王 靜孫春虎徐 兵夏 坤

（1 巢湖學院，安徽 巢湖 238000）（2 國網安徽無為縣供電有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

以應用型本科教育為導向[1]，依照應用型本科院校的人才培養(yǎng)目標，在自動控制原理課教學過程中突出專業(yè)核心能力的培養(yǎng)，并鼓勵學生進入開放實驗室，參加各類設計競賽，做到“以賽促教、以賽促學”，推進教學和人才培養(yǎng)模式改革。在中國面臨從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉型的歷史時期，“中國制造2025”已成為新的國家發(fā)展戰(zhàn)略[2]，憑借全國大學生“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的學科競賽，為應用型人才的培養(yǎng)提供了良好的培養(yǎng)平臺，自動控制原理課題組探索了一條基于“以賽促教，以賽促學”的應用型人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)道路。

2 “自動控制原理”課程體系、內容及方式的改革

2.1 創(chuàng)新教學理念，提升教學水平，開設第二實踐教學課堂

對于工科學生而言，僅限于單一課程的課堂與實驗教學已經限制了學生應用型能力的培養(yǎng)，課程的系統(tǒng)性與連貫性要求在教學中應與其他相關課程融會貫通。經過學院基本教學過程，學生多數已經掌握各類的基礎課程知識，而對于系統(tǒng)性教學需要學生進行課外的實踐并由相關專業(yè)老師指導，在教學中設計成課外的第二實踐教學課堂。

應用型人才培養(yǎng)需要專業(yè)知識與實踐能力相聯(lián)合，應在教授學生自動控制理論知識的同時，注重實際操作能力技能水平的提高，教育出國家與社會急需的高素質應用型人才。在學科競賽的指引下，教師要及時創(chuàng)新教學理念，轉變教學思想，學習新知識、新設備、新技能，運用最新最能為學生接受的教學方法，改變傳統(tǒng)的、陳舊的教學模式，主動順應就業(yè)崗位及就業(yè)技能的要求，將課堂的主動權還給學生，倡導學生自主學習，培養(yǎng)學生自我創(chuàng)新的能力，全面提升教師的培育教學水準，提高教育教學質量[3]。

針對電氣工程及其自動化專業(yè)學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結合“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的賽項，改變以往傳統(tǒng)的以處理器為核心的實踐教學理念。傳統(tǒng)的電類學科學生的實踐能力培養(yǎng)多圍繞處理器的培養(yǎng)理念，以處理器為核心的培養(yǎng)模式對學生串聯(lián)基本硬件知識起到巨大推動作用。然而也桎梏了學生的創(chuàng)新能力，多數學生仍然停留在硬件設計的基礎上，使得設計能力局限在粗糙的設計下游，難以達到“高”“精”“尖”的層面。

憑借中國智能制造挑戰(zhàn)賽的平臺，設計以自動控制為核心，串聯(lián)以PLC技術、單片機技術、電路、模擬數字電子技術和傳感器技術等基本課程的第二實踐教學課堂，將自動控制原理放在了專業(yè)設計的核心位置上（圖1）。通過動手實踐結合自動控制原理基礎知識，借由處理器、傳感器和電子技術的基礎教學，在第二實踐教學課堂中，將知識進行融合和再學習。將學生的設計水平真正提升到自動化的層面。讓硬件為自動化服務，利用現有實驗條件，具體工業(yè)自動化例程對學生進行課外課堂教學。

圖1 第二課堂知識架構

通過第二課堂中的實踐任務下達，系統(tǒng)方案是核心，要求學生在第一階段，必須對自動化系統(tǒng)的方案進行設計和論述，在第二課堂內通過與同學和指導教師的討論，不斷設計優(yōu)化系統(tǒng)自動化方案，并最終敲定設計方案，隨后將各個設計環(huán)節(jié)進行具體化，根據每個環(huán)節(jié)中所使用的硬件和平臺進行系統(tǒng)的實踐設計，完成第二實踐課堂的設計任務。在此類模式下，學生能夠掌握從頂層對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設計，經過多方討論的設計方案，不斷查找和消除設計錯誤，不斷優(yōu)化設計方案，然后依次逐步實現系統(tǒng)的設計方案，學生能夠具備基礎的設計素質，同時能夠逐步完善對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設計，并在后續(xù)培養(yǎng)中具備較強的競爭力。

2.2 以學科競賽為引領，開啟任務式、項目驅動式實踐教學

學科競賽是學生學習的 “風向標”，引領著高校的教育教學，應用型高校教育貫徹“以服務為宗旨、以就業(yè)為導向”的方針，學科目標的確立依據就是企業(yè)的需求，根據需求制定學生的培養(yǎng)方案，為企業(yè)提供服務，為學生就業(yè)指引方向。學科競賽促成人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的完美結合，成為應用型高校教學改革的“坐標”，引導自動控制原理教學目標的制定。而學科競賽多是以項目和任務等方式來進行的，注重對學生使用已掌握的理論知識和實踐技能解決實際問題能力的考察。這樣一來教師在教學的過程中，就需要應用靈活多樣的教學方法，例如案例式教學法、任務式教學法、項目驅動式教學法等，將理論和實踐結合起來，做到“做中學，學中做”，提高學生解決實際問題的能力。

在第二課外實踐教學課堂中，結合“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的設計需求，開啟項目驅動式實踐教學，以項目形式給學生提出設計要求，將實踐教學內容任務化。學生在接觸項目后深入理解項目，從學生自己層面進行理解任務和認知實踐環(huán)節(jié)，教師處于輔助指導地位。第二實踐課外教學課堂不僅僅是學生某一方面的實踐能力的訓練，更是綜合能力和素質水平的提高。在實踐課堂中，我們將多個項目任務細分為多個子任務，讓學生通過各個子任務不斷夯實每個知識點，對課堂學習的知識進行鞏固和加強。

在“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽中，我們將化工生產過程細分為多個子任務，分別為混合罐進料流量控制、液位控制；預熱器溫度控制；反應器進料、溫度、液位控制；閃蒸罐壓力控制等等，如圖2所示，是學生在學習過程中模擬的工藝流程圖。在此過程中，學生需要獨立完成系統(tǒng)對象模型的建立、控制方案的設計以及程序的編寫、系統(tǒng)的調試等工作，如圖3所示，是學生在學習過程中模擬實際系統(tǒng)得到的控制過程曲線。由此，可以提高學生用所學控制理論知識解決實際問題的能力，為今后進行系統(tǒng)的過程控制奠定基礎。

圖2 工藝流程圖

圖3 控制過程曲線

任務式、項目驅動式實踐教學打破過去學生被動學習的方式，極大地激發(fā)了學生的學習熱情和實踐興趣，讓學生明確基礎知識不再以考試為目的，而是以應用為基礎，以學生自身綜合素質為主，從而充分發(fā)揮學生主觀能動性，知識由被動接受轉為向外界獲取。

2.3 以學科競賽為參照，加強實訓基地建設

近年來，電力工程發(fā)展態(tài)勢良好，我院的電氣工程及其自動化專業(yè)和課程也應運而生，自動控制原理作為理論核心課程，顯然在教學中尤為重要，當電力工程領域的從業(yè)者在摸索中發(fā)展時，我院的師生也在這條道路上學習進步。在學科競賽中，由傳統(tǒng)的單一學科模式轉變?yōu)槎喾N學科交叉模式，“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的智能創(chuàng)新研發(fā)賽項對學生的團隊合作提出了重要要求。在智能創(chuàng)新研發(fā)賽項中，最典型的學科交叉為機械設計制造及其自動化與電氣工程及其自動化專業(yè)的交叉。在第二課堂中要求不同學科同學進行組隊，互相接觸和學習，到最終學會團隊間合作。

自動控制原理課題組憑借巢湖學院機械與電子工程學院內的學科優(yōu)勢，在學生組隊過程中，對不同專業(yè)學生的配置有著要求。在對不同的創(chuàng)新設計中，機械設計部分與電氣設計部分的學生需要經常對接技術接口，互相溝通，共同努力來完成該類賽項的設計作用。學生目前已對專業(yè)交叉習以為常，在對接過程中增進知識點的結構學習，在不斷磨合中提升團隊合作能力?，F階段我院學生的團隊合作能力以及交叉專業(yè)的互補優(yōu)勢已經突顯出來。

2.4 以學科競賽為載體，強化教學改革，提升教師業(yè)務水平

立足我校應用型辦學的要求，強化課程實踐性建設，大幅度增加實踐課時在總學時中的比例。在理論教學過程中，自動控制原理課題組不斷積累經驗，探索總結教學方法，大膽嘗試創(chuàng)新，教學中以學生為中心，構建自學、自思、自練、合作交流的最佳課堂教學，教給學生獨立完成學習任務的一條途徑[4]；在實踐創(chuàng)新過程中，進行立體化課程資源建設，從教材、課件、教案、輔導資料、實踐型項目和案例等方面進行多方位資源建設。在促進學生實踐培養(yǎng)過程中，課題組教師重視對學生進行系統(tǒng)化教育，理論與實踐結合。

課題組內教師，專心于學生培養(yǎng)，努力探索教學授課，并不斷通過科研促進教學，在自己專業(yè)領域內對學生進行系統(tǒng)化指導。在學科競賽中，會配備專任教師對該類競賽進行單獨指導。通過自身教學水平提高，提升教學效果，經過不懈努力，課題組教師獲得安徽省教學成果獎二等獎、“安徽省第二屆普通本科院校青年教師教學競賽”二等獎和巢湖學院青年教師基本功競賽獎項多個。為加大教學改革力度，課題組教師積極申報質量工程項目，開展本課程教學改革與實踐，從自身實踐角度，擴充學生實踐能力。教學與科研是彼此促進、相互增長的[5]，在取得諸多教學成果的同時，課題組教師還成功申報安徽省教育廳自然科學研究重點項目，并完成結項。

3 課程改革成果與應用效果

3.1 學科競賽水平提高，智能制造創(chuàng)新能力顯著提升

通過以自動控制原理為核心的第二實踐教學課堂的開設，引導學生的工業(yè)自動化設計能力向高端遷移，促進了學生的實踐能力，夯實了學生底層設計能力，同時促進了學生競賽水平提升。同時以項目培養(yǎng)學生科技意識、創(chuàng)新意識，旨在發(fā)現和尋找具有創(chuàng)新潛質的優(yōu)秀大學生，為他們提供一個展示自我、交流實踐技能的平臺，對培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新思維、增強實踐能力、提升就業(yè)質量、促進學生成長成才發(fā)揮了重要作用。在項目實施的過程中，學生通過實踐運用、查閱文獻、對課本的進一步閱讀及教師實際講解，對于項目中的系統(tǒng)設計與分析、參數選擇與調整、系統(tǒng)各功能結構有了深入的認識。項目完成后，學生還要在指導老師的幫助下完成實物的制作、研究報告的撰寫和專利的申報工作，也為日后畢業(yè)論文的寫作打下了良好的基礎。

在課外第二實踐課堂的孕育下，學生取得了豐厚的競賽成果，自動控制原理課程組教師指導學生在2017年“西門子杯”全國大學生中國智能制造挑戰(zhàn)賽獲得全國一等獎1項，全國三等獎1項，省級特等獎1項，省級一等獎2項，省級二等獎3項，并指導學生參與獲得專利多項。

3.2 以學科競賽為方向，課程組教師專業(yè)水平提升

以學科競賽指導教師教學，也是教學的基礎與保證。作為教師在認真完成日常教學工作的同時，還要積極學習專業(yè)基礎知識，時刻關注學科發(fā)展的前沿動態(tài)，努力保持、提升自己科研能力和業(yè)務水平。這樣才能不遺余力，專心于學生培養(yǎng)，努力探索教學授課，并不斷通過科研促進教學，在自己專業(yè)領域內，對學生進行系統(tǒng)化指導。

課題組教師不斷提升自身教學水平，在良好教學風格和教學手段上改革，推動本專業(yè)內水平提升，同時多次獲得學校嘉獎。教師在提升自身水平的同時，獲得安徽省教育廳頒發(fā)的“青年教師教學競賽二等獎”榮譽；獲得安徽省教學成果獎二等獎；同時還獲得巢湖學院第二屆“優(yōu)秀教學獎”三等獎；課題組教師在巢湖學院各類教學競賽中多次獲獎。

3.3 以學科競賽促進學生成果轉化，促進學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)

應用型人才教育應體現專業(yè)知識與實踐能力相結合，應在教授學生理論知識的同時，注重實際能力和技能的提高，立足我校應用型辦學的要求，強化課程實踐性建設，在教學中鼓勵學生進開放實驗室，促進教育教學改革，指導學生積極申報項目、專利，推進教學和人才培訓模式改革。通過對學生知識產權保護和創(chuàng)業(yè)指導，對競賽中創(chuàng)新知識進行積累，促進學生由創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)的蛻變。

在自動控制原理課題組教師指導下，學生積極對自己創(chuàng)新作品進行知識產權保護，分別申請國家專利兩項。在創(chuàng)新積累下，支持學生創(chuàng)業(yè)，已經支持競賽學生于2016年5月以法人身份注冊了合肥市翼比特航空科技有限公司。通過研發(fā)、銷售以及提供技術服務，短短3個月營業(yè)額已達到7萬元，完成了創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)的過程，真正做到以競賽促進學生技術創(chuàng)業(yè)。

4 結束語

在經由課題組對地方應用型高校大學生智能制造創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索中，借由“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽平臺，以賽促教，開設以自動控制原理為核心的第二實踐教學課堂，同時輔以項目化方式推動和管理培養(yǎng)學生，提升學生不斷創(chuàng)新設計各類系統(tǒng)的能力，提高學生的創(chuàng)造水平。在不斷提升教師隊伍自身教學水平、提高教學質量等途徑的作用下，實現了競賽水平提高、創(chuàng)新水平提升、專業(yè)內水平提升和促進學生成果轉化，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識增強，推動了應用型高校逐漸向高水平發(fā)展。