基于能力定位的自动化专业工程能力培养模式

周梦瑜，吴梦初

1.烟台职业学院机械系，山东烟台，264670；2.上海应用技术学院,上海,201418

教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”，突出强调工程实践能力与创新能力的培养[1]，而CDIO工程教育模式强调以真实工程作为人才培养和教学背景来全方位培养工程人才，这些都是人力资源市场强烈的愿望和需求。应用型专业本科教育是我国高等教育的重要组成部分，是实现人才发展战略的一个重要方面，自动化专业与各项工程行业关系密切，不但涉及知识产权，创新范围广、深度大，而且影响行业乃至国家竞争力，因此，在新形势下，探索自动化专业本科教学改革、培养工程能力和创新能力具有非常重要的意义。由于自动化专业和行业范围宽广，为突出针对性，以下主要以应用型本科高校电气工程及其自动化专业(以下简称自动化专业)为例进行阐述。为聚焦于能力培养这一核心，在此不论及那些更基础的、通用的理论和知识，如高等数学、控制理论等，尽管它们是非常重要和必不可少的。

1 工程能力分析

(1)基本操作技能。基本操作能力指对应用型专业有关的通用设备、仪器仪表、工具软件等操作使用能力。如Windows下计算机的基本安装、配置；简单网络布线、投影仪等办公设备的接入使用；Word、Excel、PowerPoint等常用软件的使用；简单电路焊接、RS232/485接口、RJ45接口等制作；面向行业应用的工具和仪器、仪表等操作使用；简单自动化系统和设备的运行与维护。这些应该达到熟练程度，是岗位能力中最基本的能力成分[2]。

(2)技术应用能力。狭义地理解，本科层次的技术应用能力着重将专业理论知识、已有技术和产品应用于工程实际，解决具体工程问题的能力，相对来说，较少涉及新技术、新产品的设计和开发。工程实际中最常见的系统集成应用，就是最典型的技术应用。自动化工程中的系统集成应用是利用外购专门设备、智能装置、仪表、计算机(以下简称为硬件)、软件及它们的技术标准、规范，一般不需要设计和开发新的硬件、软件，或者设计和开发工作量很小，满足实际工程需求，完成项目建设。由于各行各业涉及各种各样自动化应用，因此，系统集成应用种类多、范围广，具备良好的技术应用能力的人才，市场有较大的需求。但本科层次技术应用能力培养应避免雷同于职业教育中岗位技能培养。

(3)设计能力。设计是为满足工程需要，提出新的方案、构思新的工艺和结构、研制和开发新产品等创造性工作，是实现工程目标的重要方式。优秀的设计是保证工程成功的前提，也是体现创新的主要方式。设计能力是综合运用理论知识、专业技术、经验、工具、标准等完成设计任务的可能性、工作效率及工作质量的反映。

(4)开发能力。开发是指将设计转化为成果、实物的过程，如智能测控装置的试制、测试、完善等，软件编程、测试和集成等。开发能力则是运用知识、经验、工具等完成一项具体任务的能力。开发也是创新的一个重要步骤，且更容易被理解和接受。

(5)创新能力。本科层次的创新能力培养是有必要的，没有创新能力，就不可能建设真正的制造强国、科技强国和创新型国家。创新能力不是某一项具体能力，而是多项能力的综合及应用这些能力的结果，创新能力是由结果来评价的。鉴于创新能力有别于上述各项能力所具备的明确性、可量化性，因此，对本科教育，应进行合理定位，因人而异，应注意避免为了创新而明显偏离专业环境、行业背景和工程原则。本科层次而言，创新意识、创新精神等方面是培养创新能力的重要方面，通过必要的教学过程是可以实现的。

(6)社会能力。社会能力大致包括两个方面，即适应性能力和社会技能，主要指非专业技术的“软能力”，通常又归入素质培养中。社会能力不是通过简单的课堂教学所能培养出来的，在此不再展开论述。考虑到与工程能力培养相结合，在工程能力培养过程中，特别是基于系统导向的工程能力培养，可以融入“软能力”的培养，如以项目小组方式开展活动，在实施过程中会锻炼项目管理、基本领导能力、团队合作、人际交往、文字表达和沟通交流等方面的能力。

2 培养模式

能力是运用知识、技巧和经验等完成实际任务的可能性，是效率及工作质量等综合反映。自动化专业具有理论性较强、技术密切、工程实用性强的特点，各行各业对自动化专业的知识、技术、能力要求既有明显的不同，也有共同之处。专业之间和行业之间，对知识和能力需求差异也是显而易见，但也存在共同的知识和能力。因此，自动化专业工程能力培养目标定位为面向通用工程实践能力和与专业、专业关联行业应用相结合的能力培养，构建专业知识学习、能力培养、专业及行业相关的系统应用(或项目、产品，下同)为导向、工程工作量量化评估的培养模式。

通用工程实践能力，相对而言是指不与专业、行业有明显密切相关的知识和能力，或者说是可以跨专业、跨行业应用的知识和能力，如马达是比较通用的，但可应用在很多领域和行业。这类能力能保证学生走向人力资源市场时有较大的适应面，不至于受所学专业的限制。为保证该模式实施的可行性，不能将通用工程能力分得过细，概括地可分为三类，即计算机软件知识、设计和开发能力，称为A能力组；计算机相关硬件知识、设计与接口应用的开发能力(或嵌入技术能力)，称为B能力组；专业知识、技术应用和实践操作能力(或集成应用能力)，称为C能力组。A组能力以工程应用中的系统级软件(即运行在上位机、工作站、服务器等平台上的软件)的设计、开发为主。B组能力主要以培养工程应用中的现场检测、监控、执行等为主的智能装置(IED)的设计和开发为主，与嵌入式系统设计和开发密切相关。C组的技术应用知识和能力以实际操作为主，能够解决现场中出现的实际问题。

更通俗地讲，这三组能力包括非常明显的工具型的知识和能力。显然，生产工具是生产力的重要组成部分，而且工具只有用于生产中解决实际问题才能发挥作用，孤立的工具是没有用的，这就是自动化专业培养的第二个方面，即用通用工程能力去实现专业的、与专业相关行业的某种需求，解决专业方面的问题，这就是专业能力。这既使得工程能力培养与专业学习、行业需求密切联系，又是一个创新过程，并能实现知识、能力、应用的有机结合、互动。所谓量化评价，是为了实现能力培养目标，教学过程中学生必须完成足够多的工程工作量，只有工作量上去了，能力才有可能形成。

此外，虽然具备系统集成应用知识和能力非常好，但由于系统集成应用能力培养过程自身所具有的特点，在深刻理解理论、专业知识，培养创新意识和创新能力等方面，不如设计、开发过程来得直接、具体和深入，因此，更应鼓励学生参与设计、开发，以培养相应的能力。

3 实施方案

实施方案涉及到多个方面和许多因素，包括培养计划优化调整、教学改革、学力评价，甚至涉及师资队伍配置、教学业绩评估、实践资源管理等。限于篇幅，以下仅阐述实施方案的几个主要方面。

3.1 能力培养定位

首先，应该承认大学四年里不可能培养出全能型(具备广泛知识，具备多种能力)的人才，因此，对每个学生而言，应该有选择地进行能力培养；此外，也必须承认当代大学生有更加明显的个体差异、兴趣和爱好、职业规划、愿景和志向，而这些都影响个体潜能的发挥和最终的培养结果。因此，应真正做好专业导航教育，让学生真正理解培养目标、能力评价标准、知识与能力的关系、ABC能力组的意义、工程能力对个人发展的作用与影响，在此基础上进行能力培养需求调查，调查学生对前述ABC三组能力的意愿和选择，即对自己的能力培养进行定位，一名学生一般应只定位在一个能力组的培养上，对个别学习能力突出的学生，允许选择两个甚至三个能力组培养。学生能力培养定位找准了，即可对每届学生进行分类教学，有针对性地制定培养计划、评价标准，学生学习起来也有了明确的方向、目标。能力培养定位的另一个目的是解决现存的知识和能力点分散、不系统、不具体的问题。

3.2 系统导向培养能力

实施工程能力培养应该设置综合型(或工程型)的系统，最佳方式是导入与专业相关的行业工程系统，形成与真实工程一致或相似的场景，系统既是工程能力培养过程的起点[4]，也是最终目标，即培养模式实施的结果是学生得到能力，能力由设计、开发得到的成果(即系统)来体现和验证。围绕该系统开展教学、知识学习、工程实践(主要指设计、开发)，这种系统至少要满足ABC三组能力中的一组的培养要求，具有足够的设计、开发工作量，即应该不是一个人短期能完成的，而是需要多人合作、分工，延续较长时间甚至几年才能完成，从而实现教学连贯性、知识系统化，逐渐地锻炼出能力。采用综合系统进行能力培养，学生不但能看到自己的成果不断成熟、完善，而且能将项目管理、团队合作、文字表达、人际沟通等社会能力培养贯穿其中，真正提高综合素质。

3.3 能力课程组

为实现能力培养定位目标，基于专业培养计划和整体培养目标基础上，整合部分课程，形成能力课程组[3-4]，因此，至少按ABC三组能力需求形成三个课程组，并形成电气工程及自动化专业新的人才培养课程体系[5]。学生必修其中一个课程组，根据自身的学习能力、时间、精力，自己决定是否选修其他课程组或某几门课程。整合意味着合并某些课程、精减/精简某些课程和增加一些课程，使得教学更有目的性、系统性和完整性。就ABC三组能力而言，每组能力仍然有一个比较宽的范围，所以，整合能力课程组还要进行聚类，集中到一个能实现的能力目标，如A组能力就可以划分为C/S模式和B/S模式两类软件，对于自动化专业，可优选C/S下的软件设计能力进行培养。以下以B组即嵌入式设计、开发能力为例，说明能力定位、课程组、评价体系(表1)[2]。

表1

能力组名称(B组能力(嵌入式设计、开发))评价指标(IED:IED所用元件数、元件种类、功能、性能、程序量、IED运行、文档等)课程名(内容)培养能力目标(简述)1.计算机基础计算机基础知识和能力2.C/C++语言嵌入环境下程序设计与开发能力3.模拟电路技术IED上模拟信号处理设计与开发能力4.数字逻辑电路技术IED上数字逻辑信号设计与开发能力5.电子设计工具软件应用(EDA)IED设计工具的应用能力6.嵌入式系统技术IED的运行环境创建,包括操作系统、设备驱动等的配置、生成、加载与启动等,设备如网卡、USB、RS232/485、Canbus、LCD等驱动的设计、开发能力7.接口与数据通信IED与外部接口、通信,如TCP/IP、USB、RS232/485、Canbus等设计、开发能力8.嵌入式数据库(可选)多功能、大数据量IED的数据管理功能的设计、开发9.自动化标准应用(选择最典型的一项或基线标准)(非理论课、贯穿于设计、开发过程)与工程实际相结合,培养使用自动化专业国际、国家、行业标准的能力,特别是针对标准的设计、开发10.项目管理与产品化(非理论课程、贯穿于设计、开发过程)工程化、企业化环境适应、社会能力培养等

3.4 工程实践能力评估

由于“能力”本身的特点，既是具体的又是无形的、潜藏的，描述和衡量能力不是那么简单，远不如用考试成绩评价知识学习那么直观、准确。因此，引入按工程工作量，对能力培养过程、培养结果(指学生得到的能力、设计和开发所得到的系统)进行量化评估。评估同时针对教与学两方面进行，不但要评估学生能力培养情况，也要评估教师教学、实践指导方面的情况。显然，对于ABC三组能力要设置不同的量化指标，比如B组能力，可以按完成的电路原理图、PCB图、程序代码量(行数)、程序模块数量、涉及的软件类型(设备驱动、数据通信、数据管理、行业标准等)、程序开发语言种类、项目文档编写、运行结果、团队合作等多个方面构建量化评价体系。针对各学校专业的差别，需要不断完善指标体系，包括指标项、工作数量、质量。而对开发的系统性能和质量评估，可参考企业对开发的产品的评估，还可以借鉴行业、企业其他评价方式和标准对能力培养进行评估[6]。

4 结束语

通过上述分析，首先明确把本科层次自动化专业工程能力具体化为有限的几种能力，形成清晰的能力构成图，可以避免盲目、零散培养；面向通用工程能力培养与专业、行业应用相结合，既保证了工程能力的专业背景，又不受专业的限制，具有较大的适应性。把工程能力分类为与培养计划、课程设置相适应的ABC等三个能力组，保证能力培养模式的可行性、可操作性；学生通过能力培养定位，将自己的个性特质、兴趣、发展规划转化为具体的学习和培养目标，有助于学生潜能的发挥，达到培养目标。当然，实现上述能力培养模式，关键是实施方案的执行。实施方案本身牵涉面比较宽、因素比较多，但只要学校加大教学改革力度，转变人才培养观念，上述能力培养模式及其实施方案一定能够实行，达到培养较高工程实践能力的目的，更好地实现自动化专业的人才培养目标和提高工程教育质量。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案再研究[J]. 高等工程教育研究，2011(4)：10-17

[2]陈慧蓉.“任务驱动：教、学、做一体”在自动控制技术课程中的应用[J].宿州学院学报，2011，26(8)：124-126

[3]李宏胜.以专业能力为核心的人才培养方案构建[J]. 电气电子教学学报，2012(4)：15-16

[4]张德江.自动化专业教学改革与团队建设[J].中国大学教学，2011(9)：78-80

[5]王立欣.面向工程创新人才培养的电气工程专业建设与实践[J].中国大学教学，2011(5)：32-33

[6]金淑一.基于能力建设的培训体系建设[J].宿州学院学报，2010，25(12)：123-126