应用型本科自动化专业控制类课程群建设探讨

 
摘  要：在复合应用型人才培养模式下，主要介绍了自动化专业控制类课程群建设的背景，根据自动化专业特色对控制类课程群展开了探讨，将能力培养定位为“传感、检测、控制”，就如何建构自动化专业控制类模块化课程体系，并以此为依托建立层次化的自动化专业控制类课程群体系，辅以实践课程群教学体系，实现对自动化专业控制类课程群建设的探讨研究。
关键字：应用型；自动化专业；智能控制；课程群

1  引言

自动化学科专业从20世纪40年代引入以来，已逐步在各工业部门建立了自动化研究机构，对轻工、化工、医药、建材等行业进行了大量的技术改进和产品提升。随着中国创新应用型建构对技能人才要求的不断提高，高等教育正面临着严峻挑战。目前国家大力发展的智能交通系统、无人驾驶汽车、智能机器人、智能家居、智慧城市等无一能离开检智能控制技术，各类智能控制技术人才的需求日益增长。而中国智能化技术教育的发展相对落后，据报道，2005年中国毕业的工程技术人才中适合在国际化公司工作的不到10%。究其原因主要在于，中国教育系统偏于理论，很少受到项目和团队工作的实际训练，相比之下欧洲和北美学生在解决实际问题方面更能胜任，可见，智能控制技术人才缺口较大。
武汉东湖学院自动化专业起步较晚，于2007年初获批成立，针对信息产业、汽车、成套设备制造等产业领域，经过十年的发展、调研和分析预测，能力培养围绕“传感、检测、控制”的主线正逐步展开。课程群是高等院校课程体系建设中出现的一种课程新兴开发技术，基本思想是把相关内容紧密联系，属于同一类培养能力范围的课程归为一个课程群组。控制类课程主要包括自动控制原理、现代控制理论、控制系统仿真、过程控制系统、运动控制系统、计算机控制技术、智能控制等专业课程，根据课程对自动化专业学生知识和能力培养的意义以及专业特色特点，将以上课程归为控制类课程群进行研究与探讨。目前，自动化专业控制类课程群尚存在一些问题，比如课程衔接不好，课程内容重复，课程脱离应用实际等，因此，优化控制类课程结构体系，加强教学手段研究成为课程群改革的主要方向。

2  自动化专业控制类课程群建设的总路线

在国际工程教育改革的最新理念下，自动化专业智能控制相关的课程群建设，将围绕专业目标，在课程建设、教学组织等方面进行改革，制定相应的培养方案，明确教学目的，突出培养方向，使得技能培养更具连续性。自动化专业控制类课程群的核心在于优化控制技术的基础知识结构，使得整个理论和实践课程承上启下、相辅相成，探讨系统的动态性能，掌握实现系统控制的设计方法。自动化专业控制类课程群建设主要从理论和实践两方面入手：
（1）建设控制类理论课程体系，注重理论课程与系统的承接性、连贯性：专业基础课是建设基础，如电路课程、自动控制原理课程等，这些基础课程对后续课程的学习至关重要，电路课程是其他专业基础理论课程的分析基础，自动控制原理课程是对于同一个问题开展不同分析方法和解决方案的探讨，也是区别于其他专业基础理论课程的特征之一。
（2）建设控制类实践环节体系：注意宏观调整实验类型，比如增加综合性实验、设计性实验、开放性实验比例，增加创新实验室、综合实践基地等实验室的使用率等。
通过建设理论和实践课程群体系，改进教学手段与方法，并结合生活实际案例，扩展学生的知识视野，同时进一步开发多媒体课件、试题库、教学网站等，扩展课堂教学内容，紧跟时代步伐，培养具有时代眼光的应用型技术人才。

3  自动化专业控制类课程群体系建设

3.1  控制类理论课程群体系建设

自动化专业控制类理论课程群按层次划分可分为知识层、知识领域、知识单元，其中知识层又细分为基础知识层、控制知识层和系统知识层。基础知识层主要包含基础知识领域，比如数学、物理、电路知识单元；系统知识层主要包含系统与工程知识领域。知识领域包含的知识领域较多，如传感检测、网络传输、计算处理、智能控制、执行驱动、仿真模型、系统工程等，其中反映自动化学科核心特点的主要是智能控制、仿真模型、系统工程三个知识领域，其中各层次之间的包含关系如图1所示。 （1）智能控制领域主要包含的知识单元有控制理论、稳定性与鲁棒性、最优控制、自适应、自学习、人工智能、智能控制等等。
（2）仿真模型主要包含的知识单元有各类系统建模、CAD仿真、系统辨识与参数估计、机电传动、机械结构等等。
（3）系统工程包含的知识单元有：运动控制系统、过程控制系统、集成自动化系统、多变量系统、分布参数系统、系统工程、运筹学、最优化、智能系统、机器人系统等等。

3.2  控制类实验课程群体系建设

鉴于实验教学对提高学生实践能力和综合素质的重要作用，国内各高校都给予了极大重视，目前控制类课程群将PSPICE、MATLAB等软件引入课程群实验实验教学体系，其中MATLAB语言作为一种仿真语言，能简易、形象地验证自动控制理论，特别适合于自动控制课程的教学仿真，便于学生对深奥的控制理论的学习，而且适用于经典控制、现代控制和智能控制等不同阶段的课程。自动化专业因为交叉性强，内容丰富，实践性强，根据应用型人才的培养需要构建相应的实践教学体系，主要由人文社会、专业基础、工程技术、专业综合以及创新创业实践组成。 其中控制类的课程群主要体现在后四部分的实践融合。
（1）专业基础实践由课内实验、独立实验课、课程设计等组成，通过课程实验，如电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、自动控制原理实验、过程控制实验、智能控制实验等，通过PSPICE软件将电路、模拟电子技术、数字电子技术实验课程贯穿起来，然后在此基础上，通过MATLAB软件将自动控制原理、过程控制、智能控制实验课程贯穿起来，达到实践基本能力的训练，通过专业基础课的实践，学生可以理论联系实际，将理论课程所讲授的内容及时有效地得以体会与验证。
（2）工程技术实践由认知实习、电工实训、金工实习、电装实习、自动化综合实训组成，以工程训练为核心与主线，根据工程教育的要求，统一系统规划。以自动化综合实训为例，该实训之前先让学生熟悉掌握相关自动化控制理论及PLC的基本知识，然后给出具体工程案例，让学生自主设计原理接线图，然后在类工程环境的实训平台上进行实际操作，通过编写相应的PLC程序，进行监控界面设计，达到类工程环境的实践训练，实现工程实践能力提高的目的。
（3）专业综合实践包括毕业设计、专业实习、微课程等。通过各个综合性的设计环节以及到企业的实际生产线上专业实习，对所学的各门课程的理论知识和实践知识进行综合应用，起到了一个融会贯通的作用，更好地体会到自动化专业中系统的概念。
（4）创新实践基地主要是为培养大学生创新实践能力，便于参加各种全国大学生比赛，如西门子挑战杯、节能减排社会实践与科技竞赛、工程训练综合能力竞赛等。创新创业实践主要通过课外第二课堂的团体实践活动来完成。除了教学计划中规定的实践教学环节外，积极鼓励大学生利用第二课堂，通过组织各类专业活动，如创新创业项目等，不仅增强了学生的自主学习能力、实践能力、团队合作与交往的能力，而且培养了学生的责任心、务实精神、创新意识。

4  结束语

结合当前应用型才人培养所关注的焦点，通过几年的不断尝试和探索，武汉东湖学院自动化专业控制类的课程群教学体系已经逐步完善。通过这种理论与实践结合的课程群教学体系的建立，使学生不仅掌握了专业知识，锻炼了动手能力，而且提高了自身的综合素质。近年来，自动化专业在全国大学生“西门子杯”工业自动化挑战赛、节能减排社会实践与科技竞赛、工程训练综合能力竞赛、应用型人才综合技能大赛中，获多项奖项，并且凭借较强的动手能力和工程实践应用能力，就业率一直居高不下。今后将继续深化理论与实践结合的课程群建设，进一步探讨教学模式改革，实现课程群建设下的应用型人才培养研究。

参考文献

[1]    李国柱．应用型本科院校自动化专业实践教学体系建设[J]．科技视界，2014 (25) ：26-27．
[2]    白春霞．应用型本科院校工科类专业实践教学体系的探索与构建——以电气工程及其自动化专业为例[J]．河西学院学报，2014，30(2)：119-121．
[3]    王恒，花国然，朱龙彪，等．面向卓越工程师培养的机电测控技术课程群建设研究[J]．科教文汇旬刊，2016(1)：50-51．
[4]    孟宪虎．面向应用型人才培养的数据库系列课程体系和教学模式改革探索[J]．计算机教育，2009(24)：6-9．
[5]    孔蕾蕾．面向“卓越工程师”人才培养的数据库课程群建设与教学模式改革[J]．中国冶金教育，2012(6)：31-33．