)，進(jìn)而覆蓋相應(yīng)方向上的知識(shí)結(jié)構(gòu)和提高學(xué)生電類技術(shù)基礎(chǔ)課程的綜合實(shí)踐能力。課程實(shí)踐建設(shè)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)過(guò)程包括理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)課程的目的是驗(yàn)證、加深對(duì)理論課程的理解和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作。如果相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一或缺乏、實(shí)驗(yàn)教學(xué)大大滯后于理論教學(xué)，將很難達(dá)到我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。因此需深入研究大自動(dòng)化類專業(yè)課程已開展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及時(shí)間安排上的不足之處，改善相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及時(shí)間安排，以提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，全面提升大自動(dòng)類專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。良好的教學(xué)平臺(tái)建設(shè)將極大程度上促進(jìn)課程體系的建設(shè)。教學(xué)平臺(tái)建設(shè)包括實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和教學(xué)人員講義及其教學(xué)方法建設(shè)。如果大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)陳舊或缺乏，無(wú)法滿足相關(guān)課程需要，將很難達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。如果教學(xué)人員的講義內(nèi)容不完整或者過(guò)于陳舊，教學(xué)方法老套無(wú)創(chuàng)新，將很難起到良好的教學(xué)效果。因此要深入研究大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和教學(xué)人員講義及其教學(xué)方法的不足之處，及時(shí)加以改善，使得教學(xué)內(nèi)容層次化，具有系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性，密切結(jié)合工程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的少精寬新，更新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)踐提供保障。

四、課程新體系建設(shè)方案

為促進(jìn)中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系建設(shè)更好和更快地實(shí)施，采取如圖2所示的方案。首先對(duì)比國(guó)內(nèi)外高校大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系，討論分析自身存在的問(wèn)題。然后通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的課程內(nèi)容進(jìn)行增、刪、改，編寫相應(yīng)的新教材。再者根據(jù)重編后的教材內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)師資的要求，更新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及對(duì)教學(xué)師資進(jìn)行新建設(shè)，通過(guò)實(shí)踐反饋不斷地優(yōu)化課程體系，實(shí)現(xiàn)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程新體系的高效建設(shè)。

1.組織課程體系的分析和研討。通過(guò)組織相關(guān)教學(xué)人員進(jìn)行課程體系的分析與研討，包括對(duì)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程之間關(guān)聯(lián)性的分析，對(duì)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容增添或刪減或糅合，以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)、教學(xué)講義及方法，關(guān)注如何對(duì)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程進(jìn)行綜合教學(xué)。

2.改善教學(xué)內(nèi)容與方式。大自動(dòng)化類專業(yè)的定位在培養(yǎng)高層次、實(shí)用型、復(fù)合交叉型、國(guó)際化的人才，通過(guò)對(duì)相關(guān)教學(xué)人員進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)，使其在課程教學(xué)上不局限于本課程的教學(xué)，適當(dāng)分析與其他相關(guān)課程的聯(lián)系，讓學(xué)生最大程度地了解本課程在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的作用，激發(fā)學(xué)生的好奇心與創(chuàng)造性。同時(shí)可以引入微課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等新穎的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)潛能，加深學(xué)生對(duì)課堂的印象，提高學(xué)習(xí)效率。

3.以工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)為重心，建立課程體系綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。創(chuàng)新型人才必須具備扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，但過(guò)多地強(qiáng)調(diào)知識(shí)的連貫性、系統(tǒng)性和完整性，過(guò)分注重讓學(xué)生掌握寬厚的基礎(chǔ)知識(shí)，必然會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)加重，影響到學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。因此，必須優(yōu)化大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系和知識(shí)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，要堅(jiān)持“理論與實(shí)踐并重、知識(shí)與運(yùn)用結(jié)合”的原則，要以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決實(shí)際問(wèn)題的能力為根本出發(fā)點(diǎn)，精心組織理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

五、總結(jié)

課程體系是學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的具體化過(guò)程與方法，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。本文針對(duì)中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)電類技術(shù)基礎(chǔ)課程體系的現(xiàn)狀，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外高校大自動(dòng)化類專業(yè)的體系，主要研究了電類技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容、課程實(shí)踐和教學(xué)平臺(tái)三方面的建設(shè)，旨在促進(jìn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)融合和綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的提升，提高中南大學(xué)大自動(dòng)化類專業(yè)的辦學(xué)水平，為其他高校課程體系的建設(shè)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。課程體系建設(shè)應(yīng)該是一個(gè)不斷深入、不斷探索、不斷更新的過(guò)程，如何進(jìn)一步完善課程體系將是我們一直關(guān)注的問(wèn)題。

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