大自动化类专业电类技术基础课程新体系研究

陈宁 桂卫华 陈明义 阳春华 粟梅

摘要：为深化工程教育改革，推进新工科研究和实践，中南大学自动化学院根据自身发展需要和学科特色，将自动化、电气工程、智能科学与技术和电子信息等专业相互深度融合，形成了大自动化类专业。同时结合人工智能、机器人、物联网、云计算及大数据等技术在自动化领域的应用需求，着重构建大自动化专业的电类技术人才的创新培养体系。文章从电类技术基础课程内容、课程实践和教学平台的建设三方面入手，研究我校大自动化类专业电类技术基础课程新体系的建设。旨在提高我校大自动化类专业学生的综合素质，培养出具有竞争力的学生，为其他高校大自动化类专业电类技术基础课程体系改革提供借鉴。

关键词：中南大学；大自动化类专业；电类基础课程；教学平台

中图分类号：G312 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）30-0075-03

一、课程体系建设的背景

一个国家自动化水平的高低是国家发达的标志之一，而国家的自动化水平的高低很大程度上取决于高等教育对自动化人才的培养。随着现在电工电子技术的高速发展，电类技术基础课程在自动化领域有着不可或缺的作用。

中南大学自动化学院根据自身发展需要和学科特色，在新工科[1-2]的建设实践中进行创新研究，将自动化、电气工程、智能和电子信息等专业相互深度融合，形成了特有的大自动化类专业。同时结合人工智能、机器人、物联网、云计算及大数据等技术在自动化领域的应用需求，着重构建大自动化类专业的电类技术人才的创新培养体系。

国内院校的自动化类专业电类技术基础课程很多存在联系不紧密，且课程开展的顺序比较不合理的问题。例如安徽工程大学的自动化类专业主要课程包括：电路分析、数字电子技术、模拟电子技术、微机原理及应用、可编程控制器原理及应用。实验内容及课程设计包括：电路分析实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、专业综合实验以及单片机原理及应用课程设计、电子技术课程设计。其电类技术基础课程安排较为传统，且课程之间并没有密切的联系，各课程独立展开。

清华大学自动化类专业涵盖自动化与电子科学与技术两个专业。第一学期开展大学物理课、数学基础课，为电类技术基础课程做准备，第二学期开展电路原理课程，第三、四学期分别开展数字电子技术、模拟电子技术课程，同时实验安排紧跟课程，第二、第四学期分别开展金工实习、电子技术课程设计。从清华大学大自动化类专业电类技术基础的课程体系可以看出，其课程设置是循序渐进、步步加深的，充分地将学科基础课程融入专业课程中，同时学科基础课程之间也有一定的融合，再者结合相关课程实验很好地将理论及时应用到实践中。这样的课程体系有利于学生对所学知识的综合应用，激发学生的研究兴趣，培养出高质量的大自动化类人才。

国外高校的大自动化类专业电类技术基础课程内容实现了课程间很好地融合。例如美国麻省理工大学的EECS学院开展的电磁学及其应用、微电子器件及其电路，将磁路与电路进行融合，同时独立开展多个实验，充分将理论体现在实践中[3]。哥伦比亚大学ECE学院开设了电器工程基础、工程电磁学、模拟电路分析与设计、数字电路分析与设计，这些课程不仅实现了磁路与电路的糅合，在电路方面实现了分析、设计与实践的结合，能很好地加深学生的理论深度，锻炼学生的动手能力，激发学生的创新精神。同時上述两所国外高校都强调学生的自主学习能力，采用学生定期上台发表演讲的方式进行综合教学。

中南大学大自动化类专业电类技术基础课程包括电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、电工电子技术、电子技术课程设计、电工电子实习、微机原理及控制器、单片机原理及应用等。通过对比分析发现，中南大学大自动化类专业电类技术基础课程的内容存在冗余或缺乏、课程实践单一或与课程内容不同步以及相应的教学平台不完整或缺乏创新等问题。因此必须针对大自动化类专业电类技术基础课程的实际情况，吸取国内外高校相关专业的电类技术基础课程的建设经验，建设出一套具有中南特色的大自动化类专业电类技术基础课程体系，提高大自动化类专业学生的社会竞争力，同时使得大自动化类专业在课程体系、课程内涵、培养计划、课程管理方面与国际接轨。

二、课程体系存在的问题及建设目标

通过分析中南大学大自动化类专业电类技术基础课程可以发现，传统电路课程中缺少电路与磁路的结合，将会导致问题分析不深入。由于通信技术的高速发展，就必须在模拟电子技术中结合高频技术以适应时代需求。随着传统的数字电子技术中74系列逻辑芯片逐渐被淘汰，而现场可编程门阵列（FPGA）的出现完全具有能够替代这些芯片的能力，就很有必要在数字电子技术课程中引入FPGA及其需要的硬件语言VHDL的内容。再者由于微处理器技术的广泛应用，传统课程中的8088CPU由于其计算速度慢等因素逐渐被其他高性能的CPU芯片取代，因此课程内容更新为其他高性能的芯片的介绍，例如MSP430、STM32等，更有利于学生迅速适应时代的步伐，提高自身的竞争力。此外，实验室平台还处于实验时间滞后于教学以及实验内容安排冗余的状态，没有很好地结合开展的基础课程同时进行综合实践，而且实验内容相似程度高。若需要学生具有良好的动手能力以及通过实际加深对大自动化类专业电类技术的理论了解程度，就应当同时将开展的理论课程与实践进行融合。再者，教学是课程改革中最为重要的一个环节，教学人员很大程度上会影响学生的对本课程的掌握程度。因此就必须对教学人员的综合素质进行培训以及对讲义进行更新。因此建设一套新的又有竞争力的大自动化类专业电类技术课程体系将极大程度上提高大自动化类专业学生的综合素质，培养出具有竞争力的学生。

针对以上大自动化类专业电类技术基础课程体系现存的问题，通过学习国内高校大自动化类专业的电类基础课程体系的设置以及国外高校大自动化类相关专业课程体系的设置，结合大自动化类专业电类技术基础课程该体系的现状，依照大自动化类专业的方向和特色，优化大自动化类专业电类技术基础课程的课程体系；根据大自动化类专业电类技术基础课程体系的需求，明确各方向的理论与实践内容，开展相应的课程，并确定对应课程的教学大纲、教学内容和课程要求；研究大自动化类专业电类技术基础课程之间的相互关联性，将各课程理论进行结合，开展相应的实践课程，开阔学生的视野，激发求知和创新欲望；建设高效率国际化的课程管理机制，实现课程信息公开化。目的是优化大自动化类专业的电类技术基础课程体系，进一步提高大自动化类专业的建设水平，推动大自动化类专业的发展，进而提升大自动化类专业学生的理论和实践水平。

三、课程新体系的建设内容

针对中南大学大自动化类专业电类技术基础课程体系现存的问题，结合大自动化类专业的方向和特色，通过对比分析国内外高校大自动化类专业电类基础课程体系，从课程内容、课程实践和教学平台三方面着手进行课程新体系建设。

1.课程内容建设。分析大自动化类专业的电类技术基础课程，理顺电类技术基础课程内容之间的关系，尽量避免照搬其他课程的内容，强调结合大自动化类专业电类技术特点的教学内容，同时也明确课程中对前瞻性和应用性内容的要求，明确课程考核的理论方面和实践性方面的要求。编写四本新教材：《电路与磁路分析》、《模拟电子线路》、《数字逻辑与VHDL》以及《微处理器技术及应用》，实现电路与磁路的融合、低频电路与高频电路技术的融合、逻辑与编程的融合以及芯片与软件的融合，以达到相关课程内容的综合运用的目标，进而覆盖相应方向上的知识结构和提高学生电类技术基础课程的综合实践能力。课程实践建设大自动化类专业电类技术基础课程教学过程包括理论教学与实验教学。实验课程的目的是验证、加深对理论课程的理解和实验设备的操作。如果相关课程的实验内容单一或缺乏、实验教学大大滞后于理论教学，将很难达到我们实验教学的目的。因此需深入研究大自动化类专业课程已开展的相关实验，分析实验内容及时间安排上的不足之处，改善相关课程实验内容及时间安排，以提高学生的动手实践能力，激发学生的创新、团队协作意识，全面提升大自动类专业学生的综合素质。

2.教学平台建设。良好的教学平台建设将极大程度上促进课程体系的建设。教学平台建设包括实验平台建设和教学人员讲义及其教学方法建设。如果大自动化类专业电类技术基础课程实验平台陈旧或缺乏，无法满足相关课程需要，将很难达到理论与实践相结合的目的。如果教学人员的讲义内容不完整或者过于陈旧，教学方法老套无创新，将很难起到良好的教学效果。因此要深入研究大自动化类专业电类技术基础课程的实验平台建设和教学人员讲义及其教学方法的不足之处，及时加以改善，使得教学内容层次化，具有系统关联性，密切结合工程，实现教学内容的少精宽新，更新实验平台，为学生进入创新实践提供保障。

四、课程新体系建设方案

为促进中南大学大自动化类专业电类技术基础课程体系建设更好和更快地实施，采取如图2所示的方案。首先对比国内外高校大自动化类专业电类技术基础课程体系，讨论分析自身存在的问题。然后通过对现有的课程内容进行增、删、改，编写相应的新教材。再者根据重编后的教材内容对实验平台和教学师资的要求，更新实验平台以及对教学师资进行新建设，通过实践反馈不断地优化课程体系，实现大自动化类专业电类技术基础课程新体系的高效建设。

1.组织课程体系的分析和研讨。通过组织相关教学人员进行课程体系的分析与研讨，包括对大自动化类专业电类技术基础课程之间关联性的分析，对大自动化类专业电类技术基础课程内容增添或删减或糅合，以及实验平台的建设、教学讲义及方法，关注如何对大自动化类专业电类技术基础课程进行综合教学。

2.改善教学内容与方式。大自动化类专业的定位在培养高层次、实用型、复合交叉型、国际化的人才，通过对相关教学人员进行教学培训，使其在课程教学上不局限于本课程的教学，适当分析与其他相关课程的联系，让学生最大程度地了解本课程在专业领域内的作用，激发学生的好奇心与创造性。同时可以引入微课堂、翻转课堂等新颖的教学方式，激发学生的自我学习潜能，加深学生对课堂的印象，提高学习效率。

3.以工程实践能力的培养为重心，建立课程体系综合实验平台。创新型人才必须具备扎实的专业理论基础，但过多地强调知识的连贯性、系统性和完整性，过分注重让学生掌握宽厚的基础知识，必然会使学生的学习负担加重，影响到学生创新能力和创新精神的培养。因此，必须优化大自动化类专业电类技术基础课程体系和知识结构，加强实践环节教学，要坚持“理论与实践并重、知识与运用结合”的原则，要以培养学生的创新精神和解决实际问题的能力为根本出发点，精心组织理论教学和实践教学，加强学生工程实践能力的培养。

五、总结

课程体系是学校实现人才培养目标的具体化过程与方法，是提高人才培养质量的关键。本文针对中南大学大自动化类专业电类技术基础课程体系的现状，对比分析国内外高校大自动化类专业的体系，主要研究了电类技术基础课程内容、课程实践和教学平台三方面的建设，旨在促进学生专业知识融合和综合实践能力、创新能力的提升，提高中南大學大自动化类专业的办学水平，为其他高校课程体系的建设提供宝贵的经验。课程体系建设应该是一个不断深入、不断探索、不断更新的过程，如何进一步完善课程体系将是我们一直关注的问题。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，（3）：1-6.

[2]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.

[3]韩九强，郑南宁.国外自动化相关学科专业教育教学的现状与发展研究[J].电气电子教学学报，2003，25（6）：1-5.