面向培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)改革研究

賴強(qiáng)

摘 要：面向培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)改革對(duì)現(xiàn)如今的工科教學(xué)建設(shè)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文著重剖析了自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合解決復(fù)雜工程問(wèn)題該能力在自動(dòng)化畢業(yè)生當(dāng)中的突出性，提出對(duì)應(yīng)切合實(shí)際的改革方案。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜工程;自動(dòng)化;實(shí)踐教學(xué)

一、緒論

2016年我國(guó)正式加入《華盛頓協(xié)議》，中國(guó)的工程教育成果面向全世界展示，自那時(shí)起，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力成為了高校開展工程教育的重中之重[1-2]?，F(xiàn)如今的工程認(rèn)證畢業(yè)要求中，“復(fù)雜工程問(wèn)題”被多次提及。在2015年的工程認(rèn)證版本當(dāng)中，普通高等學(xué)校畢業(yè)生要求標(biāo)準(zhǔn)12條當(dāng)中就有8條與“復(fù)雜工程問(wèn)題”相關(guān)。上述所闡明的復(fù)雜工程問(wèn)題的解決能力，需要的不僅僅是對(duì)工程理論的全面了解和掌握，還需具備扎實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)，這更加彰顯了工程教育在實(shí)踐、創(chuàng)新、全面等方面的優(yōu)越性。在工科建設(shè)的潮流下，提出一種面向培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的實(shí)踐教學(xué)方案，將解決復(fù)雜工程融會(huì)在教學(xué)過(guò)程中，有著跨時(shí)代的現(xiàn)實(shí)意義。

近些年來(lái)，全球范圍內(nèi)掀起了高等科學(xué)工程教育的改革熱潮，中國(guó)現(xiàn)如今處于信息化的歷史潮流當(dāng)中。自動(dòng)化技術(shù)作為一門具備綜合性的代表技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域，衡量了我國(guó)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的水平高低，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。我國(guó)發(fā)展新興市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，自動(dòng)化人才的需求變得空前緊迫[6]。自動(dòng)化產(chǎn)品的研發(fā)更新和人才的培養(yǎng)離不開教學(xué)體制改革，如今的自動(dòng)化教學(xué)體制已經(jīng)發(fā)展地比較完善，但仍存在著一些突出問(wèn)題，特別是在解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)和理論與實(shí)踐相結(jié)合的問(wèn)題上。怎樣培養(yǎng)學(xué)生在復(fù)雜工程問(wèn)題上的解決能力以及如何加強(qiáng)理論和實(shí)際應(yīng)用中的連接，值得展開更加深刻的探討。

相對(duì)于傳統(tǒng)式的理論教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)將理論知識(shí)充分運(yùn)用到生產(chǎn)發(fā)展當(dāng)中，從而驗(yàn)證了理論知識(shí)的客觀實(shí)用性。實(shí)踐教學(xué)促使學(xué)生開闊眼界，更加深入掌握對(duì)理論知識(shí)的理解，為日后投入工作進(jìn)一步打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，肩負(fù)著科學(xué)研究、理論創(chuàng)新、教學(xué)改革等艱巨使命。在新時(shí)代創(chuàng)新發(fā)展的大潮流下，創(chuàng)新實(shí)用性人才是社會(huì)的一大缺口。另外，對(duì)高校而言，實(shí)踐教學(xué)的比例已經(jīng)成為考核和評(píng)估的一個(gè)重要指標(biāo)。在教育體制改革的浪潮當(dāng)中，自動(dòng)化專業(yè)致力于培養(yǎng)面向生產(chǎn)第一線的高級(jí)工程應(yīng)用人才，其畢業(yè)后主要從事電氣設(shè)備運(yùn)行、設(shè)計(jì)、維修、測(cè)試等技術(shù)和管理工作，因此要求具有較強(qiáng)的工程意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力[8]。面向培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)改革勢(shì)在必行。

二、教學(xué)現(xiàn)狀簡(jiǎn)析

自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)安排可劃分為課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩大體系，根據(jù)學(xué)校辦學(xué)特色的多種多樣，自動(dòng)化教學(xué)實(shí)現(xiàn)形式也多樣化地開展。工科專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)致力于營(yíng)造良好的工程環(huán)境，建造合理完善的實(shí)踐教育體系，培養(yǎng)出高素養(yǎng)的創(chuàng)新型高等技術(shù)綜合人才。自動(dòng)化專業(yè)作為一門多類學(xué)科交叉的技術(shù)類學(xué)科，涉及的領(lǐng)域廣泛，課內(nèi)和課外需緊密結(jié)合?，F(xiàn)階段的實(shí)踐課程主要有課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，從多方面體現(xiàn)了自動(dòng)化教學(xué)的優(yōu)越改革。雖然從目前的自動(dòng)化教學(xué)方式看，自動(dòng)化教學(xué)體系已經(jīng)得到了很大改善，但仍然存留著許多問(wèn)題沒有得到徹底解決，特別是在解決工程問(wèn)題能力培養(yǎng)方面相當(dāng)突出，主要包含在以下幾個(gè)方面：

（一）自動(dòng)化課程安排比例失調(diào)

在各大高校的自動(dòng)化教學(xué)課程安排中，存在著一個(gè)普遍現(xiàn)象：理論教學(xué)課程所占的比例遠(yuǎn)大于實(shí)踐教學(xué)，且具備實(shí)踐教學(xué)的科目比較少。在《自動(dòng)控制原理》課程安排中，有90%的理論教學(xué)安排，只有10%的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，甚至大部分課程沒有設(shè)置實(shí)驗(yàn)。這就使得自動(dòng)化專業(yè)課程發(fā)生了比較大的失衡。絕大多數(shù)學(xué)校在自動(dòng)化專業(yè)上還是將教學(xué)重點(diǎn)安排在理論教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)重心被迫偏在了理論課堂上，對(duì)于所學(xué)的實(shí)際應(yīng)用了解不多。在面對(duì)生活中的實(shí)際問(wèn)題時(shí)往往會(huì)感到束手無(wú)策。由于課時(shí)限制，教師有時(shí)即使想向?qū)W生教授實(shí)踐能力，卻因?yàn)檎n時(shí)和教學(xué)成績(jī)考核要求往往也力不從心。這樣的課程安排過(guò)于忽視實(shí)踐教學(xué)對(duì)自動(dòng)化復(fù)合型人才培養(yǎng)的重要性的結(jié)果，對(duì)實(shí)踐教學(xué)還不能夠達(dá)到一個(gè)較為清晰的認(rèn)知。

總的來(lái)說(shuō)，造成以上現(xiàn)象的部分原因歸咎于沒有構(gòu)建完善的實(shí)踐教學(xué)機(jī)制。大部分學(xué)生學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)不能通過(guò)足夠的實(shí)踐來(lái)得到鞏固完善，離開書本離開課堂就不知道在學(xué)習(xí)上收獲了什么，局限于考試做題，無(wú)法學(xué)以致用。

（二）自動(dòng)化課程理論教學(xué)體系不夠完善

實(shí)踐教學(xué)是在理論教學(xué)基礎(chǔ)上的延續(xù)發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施離不開理論教學(xué)的扶持，理論教學(xué)是教學(xué)質(zhì)量的“顯現(xiàn)石”，兩者相輔相成，是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。自動(dòng)化需要學(xué)習(xí)的新內(nèi)容頗多，但有一些教材已經(jīng)略顯陳舊，沒有得到及時(shí)的更新。學(xué)生由于理解能力有限和解決實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)不足，僅僅靠書本上稍顯落后的知識(shí)去解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題非常困難。普通高等教育學(xué)校當(dāng)中，大多數(shù)的高校還是采用傳統(tǒng)“單向式”的傳授方法，學(xué)生對(duì)課堂的積極性不高，很多學(xué)生在課堂上根本不聽教師講授，應(yīng)付式地及格拿學(xué)分。自動(dòng)化的教學(xué)還缺乏針對(duì)性，雖然自動(dòng)化作為一個(gè)大方向已經(jīng)劃分了諸如工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化等多個(gè)小方向，但在具體教學(xué)過(guò)程中沒有明顯區(qū)分，比如說(shuō)面向該方向的特定復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力方面的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)等。只有將理論教學(xué)更上一層樓，實(shí)踐教學(xué)才能得到有效的提升。

（三）自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)實(shí)際實(shí)施難以全面落實(shí)

首先，自動(dòng)化課程的教學(xué)雖然有一定的實(shí)驗(yàn)課程作為理論教學(xué)的輔助，但在部分實(shí)驗(yàn)課程中，實(shí)驗(yàn)器材已經(jīng)老舊，實(shí)驗(yàn)設(shè)備得不到及時(shí)更新。由于實(shí)驗(yàn)器材數(shù)量不足，很難做到每個(gè)學(xué)生都能有相應(yīng)的器材進(jìn)行實(shí)際操作。其次，由于操作時(shí)長(zhǎng)不足，不能保證每個(gè)學(xué)生都有實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，學(xué)生在短暫的實(shí)驗(yàn)操作中學(xué)習(xí)到的東西也極為有限。另外考慮到時(shí)間、器材和難度等問(wèn)題，大多數(shù)的課程設(shè)計(jì)都是多人合作完成，這導(dǎo)致大部分學(xué)生依靠少部分學(xué)生來(lái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。最后，在本科期間的專業(yè)實(shí)習(xí)上，因?yàn)槟承┨囟ǖ陌踩蛩刂萍s，大多是由專業(yè)人士進(jìn)行口頭傳授和現(xiàn)場(chǎng)演示，而學(xué)生卻很少親自能夠進(jìn)行實(shí)際操作，大大降低了自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

三、教學(xué)改革措施

自動(dòng)化課程教學(xué)需要精益求精，以上所提及的教學(xué)問(wèn)題都會(huì)制約著自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展，在面向培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)上同樣突出。通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段自動(dòng)化教學(xué)分析，針對(duì)本文研究的自動(dòng)化在培養(yǎng)解決復(fù)雜工程能力問(wèn)題上，從金工實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)基地和畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)方面提出了以下改進(jìn)措施：

（一）整合開放生產(chǎn)式金工實(shí)習(xí)

自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生考慮到實(shí)際操作能力的培養(yǎng)以及工程需要，本科期間高校都增設(shè)了金工實(shí)習(xí)，主要對(duì)金屬工藝進(jìn)行加工，金屬鍛造、焊接、鉗工、銑工、磨工等工藝實(shí)踐，它的偏向性較強(qiáng)，與理論知識(shí)有所脫節(jié)，學(xué)生不理解其用處。在解決復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)，會(huì)涉及多個(gè)工程技術(shù)因素，金工實(shí)習(xí)作為最基礎(chǔ)的實(shí)踐教學(xué)，應(yīng)該將自動(dòng)化的主要相關(guān)課程知識(shí)巧妙地整合在一起。例如結(jié)合《自動(dòng)控制原理》和PLC技術(shù)可以設(shè)計(jì)怎樣的金工實(shí)習(xí)。另外，大多數(shù)的金工實(shí)習(xí)在時(shí)間安排上都聚集在1—2周，實(shí)習(xí)基地也非開放式。提出對(duì)實(shí)習(xí)基地開放管理，學(xué)生可以依照自己的興趣愛好和時(shí)間安排使用實(shí)習(xí)器材，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，開發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)力。

（二）增設(shè)“271”模型式課程實(shí)驗(yàn)基地

傳統(tǒng)的課程實(shí)驗(yàn)，是以教師講解為核心，學(xué)生發(fā)散式學(xué)習(xí)，這對(duì)于學(xué)生的自我思考能力和創(chuàng)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(gè)部分：“2”指的是課堂的20%屬于老師詮釋學(xué)習(xí)任務(wù)，組織課程教學(xué)，引領(lǐng)課堂主要內(nèi)容推進(jìn)，對(duì)課堂進(jìn)行激勵(lì)、點(diǎn)撥?！?”是271模式的主體部分，讓學(xué)生分組討論并且進(jìn)行試驗(yàn)，每一組都分組展示加以點(diǎn)評(píng)，最后提出疑惑和拓展?！?”則為老師和學(xué)生補(bǔ)充總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，加以鞏固理論和實(shí)際操作的要點(diǎn)。打破傳統(tǒng)教學(xué)思路，從整體上對(duì)自動(dòng)化教學(xué)進(jìn)行提升。對(duì)于實(shí)驗(yàn)基地的打造，強(qiáng)調(diào)校企合作，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程之間的連接。師資方面增加企業(yè)高端技術(shù)人才，邀請(qǐng)具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人進(jìn)行授課。

（三）以科學(xué)創(chuàng)新為主導(dǎo)的“工程化”畢業(yè)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化作為具備復(fù)雜工程課題研究的主要專業(yè)，存在大量工程方面的接觸，畢業(yè)設(shè)計(jì)作為自動(dòng)化本科生對(duì)大學(xué)四年的綜合性考核，必須在工程設(shè)計(jì)上有所突出。畢業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)大多注重書面知識(shí)的考核，重心在畢業(yè)論文上，忽視了實(shí)踐應(yīng)用。在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí)可以關(guān)注工程問(wèn)題更新，設(shè)置創(chuàng)新型畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，特別是在工程應(yīng)用方向，在解決工程實(shí)際問(wèn)題基礎(chǔ)上，深度開發(fā)學(xué)生思考。在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成模式和考核方式上也可以有所推進(jìn)，增加與企業(yè)的對(duì)接，設(shè)置校企雙分制。以解決復(fù)雜工程問(wèn)題為目的擬定創(chuàng)新型選題之后，增加實(shí)踐考察項(xiàng)，考察在研究方法、成果等方面是否具有創(chuàng)新，是否有一定實(shí)用性。在考核成績(jī)里增加科學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)分值和工程接壤分值，更加全面地對(duì)學(xué)生進(jìn)行考查。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)提出的“面向培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)改革”，推行以上措施方案，最終取得了一定的成效。學(xué)生積極參加自動(dòng)化教學(xué)實(shí)踐課程，改善了實(shí)踐課堂的學(xué)習(xí)氛圍，動(dòng)手能力也有顯著提高。大部分學(xué)生對(duì)自動(dòng)化行業(yè)體系及實(shí)踐應(yīng)用有了更為深刻的了解，對(duì)各類工程問(wèn)題也有自己的解決思路，更多學(xué)生能夠在自動(dòng)化專業(yè)方向有明確目標(biāo)。這也驗(yàn)證了自動(dòng)化實(shí)踐改革在解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力培養(yǎng)上有著非常大的積極作用。

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