培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的探索與實踐

培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的探究與理論〔〕:

摘要：工程教育認(rèn)證體系中明確要求畢業(yè)生要具備解決復(fù)雜工程問題的才能，西安理工大學(xué)自動化專業(yè)積極調(diào)整和轉(zhuǎn)變思路，聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的培養(yǎng)，分別從優(yōu)化理論課程體系及工程理論課程群、創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)，加強校企合作力度、整合優(yōu)質(zhì)理論平臺等方面進展探究與理論，獲得了一定成果，以期為相關(guān)院校自動化專業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜工程問題；自動化專業(yè)；工程理論

本文引用格式：焦尚彬,等.培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的探究與理論[J].教育現(xiàn)代化,2022,7(50):91-94.

ExplorationandPracticeofTrainingAutomationMajorStudents"AbilitytoSolveplexEngineeringProblems

JIAOShang-bin1,2，CHENGGang1,2，LIUHan1,2，LIUQing-feng1，XINJing1

(1.SchoolofautomationandInformationEngineering,Xi'anUniversityofTechnology，Xi'anShaanxi;2.NationalExperimentalTeachingDemonstrationCenterofInformationandControlEngineeringofXi'anUniversityofTechnology，Xi'anShaanxi)

Abstract:Intheengineeringeducationcertificationsystem,graduatesareclearlyrequiredtohavetheabilitytosolveplexengineeringproblems.TheautomationmajorofXi"anUniversityofTechnologyactivelyadjustsandchangesideas,focusesonthecultivationofstudents"abilitytosolveplexengineeringproblems,andfocusesonoptimizingthepracticecurriculumsystem,engineeringpracticecurriculumgroup,innovativeteachinglinks,strengtheningthecooperationbetweenschoolsandenterprises,andintegratinghigh-qualitypracticeplatformWehavemadesomeachievementsintheexplorationandpractice,inordertoprovidereferencefortheautomationmajorofrelevantcollegesanduniversities.

Keywords:plexengineeringproblems;Automationmajor;Engineeringpractice

一引言

復(fù)雜工程是一個多學(xué)科的穿插和交融體，運用先進的科學(xué)理念、技術(shù)手段去改造客觀世界，正確地理解復(fù)雜工程問題并培養(yǎng)出具有解決復(fù)雜工程問題才能的學(xué)生，是我國高等教育所有本科工程專業(yè)當(dāng)前和今后必須重視和做好的重要工作[1,2]。我校自動化專業(yè)在2022年通過了工程教育認(rèn)證復(fù)審〔有效期6年〕，針對工程教育認(rèn)證體系新要求，在充分總結(jié)卓越工程師教育培養(yǎng)方案經(jīng)歷、人才培養(yǎng)體系的根底上，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的才能為導(dǎo)向，從適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需要轉(zhuǎn)向滿足產(chǎn)業(yè)需要和引領(lǐng)將來開展并重，拓展和提升工程教育改革內(nèi)涵，充分利用地方資源，協(xié)同育人、增強學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)才能，培養(yǎng)具有較強行業(yè)背景知識、工程理論才能、勝任行業(yè)開展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才，在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題才能方面，加大對學(xué)生理論實訓(xùn)的力度，探究出了一條適宜我校實際情況的培養(yǎng)道路[3-5]。

二構(gòu)建完好理論課程體系，加強綜合理論才能培養(yǎng)

〔一〕構(gòu)建完好理論課程體系

工程理論才能和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，是自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的出發(fā)點和落腳點，本專業(yè)構(gòu)建了一套完好的專業(yè)理論教學(xué)體系，總體架構(gòu)如圖1所示。包括：

1.人文社會理論：側(cè)重通過軍訓(xùn)、社會調(diào)研、志愿者等各類理論活動培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作、吃苦耐勞的精神和社會責(zé)任感。

2.數(shù)學(xué)及自然科學(xué)理論：側(cè)重通過數(shù)學(xué)建模實驗培養(yǎng)學(xué)生將數(shù)學(xué)建模應(yīng)用于工程建模的思想；通過復(fù)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)自然科學(xué)現(xiàn)象實驗的過程側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灴茖W(xué)思維與創(chuàng)新源于理論的方法論。

3.專業(yè)根本理論：側(cè)重通過專業(yè)根底課程實驗、課程設(shè)計環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的根本的設(shè)計和完成自動化技術(shù)相關(guān)實驗的才能，并能進展實驗結(jié)果過分析；同時，通過工程技術(shù)理論環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生工程理論技能，體驗工程過程，初步具備運用所學(xué)知識進展簡單自動化裝置分析、設(shè)計與開發(fā)的才能。

4.專業(yè)綜合理論：側(cè)重通過消費實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、課程設(shè)計、專業(yè)技術(shù)綜合理論等進一步培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識、理解企業(yè)實際，具有綜合運用自動化理論，解決自動化工程實際問題的才能與創(chuàng)新意識。

〔二〕加強綜合理論才能的培養(yǎng)

綜合理論才能涵蓋了工程分析才能、工程設(shè)計才能、工程研究才能以及工程應(yīng)用才能，才能的培養(yǎng)是漸進的，因此專業(yè)分別在第3學(xué)期增加開設(shè)了?工程技術(shù)綜合理論?課程〔認(rèn)識層面〕、第5學(xué)期開設(shè)了?嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用綜合理論?課程〔設(shè)計層面〕、第7學(xué)期開設(shè)了?自動化系統(tǒng)綜合課程理論?課程〔系統(tǒng)層面〕，在這三個階段施行過程中，學(xué)生掌握了信息資料的搜集、分析、歸類、系統(tǒng)化的根本才能，掌握簡單工程工程的分析、設(shè)計和理論的根本方法，熟悉某個簡單置的設(shè)計、制造、調(diào)試和產(chǎn)品文檔撰寫的全部過程，明確各種工程實際制約因素〔包括人文、社會、經(jīng)濟和環(huán)境等〕，通過這個三個階段循序漸進的培養(yǎng)，實在增強了學(xué)生的綜合理論才能，為今后自身工程素質(zhì)的進步、職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成、工程才能的培養(yǎng)，打下堅實的根底，到達提升自身的工程理論才能和綜合素質(zhì)的目的。

三優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，探究創(chuàng)新型教學(xué)形式

以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的才能為導(dǎo)向，不斷從教學(xué)手法、教學(xué)方式、教學(xué)形式等多方面進展優(yōu)化改良，隨著混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、微課等嶄新教學(xué)形式的出現(xiàn)，重構(gòu)了教學(xué)過程與師生關(guān)系，教師逐漸從教學(xué)活動的主體轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)過程的組織者、引導(dǎo)者，從傳統(tǒng)的教學(xué)形式向"互聯(lián)網(wǎng)+";教學(xué)形式轉(zhuǎn)變，不僅調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也確保了良好的教學(xué)質(zhì)量，受到學(xué)生們的歡送和肯定，促進了高等教育的教學(xué)創(chuàng)新。

〔一〕翻轉(zhuǎn)課堂的理論

基于?自動控制理論?的國家級精品資源，根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，進展翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理論。主要分為課前導(dǎo)學(xué)〔知識獲取過程〕和課堂指導(dǎo)〔知識內(nèi)化過程〕，在導(dǎo)學(xué)局部，教師設(shè)計"自主學(xué)習(xí)任務(wù)單";，引導(dǎo)學(xué)生有效進展自主學(xué)習(xí)，主要包括：

〔1〕提早歸納總結(jié)出每章節(jié)的知識點，對應(yīng)的視頻起止時間和教材內(nèi)容；〔2〕明確學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)應(yīng)該解決達成的目的；〔3〕采用基于問題驅(qū)動的形式，幫助學(xué)生使自主學(xué)習(xí)更有效；〔4〕學(xué)生記錄困惑疑點，以便教師在課堂上有針對性地解決學(xué)生真正需要幫助的問題。

在課堂指導(dǎo)局部，主要包括：〔1〕互動釋疑，拓展探究：針對難以理解的知識點或者根底規(guī)律之外的特殊情況，提出問題，小組討論，代表講解，教師點評；〔2〕練習(xí)穩(wěn)固：根據(jù)時間情況，布置分層次〔易，中，難〕作業(yè)，學(xué)生獨立完成，計算量稍大的題目可以提出解題思路，教師巡視，幫助有困難的學(xué)生完成；〔3〕總結(jié)梳理：系統(tǒng)化總結(jié)所學(xué)知識構(gòu)造和思維導(dǎo)圖，總結(jié)解題方法和技巧。幫助學(xué)生內(nèi)化知識構(gòu)造。提出問題，為下節(jié)課做鋪墊。

〔二〕基于研究工程驅(qū)動的教學(xué)形式探究

?檢測與傳感技術(shù)?是自動化專業(yè)的必修課，課程涉及十多種傳感器，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)掌握正確選擇、使用傳感器的才能，同時還要建立起檢測系統(tǒng)的概念，以及與后續(xù)課程信息流的關(guān)系。因此，通過教學(xué)法研究，課程小組提出了基于檢測系統(tǒng)的工程的驅(qū)動教學(xué)形式。在授課過程中通過案例分析，使學(xué)生理解不同傳感器與測量對象的轉(zhuǎn)換規(guī)律，傳感器根本特性與測量環(huán)境的關(guān)系，并建立本錢意識，掌握查閱文獻的方法。通過正確選擇傳感器，再進展檢測功能的設(shè)計，運用已有的電學(xué)知識，同時引出后續(xù)課程可能的處理方案。每位學(xué)生有獨立的研究工程，題目如表1所示，學(xué)生也可以根據(jù)興趣或以往參加科技活動的工程自行申報，并對指定被測量的檢測進展深化分析，提交研究報告。最終根據(jù)設(shè)計的評分標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示，考察學(xué)生對傳感器和檢測系統(tǒng)的理解、系統(tǒng)設(shè)計、分析、應(yīng)用等才能以及表達才能，最后給出辯論成績【6】。

〔三〕將具有國際視野和工程背景的工程師請進課堂

采購了一套艾默生當(dāng)前主流的工業(yè)現(xiàn)場常用的DeltaV集散控制系統(tǒng)，將原有的6套過程控制實驗對象接入該系統(tǒng)，實現(xiàn)了與目前工業(yè)環(huán)境控制系統(tǒng)一樣的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，同時，與艾默生公司簽訂了校企結(jié)合培養(yǎng)方案，聘請艾默生的資深工程師作為企業(yè)導(dǎo)師，把他們請進課堂和到企業(yè)現(xiàn)場上課的方式進展。將工業(yè)現(xiàn)場的工程知識與學(xué)校的理論知識得到了有效的結(jié)合，提升了學(xué)生的工程背景，增強了國際視野。同時，課程設(shè)計提出了更高的要求，要求學(xué)生構(gòu)建半虛擬仿真過程，用matlab搭建虛擬被控對象，使用真實控制器進展控制，數(shù)據(jù)通過OPC技術(shù)進展交互，學(xué)生可以在集散控制系統(tǒng)平臺之上搭建更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的才能。

四整合特色資源，搭建優(yōu)質(zhì)理論平臺

優(yōu)質(zhì)的理論平臺是培養(yǎng)學(xué)生工程理論才能的前提保障，專業(yè)在建立過程中，研發(fā)了一批面向自動化專業(yè)重要行業(yè)應(yīng)用的實驗教學(xué)裝置，用于強化培養(yǎng)學(xué)生的理論工程才能。包括"電力系統(tǒng)自動化綜合實驗裝置";、"先進控制技術(shù)與機器人實驗裝置";、"模擬風(fēng)力發(fā)電實驗裝置";、"太陽能聚熱發(fā)電實驗裝置";。通過實驗平臺的建立，努力使實驗由"驗證型、認(rèn)識型、單一型";轉(zhuǎn)變?yōu)?設(shè)計型、綜合型、創(chuàng)新型";，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)理論和知識、掌握根本實驗技能及綜合分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的才能，促進學(xué)生形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，使學(xué)生具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)精神和理論才能。

如何將各類理論平臺有機整合，為學(xué)生提供優(yōu)越的硬件理論資源，是我校自動化專業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的過程中考慮的問題。專業(yè)依托教育晶體生長設(shè)備與控制技術(shù)工程中心、陜西省復(fù)雜系統(tǒng)控制與智能信息處理重點實驗室、晶體生長設(shè)備與系統(tǒng)集成國家工程中心、信息與控制工程國家級實驗教學(xué)示范中心、工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心等資源，構(gòu)建了"一基地、三平臺";體系，如圖2所示，將所有實驗平臺打通，采取網(wǎng)上預(yù)約管理，全年開放，為學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、大學(xué)生課外科技活動、科技競賽、研究創(chuàng)新提供優(yōu)質(zhì)實驗條件，在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題才能的過程中發(fā)揮了重要作用。

五結(jié)語

我校自動化專業(yè)在人才培養(yǎng)方面，緊跟時代步伐，勇于探究，大膽革新，以工程教育認(rèn)證為契機，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題才能為主線，充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢資源，積極調(diào)整、改革課程體系，開設(shè)綜合類理論課程群、整合優(yōu)質(zhì)理論平臺資源等措施，探究出符合我校實際情況的工程