陳芳芳
【摘要】本文結(jié)合我?,F(xiàn)狀,針對第四次工業(yè)革命到來之際,自動化專業(yè)對技術(shù)人才提出的新要求,分析了現(xiàn)有自動化專業(yè)課程體系改革的迫切性,存在的問題,提出了通過知識更新、教學(xué)方式改進(jìn)等方面來推進(jìn)課程體系改革的幾點思考和建議。
【關(guān)鍵詞】自動化 課程體系 改革 突破點
【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2017)05-0235-02
隨著德國“工業(yè)4.0”概念的提出,在全球掀起了以“智能制造”為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。“智能制造”的關(guān)鍵是信息物理融合系統(tǒng)(CPS)。CPS是集成了計算系統(tǒng)、大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的新型互聯(lián)系統(tǒng),其長期發(fā)展目標(biāo)是成為一切大規(guī)模工程系統(tǒng)的基礎(chǔ),而各個行業(yè)系統(tǒng)如交通、物流、制造、能源、醫(yī)療等均將成為統(tǒng)一的CPS的子系統(tǒng)。CPS的基本功能邏輯單元可抽象為一個簡單的閉環(huán)反饋控制,其核心就是一個網(wǎng)絡(luò)化控制——自動化問題。
一、自動化專業(yè)課程體系改革的迫切性
1.人才培養(yǎng)的要求。
“智能制造”的實現(xiàn)主要表現(xiàn)為生產(chǎn)方法由“自動化”向“智能化”的轉(zhuǎn)變,這就促使當(dāng)前的自動化技術(shù)產(chǎn)生了跨越式的發(fā)展。隨著“工業(yè)4.0”時代的到來、我國作為快速崛起的制造大國,為實現(xiàn)“中國制造”由大到強的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變,已印發(fā)了《中國制造2025》。中國制造2025與CPS的加速推出使得相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)也迫在眉睫。
2.技術(shù)發(fā)展的要求。
目前,自動化專業(yè)的發(fā)展明顯落后于自動化技術(shù)的發(fā)展,自動化專業(yè)的畢業(yè)生已難以勝任自動化一線的技術(shù)工作,遠(yuǎn)不能滿足自動化企業(yè)的需求,更談不上為“未來自動化”準(zhǔn)備知識。2015年麥肯錫發(fā)布了一項報告,研究了科學(xué)技術(shù)對未來經(jīng)濟(jì)的影響程度,報告中提到了12大顛覆技術(shù)到2025年的預(yù)估經(jīng)濟(jì)影響力,其中“知識工作自動化”排名第二,僅次于移動互聯(lián)網(wǎng)。所謂“知識工作自動化”就是用機器(人)自動執(zhí)行、完成高度依賴人的知識(智力)才能執(zhí)行、完成的任務(wù)。使用機器自動地完成知識性工作是我們?nèi)祟悾ㄓ绕涫强萍冀纾裘乱郧蟛榇藠^斗了近一個世紀(jì)(主要是研究人工智能)的技術(shù),無論從學(xué)術(shù)還是經(jīng)濟(jì)價值,知識工作自動化都將是自動化發(fā)展的下一個重要臺階。而目前自動化專業(yè)在這方面的課程上,不論是教材還是實驗教學(xué)條件都很欠缺,就我校而言,人工智能方向的課程還未開設(shè)。各校雖一直在改革(推出系列精品課程),但 10多年來除了計算機、網(wǎng)絡(luò)課程以外,專業(yè)核心課程(知識域、知識點)沒有大的變化,核心課程未覆蓋“機器人”領(lǐng)域。
3.工程教育認(rèn)證的要求。
自2013年我國成為《華盛頓協(xié)議》的簽約成員以來,各校工程教育認(rèn)證的工作都提上了議程。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的畢業(yè)要求 12項內(nèi)容中有8項與“復(fù)雜工程問題”有關(guān)。各種先進(jìn)的自動化系統(tǒng)均為“復(fù)雜工程問題”,但是如何“設(shè)計”合適的“綜合性訓(xùn)練”實驗、課程,真正提高學(xué)生解決“復(fù)雜工程問題”的能力,卻困擾著自動化專業(yè)的教學(xué)。
二、現(xiàn)行自動化專業(yè)課程體系存在的問題
1.現(xiàn)有課程體系的知識覆蓋面不夠。
自動化教學(xué)指導(dǎo)委員會制訂的專業(yè)規(guī)范中,自動化專業(yè)核心知識體系包括了以下9個知識領(lǐng)域:自動化基礎(chǔ)理論,計算機硬件技術(shù),計算機軟件技術(shù),計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),傳感器、檢測與儀表,電力電子技術(shù),計算機控制技術(shù),運動控制技術(shù),過程控制技術(shù)[1]。在這9個知識領(lǐng)域涉及的知識中,工業(yè)化自動化方向的教學(xué)基本完善,信息化自動化方向的教學(xué)尚未完善僅涉及了基礎(chǔ)部分,知識自動化方向的教學(xué)還是空白,亟待重新梳理,重鑄自動化專業(yè)的知識、課程體系。
2.教學(xué)環(huán)節(jié)不夠完善。
高校“重科研輕教學(xué)”的現(xiàn)象由來已久、未見改善,各校在教學(xué)改革上的投入相對較少,課程建設(shè)的力度不夠。近年來自動化技術(shù)快速發(fā)展,相關(guān)領(lǐng)域的新知識、新技術(shù)不斷涌現(xiàn),而自動化專業(yè)的教材、實踐環(huán)節(jié)、課程體系等并沒有多大改變,教學(xué)內(nèi)容與工業(yè)實際脫節(jié)嚴(yán)重,自動化專業(yè)教學(xué)的發(fā)展明顯落后于自動化技術(shù)的發(fā)展。而教學(xué)環(huán)節(jié)的實行者——教師,多數(shù)是從校門到校門,缺乏實際工程經(jīng)驗,對專業(yè)知識的理解也僅停留在書本上,對相關(guān)領(lǐng)域新知識、新技術(shù)的學(xué)習(xí)不夠,自己都無法解決“復(fù)雜工程問題”,更談不上教會學(xué)生去解決。
3.課程體系缺乏參照系,專業(yè)涉及面太廣。
自動化專業(yè)與機械、電氣、計算機等專業(yè)不同,歐美等國家很少有自動化專業(yè),因此沒有現(xiàn)成的“知識體系”版本可以參照,導(dǎo)致在制定課程體系、培養(yǎng)方案時缺乏參照系。自動化專業(yè)知識覆蓋面十分廣泛,涉及電子工程、計算機、機電工程、網(wǎng)絡(luò)、通訊等眾多領(lǐng)域,所學(xué)知識量大、面廣,與其他學(xué)科交叉甚多,幾乎所有工科專業(yè)都能與自動化掛鉤。這一特點雖是自動化專業(yè)的優(yōu)勢,但由于知識面過廣反而沒有專精,導(dǎo)致自動化專業(yè)沒有突出的專業(yè)優(yōu)勢,在專業(yè)目錄中就有很多專業(yè)都是在自動化專業(yè)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的,如機械工程及自動化、電氣工程及其自動化等,只是側(cè)重的方向不同。專業(yè)教育的弱化,方向選擇的迷茫,自動化專業(yè)到底是“萬金油”,還是“四不像”。
三、課程體系改革的突破點
1.知識更新、體系重組。
我校當(dāng)前自動化專業(yè)的課程體系主要還是以工業(yè)自動化相關(guān)課程為主,信息自動化和知識自動化方向的課程幾乎沒有,而國內(nèi)許多研究型高校,其自動化專業(yè)的教學(xué)是以信息自動化方向的教學(xué)為主,工業(yè)自動化方向為輔,知識自動化方向目前也很弱。為跟上自動化技術(shù)發(fā)展的腳步,未來自動化專業(yè)的知識體系應(yīng)以信息自動化方向的教學(xué)為主,工業(yè)自動化和知識自動化方向為輔。通過大幅度減少專業(yè)基礎(chǔ)課課時(通過精簡內(nèi)容)、大幅度改革專業(yè)課,去除已過時內(nèi)容、大幅度增加現(xiàn)代自動化原理、設(shè)備、系統(tǒng)的內(nèi)容。2016年4月教育部高等學(xué)校自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會會同中國自動化學(xué)會教育工作委員會等單位,已開始進(jìn)行“自動化專業(yè)課程體系改革與建設(shè)試點 ”工作。旨在通過有代表性的覆蓋985、211、一般院校的試點,摸索出適應(yīng)當(dāng)前自動化發(fā)展需求的“自動化專業(yè)新課程體系”,指導(dǎo)全國各高校的自動化專業(yè)課程。
2.合理運用現(xiàn)代教學(xué)手段。
現(xiàn)代教學(xué)手段如慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等已逐漸成為各高校的教學(xué)手段,但并非只要是慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂就能收到好的效果,這些課程本身的質(zhì)量和課程覆蓋面也需要提高,而這些課程的建設(shè)也需要一定的投入。如能集各校之力,建設(shè)大型、系列慕課,通過統(tǒng)一規(guī)劃、分擔(dān)建設(shè),最終實現(xiàn)成果共享,將能做到“事半功倍”。針對不同的自動化應(yīng)用(過程、運動、制造等),針對不同的現(xiàn)代自動化系統(tǒng),從工作原理到實際系統(tǒng),通過動畫、視頻等綜合方式,精心設(shè)計,制作出高水平(從原理、技術(shù)到實際系統(tǒng))、高質(zhì)量(易學(xué)、易懂、系統(tǒng)性)的系列課程供學(xué)生學(xué)習(xí)。
3.拓展學(xué)生提升通道,創(chuàng)建綜合實驗創(chuàng)新平臺。
應(yīng)積極拓展學(xué)生提升通道,為學(xué)生創(chuàng)造更多的深造機會。就我校而言,應(yīng)積極申報碩士點,使我校自動化專業(yè)的本科畢業(yè)生有更多的機會進(jìn)一步學(xué)習(xí)。自動化專業(yè)的定位是培養(yǎng)應(yīng)用型人才,因此應(yīng)重視學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng),加大投入創(chuàng)建綜合實驗創(chuàng)新平臺,加大校企合作力度,創(chuàng)建更多、更好的實訓(xùn)基地,以切實提升學(xué)生的實踐能力。應(yīng)結(jié)合工程認(rèn)證畢業(yè)要求的12項內(nèi)容修訂培養(yǎng)方案,把解決“復(fù)雜工程問題”的要求體現(xiàn)在培養(yǎng)計劃中。
4.加強師資隊伍的培訓(xùn)力度,提升教學(xué)能力。
教師教學(xué)能力的提升,專業(yè)知識的更新也是課程體系改革的一個重要環(huán)節(jié)。教師是教學(xué)環(huán)節(jié)的實現(xiàn)者,教師專業(yè)水平的高低直接影響到教學(xué)的效果。應(yīng)建立長期、有效的教師培訓(xùn)機制,讓教師有機會到企業(yè)或研究機構(gòu)學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的新知識、新技術(shù),積累一定的工程經(jīng)驗,以適應(yīng)自動化技術(shù)飛速發(fā)展的要求。
課程體系的改革不是一蹴而就的,需要不斷的摸索。希望自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會在清華大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、重慶郵電大學(xué)等試點學(xué)校開展的工作能盡快取得成效,摸索出適應(yīng)當(dāng)前自動化發(fā)展需求的“自動化專業(yè)新課程體系”,以指導(dǎo)全國各高校的自動化專業(yè)課程體系建設(shè),改變現(xiàn)有課程體系不合理,跟不上技術(shù)發(fā)展要求的現(xiàn)狀。
參考文獻(xiàn):
[1]普通高等學(xué)校自動化專業(yè)規(guī)范.教育部高等學(xué)校電子信息與電氣學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會. 2010 年12月