自動化類專業(yè)工程訓練課程體系優(yōu)化與實踐

金晶 姜宇 沈毅

摘 ? ?要：工程訓練是新工科教育背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要手段。傳統(tǒng)的自動化類專業(yè)工程訓練課程體系的各個實踐教學環(huán)節(jié)之間相互獨立，創(chuàng)新培養(yǎng)體系無法形成統(tǒng)一。通過開展工程訓練課程的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，以智能系統(tǒng)作為統(tǒng)一對象，以虛實結(jié)合作為統(tǒng)一原則，以主動學習作為統(tǒng)一手段，可以實現(xiàn)工程訓練課程體系的一體化設計，最大限度地增加學生的學習留存率，提高創(chuàng)新人才的培養(yǎng)質(zhì)量，提升學生的工程實踐能力。

關(guān)鍵詞：自動化類專業(yè);工程訓練;課程體系

中圖分類號：G642.3 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）09-0051-02

一、新工科教育背景下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)形勢分析

在科技進步日新月異的大發(fā)展時期，在世界一流大學、世界一流學科建設的大調(diào)整下，突顯出面向現(xiàn)代化、面向未來培養(yǎng)創(chuàng)新人才的迫切需求。新形勢下教育的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革使得教育質(zhì)量指向?qū)W習效果：從關(guān)注“教育投入”到關(guān)注“教育產(chǎn)出”[1];由關(guān)注“教師是否教得好”到關(guān)注“學生是否學得好”[2];由關(guān)注教學過程轉(zhuǎn)向關(guān)注畢業(yè)生的能力和發(fā)展[3]。

時代發(fā)展需要將應用理科向工科延伸，傳統(tǒng)工科向信息化、智能化方向改造，工科推動醫(yī)、法、經(jīng)、管快速發(fā)展，優(yōu)勢工科向深度、廣度進軍，即新工科時代到來。自動化學科是工科專業(yè)中最具新工科發(fā)展?jié)摿Φ膶I(yè)之一，其教育質(zhì)量與未來國家創(chuàng)新人才需求直接相關(guān)。

創(chuàng)新型培養(yǎng)模式激發(fā)一系列課程體系、教學手段和方法的變革。美國緬因州國家訓練實驗室提出的學習金字塔理論指出[4]，原有的“聽講”方式學習效果最低，兩周后只有5%的學習留存率，而“主動學習”可以保留90%的學習內(nèi)容。因此，為了保證學習效果，參與式學習及實踐學習是新形勢下必不可少的學習方法，也是新形勢下培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的重要手段。

工程訓練課程是完成素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的重要實踐教學環(huán)節(jié)[5]。該課程以實際工業(yè)環(huán)境為背景，帶動學生掌握產(chǎn)品全生命周期過程，更能體現(xiàn)工程綜合能力、工業(yè)制造技術(shù)和工程文化內(nèi)涵。面向“中國制造2025”的智能制造時代，亟須在工程訓練過程中培養(yǎng)學生高端制造的工程實踐能力，具備全面的工程素質(zhì)，建立質(zhì)量、安全、效益、環(huán)境、服務等系統(tǒng)工程意識，緊密結(jié)合后續(xù)的自動控制基礎和專業(yè)課程，為創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供保障[6]。

二、工程訓練課程體系一體化設計思路與創(chuàng)新

（一）以智能系統(tǒng)為統(tǒng)一對象，貫穿工程訓練課程體系

以智能系統(tǒng)作為統(tǒng)一對象貫穿工程訓練課程體系，內(nèi)容上包括金工實習、電子工藝實習、生產(chǎn)實習、專業(yè)核心實踐課等實踐環(huán)節(jié)，涉及系統(tǒng)的機械化、電氣化、信息化和智能化四個層次，使學生能夠更加充分、全面地了解研究對象，有助于在工程訓練過程中多角度、全方位培養(yǎng)學生的分析能力與創(chuàng)新能力。

1.金工實習重點在于認識智能系統(tǒng)的機械化構(gòu)造、制造工藝、技術(shù)，構(gòu)建機械化對象。金工實習以傳統(tǒng)加工工藝如銑工、鉗工為基礎，輔以一定的現(xiàn)代化特種加工工藝，制造自動控制系統(tǒng)的被控對象，設計中通過作品展示的形式提升學生對工藝制造的榮譽感。

2.電子工藝實習從電氣化角度服務于機械系統(tǒng)。借助電路、電子等專業(yè)基礎課程，掌握控制系統(tǒng)電路的設計流程，完成智能控制系統(tǒng)原型設計。在實習過程中需掌握常用的電子元器件特性、電路制作、焊接、調(diào)試等各個環(huán)節(jié)，為自動化專業(yè)的控制理論學習打下基礎。

3.專業(yè)課程學習深化電氣系統(tǒng)應用。電子工藝實習的作品可以作為專業(yè)課程學習的對象。自動化專業(yè)的兩大核心課程中，“自動控制理論”負責講授自動控制的原理及設計方法，“自動控制實踐”負責鍛煉學生設計及實現(xiàn)控制系統(tǒng)的過程。兩者相輔相成，相得益彰。

4.生產(chǎn)實習將控制系統(tǒng)向信息化、智能化延伸，輔以一定的控制專業(yè)課、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐課程，完成產(chǎn)品的工程化、產(chǎn)業(yè)化、智能化提升，以創(chuàng)新驅(qū)動思想提高產(chǎn)品的市場競爭力，同時負責智能制造過程中的檢測、環(huán)境、安全問題，使學生對現(xiàn)代化生產(chǎn)過程有全新的理解與認知，真正做到學以致用，創(chuàng)新推動發(fā)展。

（二）以虛實結(jié)合作為統(tǒng)一原則，完善工程訓練課程體系

本著“虛實結(jié)合”“能實不虛”的統(tǒng)一原則，從認知過程角度將工程訓練課程體系分為工程認知、工程訓練和工程創(chuàng)新三個層次。

1.工程認知以高端制造和智能制造為主線，通過多媒體展示、現(xiàn)場演示講解、虛擬仿真等方式，讓學生理解高端及復雜制造過程，特別對于學科交叉處的認知環(huán)節(jié)，培養(yǎng)基本工程意識和工程素質(zhì)。

2.工程訓練在掌握基本制造知識的基礎上，具備高端制造操作技能。了解新工藝、新技術(shù)在現(xiàn)代制造中的地位和作用，訓練應用先進制造技術(shù)進行設計、制造、策略和檢驗的工程實踐能力。

3.工程創(chuàng)新以智能制造為背景，讓學生在工程訓練的過程中，采用逆向工程等方法進行創(chuàng)新設計，以提高學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力、團隊意識、管理能力等。

（三）以主動學習作為統(tǒng)一手段，提升工程創(chuàng)新實踐學習成效

根據(jù)金字塔模型，增加討論、實踐、教授等主動學習模式，保證學習效果。

1.改進課程教學模式，以主動學習帶動被動學習、主動學習與被動學習相互交叉等方式，通過參與式學習促進學習效果的提升。

2.以完成產(chǎn)品的形式提升主動學習積極性，通過一體化設計模式，做中學、學中做的方式能夠保證專業(yè)核心課學習留存率，以產(chǎn)品的市場競爭力為創(chuàng)新驅(qū)動原動力，提升學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

三、自動化類專業(yè)工程訓練課程體系建設與實踐

自動化類專業(yè)培養(yǎng)面向全球和未來，適應航天、國防及國民經(jīng)濟與社會發(fā)展需要，在自動化及相關(guān)領域具有引領行業(yè)、學術(shù)潛質(zhì)的科學技術(shù)創(chuàng)新人才。

以哈爾濱工業(yè)大學自動化類專業(yè)為例，其航天特色突出、動手能力強，一直是專業(yè)追求的目標。結(jié)合高端制造、智能制造，要求工程訓練課程能夠服務于專業(yè)課程。同時，課程體系設置需要緊密結(jié)合智能生產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物理信息系統(tǒng)等，給學生留下更多創(chuàng)新空間。

工程訓練課程體系一體化設計突出金工實習、電子實習和生產(chǎn)實習的各自作用，同時輔助自動化專業(yè)的核心課程和專業(yè)選修課程。在課程設計上，面向同類研究對象，即金工實習的機械對象就是控制理論的研究對象;電子實習對象是控制系統(tǒng)的對象，生產(chǎn)實習與控制專業(yè)課的多個環(huán)節(jié)結(jié)合，綜合保障學習效果。

根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學自動化類專業(yè)的特色及優(yōu)勢，以自控控制轉(zhuǎn)臺為例構(gòu)建的課程體系如下。（1）在金工實習階段，將轉(zhuǎn)臺的拆裝、重要部件的機械制造等進行介紹、實際操作，并提煉出控制模型，指導控制理論的研究。（2）在控制理論學習階段，結(jié)合理論模型、學習控制理論、方法，控制性能，并能夠設計適合的控制器，實現(xiàn)控制目標。（3）在電子實習階段，認識電路板的繪制、制作、芯片的焊接、電路系統(tǒng)的調(diào)試等，將自動控制轉(zhuǎn)臺的機械部分電氣化。（4）在控制實踐學習階段，結(jié)合自動控制轉(zhuǎn)臺的機械、電氣系統(tǒng)，進行控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，從傳感器、執(zhí)行器、控制器、驅(qū)動器等多個角度設計系統(tǒng)，實踐控制理論，完成控制目標任務。（5）在生產(chǎn)實習階段，從自動控制轉(zhuǎn)臺的應用角度出發(fā)，認識空間環(huán)境、空間安全標準，以飛行器三維虛擬實驗演示自動控制轉(zhuǎn)臺的應用，并理解應用中對信息化、智能化的場景需求，交叉領域的關(guān)鍵技術(shù)問題等;以生產(chǎn)及服務為最終環(huán)節(jié)，完善控制系統(tǒng)設計的關(guān)鍵因素，提高應用能力創(chuàng)新。

通過工程訓練課程體系建設的一體化設計，培養(yǎng)學生扎實的專業(yè)實踐技能，解決復雜的工程問題的能力，在網(wǎng)絡和智能時代引領相關(guān)領域的發(fā)展，并最大限度地保證學習留存率。

參考文獻：

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