李輝 林立 唐宏偉 劉新波 劉波

［摘 要］文章基于“新工科”背景下自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的基本要求，重點抓住新工科對工程教育在新理念、新模式、新方法等方面的探索需求，圍繞自動化專業(yè)實踐課程教學內容重組、教學模式改革、實驗平臺創(chuàng)建、創(chuàng)新實踐教師工程實踐能力提升等問題，提出以“運動控制”為專業(yè)特色，融基礎理論、實驗教學、工程實踐為一體的培養(yǎng)模式，針對不同層次和需求的學生進行層次化、模塊化的實踐教學內容設計，以提高自動化專業(yè)的實踐教學質量，培養(yǎng)出與當前地方經濟發(fā)展需求相符的合格自動化人才。

［關鍵詞］“新工科”；自動化；運動控制；實踐教學

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）23-0019-05

“新工科”概念于2016年首次提出，歷經“復旦共識”和“天大行動”，并上升為“北京指南”，其建設主要圍繞“融合創(chuàng)新”范式基本框架，發(fā)展新理念、研究新模式、引入新方法、組織新內容、實現新發(fā)展[1-3]?！靶鹿た啤笔侵敢怨こ探逃秊榛A，以跨學科創(chuàng)新、協同創(chuàng)新和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為核心的工科教育新模式，以“工學+醫(yī)學”“工學+經濟”“工學+管理”“智能+”“智慧+”等為代表的多學科交叉組合，以適應不斷變化的社會需求及產業(yè)升級與發(fā)展。新的工科方向不斷涌現，為傳統(tǒng)的工科教育注入了新的理念和方法，“新工科”已然成為當前高校工程教育范式改革的主流，對當前我國高等教育發(fā)揮著新的示范與引領作用[4]。

邵陽學院（以下簡稱我校）作為湘西南地區(qū)的一所地方應用型本科院校，通過實踐“校地共建、城校共生”的理念，推動人才培養(yǎng)與社會需求的對接，一方面為地方經濟的發(fā)展和產業(yè)升級提供面向生產、經營和管理一線需要的應用型復合人才，另一方面為推動湘西南地區(qū)的地方產業(yè)升級和創(chuàng)新提升地方產業(yè)競爭力，堅定履行著高等學校的社會責任和歷史使命。我校于1978年創(chuàng)辦工業(yè)電氣自動化專業(yè)，2009年經批準增設自動化本科專業(yè)，其是以自動控制理論為主要理論基礎，以控制器應用等為主要控制手段，以電機為主要控制對象，以傳感器與電氣測量為檢測途徑，對各種自動化裝置或自動化系統(tǒng)實施自動控制的一個較為傳統(tǒng)的工科專業(yè)。當前，邵陽市域的傳統(tǒng)優(yōu)勢產業(yè)——以“發(fā)制品”為代表的時尚用品、以“打火機”為代表的小五金、以“一縣一特”為代表的特色農產品為主的產業(yè)體系等面臨著產業(yè)升級和技術升級的雙重壓力，地區(qū)“十四五”規(guī)劃提出要建設以裝備制造、顯示功能材料、智能家居、“互聯網+”等新興產業(yè)為主的產業(yè)體系，逐步支撐經濟增長、改善人民生活、引領創(chuàng)新驅動。顯然，傳統(tǒng)的自動化專業(yè)并不能完全適應當前湘西南地區(qū)新業(yè)態(tài)發(fā)展的需求。

為此，本文結合當前地方經濟發(fā)展現狀和我校的辦學理念，以“四新”（“新工科、新文科、新農科、新醫(yī)科”）建設為契機，探討地方應用型本科院校自動化專業(yè)實踐教學方案，促進以自動化專業(yè)為代表的傳統(tǒng)工科專業(yè)主動適應地方經濟發(fā)展，培養(yǎng)適應新產業(yè)、新經濟發(fā)展的工程科技人才。

一、自動化專業(yè)實踐教學存在的問題

自動化是一門多學科交叉、新技術聚集、直接面向服務經濟建設主戰(zhàn)場的學科。經過多年的教學實踐，自動化專業(yè)在課程設置和人才培養(yǎng)模式上取得了一定的成績，但是以我校為代表的一些地方應用型本科院校的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)體系仍然不夠完善，特別是面對新業(yè)態(tài)、新經濟環(huán)境與“新工科”建設，專業(yè)的課程體系和工程實踐等方面沒有成熟的經驗，需要相關專業(yè)的師生不斷摸索實踐[5]。對照“新工科”人才培養(yǎng)要求，我校自動化專業(yè)在教育指導思想、教學內容、教學手段諸多方面存在諸多不相適應的地方，改革迫在眉睫。

（一）實踐課程設置缺乏系統(tǒng)性

目前我校自動化專業(yè)的大部分實驗僅僅停留在單門課程，甚至單個知識點的驗證型實驗層面，缺乏專業(yè)層面的整體規(guī)劃和系統(tǒng)性設計，且“任課教師+實驗課程”的設置無形中形成了一定的技術壁壘，導致學生無法全面、系統(tǒng)地掌握與自動化相關的綜合性設計與應用。與此同時，部分學生并不能將不同課程中的相關聯的知識點進行有機結合，難以形成完整的邏輯思維和自動化綜合應用能力。實驗課程設置上缺乏創(chuàng)新性實驗的訓練，使學生難以提升獨立思考、解決復雜工程問題的能力。

（二）部分教師缺乏工程實踐經驗

自動化專業(yè)的特殊性對授課教師提出了更高的要求，要求教師具備專業(yè)的實踐經驗和從業(yè)能力。傳統(tǒng)的教學模式難以適應自動化專業(yè)的實際教學與就業(yè)需求，部分教師的工程素質、實踐技能無法滿足當前教學需要[6]。一些自動化任課教師缺少對最新的實際項目的接觸，無法及時了解最新的應用和技術實踐，且社會實踐經驗不足，加之專業(yè)發(fā)展迅速，很容易跟不上時代發(fā)展的變化，從而影響教學內容的更新和教學質量的提高。

（三）校企在合作育人環(huán)節(jié)黏合度不高

傳統(tǒng)教育重理論教學，培養(yǎng)出來的人才無法適應企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)及應用的需要，與當前地方企業(yè)人才需求有一定差距。部分課程在校內使用虛擬系統(tǒng)進行模擬實踐教學，或者組織學生到企業(yè)進行“走馬觀花”式的見習，這雖能讓學生獲得感性上的認識，但學生沒有在企業(yè)中進行實際操作，難以獲得真實有效的崗位實際操作經驗。這樣黏合度低的校企合作育人環(huán)節(jié)容易造成部分學生的實踐能力和實際操作技能不足，無法滿足企業(yè)的用人需求。

二、基于OBE理念構建應用型人才培養(yǎng)目標

OBE理念以產出為導向，以培養(yǎng)目標為根本，明確“培養(yǎng)什么樣的人”，聚焦學生學習成效[7]。為了聚焦產業(yè)需求，聚力優(yōu)化人才培養(yǎng)結構，2020年，我校把師資背景、發(fā)展定位相近的3個專業(yè)進行整合與調整，組建新的自動化專業(yè)，開設智能儀器與自動化裝備、嵌入式與機器人兩個方向，秉持“服務地方、聚焦產業(yè)、應用創(chuàng)新、持續(xù)提高、優(yōu)質培養(yǎng)”的辦學思路，緊密結合地方經濟社會發(fā)展、學校的教育發(fā)展目標、工程專業(yè)認證等多維度來制訂人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，特別是邀請湘電集團有限公司、亞洲富士電梯股份有限公司等10余家智能制造相關行業(yè)企業(yè)深度參與產學研互動，先后修訂了2019版、2020版、2021版、2022版自動化人才培養(yǎng)方案，以求培養(yǎng)基礎實、能力強、素質高、特色明的自動化專業(yè)高素質應用型工程技術人才。

一方面，在制訂人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求時，以企業(yè)的需求為目標，聚焦學生實踐操作能力的培養(yǎng)，統(tǒng)籌校企雙方在自動化人才培養(yǎng)方面應該發(fā)揮的作用，并將與企業(yè)需求密切相關的實踐課程貫穿教學全過程。另一方面，深入開展校企合作，組織學生親臨生產現場學習，讓學生獲得一手項目經驗，并與企業(yè)工程師密切互動，加深對行業(yè)的認識。

三、面向新工科人才培養(yǎng)的實踐教學體系構建

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是教育的微觀問題，解決的卻是戰(zhàn)略大問題[8]。與我校自動化專業(yè)合作的企業(yè)均為智能制造類企業(yè)，對運動控制等專業(yè)知識需求旺盛，實踐教學的目標應該立足于企業(yè)需求，通過加深學生對檢測、電機、控制、電機驅動與控制等相關知識的理解、掌握及實踐應用，培養(yǎng)學生在智能儀器與自動化裝備、嵌入式與機器人方向的實踐能力與創(chuàng)新能力。

依據“新工科”培養(yǎng)的特點，學生要在掌握自動化專業(yè)理論知識的基礎上，通過實際操作、實驗實踐、項目實戰(zhàn)等多種形式，深入理解和應用知識，提高解決問題和應對挑戰(zhàn)的能力，并形成一定創(chuàng)新思維。基于此，我校重新對自動化專業(yè)實踐教學的各個環(huán)節(jié)進行整體設計，形成以“運動控制”為核心，課程間相互銜接的實踐教學模塊（見圖1），以適應地方經濟社會發(fā)展和產業(yè)升級的需要。

（一）自動化專業(yè)實驗課程內容設計

在實驗課程的教學內容設置方面，圍繞智能儀器與自動化裝備以及嵌入式與機器人兩個專業(yè)方向，一是突出基礎知識的綜合運用，二是強化控制工程復雜工程系統(tǒng)分析設計能力，三是加強團隊精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[8]，因此分別設置了工程基礎綜合實驗I、工程基礎綜合實驗Ⅱ、自動化專業(yè)綜合實驗Ⅰ、自動化專業(yè)綜合實驗Ⅱ、自動化創(chuàng)新實踐等多個課程融合實驗。工程基礎綜合實驗Ⅰ：以控制器為核心，設置16個實驗教學項目，學生運用所學知識完成單片機原理與應用實驗、DSP原理與應用等微控制器類課程方面的定時器實驗、中斷實驗、LED/LCD顯示實驗、數據采集及信號處理實驗、PWM波形產生實驗等實驗，并完成和電機驅動與控制密切相關的工程任務。工程基礎綜合實驗Ⅱ：以PLC和傳感器課程為核心，設置24個實驗教學項目，圍繞電機驅動與控制，進一步擴展和深化學生的實踐能力。自動化專業(yè)綜合實驗Ⅰ和Ⅱ：涵蓋自動化裝置和機器人技術的專業(yè)方向，以電機、電力電子技術、電機驅動與控制、智能儀器設計、計算機控制技術、運動控制系統(tǒng)、機器人學、機器人技術等課程內容組合設計相應實驗項目，其中自動化專業(yè)綜合實驗Ⅱ又根據專業(yè)方向設置為自動化裝備、機器人兩個專業(yè)方向，學生可以選擇一個專業(yè)領域進行深入實踐。

在具體的實驗教學體系中，把課程實驗分為“必做”和“選做”兩類，其中必做實驗是學生在課程中必須完成的實驗，覆蓋了核心的理論知識和實踐技能，旨在幫助學生掌握基本概念和操作技能；選做實驗是讓學生按照自己的興趣和能力選擇是否參與的實驗，具體操作時結合學生所選設計題目或者“四級”（國家級、省級、校級、院級）創(chuàng)新實踐項目開展，更具有調整性和深度，涉及更為復雜的理論和應用，旨在提高學生的創(chuàng)新思維和設計能力。

（二）自動化專業(yè)實踐教學模式設計

實踐教學方面，我校自動化專業(yè)采用階梯式教學模式（見圖2），即分為學習過程、考核過程、跟蹤反饋的再學習過程等三個階段逐級遞進開展，其中跟蹤反饋的再學習過程中學生“學”和教師“教”兩個方面同步推進，促使學生了解自己的不足之處，在教師不斷督促、跟進下進行針對性的再實踐、再學習和再補充。

實習實訓教學是實踐教學的重要組成部分，我校自動化專業(yè)的實習實訓教學分為“電工實習”“電子實習”“金工實習”“認識實習”“生產實習”“畢業(yè)實習”等多個實習實訓環(huán)節(jié)，主要依托校內工廠或與合作企業(yè)平臺，通過以項目為核心的授課方式開展。實習實訓課程分為基礎實訓和綜合實訓，基礎實訓以校內開展為主，綜合實訓依托合作企業(yè)開展，并按照漸進方式安排在不同學期（見表1），學生在校內完成所有的基礎實訓并考核合格后，即進入企業(yè)開展綜合實訓。

（三）搭建開放式實踐環(huán)境

培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力是自動化專業(yè)實踐教學環(huán)境的立足點和出發(fā)點，因此我校注重開放式實踐教學環(huán)境的搭建，以支持學生進行實踐操作和項目實訓。目前我校自動化專業(yè)開放式創(chuàng)新實驗室共有3間，共計200余平方米，能同時容納100余名學生進行創(chuàng)新實驗項目訓練及競賽訓練?；谛Ｆ舐摵蠈嵺`平臺搭建開放式實踐環(huán)境，是實現工程教育校內校外相結合的重要途徑。開展密切聯系產業(yè)需求的畢業(yè)設計和生產實習，利用我校自身的機械、食品、電氣等重點學科優(yōu)勢，立足邵陽，通過與湖南湘窖酒業(yè)有限公司、邵東智能制造技術研究院有限公司、寶慶電廠等建立跨學科的校企聯合實訓基地，借助企業(yè)的實踐條件促進自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)，完成質量更高的認識實習、生產實習、畢業(yè)實習和畢業(yè)設計。

另外，我校自動化專業(yè)與亞洲富士電梯股份有限公司、湖南小快智造電子科技有限公司、邵陽市亮美思照明新科技有限公司、三一重工·湖南汽車制造有限責任公司、廣州粵嵌通信科技股份有限公司等企業(yè)建立了長期穩(wěn)定的合作關系，企業(yè)多位專家、工程師作為兼職教師、顧問，參與課堂教學、實習指導、畢業(yè)設計（論文）、電子設計競賽等教學任務或指導任務。

（四）課外多元化的創(chuàng)新實踐設計

結合我?，F有實驗條件和環(huán)境，組織自動化高年級學生通過大學生創(chuàng)新訓練項目、參與教師科研項目、承接地方企業(yè)小型研發(fā)項目、學科競賽、學術論文的撰寫等實踐活動，實現學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這也是對理論教學的有效補充。以具體的“電機驅動與控制”相關應用項目為載體，讓學生在項目驅動下鍛煉自主學習和解決實際問題的能力。課外創(chuàng)新實踐活動開展的重點是讓學生在專任教師的指導下，找到解決問題的方法，從而形成“興趣+堅持+成績”的良好循環(huán)。

（五）教師團隊的工程實踐能力建設

目前我校教師的主要來源仍然是“高校到高?！?，理論基礎扎實的高學歷教師盡管能夠開闊學生的視野，但相對缺乏企業(yè)工作經歷，實踐操作能力相對薄弱，與開展模塊化實踐教學的愿景存在一定的差距。為此，我校自動化教研室制訂了教師輪流外出交流與培訓計劃（見表2），并順利執(zhí)行工程實踐能力專門培訓2批次，參與實習學生的跟班培訓4批次。

表2 師資培訓和合作計劃

[培訓進修形式 主要內容 合作單位 預期效果 國內訪學 嵌入式與智能控制 華中科技大學、湖南大學、長沙理工大學、華東交通大學等高校 學習智能控制關鍵方向核心技術 下廠鍛煉 機器人技術 廣東瑞昌機器人智能科技有限公司、湘電集團有限公司、漣源鋼鐵集團有限公司 掌握機器人開發(fā)、應用實踐能力 專題培訓 嵌入式控制技術 廣州粵嵌通信科技股份有限公司、邵東智能制造技術研究院有限公司 學習嵌入式控制、云計算、大數據相關理論實踐 ]

四、結語

本文通過對自動化專業(yè)培養(yǎng)現狀進行分析，結合“新工科”建設要求，從課程教學內容、教學模式、實驗平臺、創(chuàng)新實踐等方面探討面向新工科人才培養(yǎng)的實踐教學體系構建。近4年以來，我校自動化專業(yè)學生共立項省級及以上大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目12項，在電子設計、節(jié)能減排、“互聯網+”等學科競賽中獲得30余項省級及以上獎勵，畢業(yè)生的“雙證率”達到 90% 以上，一次就業(yè)率達到87% 以上。初步實踐表明，該模式可培養(yǎng)具備創(chuàng)新意識與實踐應用能力的復合型人才，學生的實踐能力得以加強、知識能力得以提高，畢業(yè)生就業(yè)質量進一步提高。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責任編輯：雷 艷］