新工科下的自动化专业人才培养及课程群建设

程国栋　张同庄　郭建鹏

[摘要]目前，大多数高校自动化专业制定的人才培养方案仍偏重于传统工业自动化方向，所设置课程不利于新经济、新形势下国家、社会对应用型本科人才培养的新需求。根据中国矿业大学徐海学院的办学宗旨和办学特色，结合国家近期大力倡导的“智能制造”大方向及“新工科”人才培养体制，以自动化专业背景为依托，提出一种新工科下的人才培养方案改革思路;同时对自动化专业课程体系及内容进行优化整合，形成一种新工科下的智能控制类课程群，为独立学院培养适应于新经济形势下的应用型、复合型人才奠定基础。

[关键词] 新工科;應用型人才;人才培养模式;课程群

[中图分类号]  G642                  [文献标志码]  A                       [文章编号]  2096-0603（2018）34-0028-02

一、引言

随着“智能制造2025”的提出，以新技术、新业态、新产业为特点的新经济已成为发展趋势。与传统工科人才相比，新经济需要的是实践能力强、具备国际竞争力的高素质“新工科”人才。中国矿业大学徐海学院作为一所以“应用型本科教育”为特色的独立学院，坚持“重实践、强能力、高素质的应用型人才”的培养目标。为适应新经济下社会对应用型人才的新需求，徐海学院对新工科体制进行了深入研究。本文从新经济对自动化专业人才的新要求出发，分析了现有人才培养方案、课程体系与新需求之间的矛盾，提出一种新工科体制下的自动化专业人才培养方案及课程群建设思路。

二、自动化专业人才培养方案及课程体系现状分析

通过前期对自动化相关企业、高校、毕业生及在校生的深入调研，总结出目前人才培养方案及课程体系存在如下问题：

（一）培养方案存在问题

1.现有培养方案仍然偏重传统工业自动化方向，无法与国家最新倡导的“智能制造”方向（如机器人技术、物联网技术等）有机结合。

2.现有培养方案虽注重应用型人才的培养，配置了大量实践环节，但这些实践环节大多依托于学校实验平台，无法结合工业现场实际系统，达不到“学以致用”的效果。

3.现有培养方案是由学校、教师对学生进行培养，忽略了相关企业在学生培养环节中的重要地位，缺乏校企合作及相关的工业现场实习、专业技能训练等环节。

（二）课程体系存在问题

1.现有课程学分较多，理论课程任务重，且过多关注于通识性基础课程，对实用性较强的专业课程及软件工具类课程没有重点突出。

2.部分课程所选教材偏重理论，实际案例讲解较少;部分教材内容陈旧，所讲授知识远滞后于最新技术的发展，与现代企业需求相脱节的矛盾突出。

三、人才培养方案改革思路

本文针对现有培养方案存在问题进行深入研究，结合自动化行业发展趋势，提出人才培养方案的改革思路。

（一）优化自动化专业人才培养方案

制定适用性、实用性及科学性的人才培养方案。以“智能制造2025”战略为指导思想，将自动化专业打造成新型智能制造行业的机器人技术及传统工业自动化中的PLC技术相结合的特色专业。

（二）加强校企合作，建立实践实训教学体系

加强学校与自动化高新技术企业之间的深度合作，建立实习、实训基地及联合培养实验室，为学生参与工业自动化现场案例提供保障。同时，基于CDIO工程教育理念（构思、设计、实现和运作），结合自动化专业自身特点，建立一个“循序渐进、不断提高、分层培养、注重实践”的金字塔式实践实训教学体系。

（三）建设自动化专业课程教材

围绕“智能制造2025”大方向，结合当下工业自动化机器人发展热点，针对部分教材内容滞后于自动化最新技术等问题，开展《工业机器人技术及应用》《S7-1200PLC原理及应用》教材研发。

四、课程群建设思路

自动化专业课程群建设应满足现代工业自动控制实际需求，重点对实用性强、关联性大的多门核心课程进行内容整合、结构优化。针对现代工业控制需求，建设智能控制类课程群。

（一）智能控制类课程群建设框架

选取自动控制原理、现代控制理论、智能控制、电力拖动自动控制系统、机器人技术及应用、检测与转换技术、Matlab编程语言及应用、通用设备控制、现场总线技术共9门专业课整合为“智能控制类”课程群。

该课程群中：自动控制原理、现代控制理论及智能控制三门课程作为基础课程，为后续核心课程及相关实验实践环节提供理论支撑;机器人技术及应用、电力拖动自动控制系统、检测与转换技术三门课程作为核心课程，既保留传统工业自动化领域广泛使用的变频控制技术及传感器技术，同时加强自动化高新技术领域中的机器人技术;通用设备控制、Matlab编程语言及应用、现场总线技术三门课程作为开发类课程，顺应自动化领域4C技术的发展趋势，为学生掌握自动化专业最新编程技术及后续调试工业实际控制系统提供有力保障。

（二）课程群内课程优化

为保证智能控制类课程群结构合理、层次分明以及资源共享，对课程群所涉及的9门课程内容进行了整合、优化。

1.自动控制原理课程优化

课程优化前：开设于第5学期，共80学时。主要讲解经典控制理论，包括三种数学模型（时域、复数域及频域）、两种线性系统分析方法（根轨迹及Bode图）、线性系统校正方法等。

课程优化后：开设于第5学期，共72学时。减少时域数学模型、根轨迹分析等理论内容，实验中增加直流电机控制系统的Matlab设计方法。

2.现代控制理论课程优化

课程优化前：开设于第7学期，共32学时。主要讲解现代控制理论，包括状态空间法、系统能控能观测性和Lyapunov稳定性分析等。

课程优化后：开设于第6学期，共32学时。理论内容精简压缩，实验中增加基于LQR的单级倒立摆Matlab设计方法。

3.智能控制课程优化

课程优化前：开设于第7学期，共32学时。主要讲解专家控制、模糊控制和神经网络控制等方法。

课程优化后：开设于第7学期，共32学时。理论内容精简压缩，实验中增加基于模糊控制的单级倒立摆Matlab设计方法。

4.电力拖动自动控制系统课程优化

课程优化前：开设于第6学期，共64学时。主要讲解双闭环直流调速系统、可逆控制、异步电机调压调速、变频调速等。

课程优化后：开设于第6学期，共64学时。减少直流调速理论内容，增加伺服控制系统讲解;实验中增加机械臂伺服系统的Matlab设计方法。

5.机器人技术及应用课程优化

课程优化前：开设于第6学期，共48学时。主要讲解机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、轨迹规划及机器人外部信息的获取方法等。

课程优化后：开设于第6学期，共64学时。减少机器人设计等理论知识，增加工业机器人应用、操作及维护等内容。

6.检测与转换技术课程优化

课程优化前：开设于第5学期，共56学时。主要讲解检测技术基础、误差分析基础、电阻应变、电容式、电感式、霍尔等传感器原理。

课程优化后：开设于第5学期，共56学时。减少各种传感器原理等理论内容，增加传感器使用场合、使用方法、在智能控制系统中的作用等内容。

7.通用设备控制课程优化

课程优化前：开设于第6学期，共48学时。主要讲解常用控制电器、继电器-接触器控制系统、PLC200原理及控制系统的设计。

课程优化后：开设于第6学期，共48学时。减少继电器接触器控制系统介绍，将PLC200升级为PLC1200，增加PLC控制系统实例及PLC通信联网功能。

8.现场总线技术课程优化

课程优化前：开设于第6学期，共48学时。主要讲解现场总线技术的发展、网络与通信基础、CAN总线应用技术、Profinet总线应用技术等。

课程优化后：开设于第6学期，共48学时。理论内容精简压缩，增加总线通信应用实例及物联网技术。

9.Matlab编程语言及应用课程优化

课程优化前：开设于第5学期，共16学时。主要讲解Matlab语言基础知识及应用和仿真算法控制系统仿真。

课程优化后：该课程删除，将内容整合到自动控制原理、现代控制理论、智能控制及电力拖动自动控制系统课程中。

五、结论

本文以中国矿业大学徐海学院为例，分析了自动化专业人才培养方案及课程体系普遍存在的弊端。根据自动化领域高新技术发展趋势，结合国家倡导的“智能制造”大方向及“新工科”人才培养体制，提出一种新工科下的自动化专业人才培养方案改革及智能控制类课程群建设思路，对独立学院培养新经济形势下的应用型、复合型人才具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2]施晓秋，赵燕，李校堃.融合、开放、自适应的地方院校新工科体系建设思考[J].高等工程教育研究，2017（4）：10-15.

[3]李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19.

[4]夏建国，赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究，2017（3）：15-19.

[5]董玮，王世勇.基于TOPCARES-CDIO的专业人才培養方案之评估[J].高等工程教育研究，2017（4）：169-173.

[6]胡志刚，任胜兵，陈志刚，等.工程型本科人才培养方案及其优化：基于CDIO-CMM的理念[J].高等工程教育研究，2010（6）：20-28.

[7]顾容，杨青青，张蜜，等.面向能力培养的课群结构优化设计[J].高等工程教育研究，2018（1）：54-57.