自动化专业课程教学改革的探索与实践

彭熙伟　廖晓钟　冬雷

摘要：本文结合自动化专业课程教学中存在的专业课程零散、注重知识传授、专业素质不足、实践教学薄弱等问题，介绍了北京理工大学自动化学院增设实践性、综合性专业课程，突出工程特色、加强实践环节，将素质教育贯穿于专业课教学的经验和举措。

关键词：工程教育；创新型人才；课程教学；自动化专业

新一轮科技革命和产业变革对创新型工程技术人才培养提出了新的、更高的要求。中国工程院“创新型工程科技人才培养研究”重大咨询项目从知识结构、能力结构、创新素质和创新精神四个方面对新时代创新型工程科技人才的素质提出了具体要求：

在知识结构方面，应具有数学、自然科学、工程基础、专业知识和人文社会知识。把科学知识与工程技术相互融合，形成各种知识相互交叉渗透的综合知识结构。

在能力结构方面，应具有工程实践能力、工程设计能力和工程集成能力。不仅掌握科学知识，更重要的是能够把数学、自然科学、工程基础和专业知识用于系统表达、建模、分析、研究和解决工程问题；在工程科技活动中，具有学习和补充所需知识与技能，不断学习和发展的能力。

在创新素质方面，应在设计、生产中体现创新意识，积极思考提高质量的新技术、新方法，能够考虑节能、降耗、成本、安全、环境、社会、健康等因素，具有社会责任和职业素养等素质特征。

在创新精神方面，要有敬业精神和进取心，要善于思考、勤于思考，具有科学求实的精神。

高等工程教育是培养创新型工程科技人才的重要平台。目前，我国高等工程教育传统的知识性传授课程教学难以培养未来创新型工程科技人才所应具有的能力和综合素质要求，迫切需要对工程人才培养模式和课程教学做出相应的调整和变革。下面以自动化专业为例，就工程专业课程教学改革进行探讨。

一、我国高校自动化专业课程教学现状

自动化专业是一个工程性、实践性和综合性较强的工科专业，其突出特点是专业口径宽、专业内容丰富、覆盖面广。作为人才培养过程中最基本的教学环节，专业课程教学在不同程度上存在以下几方面的问题：

1.专业基础课程和专业课程零散

目前，高校自动化专业基础课程和专业课程一般在学科导向背景下配置，不同程度上存在知识结构学科化倾向。课程之间相对独立，内容缺乏相互交叉和渗透，使得学生所学专业知识片段化。例如，电类、计算机类和控制类课程各自独立开课，缺少把这三类课程知识整合应用于工程实际系统的教学环节。学生专业知识零散化、片段化，导致学生在系统分析和综合运用知识解决复杂工程问题能力方面偏弱。

2.注重传授知识、忽视综合能力培养

专业课程通常采用课堂灌输式的教学方式，以教师为中心，注重知识传授，而学生处于被动的地位，师生交流互动局限于提问，缺乏启发式、研究式的学习氛围。在考核评价方面，专业课程采用期末考试结合平时成绩（考勤、作业等）的综合评价方式，但期末考试所占比重一般大于70%，使学生过于注重考试和成绩。从教学大纲、教学内容、考核评价等各个环节偏重知识传授，而轻自学能力、综合应用知识发现问题、提出问题、解决问题、交流与表达等能力的培养，导致学生在学习能力、创新能力和交流能力等方面欠缺。

3.专业素质教育不足

专业课程往往偏重专业内容方面的教学，包括电类、计算机类、控制类等课程内容的教学，而在非专业因素方面的社会责任意识、创新意识、团队合作，以及工程设计时考虑经济、环境、安全、可持续发展、伦理等制约因素的素质教育上还很欠缺，往往把这些非专业的素质教育简单视为人文社科课程所承担的教学任务，专业课程教学很难体现与工程实践活动相关的非专业因素的素质教育，这导致培养的学生在工程职业综合素质方面有欠缺。

4.实践教学薄弱、工程实践能力不足

实验教学仍未能改变依附于理论教学的从属地位。专业课程实验教学局限于验证原理和掌握操作技术，实验要求、步骤和方法统一，结果可预知，导致学生缺乏实验思路、实验设计、实验技术、观察能力、分析能力以及表达能力的全面训练；实验教学装置基本上是进行功能验证，工程性、综合性、系统性不足，难以支撑贴近工程实际的综合性实验教学；很多专业选修课程只是传授知识，没有实验教学；专业课程设计缺乏与工程实际系统结合，难以实现综合性、系统性的实践训练，导致学生缺乏现代工程设计思想、方法的培养，以及综合运用各方面知识解决工程问题能力的实践与训练。

二、我校自动化专业课程教学改革探索

为了适应未来工程专业人才培养的质量需要，深化人才培养模式和专业课程教学改革，把学生中心、能力培养、产出导向等国际先进工程教育理念贯穿于人才培养的始终，我校在课程配置、教学内容、教学模式、考核评价等方面对自动化专业课程教学进行了改革和创新。

1.增设实践性、综合性、应用性的专业课程

工程具有实践性、综合性。因此，我校自动化专业加强了应用性、综合性、跨学科训练的专业课程建设，并强化相关课程实践教学。例如，把工程测试技术等实践性强的专业课程改造为实践导向学习的课程。该课程具有实践性、综合性、系统性和应用性强的特点，教学内容涵盖电路、计算机、传感器、信号处理等多学科专业课程知识的整合应用，同时还涉及学习测试技术、虚拟仪器技术等新知识。把课程教学活动设置在实验室，相关的元件、产品、系统贴近工程实际，学生通过完成项目设计工作，把已学专业课程知识进行整合并运用于解决工程实际问题，有针对性地去解决学生所学专业知识零碎、割裂及工程实践能力薄弱问题，使学生得到综合、系统的工程能力培养。

2.突出工程特色、加强实践环节

我校针对自动化专业实验教学装置类型多，而实验装置工程性、综合性和系统性不足的情况，通过科研转化、自制、校企合作等形式对实验教学装置进行改造，使其具备工程性、实践性、综合性和系统性，以承担工程实践、工程训练的教学任务。

专业课程实验教学以设计性、综合性实验教学内容为主，基础性、验证性实验作为必要的补充。以贴近工程实际的开放课题作为实验教学内容，让学生在实验课题的基本要求和部分参考资料基础上自由发挥，诱发学生创新思维，锻炼学生解决问题的工程能力。例如，力传感器测试实验教学以工程实际应用力传感器的测试、分析和数据处理作为实验内容，学生根据传感器的输出电信号，搭建电路、调试电路，对数据进行采集、处理，并进行科学分析、评判实验并得出结论，使学生在“做中学”和“学中做”中培养实践能力。

3.素质教育贯穿于专业课程教学

工程实践活动既包含技术，也包含非技术，如经济、环境、人文、法律等，具有实践、综合、集成和创造的属性。实践不仅是技术意义下的实践，工程教育中的实践也应该作为学生综合能力培养的手段。因此，除了人文社会科学类课程所承担的思想道德、文化和身心素质教育外，还应该把与工程密切相关的创新意识、经济、环境、可持续发展、总结与表达等非专业因素方面的素质教育贯穿于专业课程教学活动中。我校在专业课程设计项目中，加强项目方案设计、交流讨论、设计、制作、调试、编程及项目组织等环节的实践过程，要求学生学会查阅资料，综合考虑经济、可靠性等制约因素，评判设计方案是否先进，把创新意识、科学研究方法、工程意识、管理等专业素质教育融入分析解决设计问题的教学活动中，培养学生从事工程职业所具有的综合能力和素质。

4.开展研究性教学、考核评价多样化

在DSP原理及应用、工程测试技术等应用性强的专业课程实践教学环节中，我们以学生为中心，以能力培养为导向，围绕项目设计，采用开放式的教学组织形式。例如，我们把DSP原理及应用专业课程分解为课堂教学、实验和比赛三个教学环节：比赛采用2～3人为一个小组团队的形式，每个小组一套器件，学生在2周内完成一项基于DSP控制器的智能小车的设计、制作和调试，进行小车比赛，并进行答辩。小组成员的分工与合作有利于增强学生的责任感，调动学生参与课程教学的积极。通过交流与讨论、设计与分析、解决问题、研究与实践、答辩等系统性的实践活动，激发了学生的创新性思维，在培养学生综合运用知识分析解决实际问题能力的同时，也培养了学生交流与表达、团队合作及项目组织的能力。

在研究性教学活动中，教师介绍课程的教学目标、内容、考核评价及教学模式，介绍设计项目基本情况、参数与指标、需要研究的问题、达到的目标，并为学生提供相关参考资料，组织教学安排。教师的职责从知识的传授者转变为学生学习研究问题的指导者和引导者。

项目驱动的研究性教学模式把一般的期末考试、实验、考勤综合测评转向注重知识整合、应用、设计与制作、实验、表达、写作的综合能力与素质的形成性评价（具体分项内容、考核指标因课程而异），其中项目作品验收、答辩由3～5人教学团队进行评价。这种过程化、多样化、多元化的考核评价方式激励了学生自主、进取、协作，促进了学生发展。

三、结束语

专业课程教学是人才培养的重要教学环节，为毕业生所具有的能力和综合素质提供支撑，从而保证人才培养目标的实现。推动专业课程教学设计、教学内容、教学模式、教学实施和考核评价从知识传授向能力培养转变，从知、行、意、情四个方面培养学生的综合能力和素质，有效提升了我校自动化专业人才培养质量。受到了自动化专业认证专家组的好评。

[责任编辑：夏鲁惠]