基于能力培养的自动化专业实践课程体系探究

[摘 要]文章针对高校自动化专业实践课程体系的发展现状，根据学校服务区域经济的发展定位和新工科建设需求，提出新型的闭环动态“行业导向、岗位导向型”的专业实践课程体系实施方案，通过不断优化整合实践课程体系，突出以能力培养为主线，深度开展项目化教学，建立了点、线、面的实践教学设计流程，采用翻转课堂教学模式。该实践课程体系在笔者所在高校自动化专业进行了探索和实践，并取得了良好的教学效果。

[关键词]新工科;实践课程体系;能力培养;自动化专业

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2021）04-0065-06

引言

在新技术、新产业和新经济快速发展的时代背景下，未来需要更多工程实践能力强、创新意识高、具备国际竞争力的高素質复合型新工科人才[1-3]。因此，对工程实践性和应用性较强的自动化专业来说，如何培养学生的工程实践能力和科技创新能力，如何培养学生面向新工科的知识目标、能力目标和素质目标显得非常重要[4]。新工科背景下，自动化专业实践课程体系的重组和构建是培养自动化专业新型工程技术人才的关键所在。为了积极响应教育部的相关政策，地方高校要明确以培养能力为主线，以未来职业方向为导向的专业教育与职业教育的双重结合，围绕区域经济建设，形成具有地方特色的实践教学体系[5-6]，是高校新工科背景下专业建设走内涵式发展的必由之路。

一、自动化专业实践课程建设现状分析

（一）建设现状

基于学习产出的教育模式（Outcome-based Education，OBE）强调以预期学习产出为导向来组织、实施和评价教育的结构模式[7-8]。根据OBE教育教学理念，笔者所在高校自动化专业在2016年完成了2016版人才培养方案的修订，并投入教学使用。相对2013版培养方案，2016版培养方案更注重学生素质和综合能力的培养，强化实践教学环节，加强综合性、设计性实验。比如，在实验课程中将验证性实验所占比例下调，由2013版的25% 下调至2016版的20%;综合性实验比例有所上升，由2013版的24.16%上升至2016版的32.26%，实习、实训等实践教学环节有所加强，由2013版的21.2%增加到2016版的30.9%。

（二）存在的问题

根据自动化专业的人才培养毕业要求，自动化专业实践课程的主要任务是通过实习、实训等实践项目类教学培养学生的创新意识、实践能力、分析问题和解决问题的能力等。通过对自动化2016级和自动化2017级学生学习情况进行分析得知，此次修订一定程度上推动了教学改革的前进并取得了一些成绩，随着以培养工程师为基本目标的新工科理念的提出和新能源、新技术、新材料的不断出现，对人才培养目标提出了更高、更具体的要求。实践课程体系中亟待解决的主要问题如下[9-14]。

1.实践教学培养目标的单一化对学生的个性发展和创新意识培养不足。

2.实践课程比较分散，课程之间缺乏系统性、连贯性，与当前工程实际应用要求的综合性、系统性有距离。

3.实践课程体系中工程教育环节的不完整和工程师培养要求存在差距，学生的工程素养和实践能力需要进一步加强。

4.不断发展的人工智能、互联网技术等新兴技术要求本专业要培养出现代工程师具备的更强的专业技能和科技创新能力。然而，目前自动化专业在实践课程体系设置上，仍然存在局限性，迫切需要调整课程内容设置，需要增加一批融合新技术、新知识的新的课程。

二、“行业导向、岗位导向型”的专业实践课程体系实施方案

基于OBE教育教学理念和新工科建设的实际需求确立人才培养目标，根据人才培养目标进一步确立实践课程体系培养目标。根据学生的职业规划，确立笔者所在高校实践课程培养目标分为应用技能型、创新创业型两大类。应用技能型主要培养学生的应用技能实践能力和工程素养;创新创业型主要培养学生的创新创业实践能力，通过项目化教学、学科竞赛、校企合作等多种渠道进行培养。在课程体系实施过程中，根据教学效果、岗位需求变动等实时调整教学内容和教学方法，构建新型的闭环动态“行业导向、岗位导向型”的专业实践课程体系实施方案，如图1所示。

在“行业导向、岗位导向型”的专业实践课程体系动态调整过程中，要做到“5个对接”，即专业与产业对接，课程目标与行业、岗位对接，课程内容与工作岗位对接，教学过程与生产过程对接，校企教学资源对接等。在具体实施过程中，首先要明确新兴产业特色需求分析，构建新兴产业所需的知识、能力和素质目标，明确“强化实践动手能力、凸显工程素养”特色的人才培养目标，根据产业需求，确定新型行业岗位需求，根据岗位需求确定毕业需求，根据毕业需求构建自动化专业“实践能力强、工程素养高”的特色实践课程体系，深度开展校际、校企合作。构建集教学、实训实习为一体的产、学、研平台，重点优化整合实践课程内容和设置，积极开展学科竞赛、项目化教学，提高学生的实践能力。根据毕业生就业情况反馈，动态调整教学内容、教学方法和手段，形成以“行业为导向、学生为中心”的多层次闭环动态的专业实践课程体系实施方案。

在实践课程方案实施过程中，始终立足应用技术型、地方性本科院校的办学定位，保持与地方企业的紧密联系，关注用人单位的实际需求，结合企业、行业专家建议，不断对实践教学内容进行整体规划和优化，按照不同的层次、不同的模块、不同的课程项目，构建相对独立而系统的实践教学体系——课内实验、校内实习、校外实习、毕业实习、课程设计、毕业设计、社会实践、校企合作等，与理论教学紧密衔接，通过4年系统的实验、实践教学，立体化、多角度培养学生的应用能力和创新能力。

三、优化整合实践课程体系

以应用型人才培养为重点，努力凝练“服务区域经济，凸显工程实践能力”的专业特色，根据培养学生主要面向自动控制系统产品的开发设计、设备的运行和维护、技术支持、销售等行业需求、岗位需求。该专业开设的主要实践课程有自动控制系统实训、工业过程控制岗位实训、计算机控制系统实训、运动控制岗位实训、单片机控制系统综合实训、电气控制与PLC技术岗位实训等。通过岗位实训、顶岗实习等多种形式，全方位培养学生的工程实践能力。并且在这些实践课程的基础上，围绕产业发展和毕业需求，实践课程体系需要精心的顶层设计和优化，根据凝练的实践课程培养目标，实现专业方向课程的知识融合，体现新工科背景下的专业特色。图2为笔者所在高校自动化专业实践课程体系框架图。

（一）增加“智能控制”等实践环节，强化控制工程

根据2020年5月国务院颁发的《中国制造2025》文件可以看出，未来自动化专业需要培养具备核心技术的创新型、多学科交叉的复合型和具有工匠品质的应用型人才[15-16]。自动化专业从专业性质上来看，具有应用型强、多学科交叉、跨行业、宽口径的特点，它以控制理论为基础，并与信息技术、网络技术、人工智能等密切相关，广泛应用于工业、农业、交通运输、医疗等各个领域，并且随着新工科理念的引入，亟需对传统实践课程体系进行优化调整，在实践课程体系优化整合过程中，引入智能控制实践环节，构建新工科特色的多学科交叉融合课程体系，需要在强化原有的控制工程的基础上，引入智能控制技术、人工智能、现代传感技术等实践环节，以适应现代经济社会的发展。

（二）“重组”专业基础实践环节，拓宽基础知识

自动化专业实践课程体系专业基础实践环节可分为电学基础类实践、控制基础类实践和计算机基础类实践，按照以工程应用能力为主线进行整合优化。电学基础类实践主要包括金工实习、电工实习、电子实训、模电课设、数字课设等;控制基础类实践主要包括自动控制系统仿真课设、计算机控制系统课设、电机控制课设、传感器课设等;计算机基础类实践主要包括微机原理课设、现场总线技术课设、单片机应用课设、EDA课设等。

（三）“改造”一批专业核心实践环节，体现能力素质

以工程应用能力为培养目标，突出科技应用能力和创新创业能力的培养。自动化专业核心实践环节可分为科技创新类、创新创业类、岗位实训类及专业特色实践环节。科技创新类实践主要包括科技创新项目实践、电路板设计课设、PLC应用课设、工程制图课设、电机实践等;创新创业类实践主要包括职业生涯发展与规划实践、创业与管理实践;岗位实训类主要包括工业过程控制岗位实训、计算机控制系统实训、运动控制岗位实训、单片机控制系统综合实训、电气控制与PLC技术岗位实训 、自动控制系统综合实训等。另一方面，在课程体系设置中，一些实践性较强的课程，比如单片机原理及应用、PLC技术等课程在授课方式上进行了转变，从传统的以课堂PPT结合板书授课为主转为在实验室、实训中心、实习基地等场所授課，全面落实以学生为中心，全面体现以知识教学转变为能力培养为主线，遵循人才培养规律和社会经济的发展趋势。

（四）增设特色实践环节，凝练专业特色

根据应用技能型、创新创业型的实践课程培养目标，建立自动化专业考研、就业、创业的三层人才培养模式，打破原有的实践课程体系设置框架，引入新能源、新材料、新设备和现代传感技术、智能控制技术等高新技术类专业特色实践环节，如现代机器人工程实训、传感技术与检测课设、物联网课设等。

（五）多渠道开展实践教学，提升应用能力

在实践课程体系优化整合过程中，校企合作、实习实训、学科竞赛环节是提升学生工程应用能力的关键。其中，校企合作是学校和企业建立联系的桥梁和纽带;工程项目实习主要是基本技能的掌握、系统操作能力的提升;岗位实训主要是掌握生产运行过程，提升工程实践应用能力;学科竞赛是实践能力和创新能力的检验和体现。校企合作、实习实训、学科竞赛三者环环相扣，学生通过校企合作、实习实训、学科竞赛全面提升工程应用能力。以笔者所在的高校自动化专业学生为例，从大一到大四，学院积极组织开展多种实践活动，鼓励引导同学们参加应用技能型比赛，学校设有专门的电子开放实验室、科技创新社团，并配有指导老师，定期开展专业知识讲座。近年来，学生在科技创新类比赛，例如全国大学生电子设计竞赛、全国大学生“恩智浦杯”智能汽车竞赛、“蓝桥杯”大赛等学科竞赛中获奖数量和获奖等级逐年增加;与此同时，学校还积极鼓励引导同学们参加创新创业型比赛，从大一开始选拔，对这类学生重点从职业规划、创新创业思维、演讲与口才等方面进行培养，并有针对性地开展就业指导、大学生创业导论等课程。近年来，学生在“创青春”全国大学生创业大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛中也取得了不错的成绩。

四、深度开展项目化教学，建立“点、线、面”的实践教学设计

根据重实践、强应用的办学定位，在2016版人才培养方案修订中，根据循序渐进、由浅入深的原则，学生从第一学期开始开展实践环节，一直到第六学期理论课和实践课穿插进行，并且在第七学期整个学期全部开展实践课教学。在实践课程教学设计中，以基础实践课程内容出发点，3个月为一个学习周期，以项目任务实践为主线贯穿整个学习周期，并且每个月都对应一个项目任务驱动，3个月期间分别完成项目任务一、项目任务二和项目任务三;最后，根据前期实践环节知识的积累和铺垫，通过学科竞赛、创新成业大赛、综合项目环节等完成综合项目任务四;并且根据学生的学习效果，及时动态调整线和点的实践教学内容。图3为建立的“点、线、面”实践课程闭环动态教学设计流程图。

（一）点

“点”既是基础实践环节，属于基础知识的获取及应用，主要包括课内实验、认识实习、金工实习等，主要培养学生对自动化专业初步的认识和感知，掌握专业知识的基本应用能力。

（二）线

“线”是专业知识的提高层，侧重于培养学生专业知识的综合应用能力，通过一个个独立的课程设计、实习、实训环节，建立实践环节的内在联系，按照项目任务周期，在独立的实践环节基础上完成3个综合实践环节，实现一定的设计任务功能。比如通过电机实践、传感器课设等这些“点”的实践环节，分别掌握电机的基本结构和运行原理、传感器的基本知识，然后根据“点”的实践环节，完成“线”的第一项目任务：电机速度闭环调速控制;项目任务一、二、三可以是递进关系，也可以是平行关系。通过“线”的实践环节贯穿学习，既要培养学生的专业知识应用能力，也要培养学生解决复杂工程问题的实践能力。

（三）面

“面”是以各类学科竞赛、创新创业大赛、综合实践环节为基础，侧重于知识的融会贯通和创新应用，致力于推动学生面向新工科的工程实战能力和工程素养的培养，致力于提高学生的团队协作能力、创新创业能力的全面提升。

五、改革教学方法，融入现代化教学手段

采用基于OBE的目标导向型教育教学理念，教学活动由“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，围绕教学目标设计教学活动。充分利用互联网、多媒体教室、实训中心、实验室等多手段、多渠道开展实践教学。建立多学科交叉融合的虚拟仿真实验教学平台，借助VR技术实现3D仿真教学。课堂教学不仅仅局限于课堂，可以在实验室或实训中心教师边讲边操作，学生边学边练习，学练并重。在整个教学活动中，按照“课前、课中、课后”等环节组成一个闭环教学过程，课前教学资源准备、课中教学活动开展、课后教学效果反馈总结等。教师在授课过程中要注重知识与能力相结合、能力与素质相结合，重点凸显能力培养主线。

六、完善实践教学平台

（一）建设基础

目前，以笔者所在高校为例，已建成与自动化专业相关的专业实验室19个，1个电子开放实验室，1个校内工程训练中心。近年来陆续与多家知名企业签订实习实训基地，为毕业生从学校到工作岗位实现“无缝对接”创造条件。然而，随着社会经济的发展，多学科交叉融合发展已成趋势，亟需构建以培养“实践能力、工程素养、多学科交叉”为特色的实践教学平台，亟需深度开展校际、校企合作，构建集教学、实训实习为一体的产、学、研实践教学平台。

（二）改造措施

根据2020版人才培养方案的修订情况，在实践课程设置上，形成了以控制学科为基础，深度融合计算机、机械、电气等多学科交叉，深度融合新工科特色实践学科内容。在完善改造实验实践教学平台方面重点开展了以下几个方面的工作。

1.对面向控制学科的实验室进行智能化扩展，如计算机控制实验室、过程控制实验室、电机控制实验室等，增设智能控制技术、人工智能、现代传感技术等实训扩展模块。

2.对面向动力驱动的实验室进行与电气学科深度融合，如电机与拖动实验室、电力电子技术实验室，融合机器人工程、机器人动力驱动扩展模块。

3.对面向检测技术的实验室进行与机械学科的深度融合，如传感器实验室、自动化仪表实验室等，融合机器视觉扩展模块。

4.对面向控制器的实验室进行与计算机学科的深度融合，如单片机实验室、PLC实验室等，融合计算机软件编程、虚拟仿真等扩展模块。

5.对电子开放实验室、工程训练中心进行与校企合作的深度融合。电子开放实验室是学生开展学科竞赛、培养创新创业能力的训练基地;工程训练中心建筑面积约1100平方米，是集金工实习、电工实习、自动化柔性生产线及其他各类实习、实训为一体的校内实训基地，设有校企合作实习实训管理部门，对符合条件的企业引进学校免费提供场地开展实习、实训项目。

七、结语

本文针对笔者所在高校自动化专业实践课程体系发展现状，结合学校服务区域经济的发展定位和新工科建设需求，提出了新型的闭环动态“行业导向、岗位导向型”的专业实践课程体系实施方案，论述了实践课程体系优化整合过程，建立了“点、线、面”的实践教学设计流程，改革实践课程教学方法和手段，进行各种实践环节的融合、交叉和渗透完善升级实践教学平台。近年来，通过一系列的整改措施，自动化专业在教学改革中也取得了不错的成效，2015年，以自动化专业为依托，轨道交通信号与控制专业获批准成立并开始招生;2018年，以自动化专业为依托，成功申报获批河南省第九批二级重点学科，“自动化教研室”获批省级合格基层教学组织;2020年，智能电网与信息工程专业获批准成立并开始招生。在人才培养质量方面也是硕果累累，在考研、就业、学科竞赛等方面都取得了良好的成绩。

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[作者简介]梁芬，河南工业贸易职业学院副教授，硕士，研究方向：电机及电机控制。

[责任编辑 何一辉]