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试析自动化本科专业学生实践创新能力培养模式探索

摘要：自动化专业口径宽，适应面广，是当前我国高校的热门专业之一。但是，随着经济的发展、科技的进步、社会的变革，使自动化专业的建设面临着诸多发展中的新问题。本着以学生为中心，以切实培养学生能力为出发点的指导思想，大中院校在自动化专业学生实践、创新能力培养方面进行了一些有益的探索。
一、教学型高校自动化专业培养目标定位：
　　自动化专业是横跨众多应用学科的偏基础性工科专业，其宽口径的特点使得学生就业情况较理想，自动化专业人才需求遍布工业、农业、服务业领域；目前我国众多领域内的自动化水平相对偏低，大多企业市场竞争力也较弱。为了提升企业内力，加强市场竞争力，重要途径之一就是提高企业的自动化水平，提高企业应用自动化技术、开发自动化产品的能力。因而，自动化专业毕业生的一次就业率高。
　　考虑本专业毕业生就业去向及自动化科学技术发展现状，大中院校自动化专业本科生的专业能力培养目标确定为：具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽的工程技术基础和专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发与研究等方面工作。
　　与上述培养目标相适应，自动化专业的毕业生应具备较扎实的自然科学基础，较好的人文社会科学基础和外语综合能力；掌握本专业领域必需的较宽的技术基础理论知识，主要包括电路理论、电子技术、控制理论、信息处理、计算机软硬件基础及应用知识等；较好地掌握运动控制、工业过程控制、电力电子技术及信息处理等方面的知识，具有本专业1-2个专业方向的专业知识和技能，了解和跟踪本专业学科前沿和发展趋势；获得较好的系统分析、系统设计及系统开发方面的工程实践训练；在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力，具有较强的工作适应能力；具有团队合作精神，并具备所需的沟通技能，包括与其他许多不同领域专家进行有效沟通的能力；具有较强的组织管理、系统协调能力，包括对系统全局的洞察力和处理复杂问题的能力。
二、自动化专业课程体系建设：
　　自动化本科培养计划实时融入本领域发展的新技术及本校学科发展的新特点，注重基础知识扎实，并注重知识结构、专业特色、创新能力等方面的结合，力图形成较为明显的专业特色。
　　根据培养目标及能力要求，将自动化专业理论教学课程分为公共基础课、专业基础课、专业模块、专业模块选修课、专业任选课、公共选修课等六类。
　　公共基础课：大学英语A，体育，高等数学A，思想道德修养，马克思主义哲学原理，计算机文化，军事理论，高级语言程序设计，大学物理A，实验物理，法律基础，毛泽东思想概论，马克思主义政治经济学原理，邓小平理论概论。
　　专业基础课：工程图学C，线性代数，复变函数与积分变换，电路A，概率与数理统计，模拟电子技术A，电机与拖动，数字电子技术，计算机网络，检测与转换技术，自动控制理论，专业英语，微机原理与接口技术B，计算机控制技术，电力电子技术基础，现代控制理论，数字信号处理。
　　专业模块：运动控制系统，过程控制系统（限选一门）。
　　专业模块选修课：组1（工厂供电，楼宇自动化，电器控制，数控机床），组2（单片机原理，现代数字系统设计，DSP技术及应用，现场总线技术），组3（智能控制，控制系统的计算机辅助分析，最优化理论，人工智能基础）。组1、2、3任选一组。选择一组后，其他二组内的课程可作为任选课选修，计入任选课学分。
　　专业任选课：学科前沿讲座，自适应控制，系统辨识，系统工程导论，数字图像处理。
　　其中，专业模块选修课以课程组群的方式形成专业特色，又保证学生在有限学时下，知识结构合理。该部分设置了三组课程，组1以工厂电气与建筑智能技术为核心，使学生具备一般的工厂自动化知识；组2以嵌入式控制及工业网络技术为核心，体现新一代数字控制系统实现技术的特征；组3以先进的控制理论及智能技术为主，强调自动化科学领域的基础科学与方法。学生可以根据自己的兴趣和未来的职业规划选择相关的课程组，通过成体系的一组课程的完整学习，系统掌握相关知识。同时，通过选中一组后其他组的课程可以作为任选课的方式，使学有余力的学生可以有机会扩大知识面。
　　培养计划制订过程中，完全站在专业和学科发展的高度，彻底改变因人设课的情况，真正以学生为本，真正反映科学的体系、规律和前沿。同时，上述课程设置及课程开设时间的安排上，也兼顾了学生就业与考研的不同需求。在课程教学之外，还会适时安排专业知识讲座，或者开拓学生知识面，或者引领学生规划自己的课程学习，或者答疑解惑，成为提升课程学习效果的良好催化剂。
三、学生创新意识与能力的培养：
创新意识和能力培养是教育的核心目标之一。大中院校自动化专业一贯注意加强学生创新意识、创新方法的培养，引导学生寻找、发现创新领域。传统教学方法只注重向学生传授知识，对学生终身发展所需要的知识和能力考虑不够。我们鼓励教师在教学过程中既要培养学生的顺向思维，又要重视培养逆向思维；推行启发式、引导式理论教学模式，在各个教学环节中重视培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。
在注重课堂教学的内容和教学方法的同时，我们大力加强与改进实践教学手段与方式方法。我们认识到，学生实践能力的培养不应附属于理论教学，而应使之成为培养学生工程能力、解决问题能力和创新能力的一种必不可少的途径，要与设计理论教学体系一样重视实践教学体系的建设与运行。
　　在课程的实验教学方面，通过验证型-设计型-研究型-跨课程/学科的综合开放型实验等不同层次的实验环节，在提高实验设备利用率的同时，切实提高学生想像力、创造力和综合运用所学知识解决实际问题的能力。
　　例如“现代数字系统设计”课程的实验教学中，交通灯控制是常见的一个验证型实验，通过对红、黄、绿三个发光二极管点亮、熄灭的定时控制，可以达到掌握基本概念、熟悉开发工具、巩固所学知识的目的。在此基础上，可以引导学生自主设计、增加功能，使这个实验逐步扩展为设计型、研究型或综合型实验。例如，首先增加红、黄、绿灯的组数，尝试进行一个十字路口的红绿灯控制；然后，增加红、黄、绿灯点亮持续时间的在线手动（键盘）设置/更改功能；进一步，利用方波信号发生器给出可调频脉冲信号模拟车流量观测，设计能够根据车流量自动调整红、黄、绿灯点亮持续时间的十字路口红绿灯控制装置。这些实验都不提供实验指导书，仅给出实验目的，并提供实验条件，由学生自主完成。在此过程中，实验指导教师起到两方面的作用。一是答疑解惑，引导学生走出困境；另一方面，对学生的设计与实验过程把关，以免损坏实验设备。
　　在课程实验教学之外，实行“边学习、边研究、边实践”的教育模式，逐步培养学生的实践、研究与认知能力、创新意识和创新能力，提高综合素质。具体来说，建立专业课程开放实验室，由教师根据实验设备情况，给出课程实验以外的推荐自主实验目录，学生预约选做，以提高学生对基础理论知识的理解程度与应用能力；建立EDA、DSP、SOPC等开放实验室，结合学生兴趣和专长，由学生自主选择、自主设计、自主安排，并有专业教师指导其设计、制作、调试，有力地培养学生实验研究能力，激发学生的学习积极性和创造性；组织学生参与创业实践，培养学生的创业素质和创业能力；广泛组织学生结合专业，利用开放实验室资源，开展小发明、小创造和小制作活动，并以项目立项资助、评比等形式鼓励学生创新；大力提倡毕业设计真刀真枪，使学生切实动手实践；组织高年级学生直接参与科研项目开发、科技成果推广和社会实践，让学生接触新知识、掌握新技术、探索新领域，鼓励学生创造、实践，允许失败，着力培养学生的创新精神和创新能力。
　　现在的学生，接触各方面新知识的渠道多样，具有良好的创新意识，经常会有新想法、新思维，只是缺少实际动手去实现想法的机会，所以这些思想常常只是停留在想的阶段。而上述措施则为这些思想的实现或尝试提供了途径，指导教师的有效参与则起到了良好的引导作用，使得学生能够在实践自己想法的过程中锻炼能力、应用并巩固已学知识。例如，几年前有学生提出想做“手机应急充电器”，希望在出游或回家的旅途中不会因为手机电池没电而影响通信；也有学生提出设计“自习室噪声监测器”的想法，希望能够通过对突发噪声的监测与适当方式的提醒，改善自习环境。这些想法，都直接来自于学生日常生活，又是能够利用自动化专业所学知识来实现的，学生实践热情高，真正起到了培养学生的实践与创新能力的目的。
　　近年来，通过上述多层次、多渠道、全方位实践教学体系的逐步建立与灵性运行，使学生实践技能、创新能力明显提高，在各级各类竞赛中取得了优异成绩。
四、结语：
　　自动化本科专业面向控制对象，强调系统组成，强弱电并重，软硬件兼顾，强调从理论到实践，其自然科学性与工程技术性并存，它的发展与国民经济的发展息息相关，自动化技术也已经渗透到国民经济建设的各行各业，成为国民经济建设的支柱技术之一，对自动化专业人才的需求也在逐年增加。针对自动化专业建设面临的新问题，本着以学生为中心、以切实培养学生实践动手能力和创新能力为出发点的指导思想，在自动化专业建设方面进行了一些探索。有些措施仍处于探索与发展中，有待进一步改进和完善。

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