周凱波,　鄒育桃,　何頂新,　周純杰,　彭　剛

(華中科技大學 自動化學院, 武漢 430074)

0　引　言

為實現(xiàn)我國從制造大國向制造強國的轉(zhuǎn)變，2015年5月，國務(wù)院印發(fā)“中國制造2025”。其主線是信息化與工業(yè)化的深度融合，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)工業(yè)的融合，這是我國新一輪制造發(fā)展的制高點，將會驅(qū)動我國制造向智造加速轉(zhuǎn)變。無論是“工業(yè)4.0”還是“中國制造2025”，其本質(zhì)都是要實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的智能生產(chǎn)，形成開放的全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)[1-3]。

“中國制造2025”對自動化專業(yè)人才在創(chuàng)新引領(lǐng)和主動作為等方面提出新的要求。在當今自動化設(shè)備硬件系統(tǒng)平臺日趨成熟的情況下，軟件當自不讓的成為“工業(yè)4.0”標準下自動化設(shè)備的靈魂。為匹配“中國制造2025”對自動化類專業(yè)相關(guān)靈魂工程師的人才需求，本文結(jié)合自動化專業(yè)的特點，研究并實踐了一種培養(yǎng)自動化專業(yè)“程序設(shè)計”創(chuàng)新型人才教學模式，力圖在提高程序設(shè)計課程教學質(zhì)量的前提下，努力培養(yǎng)具備計算思維及自主編程能力、具備獨立分析與解決問題能力的自動化專業(yè)高素質(zhì)創(chuàng)新型與研究型人才[4-6]。

1　自動化專業(yè)程序設(shè)計類課程教學現(xiàn)狀分析

在國外許多國家都很重視實踐教學對學生能力與素質(zhì)的培養(yǎng)。他們的程序設(shè)計類課程教學就非常注重學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在學生自主解決問題的方法和算法上，實踐體現(xiàn)在學生解決實際問題的能力上[7-11]。程序設(shè)計與訓練更強調(diào)過程、強調(diào)實踐能力，給人一種簡單、樸實、清晰的感覺。國內(nèi)傳統(tǒng)的教育模式導致了我國的教育理念、內(nèi)容與方法在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新學習與實踐能力嚴重不足[12-16]。筆者從近10年實際授課情況來看教學中存在的問題主要有：① 目前授課的教學模式是以教師為中心的注入式模式，教學方法主要采用講授法和提問法，學生處于被動學習狀態(tài)，參與度低，學習興趣不高；② 現(xiàn)有課程建設(shè)、課程設(shè)計建設(shè)、學生參加二課活動以及學生參加競賽基本上獨立進行，少有將四項活動綜合到一起的建設(shè)模式；③ 目前自動化類學生教學培養(yǎng)模式不能很好地與社會實際需求相匹配，教學內(nèi)容與培養(yǎng)方式不能與時俱進。

2　程序設(shè)計類課程教學改革

2.1　目的與思路

我們進行程序設(shè)計類教學改革的目的主要體現(xiàn)在：① 使學生既能學習規(guī)范、系統(tǒng)的程序設(shè)計基礎(chǔ)知識，又使學習具有趣味、刺激和競爭，鍛煉學生的知識綜合運用能力、面向?qū)嶋H應用的動手實踐能力、自主設(shè)計研究創(chuàng)新能力和團結(jié)協(xié)作社會交往能力；② 充分調(diào)動學生學習積極性，實現(xiàn)學生的自主學習；③ 激發(fā)學生的學習熱情和主觀能動性，使學生在興趣得到滿足的同時，達到知識掌握、能力提升和思維擴展的目的。

我院程序設(shè)計課程組成員在認真研究自動化類程序設(shè)計課程教育特點的基礎(chǔ)上，確立“加強基礎(chǔ)理論教學，突出實踐教學，注重培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和科研能力”的教學理念，提出按照“基于基礎(chǔ)—應用—磨煉—創(chuàng)新的學習和教學”這樣一個逐級遞進、金字塔式的學生學習和教師教學的教學模式展開程序設(shè)計語言的教學思路。教學模式從傳授知識轉(zhuǎn)為培養(yǎng)能力，考核更側(cè)重對實際能力的測試；這樣既打好學生基礎(chǔ)，又通過大量的應用實踐和復雜工程實踐來磨煉學生，注重學生思維方式和設(shè)計方法的培養(yǎng)和引導，進而提高學生的創(chuàng)新能力。在整個教學過程中(課堂教學、課程實驗、課程設(shè)計、設(shè)計大賽、基地二課科研等)，構(gòu)建以應用為特征、以創(chuàng)新為核心的自動化專業(yè)程序設(shè)計類課程創(chuàng)新型的教學模式，如圖1所示。

圖1面向自動化專業(yè)的程序設(shè)計類課程創(chuàng)新型教學模式框架

2.2　程序設(shè)計類課程教學模式

2.2.1建立面向?qū)嶋H應用的層次化實踐教學

鑒于程序設(shè)計類課程實踐性強的特點，提出“課程實驗+課程設(shè)計+設(shè)計大賽+二課科研”層次化實踐模式，這種模式既能滿足各層次學生要求，又能選拔優(yōu)秀人才。實踐教學更是立足于實際應用，課程設(shè)計實踐教學環(huán)節(jié)的所有課題，都來源于實際，例如公司員工信息管理系統(tǒng)、物流倉儲中心管理系統(tǒng)等。在二課科研實踐環(huán)節(jié)中，安排學生利用C語言從事智能小車控制系統(tǒng)開發(fā)、液位控制系統(tǒng)開發(fā)，都是具體的實際應用。

鑒于信息技術(shù)的高速發(fā)展，教材建設(shè)普遍落后于信息技術(shù)的現(xiàn)狀，在加強教材建設(shè)和課件更新同時，一方面，將老師的最新科研成果應用于實踐教學，構(gòu)建多種綜合實驗與創(chuàng)新平臺：C語言課程設(shè)計平臺、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計平臺、計算機網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)平臺等，每一個子平臺下面根據(jù)具體應用的要求又設(shè)計了若干個實驗小平臺；另一方面，加強與國際一流的自動化以及相關(guān)企業(yè)聯(lián)系，爭取國際優(yōu)勢資源，聯(lián)合建立教學實驗室。由于國際大公司所提供的實驗設(shè)備大都是面向市場的最新信息技術(shù)產(chǎn)品，讓學生在學習期間就能直接接觸最先進的信息技術(shù)裝置與器件，跟蹤國外最新技術(shù)。在共建實驗室同時，根據(jù)課程體系，積極開展實驗教學改革，開發(fā)新的實驗和課程設(shè)計，直接為培養(yǎng)創(chuàng)新人才服務(wù)。先后與美國ROCKWELL、美國TI、日本RENESAS、德國Siemens等國際一流公司合作建立了5個聯(lián)合實驗室，和國內(nèi)一家軟件企業(yè)建立聯(lián)合實驗室，新開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實驗和DSP原理及應用實驗，開設(shè)了高級軟件工程以及物流系統(tǒng)技術(shù)兩個大型課程設(shè)計，并面向自動化學院開設(shè)基于PLC的智能交通大型實驗，對提高學生的實驗動手能力起到了很好效果。

2.2.2“賽課結(jié)合”的研究型創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案及實踐

為了使學生既能學習規(guī)范、系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，又使學習具有趣味、刺激和競爭，鍛煉學生的知識綜合運用能力、面向?qū)嶋H應用的動手實踐能力、自主設(shè)計研究創(chuàng)新能力和團結(jié)協(xié)作社會交往能力，從2005年開始，在C語言程序設(shè)計、C語言課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，舉行C語言程序設(shè)計大賽，將課程學習與競賽相結(jié)合，取得了較好的學習效果，現(xiàn)已成為學校每年科技節(jié)的重要活動項目之一，吸引了各院系眾多學生參與，極大地提高了學生的程序設(shè)計興趣。在此基礎(chǔ)上，進一步將計算機網(wǎng)絡(luò)、電子線路設(shè)計及嵌入式系統(tǒng)等多門信息類課程與超級MCU模型車設(shè)計大賽、“飛思卡爾”杯智能汽車大賽及“思遠+1”杯全國機器人足球比賽相結(jié)合，全方位鍛煉學生的實踐能力。以“挑戰(zhàn)杯”、全國電子線路大賽和全國數(shù)學建模、全國機器人足球大賽、全國智能汽車比賽及各種國際著名公司組織的創(chuàng)新大賽等科技創(chuàng)新活動為平臺，讓部分特別優(yōu)秀的學生走上國際或國內(nèi)一流的競爭舞臺。

3　教學模式在程序設(shè)計類課程中的實踐

經(jīng)過教學改革和多年來的教學實踐，自動化專業(yè)程序設(shè)計類課程及大學生創(chuàng)新基地建設(shè)取得了顯著的成效，不僅提高了控制學科在國內(nèi)同行的知名度，而且在人才培養(yǎng)體系上擁有一系列的成果。

3.1　控制學科信息類核心課程建設(shè)成果喜人

積極進行教材建設(shè)，目前，已出版教材4本，《標準C語言程序設(shè)計及應用》獲2007年校優(yōu)秀教材二等獎，《計算機網(wǎng)絡(luò)》入選“十一五”規(guī)劃教材，4人次申請到湖北省及校部教學研究項目，“C語言程序設(shè)計”2009年被評為校級精品課程，2010年被評為省級精品課程，在國內(nèi)有一定的影響。

3.2　面向應用的多層次實踐教學模式惠及面廣

采用“課程基礎(chǔ)實驗+課程設(shè)計+設(shè)計大賽+學生二課科研”的培養(yǎng)模式，切實提高了各層次大學生的程序設(shè)計水平和實踐能力，C語言課程設(shè)計在校內(nèi)有較好的口碑和評價，已被推薦至我校電工電子基地的精英班開設(shè)。C語言程序設(shè)計大賽已成為我校每年一度的科技節(jié)的重頭戲，吸引了全校學生的廣泛參與。自主開發(fā)的基于PLC的智能交通大型實驗裝置，面向全校開放，至今已連續(xù)8年，對提高學生的實驗動手能力起到了很好效果。與國際大公司成立5個聯(lián)合實驗室，開設(shè)課程設(shè)計，均已開設(shè)3年以上，惠及全校數(shù)以千計的學生。

3.3　賽課結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)收獲頗豐

C語言程序設(shè)計大賽從2005年開始，連續(xù)舉辦7屆，現(xiàn)已吸引包括我校計算機學院、電信系、電力系等眾多院系的優(yōu)秀學生參加，在校內(nèi)外產(chǎn)生了較好的影響；從2007年開始，結(jié)合與國外聯(lián)合共建的實驗室，組織學生參加全國性的競技大賽，參賽人數(shù)從最初的幾組到現(xiàn)在的幾十組，學生覆蓋了學校的電類主要院系，最近連續(xù)2年包攬“瑞薩杯”超級MCU模型車設(shè)計大賽全國冠亞軍，多次在“飛思卡爾”杯智能汽車大賽及“思遠+1”杯全國機器人足球比賽中獲得一等獎，僅2010年全年基地50多人次獲得全國或賽區(qū)特等獎、一等獎等獎勵。

4　結(jié)　語

本文以提高教學質(zhì)量和適應新時期創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標所構(gòu)建的“基礎(chǔ)-應用-磨煉-創(chuàng)新”4層遞進的人才培養(yǎng)模式，是符合教育規(guī)律的，可以在其他高校以及其他學科推廣應用；本文提出的自動化創(chuàng)新人才培養(yǎng)課程體系、教學內(nèi)容與方法、實踐性教學環(huán)節(jié)以及創(chuàng)新實踐的較為完整的改革思路和做法，其實際效果證明對自動化專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的創(chuàng)新教育有較好的推廣價值；本文所提到的研究過程中所產(chǎn)生的一批物化成果，如教材、課程設(shè)計的案例、教學方法等均可推廣應用于國內(nèi)自動化專業(yè)教學。

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