深化专业教育改革，全面提升培养质量：2013全国自动化教育学术年会论文集(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：周东华

出版社：清华大学出版社

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深化专业教育改革，全面提升培养质量：2013全国自动化教育学术年会论文集试读：

传承与发展自动化专业教育——大会主席致辞

西子荷风迎四方宾客，紫金论坛盼真知飞扬！

由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、中国自动化学会教育工作委员会、中国电工技术学会高校工业自动化教育专业委员会、中国系统仿真学会教育工作委员会、中国机械工业教育协会电气工程与自动化学科委员会主办，清华大学和浙江天煌科技实业有限公司共同承办的2013年全国自动化教育学术年会顺利召开了。

自动化，既具有控制、信息、系统等艰深的学科基础理论，并在与数学、物理、生命等基础学科的交叉中不断拓展与深化；自动化，又是工业制造、农业生产、交通运输、航空航天、信息技术、商业金融、国防军事等行业应用的重要支撑技术，决定了各式制造装备、飞机、高铁、载人航天器的“心脏”功能和“大脑”智慧。自动化不仅可以部分或全部代替人的体力或脑力劳动，而且可以完成人类依靠自身的体力和脑力劳动无法直接完成的任务。因此，自动化是人类文明进步和现代化的标志。

经过原自动化分教指委、中国自动化学会教育工委等组织长期的认真研究和深入工作，2012年底，在教育部发布的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》中，“自动化”终于从“电气信息类”下面的一个专业提升为单独的工科“自动化类”，下设一个“自动化”专业（080801）和一个“轨道交通信号与控制”特设专业（080802T）。目前，全国共有446所高校设有“自动化”本科专业，81所高校设有四年制“轨道交通信号与控制”本科专业，年招生人数超过3万人，毕业生就业率高、就业领域宽广，多数成长为国民经济建设的重要专业技术人才。2010—2012年间，全国已有39所高校自动化专业先后被教育部列入“卓越工程师教育培养计划”；2013年，又有27所高校自动化专业向教育部提出了“卓越工程师教育培养计划”的申请。

本次会议就是在教育部强调内涵建设和培养质量的大背景下、在自动化单独设类的好形势下召开的。会议的主题是“深化专业教育改革，全面提升培养质量”。这个主题，既切合自动化作为单独的工科专业类如何进一步深化专业教育改革的需求，又贴合教育部提出的以人才培养质量提升为核心的高等教育内涵式发展新要求。

本次会议从去年底开始筹备，得到全国自动化领域广大教师的积极响应，投稿踊跃，共收到论文211篇。会议筹备期间，适逢教育部高等学校教学指导委员会换届，在原教指委主任吴澄院士的直接指导下，新老自动化专业教指委委员齐心协力，与各个主办方、承办单位一起，认真组织好会议审稿，确定了主题发言和大会议程，落实嘉宾邀请。在大会筹备进展中顺利实现了新老教指委的工作交接。

此次大会，我们有幸邀请到教育部理工处和浙江省教育厅领导、中国自动化学会理事长孙优贤院士、中国高等教育学会理事长瞿振元教授莅临指导。来自东方电气集团、浙江天煌科技实业有限公司等行业高层管理者代表也将出席大会并做报告。感谢他们对自动化专业教育的关心！

感谢400多名与会者及组织会议的全体同仁为本次大会召开付出的努力！我们希望在会议期间，参会代表充分交流各高校自动化专业在落实教育规划纲要，贯彻教育部“关于全面提高高等教育质量的若干意见(教高[2012]4号)”，大力推进人才培养模式改革、加强课程体系与课程建设、加强实验室建设与实践环节改革、加强教学团队建设，强化学生实践能力与创新能力培养、规范教学管理等方面的经验，在推动我国自动化学科专业以质量提升为核心的内涵式发展，深化自动化专业教育教学改革，促进自动化专业创新人才的培养等方面既能取得共识，又能保持各自的办学特色，走出一条适合国家、行业、地区需要和学校定位的自动化专业教育之路。

最后，预祝大会取得圆满成功！教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会主任委员、清华大学周东华2013年7月25日

2013年全国自动化教育学术年会会议纪要

2013年8月14日—15日，由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会，与中国自动化学会教育工作委员会、中国电工技术学会高校工业自动化教育专业委员会、中国系统仿真学会教育工作委员会、中国机械工业教育协会电气工程与自动化学科委员会共同主办，由清华大学和浙江天煌科技实业有限公司承办的“2013年全国自动化教育学术年会”在杭州成功召开。

本次会议主题为“深化专业教育改革，全面提升培养质量”。来自全国高等院校自动化与信息领域教师、各大出版社高教分社代表、自动化教育企业界代表530余人出席了本次会议,全国参会高校达161所。大会录用文章211篇，并评选出120余篇具有代表性的文章，推荐到《实验室研究与探索》、《电气电子教学学报》以及由清华大学出版社出版的《深化专业教育改革，全面提升培养质量——2013年全国自动化教育学术年会优秀论文集》上发表。

开幕式由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会秘书长、清华大学教授张佐主持。中国自动化学会理事长孙优贤院士、中国高等教育学会沙玉梅主任以及浙江天煌科技实业有限公司董事长黄华圣先生分别致辞。

开幕式上，教育部高等教育司理工处处长吴爱华做了重要报告。他在报告中介绍了高等教育改革的战略部署，详细解读了内涵式发展的基本要求，提出理工科教育改革的主要思路。希望大家为全面提高高等教育质量，建设高等教育强国共同努力奋斗。

浙江省教育厅高教处陈雷副处长也应邀参加了开幕式。

开幕式后，举行了大会报告，包括教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会主任、清华大学自动化系主任周东华教授的“关于自动化专业建设的若干思考”的报告；东南大学戴先中教授的“自动化类专业发展畅想”的报告；北京航空航天大学申功璋教授的“关于工程专业认证若干认识问题的讨论”的报告；中国东方电气集团东汽投资发展有限公司副总经理尚小林先生的“发电设备与自动化人才需求”的报告；浙江天煌科技实业有限公司董事长黄华圣先生的“从企业角度探索产学合作及高校工程训练新模式”的报告；长安大学汪贵平教授的“脚踏实地，追求卓越：长安大学电控学院自动化专业卓越工程师培养体系的研究与实践”的报告，以及重庆大学马乐老师的“基于能力结构的自动化创新实践型人才培养体系的构建”的报告。上述7个大会报告，篇篇精彩，引发与会代表深思。

会议期间，与会代表围绕会议主题，开展了广泛的交流。八个分会场按自动化专业创新型人才培养，自动化专业卓越工程师教育计划，分层次、多模式、多规格自动化专业人才培养体系建设，自动化专业质量标准与特色专业建设，自动化专业工程教育与实践，自动化专业创新创业教育与实践，自动化专业控制系统类、信息处理类课程建设等14个专题展开研讨，达到了充分交流的目的。

闭幕式上，宣布并举行了10篇优秀论文的颁奖仪式，名单如下：

教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会主任、清华大学教授、本次大会主席周东华致闭幕词。

全体代表对清华大学和浙江天煌科技实业有限公司承办本次会议表示衷心的感谢。教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会中国自动化学会教育工作委员会中国电工技术学会高校工业自动化教育专业委员会中国系统仿真学会教育工作委员会中国机械工业教育协会电气工程与自动化学科委员会清华大学浙江天煌科技实业有限公司二〇一三年八月十五日

第1部分 自动化专业创新型人才培养

基于工程项目教学法的控制实验平台建设

工程项目教学法（Project-Based Learning，简称PBL）是指师生通过共同实施一个或多个完整的“项目”而进行的教学活动。它萌芽于欧洲的教育思想，最早的雏形是18世纪欧洲的工科教育和19世纪美国的合作教育，经过发展到20世纪中后期逐渐趋于完善，并成为一种重要的理论思潮。

20世纪90年代以来，世界各国的课程改革都把学习方式的转变视为重要内容。欧美诸国纷纷倡导“主题探究”与“设计学习”活动。日本在新课程体系中专设“综合学习时间”。我国台湾推行新课程体系中“十大能力”的第九条规定“激发主动探究和研究的精神”，第十条规定“培养独立思考与解决问题的能力”。我国内地当前课程改革强调学习方式的转变，设置研究性学习，改变学生单纯、被动地接受教师知识传输的学习方式，构建开放的学习环节，为学生提供获取知识的多种渠道以及将所学知识加以综合应用的机会。

工程项目教学法的理论基础是建构主义。建构主义者杜威认为，世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予的意义却是每个人自己决定的。学习者并不是把知识从外界机械地植入到记忆中，而是以已有经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新知识。同时，建构主义认为，学习的目标具有定向性，因为只有学习者清晰地意识到自己的学习目标，并形成对学习成果的合理预期时，学习才可能是成功的。在建构主义学习中，学习目标的功能如同灯塔一样起着整体的导向作用，在动态的学习过程中应鼓励学习者确立自己的目标，通过不同的途径达到目标，并评定自己在达到目标过程中获得的进步。

工程项目教学法的意义有以下几点：（1）有利于发挥学生主体作用。过去学生学东西大多是为了应试教育，学生成为教师灌输知识的对象。而工程项目教学法让学生从接受知识的被动状态转变为学习的主体，为学生创造了一个开放、民主的学习环境，自主式学习成为学生一种新的学习方式。（2）有利于培养学生独立学习能力。工程项目教学法中学生的学习是在不同阶段的不同项目中完成的。在一个学生接受了一个新项目以后，就必须围绕着这个项目，有计划、有步骤地展开研究。在这个过程中，学生会向自己提出一个又一个的问题，并为解决这些问题不断地收集资料、整理资料，主动、自行地安排自己的学习。（3）有利于进行分层教学。在工程项目教学中，项目与项目之间存在着教学差异，就是同一个项目根据不同的教学对象也可有一定的差异。对于不同类型的学生，可根据其差异，有目的地选题，以满足各自的不同要求，使每一个学生都得到良好发展。（4）有利于培养学生分析、解决问题的能力。工程项目教学法是运用新知识、新技能解决问题的过程，也是分析、解决问题能力的提高过程。学生通过调查、分析、综合、实践等对问题进行深入研究，对基础理论的掌握得到加强，分析问题和解决问题能力得到升华。2 教学项目的选择与设计

在工程项目法教学中，教学项目的设计是整个教学的关键，项目的好坏直接影响到教学效果，因此教师应该紧扣教学内容，根据学生的特点，联系实际应用，制定可行的具有实际意义的综合性项目。教学项目既要涵盖基本的教学知识点，服务于教学，体现教学目标；又要激发学生的学习兴趣，达到一定的教学效果。在设计项目时，可根据课程不同的知识要点，将一个综合项目划分为若干个相互独立又相互联系的子项目，再将每个子项目分解为多个任务单，每个任务单涵盖一定的课程知识点、重点和难点；然后，每个任务单通过设置相应的问题情景引出任务。教学项目的设计必须以科学实用为准则，以学生专业方向为导向，以调动学生学习的积极性和主观能动性为出发点，以完成教学任务为最终目标。

在设计项目时，需要把握以下几个原则：（1）项目的设计要有可行性。从学生的实际出发，设计学生较熟悉、易理解、感兴趣的项目，如学生信息管理系统，图书管理系统等，这样才能更好地激发学生的学习兴趣，引导学生进行自主学习，从而达到事半功倍的效果。（2）项目的设计要难度适中。设计的项目既不能过大也不能过于简单。项目的难度过高，大部分学生难以理解和接受，不仅无法获得预期的教学效果，还会导致学生对后续内容的学习“望而生畏”。项目的难度过低，一方面会降低教学质量，不能达到教学目的；另一方面，也会影响学习较好的学生的学习热情和积极性。（3）项目的设计要有综合应用性。把学生已掌握的知识和即将学习的知识交融结合，并注意与横向学科的相关内容进行整合，不仅让学生对新旧知识融会贯通，更进一步提高学生举一反三的综合应用能力和项目开发实践能力。（4）各种项目之间在内容和教学要求上相互衔接，逐渐深入；在取材上力求做到先进、新颖、实用，理论联系实际；课程体系在知识层面上由基础到专业基础直至专业，层次逐渐提升，形成一套完整的训练体系。3 控制实验教学平台的构成

控制实验教学平台是按照从仿真到实物，从模拟到数控，从简单到复杂，从稳定到不稳定，从通用到专业的原则来设计的。精心挑选实验教学中经常选用的五类经典实验设备组成项目教学系列实验，具体共分为五个层次。（1）混合仿真实验。混合仿真实验包括模拟仿真、数字仿真和混合仿真，主要用于全校性自动控制原理的验证性基础实验。（2）数控随动系统实验。随动系统实验是控制系统中最基本的实物实验，可以涉及的关键技术问题很多，包括系统的测量、建模、设计、调试等。主要用于计算机控制系统实验、最优控制实验。（3）吊摆系统实验。吊摆系统实验是由计算机控制的吊车模型组成的实验，主要用于专业课程设计、专业综合实验、本科生毕业设计。（4）倒立摆实验。倒立摆实验包括直线倒立摆和旋转倒立摆，研究多变量、高阶次、欠驱动、自然不稳定的快速系统，主要用于现代控制理论实验和研究生毕业论文。（5）飞行控制系统实验。飞行控制系统实验包括飞行控制系统基础实验和试飞实验两部分，研究多输入、多输出复杂系统，主要用于本科生飞行控制系统实验、研究生现代飞行控制系统。3.1 混合仿真计算机系统

混合仿真计算机系统（见图1）是一种高级模拟、数字混合仿真实验平台，是传统的自控原理学习机的替代产品，用于开设配合《自动控制原理》、《自控系统》、《计算机控制系统》、《计算机仿真》等专业基础课程实验。该设备不但具有传统模拟机的全部功能，而且在数字机和仿真软件支持下具有数字仿真功能，实时监测系统与记录功能，可以替代示波器、笔录仪。解决了传统设备无法实现复杂非线性、计算机控制、智能控制等实验问题，为学生提供自主性、设计性、综合性实验环境。图1　混合仿真计算机系统3.2 数控随动系统

数控随动系统（见图2）是一个由计算机控制的位置跟踪系统。适用于初次接触计算机实物控制系统的本科生使用，该系统可作为高等院校专业基础课程自动控制系统、计算机控制系统、运动控制的实验设备。数控随动系统是一种适应数字化控制技术需求，符合教学要求的高档教学实验设备。该实验系统配有稀土力矩电动机（执行机构）、光电编码器（位置反馈部件和速度反馈部件）、磁粉制动器（线性负载）；通过TI公司的DSP2812做控制器，构成数字随动系统，在Windows XP环境下完成全部实验。图2　数控随动系统

学生学习如何将计算机与物理系统相连接；研究引入计算机后产生的问题，如采样、零阶保持器的影响等；学习用C语言编制实时控制程序实现控制律；训练使用C语言的编程能力等。通过实验，可以使学生学习和掌握有关系统分析与设计、系统仿真及实现等方面知识，熟悉各种硬件及软件环节。同时可以加强学生的实验研究能力及动手建立、安装、调试实际系统的能力，真正掌握自动控制系统的各种关键技术。3.3 吊摆系统

吊摆系统是北京航空航天大学自动化学院研制的国内首创的计算机控制吊摆模型（见图3）。该设备是国内外广泛用于计算机控制理论和计算机控制技术的典型教学实验系统，专门用于本科生、研究生教学。吊摆系统是针对高年级的本科生和研究生开发的，可以进行系统建模、仿真、系统设计等综合性、系统性、研究性实验。设计方法可以采用极点配置方法、最优控制方法、模糊控制方法等多种智能控制和现代控制理论方法。图3　计算机控制吊摆系统3.4 倒立摆系统

倒立摆被公认为现代控制理论中的典型实验设备，是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。作为一个装置，它结构简单；作为一个对象，它又相当复杂，是一个多变量、强耦合、高阶次、不稳定、非线性的快速系统。通过对倒立摆系统的研究可以解决控制理论和实践中的诸多问题。控制方法可以采用状态空间法、极点配置法、最优控制法、模糊控制法、神经网络法等多种智能控制和现代控制理论方法。该设备可以任意组合成一级摆、二级摆、三级摆，适合高年级本科生和研究生的研究性实验（参见图4）。图4　二级倒立摆系统3.5 飞行控制实验系统

飞行控制实验系统包括地面台架实验和试飞系统实验。美国的AP50系统是目前世界上最先进的超小型化的无人机飞行控制系统，它集成了卫星导航、飞行稳定控制、任务编程、视频传输和遥测数据记录及数据链传输等诸多功能。利用AP50无人机飞控系统设计开发了飞行控制台架实验系统和试飞实验平台，具有多功能、低成本等特点，可以完成本科生和研究生飞行控制等相关航空专业课程的实验要求。具体可以完成自动驾驶仪使用和传感器测试实验、自动驾驶仪操纵系统实验、自动驾驶仪综合调参实验、GPS自主导航实验和无人机试飞调试实验。

该飞行实验平台主要用于亚音速无人机的导航和飞行控制系统试飞实验，是飞行控制、飞机仪表、航空航天概论等航空专业课程的试飞实验，如图5所示。4 教学效益和教学效果

工程项目教学研究开展了两年，已经在计算机控制实验，运动控制实验和专业课程设计、专业实验中应用，取得了良好的教学效果。学生对于课程改革有积极的评价。如：“这是我第一次设计和调试控制系统，把这三年大学学到的专业课都用在这次实验中，对以前的各种概念都有更深的理解…”；“这是我上大学以来遇到的最好的课程”；“没有这种实验，我们无法真切地理解自动控制的真谛”。

控制实验教学平台开设了验证性实验7个、综合性实验6个、设计性实验8个，每年3000余名学生受益。

该平台与7门本科生课程、5门研究生课程配套实施教学，提高了教学质量，参见表1。其中自动控制原理获国家级精品课，另有两门课程获北京市精品课，三门课程校级精品课。

获得国家级教学成果二等奖一项，北京市教学成果奖三项，校级教学成果奖几十项。

撰写教学论文30余篇，其中优秀论文5篇。图5 地面试验及试飞调试系统表1　实验课程汇总5 结论

工程项目教学法是基于问题的教学方法在工程领域教学中的推广和应用。实践表明：工程项目教学法非常适合工科教学实践。开展项目教学的基础是适合项目教学的实验平台，北航的控制系列实物教学实验平台是自控系经过10年时间自主建设完成的。多年的教学实践表明，平台具有覆盖面宽、针对性强、难度递增、适合教学等特点，使用效果良好，受到教师和学生的欢迎，实验教学模式有一定的推广价值。参考文献[1] Real-Time workshop for user with SIMULINK [Z].The Math Works,Inc.2002[2] Shaoqiang Yuan,Zhihua Shen. Study and application of PBL in control system course[c]. 7th International Conference on Computer Science&Education .2012.4 Page:2874-2877[3] Shaoqiang Yuan,Zhihua Shen.The Design of Matlab–DSP Development Environment for Control System.The 3rd International Conference on Digital Manufacturing&Automation

采用CDIO理念提高控制类学生计算机应用能力和创新能力

近年来用人单位在招聘时对学生能力的要求越来越高。计算机应用能力以及以此为基础的创新能力对控制类学生显得尤为重要。我们在江苏省新世纪高等教育教学改革工程研究项目、国家级教学团队等建设项目的支持下，基于构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）的CDIO工程教育理念，围绕课程知识体系、教学内容、教学方法和手段，以及实践教学体系和实验条件保障体系等诸方面进行了“控制类学生计算机应用和创新能力培养”的系统研究和改革，收到了显著效果。1 实践先进理念，创新培养体系

基于CDIO教育理念，依据社会需求对控制类专业培养计划进行改革，以多样化的方式探索适合高等工程教育的课程设置。我校控制类学生计算机应用和创新能力培养体系见图1。图1 控制类专业大学生计算机应用和创新能力培养体系

学生计算机应用和创新能力培养过程可分为基础知识培养、基础知识提高、专业知识综合、技术应用创新4个阶段。CDIO项目按规模和范围可划分为三个模块：第Ⅰ模块在基础知识培养和提高阶段选择；第Ⅱ模块在专业知识阶段产生；第Ⅲ模块在技术应用创新阶段确定。2 重视课程建设，精编系列教材

计算机技术是一门发展迅猛的学科，为此，运用CDIO的教育理念，注重将教师的科研成果和本学科最新科技成果及时融入教学内容。在国内较早地将MATLAB、Multisim、EDA等计算机技术引入电路、电子技术、自动控制原理等基础课程，使计算机教学与训练贯穿于学生培养的全过程。在相关的课程设计环节安排了第Ⅰ模块的CDIO项目。将“微型计算机原理”、“单片机原理与应用”、“微型计算机控制技术”三门课程整体建设成为江苏省一类优秀课程。在相关的课程设计环节安排了第Ⅱ模块的CDIO项目。

课题组精心编写了《单片机原理与应用》、《微型计算机控制技术》、《微型计算机原理》、《可编程控制器原理》、《MATLAB在电路与信号及控制理论中的应用》等一系列立体化教材40本，部分畅销教材见表1。教材种类有教程、实验及课程设计指导书、实验指导与能力训练、学习指导与习题汇编、电子课件、教学录像片等。其中有国家级“十一五”、“十二五”规划教材、江苏省精品教材多本，总发行量达30多万册；“单片机原理与应用”、“微型计算机控制技术”等课件，被200多所院校下载使用；制作了计算机在工业生产中应用的系列教学录像片，被众多高校交流使用。表1　控制类计算机课程教材体系

为方便学生自主学习，还开发了数字化学习平台和远程教育学习平台。3 开发教学仪器，创建实验平台

CDIO工程教育模式最为关注的是在继续加强基础理论学习的基础上，向生产实践回归，因此需要有效的实验条件保障体系。

工业控制计算机系列课程设计都是综合型的实践性教学环节，学生不但要研究控制算法、编写控制程序，还必须在实验装置上调试程序，实现相应的控制功能。自1999年大学不断扩招以来，我院学生数量迅速增长，为保证计算机控制系列课程设计的教学质量，采取了数字仿真、电子模型、物理模型有机结合、相互补充的特色鲜明的硬件支撑体系，来解决实验和课程设计所用实验设备问题。

为使学生接近工程实际，少量多品种地添置了一些价格比较昂贵的实物模型和实际控制对象，自行研制了部分物理模型和控制系统实验装置（见表2），并批量装备实验室。多项自制教学仪器获江苏省自制教学仪器设备奖。表2　自制教学仪器一览表

计算机控制系列课程设计均在实验室进行，学生先利用电子模型进行调试，调试通过后再接上物理模型或实际控制对象进行验证，往往一次就能成功。这极大地提高了贵重设备的利用率，很好地满足了实践教学的要求，同时节约了大量的实验经费。我们还积极主动与多家国内外知名企业合作共建实验室（见表3），进一步改善了实验条件，扩展了实践基地。表3　与国内外大公司合作共建实验室情况

近几年来国家加大对高校的支持力度，先后给予“信息技术实验中心建设”和“自动化综合实验室建设”二个中央与地方共建高等学校专项资金项目、“电工电子实验中心”和“计算机科学与通信工程实验中心”二个江苏省高等学校实验教学示范中心建设项目的支持，使实验条件保障体系进一步完善。

学生通过计算机应用系列课程设计的调试、综合等环节，全面掌握了计算机算法的应用以及数字仿真、程序设计、实验调试等各项技能，收到了良好的效果。

学生通过计算机应用系列课程设计的调试、综合等环节，全面掌握了计算机算法的应用以及数字仿真、程序设计、实验调试等各项技能，收到了良好的效果。4 革新教学手段，促进学生培养

在“微机原理及应用”、“单片机原理及应用”、“计算机控制技术”等课程教学中，借鉴CDIO教学模式，每一个知识点的讲授与项目实例的构思、设计、实现、运行四个过程紧密结合，使学生从实例中理解理论，再配以实验教学、课程设计等环节强化知识的应用，达到学以致用的教学目标。

除普遍采用多媒体课件进行教学外，课题组还到南京跃进汽车制造厂、仪化集团公司聚酯薄膜厂、仪化股份公司涤纶五厂、镇江恒顺酱醋厂、常州开关厂等单位拍摄了计算机在工业生产中的应用系列教学录像片，并制作成光盘进行教学。在这些录像片中，增加了工艺流程图、控制要求、控制系统结构图等内容，增进了学生对计算机实际应用的了解，调动了学生学习的积极性。这些资料被多所兄弟院校交流使用。

通过教育手段的革新，利用现有教学资源，达到了CDIO的学习效果。

在指导学生开展的各级各类大学生科技竞赛、大学生科研立项、毕业设计等活动中，安排了第Ⅲ模块的CDIO项目。针对每一个课题组建团队，按照CDIO的教育理念对构思（功能分析）、设计（总体框架）、实现（制作、编程）、运行（实现系统功能）4个环节进行工程训练，培养学生的团队协作能力与科研创新能力。多位同学获得国家级科技竞赛奖（见表4）。在近几年江苏省本科优秀毕业设计论文评选活动中，我们共获一等奖1项、优秀团队2项、二等奖4项、三等奖5项，获奖级别和数量名列同类学校前茅。

表4是我们运用CDIO工程教育理念，培养控制类学生计算机应用能力和创新能力的部分成效。经过各种举措的实施，控制类学生整体的计算机应用能力和创新能力都得到了明显提高。我校控制类专业毕业生近几年就业率始终保持在98%以上；我校考上浙江大学、上海交通大学等名校的控制类专业学生的计算机应用能力和创新能力也普遍得到相应学校老师的认可。本教学成果于今年获得了江苏省教学成果一等奖。表4　大学生科技竞赛部分获奖统计表参考文献[1]赵德安，电气信息类学生计算机应用能力培养体系改革，电气电子教学学报，2009（1）[2]赵德安，基于CDIO理念的电类专业计算机应用能力培养体系，中国自动化教育学术年会，2011.8[3]赵德安，高国琴，刘星桥，控制类专业计算机应用能力培养体系的研究，实验室研究与探索，2005（S1）[4]赵德安，全力，秦云，控制类专业计算机实践教学体系的研究，实验室研究与探索，2005（S1）[5]高国琴，赵德安，刘国海，牛雪梅，王东宏，温娟，强化工程应用能力培养的自动化专业计算机课程建设，长春工业大学学报（高教研究版），2011（3）[6]方志明，高国琴，华静，高国琴，基于CDIO的“微型计算机控制技术”课程教学改革探讨，中国电力教育，2012/01[7]刘星桥，赵德安，王东宏，过程控制自动化教学与实验室建设，实验室研究与探索，2005（S1）[8]赵德安，王伟，赵不贿，单片机温度控制实验装置及在课程设计中的运用，实验室研究与探索，1999/02

基于建构主义论的启发式教学法在电气控制与PLC中的应用

建构主义学习理论是认知学习理论的一个重要分支，最早在20世纪60年代由瑞士著名的心理学家皮亚杰（J.Piaget）提出，之后经过维果茨基、奥苏贝尔、布鲁纳等许多心理学家和教育学家不断努力，这一理论得到丰富和发展并逐渐形成了较完整的体系。

建构主义本来是源自关于儿童认知发展的理论，由于个体的认知发展与学习过程密切相关，因此利用建构主义可以比较好地说明人类学习过程的认知规律，即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、概念如何形成，以及理想的学习环境应包含哪些主要因素等等。

建构主义学习理论认为，人的认知发展不是一种数量上简单累积的过程，而是认知结构不断重新建构的过程。个体的认知结构是通过同化和顺应而不断发展，以适应新的环境。个体每当遇到新的刺激，总是把对象纳入到已有的认知结构之中（称为同化），若获得成功，便得到暂时的平衡。如果已有的认知结构无法容纳新的对象，个体就必须对已有的认知结构进行变化以使其与环境相适应（称为顺应），直至达到认识上新的平衡。同化与顺应之间的平衡过程，即认识上的“适应”是人类思维的本质所在。

从教学角度来说，建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。因此，建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和[2]“意义建构”是学习环境中的四大要素。换句话说，获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构有关知识的意义的能力，而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。3 问题启发式教学方法

问题启发式教学法（PBL）有着渊远的历史根源，其创始人孔子曾提出“不愤不启，不悱不发”，他主张由教师或学生自己提出问题，由学生处于“愤”的心理状态，即遇到思维过程中的第一种矛盾而又无法解决时，教师才去点拨一下；然后又让学生自己继续去认真思考，等到学生进入“悱”的心理状态，即遇到思维过程中的第二种矛盾且无法解决时，教师又再点拨一下，从而使学生柳暗花明，豁然开朗。

这种思想经过2000多年的发展与完善，其形式日趋多样化、内涵日趋丰富化，成为现代教育界普遍推崇的教学方法。在启发式教学中，“启”就是要设置情境，激起疑问，对学生进行引导；“发”就是[3]要引起学生的思考，使学生进行主动的探索。显然，这种教学方法就是建构主义理论中的一种教学模式，即“以问题为情境，以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”。3.1 启发式教学方法中学生的主体作用

启发式教学方法中，学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。（1）要用探索法、发现法去建构知识的意义。（2）在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证。（3）要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系，并对这种联系加以认真的思考。“联系”与“思考”是意义构建的关键。如果能把联系与思考的过程与协作学习中的协商过程（即交流、讨论的过程）结合起来，则学生建构意义的效率会更高、质量会更好。协商有“自我协商”与“相互协商”（也叫“内部协商”与“社会协商”）两种，自我协商指自己和自己争辩什么是正[4]确的；相互协商则指学习小组内部相互之间的讨论与辩论。3.2 启发式教学方法中教师的指导作用

而对于教师，则是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。（1）激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机。（2）通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索，帮[5]助学生建构当前所学知识的意义。（3）为了使意义建构更有效，教师应在可能的条件下组织协作学习（开展讨论与交流），并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。引导的方法包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论；在讨论中设法把问题一步步引向深入以加深学生对所学内容的理解；要启发诱导学生自己去发现规律、自己去纠正和补充错误的或片面的认识。4 “一项目一问题”的学习体制

基于建构主义学习理论的问题启发式教学方法，可以采用“一项目一问题”的学习体制。以《电气控制与PLC》为例，根据课程内容和学期时间，将本课程分成16个项目，一个项目6学时、解决一个问题。（1）“一项目一问题”学习体制的教学安排（2）“一项目一问题”学习体制的考核评价方式

基于建构主义学习理论的问题启发式教学方法，强调学生参与有意义的知识建构，重在过程，因此应采用形成性评价和终结性评价相结合的考核评价方法来评价学生的学习效果，所占比例为6：4。其中形成性考核评价的内容包含：出席情况、课堂讨论参与程度与质量、创造性意见及思考过程、实操能力、领导能力、团队协作能力、总结呈现能力、演讲能力、自我评估、同学评估等，这样不仅仅是老师一个人的评价，而是所有学习小组和老师共同实施评价，可以对每个学习小组以及每个学生给出一个合理、公正的考核评价结果；终结性考核评价即期末考试，考查学生对整门课程的掌握情况。5 结束语

基于建构主义理论的问题启发式学习法之“一项目一问题”的学习体制，是一种更高要求的教学模式，学生必须通过自己发现来获得知识，而非传统的通过指导死记硬背。其教学模式的重点就是培养学生解决实际问题的能力、终身学习的能力、学生主动参与学习的积极性、自我导向学习能力、塑造团队合作精神。注释[1]何克抗.建构主义——革新传统教学的理论基础[J].科学课，2003，（12）.[2]王旅,余扬奎.建构主义学习理论剖析[J].当代教育论坛（教学研究），2010，（4），13-15.[3]赵乐华,任毅.启发式教学方法与建构主义学习理论[J].中国地质教育，2009，（1），140-142.[4]傅四保.建构主义学习理论指导下的项目教学法初探——以“教育技术学研究方法”课程教学为例[J].中国大学教学，2011，（2），56-58.[5]沈苗.论建构主义学习观对当前我国课堂教学的启示[J].教育教学论坛，2012，（14），108-109.[6]

开源硬件在自动化专业教学中的应用模式初探

利用容易上手的硬件平台，引导学生更早地投入完整的项目实践中，从而在更连续持久的项目实践中提高创新能力，是落实高教三十条和适应社会需求的一条思路。

开源技术的出现，在很大程度上有助于解决这个难题并改善现状。但目前的关于开源技术/项目的大量教学应用研究中，主要是针[7][8]对开源软件；以及更广范围、更高层次上的创新人才培养研究。开源硬件作为一种较新的事物，将其应用在自动化专业实践教学的相关研究还不多见。

Arduino开源平台作为开源硬件的一个典型，由于其极强的易用性和扩展性，受到众多电子工程师、手工制作爱好者的青睐，特别在国外得到了较为广泛的应用。

本文基于Arduino开源平台，探讨开源硬件平台在自动化专业教学中的不同层次的应用模式。结构安排如下：第二节简要介绍Arduino开源平台及其特点，并分析了其应用于自动化专业教学实践的可行性，第三节初步探讨了基于开源平台的自动化专业教学模式，并列举了在C/C++程序设计课程教学、传感器原理的课程设计以及在综合设计等不同层次的应用模式。第四节给出实践与研究结论。2 Arduino开源平台及应用可行性2.1 Arduino开源平台及其特色优势

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino开发环境）。它适用于艺术家、设计师、爱好者和对于“互动”有兴趣的所有用户。其适合人群非常广泛。

Arduino硬件开源表现为用户可以根据需要下载电路图，自己购买所需独立部件，制作相应的电路。可以利用Arduino作为控制板，用开关、传感器或其他控制器等作为其输入，也可使用数码管、电机、[9]液晶显示等作为其输出装置，从而形成完整的系统。如在文献[6]中详细介绍的六个制作项目，即全部以Arduino作为控制平台；Arduino也可独立运作，成为一个可以跟其他软件沟通的接口，如：Flash、Processing、Max/MSP、VVVV等互动软件。此种应用中，Arduino主要在前端完成数据采集，而其他互动软件则进行数据的进一步分析、[10]处理与图形化显示，文献[7][8]分别展示了Arduino与Flash和LabVIEW软件的融合设计。[11]

Arduino主要有以下特色优势。（1）价格低廉，应用方便。相比其他微控制器平台，Arduino开源平台使用AVR系列控制器，价格更低。平台可以采用USB接口直接供电而不需外接电源，也可使用外部9V直流电源供电；可简单地与传感器、各类电子元件连接，轻松实现系统应用；在bootloader支持下，可以ISP方式在线加载程序。（2）良好的跨平台性。Arduino软件可运行于Windows, Macintosh OSX,以及Linux操作系统。（3）简易的编程环境。Arduino编程环境对于初学者极易使用，同时对高级用户也有很强的扩展性。由于Processing环境与Arduino编程环境的相似性，对于在Processing环境下进行编程语言学习的用户，可很容易地熟悉并使用Arduino。（4）开源及可扩展的硬件和软件。官方提供了Eagle格式PCB和SCH电路图，经验丰富的用户可以在其基础上，根据需求扩展或改进；即使相对经验不足的用户也可搭建面包板电路以加深理解。Arduino软件作为开源工具，可供有经验的用户在其基础上扩展。程序可通过C++库进行扩展。对于想要理解技术细节的用户则可以直接使用AVR-C编程语言，也可以直接在Arduino程序中加入AVR-C代码。（5）应用更加丰富。支持多种互动程序，如：Flash、Max/MSP、VVVV、Processing等。这使得其表现力强、表现形式非常丰富；突破了以往只能使用鼠标、键盘、CCD等输入装置的互动内容，可以更简单地达成单人或多人游戏互动。2.2 Arduino开源平台应用可行性分析（1）开源平台易得、易用。

开源硬件组织发布覆盖整个硬件设计的免费信息。借助这些，设[12]计人员可以建立或补充成为一个近乎免费的设计。Arduino开源平台即拥有自己的设计师与爱好者社区，并有扩展库与软件支持。这使得开源平台容易获得并且易于使用。

笔者认为，正如MATLAB作为非常易用的科学计算语言之应用于课程教学，增强了学生的工程意识、科学计算能力一样，在信息技术环境下，基于开源平台进行系统设计同样有助于提高学生工程意识、促使学生在全局层次上思考问题，有助于将学生从底层的重复劳动中解放出来。这也使得基于计算思维进行任务驱动式的项目实践成为可

[13]能。（2）Arduino开源平台有助于原理和方案的理解。[14]

文献[13]认为对开展促进理解的教学影响较大的几个主要因素包括：信息技术、有效的教学策略与方法、有意义的教学任务或教学活动、教学任务或教学活动的有效组织、工具（学生和教师使用）、小组合作和讨论等。并据此构建了信息技术支持的促进理解的教学模式。

学生的项目实践过程同时也是学习的过程。对照以上教学模式，对于学生的学习来讲，Arduino首先作为信息技术的一种，在总体上作为新的形式有利于促进对知识的理解；其次，Arduino使得学习过程成为更有意义的活动。比如相比利用C语言设计一个简单的运算并求其结果而言，将运算结果显示在Arduino连接的外设（如数码管）上，显然要比直接显示在计算机屏幕上更具吸引力；借助Arduino，学生可以更容易地实现完整的系统。因此可以设置完整项目或由学生自行确立研究实践项目，并由小组共同完成，形成基于项目的学习。在此过程中，学生是主体，主动权在学生。由此可见，Arduino开源平台从多个维度支持利用信息技术支持的促进理解的教学，这对增强知识的深入理解，提高实践能力有重要价值。

综合以上分析，将Arduino开源平台应用于实践教学，对于学生尽早进行项目实践、通过实践提升学习效果有着积极的意义。3 基于Arduino开源平台的自动化专业教学应用模式

通过以上对Arduino的特色优势分析以及其应用可行性分析，认为在自动化专业的教学实践中引入Arduino开源平台辅助教学具备较强的可行性。以下分别探讨了辅助基础课程、课程设计和综合设计等[15]不同层次的应用模式。3.1 辅助基础课程的应用模式

如前所述，在基础课程的教学中，引入Arduino使得课程更加生动，更贴近实际应用。如在C/C++程序设计课程的课堂教学中，可设置如表1所示的实验演示科目，增强面对面授课的生动、趣味性。3.2 课程设计中的应用模式

以开源平台为基础，进行课程设计项目，使得在学生没有单片机原理基础时，仍可轻松地利用开源平台进行设计，从而使得所完成的项目系统性更强、项目自身也更加生动有趣，学生在项目实践中获得的经验值更高。表1　基于Arduino开源平台的C/C++实验

以传感器原理课程的课程设计为例，在学习《传感器原理》课程后，给出一定数量的设计项目，由学生选择并自由组合，设计一种传感器的基本应用。在此基础上，采取加分的形式鼓励学生在原题目基础上扩展部分应用。表2给出了基于Arduino开源平台的传感器原理课程设计部分设计项目。表2　基于Arduino开源平台的传感器原理课程设计项目3.3 综合设计应用模式

综合设计涵盖毕业设计、学科竞赛等不同领域。通过利用开源平台开展综合设计，有利于学生实践能力的进一步提高。表3给出了综合设计的组织形式及可预期效果。表3　基于Arduino开源平台的综合设计应用4 结论

本文分析了Arduino开源平台特色优势及其应用可行性，初步给出了基于Arduino开源平台的自动化专业教学的应用模式。限于篇幅，对具体应用细节将另文详细描述。

第3节所列部分案例已在教学中应用。笔者所指导的挑战杯竞赛作品即是基于此开源硬件快速开发了系统原型，并获得了陕西省特等奖的好成绩；为《工业控制网络》课程所设计的实验系统，使学生在低年级即有机会在系统层面上认识所学课程与专业的紧密关系，激发了学生的极大兴趣。这一教学改革措施也得到了我校教学督导组一致的高度评价和肯定。实践表明，由于Arduino的易用性与丰富的可扩展性，将其融入自动化专业教学实践，有助于引导学生尽早投入项目实践，进而提高学生实践能力。

后续工作中，我们将继续积累Arduino开源平台在教学实践中的应用经验，以科学地细化培养体系，不断完善和改进具体实施措施，以取得更好的应用效果。注释[6]此项工作得到陕西省教育厅自然科学专项科研基金资助，项目批准号：2013JK1087；得到陕西普通本科高等学校教学改革研究项目资助，项目批准号：11BZ56.[7]张晓华，李春雷. 以开源项目促进大学生科技创新活动的开展[J]. 华北水利水电学院学报（社科版），2011，（01）：142-143+152.　覃国蓉,张席,李华忠.基于开源项目的项目教学法在Java教学中的应用[J]. 计算机教育，2010，（12）：66-69.[8]张晓华，李春雷.以开源项目促进大学生科技创新活动的开展[J].华北水利水电学院学报（社科版），2011，（01）：142-143+152.　覃国蓉，张席，李华忠.基于开源项目的项目教学法在Java教学中的应用[J].计算机教育，2010，（12）：66-69.　乔海曙，李远航.大学生创新能力培养研究综述[J].大学教育科学，2008，（01）：20-23.[9]凯姆·卡尔文，泰勒·卡尔文，庞明珠.Arduino与电子制作[J].电子制作，2012，（08）：68-73.[10]邹建梅，王亚格.利用Arduino增强Flash互动性的研究[J].中国教育技术装备，2010，（36）：107-109.　张力.利用Labview与Arduino两大利器的蓝牙温湿度测量仪设计[J].电子制作，2012，（09）：58-62.[11]Arduino[EB/OL].＜http://baike.baidu.com/view/1268436. htm.＞　What Arduino is and why you'd want to use it[EB/OL].＜http://arduino.cc/en/Guide/Introduction.＞[12]GeraldColey.利用开源硬件的优势[J].电子设计技术，2009，（11）：48-50.[13]牟琴，谭良，周雄峻.基于计算思维的任务驱动式教学模式的研究[J].现代教育技术，2011，（06）：44-49.[14]鲁文娟.信息技术支持的促进理解的教学模式构建[J].现代教育技术，2012，（10）：23-26.[15]J. Dean Brock, Rebecca F. Bruce, Susan L. Reiser. Using Arduino for introductory programming courses:a tutorial [J].Journal of Computing Sciences in Colleges.2009, (12):129-130.

加强开放式实验中心建设，培养自动化创新人才

开放式实验室的建设目标定位应该与专业人才的培养目标定位相一致。结合社会人才的实际需求，调整专业课程的教学计划，制定开放式的实验教学内容，精选学科学习和学生就业与发展的实践性技能培训和探索性研究课题，让学生提前得到专业技术与实践技能的锻炼。因此，确定开放式实验室的建设目标及基本思路，可以使得培养专业性、开放式的人才事半功倍。

实验室的建设应根据教学的基本规律和人才培养的特点，体现出它的层次性和发展性。

自动化专业实验室第一层次主要服务于课程教学，为自动控制原理、运动控制、过程控制及检测技术三大基础系列提供教学实验支撑外，还应承担起部分开放性实验的教学任务，满足学生拓展知识的要[16]求。也就是说，在这个层次上，实验室的建设不能局限于验证课堂教学的结论，还应着眼于学生的能力培养、着眼于技术的发展，还要着眼于建设投资的效益。尽力避免以往设备综合配套能力差，功能单一，难于应付学生能力培养的需求。为此，首先应将按课程设置和划分的实验资源进行整合，实验内容则应革除每门课程单独设置实验的弊端。因为仅从孤立的一门课程来考虑问题，往往只关注本门课程的某些特点，而忽略相关课程的关联性，设计出的实验内容势必验证性的多，设计性的少。学生即使经过若干实验也难于形成完整的本专业所需的综合能力。同时还应打破实验教学完全从属课堂教学的认识误区，恢复实验教学在人才能力培养上的应有地位。即实验教学的内容不能强求必须与课堂同步，应允许并提倡超越课堂教学内容。只有这样才能激发实验室的活力，发挥其在人才培养上的作用。要达到此目的，可在两方面进行改革，首先整合目前的实验体系，根据相关的系列课程的共同需求及彼此的连贯性，设计更多相应的综合性实验，即可体现课堂教学的要求，又创造条件让学生在有限的时间内受到更多的综合锻炼。目前我们本科阶段有关自动控制的课程归为三大系列，即自动控制理论基础系列、运动控制系列及过程控制系列，每个系列覆盖4～5门的相关课程，在课程系列内构建实验的项目，然后集中统一支配现在分配在各门课程上的零零星星的实验学时，便于打破长期受学时限制而导致的实验内容单一的人为因素，使综合性、设计性的实验要求落实在实处。综合的训练培养基地。

自动化专业实验室第二层次则服务于培养学生创新能力的任务。为学生拓宽专业视野，掌握自动化技术的最新发展趋势，引导学生的创新思维提供必要的条件。在完成第一层次的训练之后，学生掌握了必要的实验技能就可顺利地进入第二层次的培养。这个层次的实验内容要综合前述的三个课程系列，并带有超越课程内容体现本专业新技术发展方向的特点，在目前应反映综合自动化技术与系统、工业自动化网络集成技术与应用、CIMS相关控制问题研究、工业系统信息综合利用与集成、人机工程及其在自动化中的应用等。实验的方式以课题形式，采用开放实验室进行。学生完成实验的时间可考虑整合课程[17]设计、效果不明显的部分实习以及部分毕业设计的时间来完成。2 开放式实验中心实验内容的确定

开放式实验室的功能是通过实验对学生切实加强基本实验方法和技能训练，使学生掌握科学实验能力和现代实验方法。通过实验培养学生理论联系实际、求实创新的学风和严谨的科学态度，培养学生分析问题、解决问题及创新的能力。实验内容应包括公共基础课、专业基础课、专业课实验大纲要求列出的实验；自选实验项目；学校学生科研课题；学生电子设计竞赛；参加教师科研课题的研究工作等。具体包括：2.1 对专业课程实验教学开放

在保质保量地完成课程大纲所要求的基本实验教学任务的前提下，专业实验室可以从时间上和内容上适当开放。在时间开放方面采用预约实验方式，将实验项目、完成实验的基本人数，以及进行实验的时间对学生公布，学生可以根据自己的安排预约实验。这种开放形式，在时间上能给学生较大的灵活性，可以提高学生学习的自主性，并且使每个学生都有动手参与实验的机会，可以改善实验效果。2.2 对专业课程设计、毕业设计、设计竞赛开放

在高校人才培养规划中，课程设计和毕业设计是普遍的实践性教学环节，是理论与实际相结合从而促进综合能力培养的重要环节。实验室对学生进行专业课程设计、毕业设计开放，有利于提高专业课程设计和毕业设计的质量。如自动化专业5门课程设计，全部在实验室完成。同时，实验室也要为学生参加各种竞赛活动提供学习和训练的场所。2.3 对教师、学生参与科学研究活动开放

开放式实验室应有较为先进的仪器设备和较高水平的教师。学科专业承担了大量的科学研究和产品开放课题，将教师的科研活动和学生的专业素质与科研创新能力培养有机地结合起来，将科研活动融入教学过程中，鼓励和吸收学生参与一定的科研工作。通过参与科研活动，学生可以了解科学研究的过程和科学研究的方法，体会科研工作的艰辛和成功的喜悦，激发出学生的成就感和创造欲望。我院的罗克韦尔实验室建立了自己的网站，每年开展“罗克韦尔自动化年活动”学生自愿报名参与实验室的一些科技活动，并对活动中的优秀者，发给ROCKLWELL公司颁发的奖励证书，对特别优秀的教师和学生，可获得ROCKLWELL公司颁发的奖教金和奖学金。3 开放式实验中心需解决的问题3.1 设置层次化的实验课程内容

设计层次分明的实验课程内容是构建实验教学体系的重要内容。总的来讲，设计方法可以参照专业的教学计划、要求掌握的知识点、专业核心课程内容的先后顺序及相互间的衔接关系来划分实验课程、确定实验内容。3.2 创新多元化的实验教学方法

多元化的实验教学方法是提升实验教学效果的重要手段。可以使用网络多媒体技术以及实验预约等手段建立时间、空间、内容的开放[18]式实验教学，以满足不同个性、不同水平学生的需求。可以通过压缩课内总学时，增加课外学时，给予学生更多的自主时间，提供学生主动实践的可能性；可以通过给出需要思考的后续理论问题或学分、课程成绩等激励措施，调动学生学习的实践积极性和主动性。3.3 重视和设计实验课程的考核内容与形式

合理的实验课程考核内容与形式是获得和反馈实验教学效果的途[19]径。对实验的全过程跟踪，可以分为实验前、实验中、实验后的考核，实验前考核可以通过提问、查阅预习报告来检查实验预习准备情况；实验中考核可以通过过程和中间结果的跟踪来检查实验进行情况；实验后的考核可以通过最终结果和实验报告的批改来检查实验完成与理解掌握情况。检查实验结果及作业时，如果采用的是教学模拟软件，在模拟软件中本身就具有实验结果跟踪或考核的功能，直接查看记录就可；而对非教学模拟软件，需要了解中间过程对学生实验进行跟踪考核。4 开放实验中心，加强自动化创新人才的培养

学院与研究生院、校团委组织不同专业的研究生和本科生进行跨专业多层次合作的机器人创新实践教育，共同打造一个开放式创新教育平台。其主要形式为：在全校范围内召集机器人的爱好者，组织其参与机器人的软、硬件设计与制作以及系统的构建和算法的设计，按照兴趣的不同分为若干个小组，由优秀研究生带领各小组开展活动，每周进行工作量检查、进度检查和研讨会（因此这种模式被称为研讨班模式），优秀的本科生将被选拔参加全国性的机器人竞赛。到目前为止，该机制已经进入了良性循环，逐步构建了一种跨学科合作、本科生与研究生混合编队的团队创新实践教育模式。目前有微型足球机器人、中型足球机器人和人形足球机器人研讨班。并面向全校相关学院的教师、研究生和本科生多次组队参加了CCTV机器人大赛、全国机器人大赛等活动，先后获得了十多项奖牌。通过多年不懈努力，自动化学院已经建立了颇有实力的机器人研究团队，在智能机器人领域有了一定的影响力，在探索机器人教学模式上积累了丰富的经验，从机械、传感、控制到智能系统等多方面都建立了较完整的开发体系。5 结束语

开放实验室不但可以提高实验室场地、设施及仪器设备的利用率，而且是培养创新型人才和提高学生实践能力的重要措施。开放式实验室的建设，有利于自动化专业人才的培养，高校建设开放式实验室将对社会需求的人才的培养发挥重要作用。参考文献[1]李楠.物流工程专业实验教学体系的构建与实践.重庆市教改，2010：1.[2]王凤华.开放式实验室的建设与管理.电气电子教学学报，2002（6）：1-2.[3]周琪锋.高校开放式实验室建设的探讨与实践.中国现代教育装备，2008：1-2.[4]陈艾华，张春，等.建立开放式实验室提高学生创新能力.山西教育学院学报，2000：1-2.[5]李安生，杜文辽，等.论开放性实验室的建设.实验室研究与探索，2007，26（5）：122-123.[6]王瑛.开放实验室高效运行方法的研究.实验室研究与探索，2007，26（7）：128-131.[7]黄沃才.开放式实验室建设与管理探究.中国现代教育装备，2008：1-2.[8]窦新华，谢鸿.开放式实验室的建设与发展.合肥工业大学学报2010，24（1）：2-3.注释[16]李楠.物流工程专业实验教学体系的构建与实践.重庆市教改，2010：1.[17]王凤华.开放式实验室的建设与管理.电气电子教学学报，2002（6）：1-2.[18]周琪锋.高校开放式实验室建设的探讨与实践.中国现代教育装备，2008：1-2.[19]陈艾华，张春，等.建立开放式实验室提高学生创新能力.山西教育学院学报，2000：1-2.

建筑类应用型院校自动化专业建设研究与实践

随着国民经济的快速发展以及高校招生规模的不断扩大，传统的高等教育模式与多样化、个性化的人才需求不相适应的矛盾日益突出。因此，如何进行教学改革，培养适应市场的高素质人才，已成为研究[20]的热点问题之一。吉林建筑大学是一所传统的地方性普通本科建筑类院校，其办学理念是培养“理论基础坚实、实践能力扎实、思想作风朴实”，具有创新精神和创造意识的高级应用型专门人才。因此，所制定的专业课程体系和教学内容要服务于工程应用型人才的培养。我校的自动化专业招生晚，办学经验少，自动化专业建设还处于探索实践的过程，但是已经初步形成了面向区域经济服务的专业建设思路，并且在课程体系建设、学生实践能力和创新能力的培养等方面做了一些尝试。本文从理论课程体系和实践课程体系两个方面就我校的自动化专业建设进行详细地阐述。1 优化理论课程体系培养“三实型”人才

根据学校的办学定位，自动化专业培养德、智、体全面发展，适应社会经济发展需要，掌握电子技术、控制理论、信息处理、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，构成强、弱电兼顾，软、硬件结合并以智能建筑控制为突出特色的知识结构，受到比较系统、全面的专业实践训练，能够将工业过程控制、过程检测与自动化仪表、可编程控制器、集散控制系统、信息处理等技术相结合，具有系统分析、系统设计、系统运行、科技开发[21]及科学研究能力的高级应用型人才。根据自动化专业的培养目标在课程体系建设方面进行了优化，具体采取了以下的相应措施。（1）在培养方案制定上，突出建筑行业特色。通过优化课程设置,以工程理论和工程实践教育为课程体系核心，重新整合知识体系结构，形成注重建筑特色的自动化专业人才培养方案。为此要求培养方案必须根据自动化专业培养目标定位和专业应用型人才的知识结构要求，设置公共必修课、学科基础课、专业核心课、专业选修课和实践性环节五大课程模块组成的课程体系。积极主动吸收用人单位参与研究，合理确定基础课程与专业课程、必修课程与选修课程、理论教学与实践教学的比例，构建“专业核心平台+模块”，“必修+选修”的课程体系。在课程设置上结合学校建筑类院校的特点同时兼顾自动化专业共有的特色，构建了两个方向的课程模块，即楼宇自动化方向的课程模块和工业自动化方向的课程模块。在楼宇自动化方向课程模块中设置了建筑供配电、建筑照明、楼宇组态软件、综合布线、建筑设备自动化、智能建筑系统等突显智能建筑特色的课程；在工业自动化方向的课程模块中设置了数控加工与数控机床、自动化仪表与过程控制、电力拖动自动控制系统等突出工业自动化控制特色的课程。（2）选修课程设置突出自动化专业最新成果。在选修教学内容上为了能够在大幅压缩学时的背景下，最大限度地吸收自动化专业最新研究成果，以跟踪自动化专业的最新技术手段，适应自动化技术向网络化、综合化和智能化方向发展，拓宽学生的知识面广，并结合我院自动化专业的特点，开设“自动化专业概论”、“现场总线技术”、“虚拟仪器技术”、“AVR单片机原理及应用”、“VB与RS232通讯技术”等选修课程。在教学内容建设方面将建筑行业与自动化专业发展所形成的新知识、新成果、新技术及时引入到教学内容中，利用课堂上的时间碎片（时间碎片指本次课堂内容讲完了但未到下课的时间）介绍专业前沿技术，自动化新产品、新自动化节能技术等，将有效地强化专业教育，提高学生的专业学习兴趣。（3）课程设置上开设多门软件仿真类课程。为了让自动化专业学生在毕业前能够更快速地融入工程实践中，接触到有工程背景的工程项目，掌握计算机仿真软件这个强大的工具平台是学生在学校期间应该得到的训练。为此，在自动化专业培养计划中设置了MATLAB语言及应用、PROTEL电路板制作、EDA等相应的课程。（4）通过“三建设”（精品课建设、教材建设以及教学方法和内容建设），强化了专业教育，有效地提高了学生的专业学习兴趣。结合地方应用型院校教学实际情况，以提高课程教学质量为目的，对课程建设、师资队伍、教学方法、教材建设方面进行了全面建设。其中《电路原理》被评为“吉林省精品课程”，《自动控制原理》被评为“吉林省优秀课程”。《数字电子技术》被评为“吉林建筑大学精品课程”。《单片机原理与应用》、《电气控制技术》、《建筑照明》、《建筑供配电》等4门课程分别被评为“吉林建筑大学优秀课程”。在师资队伍建设方面，加强具有工程背景教师队伍建设。让教师通过参与吉林省建筑设计院、一汽大众集团、长春客车轨道集团、吉林亚泰集团等单位的工程项目来增强其工程背景，提高教学效果。同时聘请校外行业专家担任兼职教师，参与指导毕业设计，提高设计环节水平和质量。在教材建设方面组织教师编写符合本专业特点的教材，使教材内容丰富，实用性强，理论与实际结合密切。根据实际教学需要，目前已经编写了智能建筑楼宇自动化系列规划教材——《自动化仪表与控制》、《建筑智能安全系统》、《智能建筑电气技术与设计》、《智能建筑综合布线》和《楼宇智能化技术与应用》等相关教材和教学参考书。上述资料满足了自动化专业课程教学需要，在实际教学使用中取得良好的效果。在教学方式上采取了多种教学方式，例如：教师在上课过程中结合自己所做科研项目，教导学生该课程知识点在科研项目中的应用，加强学生所学知识的掌握。鼓励学习上的优秀学生参与教学，让其准备一堂课，然后给其余学生讲，老师再进行补充，这样充分调动学生学习的积极性。同时还可以在习题课中引导学生分组讨论，发表每组的讨论意见，在讨论中增强对知识点的理解，培养学生逻辑思维和辩证思维的形成。老师可以在课外充分利用网络资源，通过建立课程QQ群、课程网站、课程BBS论坛等措施提高教学效率，培养学生获取信息能力，搭建学生与教师沟通新平台。2 构建全过程、四层次、六模块的实践教学体系培养学生的实践能力和创新能力

将一体化教育理念贯穿于整个学习中。所谓的一体化教育理念就是把学生要培养的能力和素质贯穿于四年学习的课程中，并以具体的工程实践项目贯穿教学，让学生在项目实践中循序渐进系统培养综合能力和素质。（1）构建以工程为导向的实验教学体系和实验平台。构建了以工程意识、研究与创新方法、解决问题综合能力三要素培养，实践教学与理论教学相结合、设计型实验与工程训练相结合、实验实践教学与建筑行业相结合、创新性实验与课外科技活动相结合的实验教学体系。建设工业自动化实验室、楼宇自动化实验室、智能建筑实验室、综合布线实验室、通信与控制实验室和建筑电气实验室等高水平实验教学平台，改进实验手段和实验环境，丰富完善实验教学资源。构建以工程为导向、真题真做的综合项目实践教学模式，使学生在实验室就能接触工程实际背景和感受企业所面临的实际难题。（2）培养全过程实践教学纵贯全线梯级化推进。构建由基础操作性、工程认识性、综合应用性和创新设计性实验的四层次实践教学目标，实验教学、实习教学、工程训练、课程设计、毕业设计、科技创新六模块功能互补的实践教学体系，使实践教学全方位、多渠道、多形式展开和梯级化推进。满足了不同层次、阶段学生的培养要求，促进工程实践创新能力和素质培养。本成果将“三不断”（实验不断、实习不断、设计不断）和“三结合”（所学知识与科技活动相结合、科学研究与本科教学相结合、理论教学与实践教学相结合）的实践教学课程体系融入培养方案中，按照不同年级设置了认识实习、电子工艺实习、金工实习、生产实习、毕业实习等内容，同时设置300学时的专业实验课和40周的课程设计环节，有效地提高了学生的工程应用能力。在实验教学上构建“分层次，多模块，开放式”实验教学方法。“分层次”是指以行业为导向，以实验技能属性分类为主线，整合实验课程，建立由技术基础技能、专业技能和行业综合技术等3个层次；“多模块”是指对“电路原理”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“电机与拖动”、“电气控制技术”等16门课程独立设置实验课程，每一模块又由基础实验、综合性实验、创新性实验等多种实验构成；“开放式”是指加强实验室建设，建立实验室开放制度，为学生自主实验提供条件。（3）强化第二课堂，培养学生独立思维能力和创新能力。学院通过创新实验室的建设，带动了一批课外科技活动小组的建立，例如：学院成立大学生电子设计课外活动小组、单片机与PLC课外活动小组以及嵌入式系统与EDA课外活动小组等多个课外科技活动团队，学生通过参与课外科技活动小组将所学的理论知识融入实践中，培养了学生的独立思维能力和创新能力。

从2007年开始举办校内电子设计竞赛，截止2012年已经举办了6届校内电子设计竞赛活动，每届比赛都能吸引近60名自动化专业学生参与到该项赛事中去。同时2010年电气学院还承办了全国大学生智能建筑实践技能竞赛。自动化专业学生在2010-2012年全国大学生智能建筑工程实践技能竞赛中连续三年获得一等奖。在2008-2012年全国大学生电子设计竞赛吉林赛区比赛中自动化专业学生共获得一等奖3项、二等奖6项、三等奖10项的好成绩。上述活动巩固与拓宽了学生理论知识，提高了学生发现问题、分析问题以及解决问题能力。3 结束语

本文对吉林建筑大学的自动化专业建设进行全面地阐述，经过几年的探索与实践，吉林建筑大学自动化专业建设做了大量的工作，在人才培养方案的制定、课程体系建设、学生实践能力和创新能力的培养等多方面积累了一定的经验，但还有很多问题尚待解决，同时在以后的办学过程中还会遇到新的问题，需要进一步实践和探索。参考文献[1]陈启军.自动化专业的建设与规划[M].上海：同济大学出版社，2007[2]戴先中等.自动化学科概论[M].北京：高等教育出版社，2006[3]张莲.自动化专业人才培养方案的改革和实践[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2009，3[4]冯明琴.自动化专业应用型创业人才培养方案研究与实践[J].攀枝花学院学报，2007，3注释[20]陈启军.自动化专业的建设与规划[M].上海：同济大学出版社，2007[21]戴先中等.自动化学科概论[M].北京：高等教育出版社，2006

运用多学科交叉模式培养创新型自动化专业人才

21世纪是创新的时代，不同学科间的交叉、融合将更为深刻与广泛，学科之间呈现出既高度分化又高度综合的趋势，许多重大的科技、经济社会问题具有综合性，如人口、资源、环境等问题的研究和解决，要求众多的社会科学和自然科学用各自的理论、思维、观念、技术和方法协同合作方能解决。当代社会需要的是具有创造力的复合[22]型人才。据统计，目前比较成熟的学科大约有5500门，其中，非交叉学科约为2969门，交叉科学学科总量已近2600门，占全部学科总数的46.8%。而在近百年诺贝尔奖获得者中，有41.02%的获奖者属于交叉学科。尤其在20世纪最后25年，95项自然科学奖中，交叉学[23]科领域有45项，占获奖总数的47.4%。实现科技创新的途径有很多，但由于学科交叉与创新的本质有着必然的联系，因而，学科交叉显得尤其重要而且非常有效。正如控制论创始人维纳所说，“在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种建立起来的部门之间的被忽视的无[24]人区”。中科院前院长路甬祥院士也强调，“学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的科学前沿，这里最有可能产生重大的科学突破，使科学发生革命性的变化”。2 交叉学科的内涵与发展

在英文中，“交叉学科”与“跨学科”是同一个词——[25]“interdisciplinary”，所以交叉学科亦称跨学科。它是由不同学科互相渗透、彼此结合而形成的一种新的综合理论或系统学问。交叉学科不是多门学科的简单拼凑堆积，而是多学科依存于内在逻辑关系联结渗透形成的新学科。

国外对交叉学科的研究兴起于第二次世界大战期间，由于战争需求要迅速动员科技力量去研制新武器与新技术，如雷达系统的研制、制造原子弹的“曼哈顿工程”等项目的顺利完成都有赖于多学科、多行业的科技人员共同协作。战后，空间技术的竞赛以及大量复杂社会问题的爆发，用单一学科已无法解决出现的种种问题，必须加以综合的研究、规划和治理。法国于1960年成立了交叉学科研究中心（CETSAP），出版物为《交流》，德国于1965年成立了交叉学科研究中心，出版物为《年度报告》。1972年，国际经济合作与发展组织与法国教育部联合出版重要文献《交叉学科——大学的教学和科研问题》文集；1979年，宾夕法尼亚大学出版专题文集《高等教育中的交叉学科》，对跨学科教育基本理论和模式做了全面论述，开辟了专业性探讨大学跨学科活动的先河。进入20世纪80年代，跨学科研究蓬勃开展。1980年跨学科研究国际协会成立，标志着跨学科研究体制国际化的正式确立。1986年，联合国教科文组织召开首次跨学科会议，1991年召开第二次会议，题为《科学的传统：面向21世纪的交叉学科展望》，对未来交叉学科研究做了展望。进入21世纪，交叉学科的研究日益向纵深发展，2004年，由美国国家科学院、工程院、医学院、研究理事会等四大学术权威单位组成的美国国家科学院协会经过全面系统调研，发表《促进学科交叉研究》的报告。该报告通过对交叉学科研究的定义、特征和推动力的研究，分析了美国研究生阶段交叉学科研究发展的现状，并且从制度创新的角度提出了促进[26]交叉学科研究发展的若干建议。

1956年在中科院钱学森和许国志的倡导下成立了运筹学研究组，后扩建为研究室，标志着我国交叉学科研究的起步。1985年4月我国首届交叉学科学术讨论会在北京召开，标志着我国交叉学科研究趋向成熟。1993年天津师范大学批准成立交叉学科研究所，进行交叉学科研究和交叉人才的培养。

随着众多新兴交叉学科的出现，取得了丰硕的成果，推动了科学技术的蓬勃发展。交叉学科已成为培养高层次创新人才的摇篮，它具有跨学科性、综合性、动态性、互补性、实用性和群体性的特性。交叉学科的实践、研究，能改善人的知识结构、思维方式，培养创新意识、思维和能力。当前形势下创新型人才培养和多学科交叉两者唇齿相依密不可分，探索和发展交叉学科已成为当代高校、研究机构的主流方向，而多学科交叉已成为高等教育，特别是研究生教育的发展趋势。3 运用多学科交叉模式提高自动化专业人才的创新能力

目前，我国研究生教育已步入了规模和质量同步发展的新时期。研究生所具有的创新精神和创新能力是检验研究生的培养质量的重要标准。因此，研究生培养质量的灵魂是创新，离开了创新，就谈不上高质量的研究生教育。高质量的研究生应当有能力站在知识创新、技术创新及思想创新、文化创新、观念创新的前沿，为社会的进步发挥更为重要的作用。3.1 多学科交叉培养模式的优势《中国学位与研究生教育发展纲要（2006—2020）》提出“以人为本，创新机制，优化结构，提高质量，适应需求，引领未来”的研究生教育发展方针。国内外高校的实践经验表明，研究生的学科交叉教育不是对原有学科管理体制的简单修正或补充，而是一种全面而系统的整体性变革，是一种全新的教育理念。（1）有利于提高研究生的综合素质与创造性思维

实行交叉培养，可以将专业教育的专门化和综合化有机统一起来，使学生在学到多学科专业知识的同时，培养本专业、相关专业以及多专业的业务素质和技能，形成知识、素质、技能优化的有机构成，从而提高综合适应能力和创新能力。如当前控制领域中的一个研究热点——网络控制系统，就是一个涉及电子、通信网络、计算机以及控制理论等多方面的综合体。进行网络控制系统的研究要求我们不能仅从控制论或信息论的理论出发，还应具备其他相关学科的知识、理[27]论与方法，具有较高的综合素质。此外，多学科知识的交叉与融合还有助于克服传统的学科边界和专业限制所导致的研究生思维方式的僵化。（2）有利于加深研究生对本学科知识的理解“在其他条件相同的情况下，我们知识的宝藏越丰富，产生重要设想的可能性越大。此外，如果具有有关学科或者甚至远缘学科的广博学识，那么独创的见解就更可能产生”。要发现事物间的联系，首先就要了解这些事物。凭空想象无法创新，多学科知识背景是获得创新成果的基础，创新需要不同学科间的相互渗透，产生创新思维的火花，然后不断放大和升华直至达到目标。研究生通过对相关学科的涉猎与研究，可以完善其知识结构，加深对本专业产生、发展与完善的理解，全面掌握相关学科动态，有助于从新的视角和层面上去观察、分析与课题目标相关的知识和信息线索，能让学生将知识和技能融会贯通、交叉应用，从而推动本学科的向前发展。（3）有利于培养研究生的科研创新方法

研究方法在科学研究中的至关重要，没有正确的研究方法，不仅无助于问题的解决，还会使研究工作遭受损失。随着科学技术向纵深发展，不同学科的问题可能存在隐性的关联，单纯运用传统的研究方法往往具有一定的局限性，难以实现对相关问题的解决，这就需要我们必须开拓思路，反思本学科研究中的不足、从其他学科领域中寻找新的解决方法。从事多学科交叉研究，可以使我们在学习相关学科知识的过程中掌握其研究方法，进而改进或完善本学科的传统研究方法，或发现新的更行之有效的方法，这不仅是通向创新的桥梁，还会导致新的研究方法的出现。（4）有利于改造、更新学科专业，搞好学科建设

构建跨学科交叉培养人才的模式是研究生教育学科建设中，拓宽专业口径，丰富专业内涵，增强专业适应性的有效措施。因为培养知识、能力复合型新型人才，必须确定新的培养目标，制定新的教学计划。其中，不同学科的课程，不是简单拼凑的切块，而是相互联系、相互衔接地集于一体，甚至要求不同学科的知识有机地集于一课，这就为改造和更新老学科、老专业提出了挑战和机遇。这样，必然要求专业课程体系和结构在综合化方面进行重组，其结果，必然出现许多新的学科体系结合面和内容生长点，从而将大大促进各学科专业的建设。3.2 多学科交叉模式培养交叉学科研究生的途径（1）重视多学科交叉的教学

发达国家的高等学校和科研机构的研究生教育十分重视多学科交叉的教学工作。美国在硕士、博士阶段都强调主修、副修的结合，文、理、应用学科的渗透，他们通过建立跨学科的课题组、实验室、研究中心、跨系委员会等来协调跨学科的科研工作和促进交叉学科的发展，并以此来促进交叉学科人才的培养工作。例如，在“工程研究中心”，各学科、各专业的大学教授、科研人员聚集在一起，一方面共同开展研究工作另一方面又共同指导研究生，使各种跨学科的人才能脱颖而出。为了鼓励更多学生进入跨学科研究领域，麻省理工学院往往在独立活动日或者通过开展一些拓展项目，向学生讲解某一跨学科领域的基础知识及其未来发展前景，培养学生对跨学科研究的兴趣，并向有[28]志于此的学生提供优厚的奖学金。日本筑波大学不设科系，而以学科群、学科类来划分课程，其目的都是为了实现学科交叉。同时开设大量的选修课供学生选择。还通过定期举行的研讨班、外聘专家讲学以及参加国内外学术会议等大量学术活动，开阔学生视野、活跃学生

[29]思维。（2）重视交叉学科课程体系的建设

交叉学科的课程体系是进行交叉学科课程教学的基础，这一课程体系应该包括主修专业的基础必修课（含不同学科的课程）、主修专业的必修课或选修课（含跨学科综合性课程）、不与主修专业或必修[30]课有关的选修课，使学生具备合理的知识结构，具备广博的知识。一个人具备了广博的知识才能从整体上把握知识间的纵横联系，充分发挥知识间的相互启发、相互促进的作用。广博的知识对想象的丰富性也有很大影响，知识贫乏的人，不可能在广阔的领域中思考问题，也就不可能在几个方面、几个领域进行创造性活动。而通过各类跨学科课程的建设，使研究生能掌握更多的跨学科知识，为从事跨学科研究打下良好的基础。

美国十分重视各类交叉学科课程的建设，已成为研究生课程的一个明显而重要的共同变革。例如，麻省理工学院在20世纪70年代就开设了海洋工程学、环境工程学、地震工程学、生物物理化学、生物海洋学等跨学科课程。到了20世纪80年代，又增加了生物医学工程、认识科学、矿源工程和管理和城市研究工程等新的交叉学科课程[31]。澳大利亚专门为研究生开设的课程有研究生学位课程、研究生文凭课程和研究生证书课程，其中研究生文凭课程主要是为有学士学位，在读硕士时想转换专业的学生而设置，该课程在澳大利亚各个大[32]学之间相互认可，为研究生开展交叉学科研究提供了有力的支持。（3）开展跨学科合作研究和学术交流

科学研究是现代研究生培养中的重要组成部分，也是社会创新的[33]重要源泉。在国内外，研究生是科研的重要力量。而引导研究生从事交叉学科领域的涉猎与研究，对研究生成长为成熟的研究主体和培养研究生的创新能力具有重大意义。首先，跨学科的学术活动可以促进研究生间甚至师生间的科研交流，活跃学术氛围，造成不同学科间思想的强烈碰撞，从而产生互补效应，进发创新思维。其次，研究生通过参加跨学科的学术交流活动，可以了解到不同研究领域的前沿问题、研究方法及发展趋势，也能引发研究生的想象力。爱因斯坦曾说：“想象力更重要，因为知识是有限的，而想象力概括这世界上的一切，并且是一切知识的源泉。”。最后，研究生与国内外同行或者跨学科的专家学者接触交流，可以开阔自己的眼界，激发创新灵感，强化从事科学研究的兴趣，也使研究生能够真正把握住学科前沿，补偿知识的缺陷，避免局限性，在交叉学科领域做出原创性工作。

国外大学为了培养交叉学科的人才，组织多学科教师指导研究生进行课题研究。在不同学科专家、教授的集体指导下进行跨学科的科学研究，有利于扩展研究生的视野。美国研究生教育没有统一的专业目录，但他们十分重视和鼓励不同学科的交叉与合作，学科的设置相对灵活。导师根据研究需要，确定学生的研究领域，对学生的培养往往是跨学科的，与其他学院、其他系教授合作培养。学生也可以选择其他学院的教授共同指导。如理学院物理系学生选择化学化工学院的导师，从事物理化学研究，该生仍注册在物理系，最后取得物理学博士。这种灵活的跨学院、跨学科的导师与学生互选制度，不仅有利于培养复合型高层次人才，而且沟通了不同学院之间的联系，对于促进学科的交叉收效明显。德国研究生院本身就是跨学科研究中心，它完全不同于我国和美国、日本的研究生院，是由一定数量教授与研究生组成的有明确科研方向和课题的研究实体。（4）建立培养交叉学科人才的机构

在科技迅猛发展与激烈竞争的今天，国内外大学为提高自身的核心竞争力，都非常重视开展跨学科研究。但是，当前大学中跨学科研究面临两个基本问题：一是缺乏专门稳定的组织系统支撑，二是需要[34]更大容量的制度系统。

为了加强跨学科研究生的培养，发达国家十分重视建立各种适于培养交叉学科人才的机构，并以此作为培养交叉学科研究生的基地[35]。国外很多著名大学都有交叉学科研究中心，其目的都是为了更好[36]地实现学科交叉，开辟新的研究领域和攀登新的科技高峰。例如，美国加州大学为开展跨学科研究建立了正式的组织系统——组织化的研究部门（Organized Research Units，简称ORUs），主要包括研究所、实验室、研究中心以及研究站等，由教师、专职研究者、博士后与科学家组成。美国康奈尔大学的生物工程研究院和纽约州高技术中心也属于类似组织，该研究中心有康奈尔大学内几个学院的名教授、多名教学人员和多名研究生工作。目的是鼓励不同领域的教授从事生物工程的研究工作，研究内容从农业、兽医到细胞、基因工程，从应用研究到基础研究均有。麻省理工学院专门成立了“科学、技术与社会规划”学院，有组织、有计划地在自然科学、技术科学与人文科学、社会科学相互交叉的学科领域进行交叉学科教育。4 多学科交叉培养模式实施方法探讨

学科之间的交叉与综合日益增多，许多重要成果产生在传统学科的交叉边缘处，跨学科设置专业有利于研究生奠定宽厚的基础，熟悉相邻的学科领域，形成合理的知识和能力结构，培养研究生的科学整体意识和从多学科角度分析和解决问题的能力，从而有利于提高研究生的创新能力。具体的多学科交叉培养思路可包括：（1）建立跨学科招生机制

自动化专业研究生应该招收具有数学、机械、电子信息、光电、航空宇航以及生物等背景的学生，使数学、物理、计算机、生物、光学、电子信息等学科的理论、技术和方法进行交叉融合，从而改善研究生知识结构和思维方法，提高研究生的科研素养及创造性。（2）多学科指导老师配备机制

研究生指导小组由多学科或多领域的专家组成。这种做法，既提倡了不同学科或领域的教师进行学术交流和思想火花的碰撞，又能促进教师间的合作，使不同专家的经验、智慧和才华作用于培养研究生的创造性目标，对培养研究生的创造性起到良好的作用。（3）加强国际学术交流和科研合作

为培养和提高研究生学位论文的先进性和前沿性，与国际前沿课题组开展合作研究，共同指导研究生的研究工作，共同合作发表成果。选派研究生出国联合培养、攻读学位或短期交流，让研究生接触国际学术界最前沿的研究动态、研究方法，学习交叉学科的理论、技术和方法，及时转移到课题研究之中，促进研究生创造性的提高。（4）组织不同专业背景学生之间的学术交流

定期组织不同专业背景的学生进行学术报告和学术讨论，促进研究生间和师生间的交流，活跃学术思想，形成思路碰撞，以提高创新性。注释[22]闫宏秀，杜奎松，赵克.诺贝尔经济学奖与学科交叉问题探讨.[23]张春美,郝凤霞,闫宏秀.学科交叉研究的神韵——百年诺贝尔自然科学奖探析[J].科学技术与辩证法，2001, 18(6):63-67.[24]维纳.控制论[M].郝季仁译.北京：科学出版社，1963.[25]Martin Davies and Marcia Devlin. Interdisciplinary higher education:Implications for teaching and learning.(http://www.cshe.unimelb.edu.au/)[26]卢建飞,吴太山,吴书光,尹承梅.基于交叉学科的研究生创新人才培养研究[J].中国高教研究, 2006(1):46-48.[27]吴秋峰.对网络与控制学科交叉发展的一些认识[J].工业控制计算机，2001，14(9):28-30.[28]熊华军. MIT跨学科博士生的培养及其启示[J].比较教育研究，2006(4)：46-49.[29]柳艳鸿.美日研究生教育和科研比较[J].日本问题研究, 2002(3).[30]程仕平，徐慧，李丽琴.交叉学科：培养研究生创新性的摇篮[J].中国高等教育，2005(15):58-59.[31]MIT Bulletin：Interdepartmental Study and Research. (http://web.mit.edu/catalogue/ch6.html)[32]刘兆磊.澳大利亚研究生培养及启示[J].高等农业教育,2005,9:82-83[33]胡之德.浅议交叉学科方式培养研究生的创新性[J].学位与研究生教育，2001(1).[34]丁学芳.跨学科研究生培养机制的构建[J].理工高教研究,2009,28(6):88-89.[35]吴世明.重视博士生交叉学科知识的培养[J].中国高等教育，2001(17):19-20.[36]何刚，陈孝杨.对交叉学科研究生培养的思考[J].学位与研究生教育，2005(12):20-23.

电子信息创新型工程应用技术，人才培养模式改革与实践

电子信息产业属朝阳产业，是我国规模最大、发展速度最快、增长潜力最大的产业，更是我国国民经济的支柱产业，“九五”以来一直保持30%以上的年增长率，在国民经济中占有举足轻重的地位，为适应电子信息产业高速发展的需要，面对21世纪高等教育大众化发展的挑战与机遇，我们以电气信息与电子信息类本科专业作为主要研究、教改与实践的对象，展开“电气信息与电子信息类应用型人才培养体系的创新与实践”探索，以电子信息大专业平台建设为基础，构建面向行业经济和区域经济需求、强化工程实践能力培养的应用型人才培养体系，使之更好地适应面向生产一线输送高素质应用型工程技术人才的培养目标。针对电气信息与电子信息类专业为解决如何培养具有专业工程师素质的应用型人才问题，构建了“一条主线、两个面向、三项原则、四个突出”的应用型人才培养模式。一条主线指坚持“以基本素质和工程能力培养”为主线。两个面向是指“面向行业电气信息领域市场、面向区域经济建设”需求，服务于区域经济建设和社会发展需要。三项原则指坚持“应用、实践、优化”的原则，努力办出应用型特色。四个突出是指：突出工程能力本位的教育思想；突出“理论与实践并重”的教学过程；突出“产、学、研”结合的育人特色；突出创业和创新人才素质与能力培养。2 制订注重行业特色的电子信息大专业应用型人才培养方案

通过“平台+方向”、“3+1”的人才培养模式和实施“卓越工程师培养计划”，实现校企深度融合。引导学生学以致用，在“学与用”的实践中提升综合运用所学知识发现和解决生产科研实际问题的能力，培养适应地方电子信息产业高速发展所需的高素质人才。

通过优化课程设置，以工程理论和工程实践教育为课程体系核心，重新整合知识体系结构，形成注重行业特色的电气信息与电子信息类专业人才培养方案。为此构建按照基础、专业和应用三个层次，由公共基础、学科基础、专业方向、技术前沿课程和工程实践五大模块组成的课程体系。其中，学科基础、专业方向、技术前沿三大课程模块形成专业教学平台；技术前沿课主要由面向本专业方向、体现学科交叉的特色课和反映技术前沿的系列选修课组成。专业平台课程均设有实验课或课程设计，为培养学生的工程能力提供支撑。实现应用型人才培养方案的关键是课程建设。在“优化基础和专业口径，强能力、重实践”的课程建设原则下，各专业培育、建设适应现代科技发展、培养应用型人才需要的优秀课程群。建设内容包含课程内容、教学条件、过程、方法、手段、教材及师资队伍等，并分为系级精品课程（群）、院校级精品课程（群）、院校级示范精品课程（群）三个层次，对课程体系采取理论与实践互动的方式进行优化与群化建设。3 实施以工程能力训练为特色的实践教学

为培养适应行业和区域经济需求的应用型人才，从“工程性”的角度制订人才培养方案，并将其集中体现在实践教学体系与模式上。为加强学生工程技术能力，实践教学除了每门课的实验教学以外，通过建设“具有行业背景的电子信息大专业教学实践教学平台”，一年的深入企业实践教学内容，强化工程能力培养。以工程能力训练为特色的实践教学模式的特点，主要体现在以下几个方面：3.1 实践教学体系的架构

针对工程师素质和能力结构的要求，将实践教学体系划为基础、专业、应用三个层次，分成实验、课程设计、毕业设计、工程项目训练和科技创新研发等五个模块。其中，实验、课程设计、毕业设计三大模块实现基础工程能力培养；通过增加综合性、设计性题目、开放性实验、工程项目训练和科技创新活动，形成行业工程能力的鲜明特色。3.2 实践教学的实施方式

实践教学按“分层培养，层层递进，逐步提高”的方式进行。基础层包括实习、实验课，主要在第一、二学年实施，培养学生应具有的专业基本技能；专业层通过各专业课的课程设计、生产实习等，主要在第二、三学年进行，培养学生的单项技能；应用层主要通过工程项目训练、毕业设计、科技创新活动，以及到企业顶岗训练等，在第三、四学年完成。3.3 实践教学的支撑条件

构建“基础实验教学平台、专业实验教学平台、工程训练教学基地”三个层次的实践教学平台形成硬件支撑。其中，基础教学、工程与实验训练中心，集中教学设施，资源共享，实现工程与实验训练功能；专业实验教学平台由专业实验室架构；工程项目训练教学基地主要由校企工程项目训练教学基地、专业科技创新基地等形成。4 充分利用社会资源，校、企、政共建实习实训平台和实习基地

培养高级专门工程应用人才必须有良好的硬件设施和条件，也是形成应用型特色的物质基础。积极探索中央财政和地方共建项目支持，校企合作等方式共建实习实训基地，推动电子信息大专业实践平台建设，建设内容主要有：

2010年获中央财政支持地方高校建设专项资金100万，用于建设电子信息大专业实验教学平台的物联网实验室。

2011年：与成都汽车产业研究院、成都天兴仪表公司等共建汽车电子技术创新中心，投入260万元。

2012年：与天兴仪表公司、四川东汽自动化工程公司共建实习实训基地，共同开展卓越工程师人才培养。投资450万元建设网络与通信实验室。5 依托学科竞赛和学生课外科创活动提高学生工程实践能力

培养学科竞赛和各种课外科创活动具有较强的创新性和实践性，是培养学生工程实践能力的有效途径。学院非常重视组织和开展各种学科竞赛和科创活动，积极组织学生参加全国飞思卡尔汽车智能大赛、全国及省、市电子大赛、全国计算机仿真大赛、各类科创杯大赛等，并累创佳绩。学院专门建立了学生创新实验室和第二科创工作室，并为学生全天候的开放，通过融赛于学、赛学并重的教学思想，强化对学生进行工程实践能力的培养，使学生的工程创新能力到显著的提高。6 加强开放实验室建设，培养学生创新能力

开放式实验室是实现资源共享，以“增强学生实践能力，培养创新能力、提高教学质量”的主要场所。实行开放式实验建设是实验教学方式的创新，是为课内实验内容补充的重要手段之一。通过建立大学生创新实验室、大学生科技活动实践中心等开放式实验室，实现对已有的实验室资源的开放式使用，提高设备资源的利用率；组织和引导学生系统地开展课外实验活动，培养学生观察问题、思考问题、分析问题和解决问题的能力，特别是能够增强学生实际动手能力和创新能力，对全面提高学生的综合素质，促进实践教学的改革。大专业平台创新工作室、课外活动中心自2005年建设至今，每年吸收120名左右的优秀电类在校本科生进入创新工作室、科技活动中心学习；为学生提供了固定的工位让学生学习。工作室由专业老师进行指导，并通过学生以老带新，高年级带动低年级同学进行学习，同时高年级的同学也通过对社会接到的小项目带动低年级同学参与。在创新工作室内，学生各专业交叉，更能拓展学生的学习面和学习兴趣。至今学生创新工作室已经走出了不少优秀的毕业生，在就业中能和国家重点大学的同等专业的本科生甚至是硕士研究生进行竞争。参考文献[1]艾长胜，蔡少娌，昃向博等.构建创新教育体系提高大学生创新能力.高等教育研究，26（4）：61-62，2009.[2]姚远，董世龙，姜玲云等.电子信息工程专业实习教学改革初探.高等理科教育，15（1）：118-120，2007.

大学生创新训练通识教育课程建设的研究

创新教育是一种在新的理念下，培养学生创新意识、创新思维和创新能力的教育活动。“大学生创新训练计划”是高校开展创新教育的优质平台，对于加快高校教育教学改革步伐调动学生的主动性、积极性和创造性激发学生创新思维和创新意识具有重要意义。“大学生创新训练计划”分为三个层次：校级、北京市级和国家级。近几年，北京理工大学自动化学院共成功申报国家级创新项目45项，北京市级14项，校级134项，创新实践已经在自动学院蔚然成风，走进实验室、走进研究所已经成为很多大学生的生活学习习惯。2 目前存在的问题“大学生创新训练计划”实施了6年，对于促进学生的实践能力、创新能力等全面提升有着积极的推动作用，然而大学生们在创新项目实施过程中，遇到很多困难：如何拟定题目、如何实施调研、如何检索参考文献、如何解决某些交叉学科的问题、如何申请专利等等。无论是技术层面的问题还是管理层面的问题，如果解决不好，很有可能会使项目不能顺利实施。

为此，我们在全校范围内开设了大学生创新设计基础通识教育选修课，解决大学生在实施创新项目中遇到的问题，引导由“兴趣驱动”激发创新热情到培养学生严谨的工作作风和科学精神，从而提高大学生创新实践能力。3 课程建设理念“通识教育”（general education，也有学者将其译为“普通教育”）思想发源于欧美，在美国大学界得以成熟发展，现已成为全球许多著名大学办学的理念和指导思想。“大学生创新设计基础”通识教育选修课，不是单纯以传授知识和技能为目的，而是向学生传递一种科学精神和人文素养，让学生通过基础理论和知识的训练，培养逻辑推理、思维论证能力，使学生能在今后的工作实践中具备解决错综复杂问题的能力。

通识教育为创新型人才营造了良好的创新环境。创新强调的是独树一帜，与众不同。从另一个方面讲，就是强调人的个性发展，是其独立特性的表现和张扬。通识教育的充分发展是进行创造性思维的基础，独特的个性是创新型人才的特征。在教育过程中让学生的个性得到充分的发展，才不会泯灭了学生的创新意识、创新精神，才能充分挖掘学生的创新潜能。4 课程内容和结构安排“大学生创新设计基础”通识教育选修课分为（Ⅰ）、（Ⅱ）两个阶段，（Ⅰ）课程设置在每个学年的下半年，即学生的第三学期，（Ⅱ）课程设置在每个学年的上半年，即学生的第四学期。“大学生创新设计基础”通识教育选修课将围绕校级大学生创新项目实施过程中遇到的各种问题展开，课程的任务是在学生学习掌握了必要的基础课程后，综合运用所学知识，学习与控制系统设计相关的基础理论和方法，包括文献检索和资料整理，系统的整体搭建、设计、调试、测试等基础知识、项目申报、知识产权保护等等方面的知识。“大学生创新设计基础”通识教育选修课制定了大学生创新实践项目各个阶段目标如表1所示。表1　大学生创新实践项目各个阶段目标表

通识教育正是强调因材施教，提供了多种多样的教学方式、多种学科的知识和丰富多彩的课外活动。营造出浓厚的文学氛围，满足学生各种需求并激发了学生多方面的兴趣，使学生可以各显其能，自由的发展。让学生的个性发展有高度自由的时间和空间。因此，我们制定了大学生创新实践教学方法和培养策略方案，如表2所示。表2　大学生创新实践教学方法及培养策略方案5 结束语

经过这几年的不断研究与探索，创新设计通识教育选修课将科技活动和工程实践教学的紧密结合，使得大学生在各类创新大赛中屡屡夺魁，形成了良好的创新学术风气，由于该课程的开设，更加激发了学生的学习热情，使大学在创新实践中有了科学化、系统性的学习，保证了项目高质量完成，达到了培养大学生创新实践能力的目标。

通过课程学习，学生在创新能力、团队建设能力、对外交流能力等方面都有很大提升，在各类学科竞赛中屡获大奖，2次获得“全国大学生创新项目最受欢迎十佳作品”和“大学生创新项目优秀论文”。

我们还将继续研究与探索课程建设，为培养大学生的创新实践能力不断努力。参考文献[1]汤佳乐，程放.素质教育模式下大学生实践能力与创新能力培养.实验室研究与探索，2013，32（1）：88-89.[2]张继河,张帆.高校培养本科生实践创新能力的研究——基于实践教学路径角度.中国高校科技，2011（12）：70-71.[3]徐晓红，张红，刘斌.探索实践教学体系促进创新人才培养.实验室研究与探索，2011（10）：235-237.[4]吉爱国.综合性实验教学模式的探讨与实践.实验室研究与探索，2007，26（4）：101-104.[5]虞世鸣，杨彦.实验室研究与探索，2012，31（7）：98-101.

自动化专业“产学研用”四位一体创新人才培养模式的研究与实践

高校自动化专业创新型人才的培养离不开“产学研用”四个环节，“产学研用”是一种合作系统工程，是充分利用学校与企业、科研单位等多种不同教学环境和教学资源以及在人才培养方面的各自优势，把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产、科研实践有机结合的教育形式。

我国自动化技术的发展水平与高校自动化专业创新型人才的培养具有重要的关系。创新型人才的培养是实现我国自动化相关产业振兴的前提和保证，同时，对于自动化专业创新型人才的培养不仅能够达到对学生的创新思维及能力进行培养提高的目的，还能为国家输送一批优秀的自动化专业人才；大学生科技创新也关系到创新型国家建设，鼓励大学生科技创新，有利于在全社会营造科技创新的氛围，增强企业的自主创新能力和国际竞争力，加快创新型社会的建设，加快转变经济发展方式。当前，我国改革开放已进入关键时期，探索适应当前经济发展需要的“产学研用”合作模式，推进高校科技创新与提升我国产业竞争力这一重大需求的有效对接，成为摆在高校，尤其是[37]应用型大学面前的紧迫任务。1 自动化专业“产学研用”国内外研究现状

研究的核心概念是“产学研用”，可以激发学生学习的兴趣，学生由原来的“枯燥被动的学习”转变为“积极主动的学习”，大大提高学生的学习效率。适用于我国高校院校的自动化专业，其他相关专业如电气自动化、电子信息工程等专业也可参照适用。受益面包括自动化专业所有学生，尤其是有创新意识和主动参与的自动化专业学生，参与指导的教师也会得到教学手段、教学方法和科研能力的全面提升。

产学研用结合具有悠久的历史渊源，威廉·冯洪堡于1810年提出“学术自由和教学与科研统一”的思想，并创办了柏林大学，美国于1887年出台《赫奇法案》，规定政府为大学农业实验基地提供资金，大学必须参与农业科研，这标志着产学研用合作的萌芽。1912年，美国经济学家熊彼特在《经济发展理论》一书中将产学研合作与创新过程联系在一起。各国将加强产学研结合作为科技创新的共同选择，纷纷提出了创新战略，通过构建产学研合作伙伴关系来提高创新绩效。2008年以来，美国相继颁布了以《美国创新战略》为代表的一系列“产学研用”创新政策，希望以创造新的清洁能源为制高点，继续成为21世纪引领世界经济发展的国家；同时，进一步加大力度支持干细胞、航空航天、宽带网络的技术开发和产业化等。英国在2009年颁布了《建设英国的未来》和《英国低碳转换计划》，提出要着手建设“产学研用”的创新人才培养政策，并且正式启动向低碳经济转型。日本则出台了《面向光辉日本的新成长战略》其中也提到了创新人才培养政策。短短三年内，全球范围主要发达国家围绕“产学研用”创新人才培养和新兴产业发展，这样密集的提出新战略和新政策，是前所未有的。

我国一直在进行产学研用合作的探索。1985年《中共中央关于教育体制改革的决定》中提出“要建立教学、科研、生产联合体”。1992年4月中国科学院组织实施了“产学研用联合开发工程”，开始由政府主导实施产学研用合作工程，1993年出台的《中国教育改革和发展纲要》指出“高等教育要加强实践环节的教学与训练，发展同社会实际工作部门的合作培养，促进教学、科研、生产三结合”。高等院校和企业在国家政策的引导和推动下逐步开始了产学研用合作的探索和实践，初步形成了具有一定特色的产学研用合作模式，发挥了重要作用。新时期经济全球化和教育国际化的发展趋势日趋明显，对产学研用的结合提出了新的更高的要求，新近出台的《国家中长期教育改革和发展规划纲要》以及全国教育工作大会从人才培养、科学研究、服务社会等方面提出要“创立高校与科研院所、行业、企业联合培养人才的新机制”；要推行产学研用联合培养研究生的“双导师制”，要推进“产学研用结合，加快科技成果转化”。

建立产学研用战略联盟充分发挥高校作为原创性科技和理论发源地的重要作用，建立协同创新体和产学研用战略联盟，形成多元、开放、动态的组织运行模式。有效整合产业技术创新资源，提高产学研用结合组织化程度，引导企业加强基础研究和技术集成创新，联合开展重大产业前沿技术、共性技术、核心技术的攻关，取得重大科学领域的技术突破，解决科技成果转化的实际问题，聚集和培养富有创新与实践能力的优秀拔尖人才，使高校、科研院所、企业重点参与的产学研用战略联盟逐步成为产业共性技术的研发基地、区域创新发展的[38]引领阵地，实现教育、科技、经济的有机衔接与共同发展。

由于高校自动化专业具有时代性、实践性、系统性、交叉性等重要特征，同时又面临着各专业间渗透竞争的巨大挑战，因此根据自动化专业培养目标及特点，从人才培养模式实施改革，着重培养学生工程意识、理论联系实际能力和创新能力，促进学生就业。2 研究内容与创新

研究的主要目标是培养能够适应经济社会发展需求的自动化专业创新型人才，因此，注重自动化专业学生的基础知识培养和科技创新能力培养，并使其在校内实训、企业实习和参与产品研发中锻炼自己，增强自身创新实践的能力，才能使得学生更好的适应经济社会发展的脚步，对我国高等教育人才培养的创新与实践具有极为深远的意义和作用。

针对自动化专业宽口径，应用面广的特点，对学生进行学校和企业两种模式，多种途径的创新能力和创新精神的培养，主要研究内容如下：（1）国内外自动化专业“产学研用”四位一体创新型人才培养模式现状研究，总结经验、存在的问题及启示，制定适合我国自动化专业学生的创新能力培养模式和策略。（2）研究自动化创新人才“学习”能力的培养，探索自动化专业学生本科一、二年级学习和实践基本能力的培养模式和方法。（3）研究自动化创新人才“研发”能力的培养，探索采用“项目驱动”模式，在自动化专业本科二、三年级开展以项目为导向的创新人才培养模式。（4）研究自动化创新人才“产业化”和“应用”能力的培养，探索“产学研”合作模式下自动化专业本科三、四年级学生在企业实习、实训和参与产品研发的创新人才培养模式。

研究突出解决学生“自主”学习意识的提高和学生的科技创新能力提升的问题，在校期间，培养学生参与科学研究、参加科技竞赛，采用“项目驱动”的模式，增强学生自主学习的兴趣，建立创新人才选拔和申请机制，委派成绩合格的同学在企业实习、实训和参与产品研发，以点带面，从而带动整个学院乃至整个学校的科技创新氛围的提升，进而实现学生的科技创新能力和稳定就业双丰收。同时，提出自动化专业“产学研用”四位一体创新型人才培养模式，为更多的院校学习提供借鉴。

研究采取校内外双重培养模式，校内注重培养“自主”学习和实践能力，分阶段和分层次进行专业实训、科技创新和科研能力的培养，企业实践中以“新产品”开发为导向，培养学生研发能力和实践中的自主创新能力，以实现自动化专业“产学研用”四位一体的创新型人才培养模式。3 遇到的矛盾和问题

原有的培养模式缺乏创新性，尤其人才培养方案、教学计划等方面都存在着一些不足，产生矛盾的根源在于传统的自动化专业人才培养模式与企业的真实需求脱节。原有的自动化人才培养模式将企业置于教学系统之外，既不利于高校有效获取产业界需求以改良自动化专业，也不利于大学吸收企业资源以提升其办学水平和服务社会之能力[39]。

自动化专业“产学研用”四位一体创新人才培养模式是可以充分发挥高校中学生的创新思维，加强学生的科技创新意识，提高科技成果转化率，充分发挥“用”的引导作用。这样可以达到产业化、理论学习、科学研究和实践应用的完美结合的四位一体机制，期间遇到的主要问题有：（1）不能有效地提升学生学习和实践的兴趣，自动化专业学生生源分为一表、二表B和三表，学生起点有些差距，而又不能有效地激发学生学习兴趣，导致学生专业知识水平差距越来越大，为后期培养制造了很多困难。（2）不能适应自动化专业人才培养的需要，自动化专业具有实践性、时代性、系统性和交叉性的特征决定了培养的学生需要知识面广、口径宽、实践能力强。原先的培养模式侧重培养学生对自动化学科知识的理解,不能适应自动化学科人才培养的需要。（3）不能适应自动化专业实践教学的需要，自动化专业内课程实践教学和教学实验室条件有限，学生实践机会和接触面窄。原有的人才培养模式不能满足日益增加的研究型、创新型、综合型教学实验的需求，严重影响了对学生实践能力和创新能力的培养。（4）不能适应自动化专业发展的需要，自动化学专业,需要与更多的学科交叉和融合，尤其离不开计算机科学、数学及自动化对象的相关知识。原先的人才培[40]养模式，不能很好地体现自动化学专业“系统性”和“交叉性”的学科特点。4 研究方法和具体措施

研究的方法：是一个以自动化专业的创新能力培养为研究领域。研究将本着理论联系实际的基本原则，定性分析和定量分析相结合的研究方法，特别要注意研究的实践性和实用性，使研究能够真正应用于具体实践中去，并且在实践中检验理论和方法的正确性，探索出适合我国高校自动化专业的“产学研用”四位一体的发展模式，探索适应我国经济社会发展需要的新的产学研用合作模式。（1）根据研究内容，通过研究国内外相关文献，形成研究的总体大纲和框架，作为本课题指导性文件；（2）通过互联网及时了解国内外最新的研究现状与进展情况，逐步丰富和完善研究内容；（3）对获得的文献资料进行综述，抓住其中的关键问题，突出重点研究；（4）采用校内实训与校外实践相结合原则，通过对本专业的学生进行试点培养研究，总结经验教训；（5）采取系统论、控制论、运筹学等研究方法，构建自动化专业“产学研用”四位一体创新型人才培养模式。

研究具体措施有：（1）以“自主”学习为主的基础实践和动手能力培养。在自动化专业本科一、二年级加强理论知识的学习，打好理论基础，提升和强化课内实践活动，培养学生的学习兴趣；组建若干本专业指导导师团队，通过“电子设计大赛”等形式，着重加强对学生动手能力的培养。（2）采用“项目驱动”模式，培养研发能力。在自动化专业本科三、四年级，以导师实际研发项目为基础，建立以科研项目为导向的创新人才培养模式，让学生从参与实际项目中培养研发、创新能力和提升学习的兴趣。（3）与企业合作，培养以“新产品”开发为目标的创新能力。产和用是将研发和创新研究成果用于企业的产业化生产中，因此，在自动化专业本科四年级毕业设计环节，积极与大型企业、自动化研究所进行沟通协作，如一汽、华为、江森自控、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司等企业，建立企业与学校互赢互惠的联合培养模式。通过加强产学研基地建设，培养学生在实践中的创新能力。通过在企业中实践，与企业的生产和研发直接相联系，让学生的自主创新能力直接应用于企业的生产和研发工作，使学生所学真正用于企业生产的产品创新和升级。

在产学研用合作教育实践中，我校依托国家重点实验室培育基地等高水平科研平台和校外产学研用联合体，积极探索、实践社会主义市场经济条件下自动化专业“产学研用”四位一体创新型人才培养模式，大力开展产学研用合作教育，引导、鼓励学生积极参加横向科研项目研究和各种社会服务工作，学生创新、实践能力稳步提升。今后，我校将认真学习和贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》（征求意见稿）精神，深化产学研用合作，促进人才培养模式改革，[41]努力为行业和地方经济社会发展及人才培养作出更大的贡献。5 结束语“产学研用”作为一种新型的社会创新机制，也是一个非常复杂的科技经济过程，涉及信息、人才、市场、技术成果等因素。“产学研用”是技术创新的理论基础，其正外部性是指合作不仅会给合作各方带来益处，而且也会给他人和社会环境都带来有利的外溢效应。

本文具有很强的应用前景，可形成自动化专业“产学研用”四位一体的创新型人才培养模式，可以充分发挥高校中学生的创新思维，加强学生的科技创新意识，提高科技成果转化率，充分发挥“用”的引导作用。这样可以达到产业化、理论学习、科学研究和实践应用的完美结合的四位一体机制。

注重自动化专业学生的基础知识培养和科技创新能力培养，并使其在校内实训、企业实习和参与产品研发中锻炼自己，增强自身创新实践的能力，才能使得学生更好的适应经济社会发展的脚步，对我国高等教育人才培养的创新与实践具有极为深远的意义和作用。注释[37]胡黄卿，唐文评，何倩.高校“产学研”结合的思索[J].实验室研究与探索，2011，30（3）：158-162[38]何海燕.探索高校协同创新科研组织模式推动产学研用结合深入发展[J].中国科技产业，2012，（3）：85-87[39]黄杰，刘琴，高珍，唐剑锋，冯巾松.卓越软件工程人才产学研用培养新模式的探索与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（1）：70-73[40]萧德云等.创建研究型自动化教学体系，培养创新型专业拔尖人才[J].电气电子教学学报，2009，（9）：91-97[41]邹友峰，孟战福，赵观石.推进产学研用合作，提高人才培养质量和科技创新能力[J].中国大学教学，2010，（5）：34-36

第2部分 自动化专业卓越工程师教育培养计划

基于自动化学科领域范畴的自动化专业，卓越工程师课程体系构建

自教育部联合有关部委和行业协会共同组织实施“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）以来，许多高校都积极响应，根据自己学校的情况，制定相应的培养计划。由于“卓越计划”是一个新鲜事物，究竟怎样做才能达到培养要求，这是目前大家积极探索的问题。

就目前情况来看，我国大部分高校的课程体系还仍然延用几十年前的老体系，这个体系的缺点是把各门课程内容划分得太细，授课学时较多。这样可能导致的问题是课与课的内容重复，教师之间互不通气，各讲各的，由于授课学时多，教师把内容讲得很细，“满堂灌”的讲课方式还很严重，不能发挥学生的主观能动性，缺少动手实践机会。自动化专业是一个典型的工程专业，自动化学科来源于工程实际，它的应用也应该面向工程实际。为了适应“卓越计划”的需要，必须打破传统的教学模式和课程体系，并且，要建造一支适合新型教学模式和体系的教师队伍。本文就我校的“卓越计划”课程体系进行探讨。[1]2 自动化学科领域范畴

纵观自动化学科的发展历程，不难看出，自动化的概念起源于最早的自动控制，而自动控制的起源可以追溯到公元前。但是，到了20世纪40年代，才有了控制论，以后才逐渐形成了自动化学科。20世纪初叶的Lyapunov稳定理论、PID控制律概念、反馈放大器、Nyquist与Bode图等是控制论的理论基础。大家公认的是，在1948年麻省理工学院维纳（N. Wiener）教授发表了《控制论》著作之后，标志着控制理论的形成。但是，经过60多年的发展，自动控制的内容已发生了翻天覆地的变化。特别是与其他学科的结合及控制学科本身的分化，标志着自动化学科的科学技术已向纵深及横向综合发展。自动控制理论已经不再是自动化学科领域唯一的最重要的内容，特别是计算机的普遍应用，有些早期的控制系统的分析方法（诸如：根轨迹、Nyquist曲线、Bode图）已不适用，控制设备也发生了巨大的变化，使得自动化学科领域的内容在不断更新和扩大，检测与控制理论、控制装置研发与生产、信息管理、计算机网络、系统集成等都已成为自动化学科领域范畴中的主要内容。2.1 检测与控制理论

由于自动化的概念起源于最早的自动控制，所以，自动化领域的首要研究内容就是自动控制理论。而一个控制系统总是由传感器、控制器、执行器和被控对象组成，因此，对自动控制理论的研究就是对控制系统各组成部分的研究。过程检测是实现生产过程自动化、改善工作环境、提高劳动生产率的一个必不可缺的重要环节。实施任何一种控制，首要问题是要准确及时地把被控参数检测出来，并变换成为调节、控制装置可识别的方式，作为过程控制装置判断生产过程的依据。正因如此，从自动化技术在工程中的应用角度讲，对检测技术与仪器研究的重要性已经超过自动控制理论。目前，在检测技术方面的主要研究内容一是检测仪表智能化；二是新型检测技术与仪器（传感器），用于恶劣环境下以及其他一些难以测量的参数检测。

控制理论是自动化学科的理论基础，在不同的时期形成了不同的方法，但总的来说控制理论跟随控制技术的发展而发展。可以说，控制理论与控制工程是密不可分的，工程上的需要，就是控制理论发展的目标。控制理论的最终成果体现在理论用于工程。自动化学科实质上是工程学科，任何自动控制理论都存在于实际工程中。

归纳起来，控制理论的研究主要集中在：线性系统理论、非线性系统理论、分布参数系统控制理论、大系统控制理论等4个方面。2.2 控制装置研发与生产

实际的控制系统，无论是传统的模拟控制系统，还是以计算机为核心的数字控制系统，都是由一些基本的自动化设备组合而成，所以物理上的自动控制系统是为了完成既定的自动控制任务，由一些基本自动化设备（部件、装置）有机组成的系统。这里的自动化设备是实物。我们所要研发和生产的设备与装置就是传感器、执行器、控制器这些实物（物理装置）。

传感器是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的装置，执行器是将控制信号变换为导致被控量按要求变化所需要的能量或物质的装置。在一个过程控制系统中，执行器一般是接受控制器发出的直流电流信号（或数字信号），并将其转换为相应的角位移或线位移量，去操纵阀门、挡板、风门等。控制器相当于控制系统的大脑，它接受控制系统的外部信息和内部信息，通过对这些信息的加工处理，得出对被控系统的控制信号，并传给执行器。物理上的控制器是由模拟电路或数字电路（计算机）实现的。

综上所述，一个实际的控制系统总是由控制算法和为实现这些算法的控制设备（装置）组成。由此也可看出，自动控制理论研究的是控制算法，控制技术研究的是控制装置与系统。2.3 信息与管理

控制仪表系统已经从模拟仪表年代过渡到数字仪表系统年代，仪表系统已经网络化，而且，控制和信息系统的数据流都必须通过数据库，因此，计算机网络与数据库技术已成为自动化学科领域的重要内容。这也正体现出，科学技术的进步，需要不同学科之间的融合。

管理信息系统MIS（Management Information System）是在20世纪80年代发展起来的。MIS采用关系型数据库，主要适合于为一个企业的运营、生产和行政管理工作服务，完成设备和维修管理、生产经营管理、财务管理、办公自动化等。它是计算机技术和自动化技术共同发展的产物。

厂级监控信息系统SIS（Supervisory Informa-tion System）以计算机网络和数据库技术为基础，一方面，将面向生产设备的DCS和面向全厂的各种自动化系统互联，建立统一的实时数据库和应用软件开发平台；另一方面，系统与MIS、ERP （企业资源规划）系统互联，架设起控制系统与管理系统之间的桥梁，实现生产实时信息与管理信息的共享。

随着计算机在设备控制层和厂级管理层的普遍应用，几乎在全厂实现了数字化，人们自然想到把工厂中各个数字信息孤岛通过网络连接在一起，形成一个完整的数字化工厂。

综上所述，信息与管理已经成为自动化学科领域不可或缺的内容。2.4 系统的集成与应用

系统的集成技术分为信息集成和设备（产品）集成。

所谓信息集成就是把分布在不同地域计算机中的数字信息通过互联网联系起来，形成具有某种机能的有机整体。互联网是信息集成的物理基础。在系统的设计、建造、运行与管理过程中，存在着大量的“自动化孤岛”，如何将这些自动化信息正确地、高效地进行共享和交换，这是改善企业技术和管理水平必须要解决的问题，即所谓的信息集成。

一个自动化系统总是由大量的硬件设备组成，这些硬件设备一般不是由一个生产厂家生产的。那么，必须有一些集成商集多家设备与产品，构成所需要自动化系统的设备。在现代社会的今天，这项工作已成为非常重要的工作。现代企业为了提高自身的市场竞争力，已不走“小而全”、“大而全”的道路。现在，面对全球经济和全球生产的新形势，充分利用全球的生产能力，组织全球企业针对某一种特定产品建立企业间的动态联盟，这些联盟的企业可能共同生产一个产品。对于集成厂商来说，他这个企业应该是“两头大、中间小”，即强大的新产品设计与开发能力和强大的市场开拓能力。“中间小”指加工制造的设备能力可以小，多数零部件可以靠协作解决。这样企业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零部件。

这种生产方式是并行生产方式，它可以充分发挥各生产厂家的优势，加快新产品开发速度，提高产品的质量和技术含量，还可以降低产品的成本。

今天，这种生产模式不仅用于生产自动化系统所需要的设备，也用于制造业生产各种产品。

显然，设备的集成就是把各企业生产的设备集成在一起，形成一个完整功能的设备，其实质就是企业间的集成。因此，我们也把设备集成称为企业集成。

综上所述，无论是信息集成还是设备集成，需要的硬件平台是计算机网络，因此，物联网与云计算就成为当前自动化领域的研究热点。[2]3 自动化专业的理论课设置

可以把控制理论的发展分为三个阶段。第一阶段为经典控制理论阶段：Lyapunov稳定理论、PID控制律、反馈放大器、Nyquist与Bode图是这阶段的理论基础，以传递函数作为数学工具，基于复频域，研究单输入单输出控制系统的分析与设计问题。控制论与计算机的发明几乎是在同一时间，那时计算机的性能还很低，也只有少数人才能接触到计算机。因此，在此阶段控制系统的分析和设计主要依靠手工计算和一些图表的帮助。第二阶段为现代控制理论阶段，其主要内容是：线性系统理论、建模和系统辨识、最优滤波原理以及最优控制理论。在现代控制理论阶段，计算机还没有像现在这样普及，计算机的应用还仅限于航空航天、军事等，现代控制理论的应用也就局限于这些领域。在民用的工程应用中，人们还是应用经典控制理论进行科学研究。因此，现代控制理论的发展速度是很缓慢的。第三阶段为当代控制理论阶段：随着计算机在工程上的普遍应用，涌现出一批新型的控制策略，这些控制策略结构复杂，不借助于计算机根本无法实现。这些控制策略有些已经成为自动控制理论的重要分支。例如，自适应控制、预测控制、智能控制、鲁棒控制等。该阶段的主要特征是控制算法变成以计算机为基础、控制算法不依赖于被控对象模型、时域、直接目标函数。

1981年个人计算机（PC机）的问世大大地加速了控制科学与工程的发展。PC机出现后，使得一般科技工作者都能使用计算机。在20世纪80年代，从事自动控制的科技工作者们，把经典控制理论和现代控制理论中的数学算法都编制成了计算机程序，人们称之为计算机辅助设计。但是，我们不难发现，经典控制理论是在没有计算工具的情况下形成的，因此，80年代后，控制系统数字仿真得到了快速的发展。至此，在工程中，对控制系统的分析和设计转向了在时域进行数字仿真和直接优化，经典控制理论中的复频域方法逐渐淡出。

综上所述，根据控制工程的需要，新型的控制理论体系应包含以下内容：控制系统的组成原理、控制系统的数学模型描述、系统建模方法、数字仿真方法、最优化理论与方法、线性系统的分析与优化设计、多变量控制系统的分析与优化设计、离散时间系统的分析与优化设计、非线性系统的分析与优化设计等。这些理论与方法，很好地体现了“抛弃了经典控制理论中不实用的复频域分析方法，而完全依赖计算机作为计算工具，用仿真与优化的数学方法，对控制系统进行分[3]析、设计与综合”这一理念。这些内容前后呼应，必须放在一起，才能很好地完成讲授与学习。因此，把这些内容作为一门课来讲，它取代了原来的“自动控制原理”、“现代控制理论”、“控制系统数字仿真”、“最优化方法”、“系统辨识”以及“过程控制”等课程。[4]4 自动化专业的技术课设置

我们把“卓越计划”的课程体系分为三部分：第一部分是公共基础课，与普通班保持一致，这主要是为了减小教师负担，更主要的是我国教育体制所致。第二部分是自动控制理论课，如上一小节所述，我们把所有的自动控制基础理论课合为一门课来讲。第三部分就是专业技术课。我们认为除了自动控制基础理论课以外都属于专业技术课。我们根据自动化学科领域范畴的需要来设置这些技术课。

设置专业技术课时，我们充分考虑“完全依赖计算机作为计算工具”这一思想，先学习有关计算机的知识，再学习自动控制理论，然后再学习有关控制工程方面的技术课程。“电工电子技术基础”（112学时）作为自动化专业以及计算机应用的技术基础课程，由原来的电路理论、模拟电子技术基础、数字电子技术基础三门课程打散再融合而成。“热工流体机械基础”（72学时），主要内容有流体力学、工程热力学、传热学、泵与风机等，它是“行业”基础课，为后面的行业背景课打下理论基础。“热源动力设备原理及运行”（56学时）作为行业背景课，也就是讲解被控对象的课程。其主要内容包括煤粉锅炉原理、汽轮机设备及系统、发电机及厂用电系统、单元机组运行、循环流化床锅炉和生物质锅炉、燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环、核电站原理等。这门课和“热工流体机械基础”一样，是为适合我国国情需要而设置的。我们认为任何自动化专业都要有一个行业背景，否则就不知道自动化知识用于何处。“网络技术与数据库”（64学时）作为计算机应用的技术基础课。前面已经谈到，计算机网络与数据库已经成为现代工程控制技术的基础和核心，因此，这门课就变得非常重要。“微计算机原理与嵌入式系统”（72学时）由原来的“微机原理及应用”和“单片机与嵌入式系统”合并而成。这门课的目标是使学生具有微机应用系统硬件、软件以及嵌入式系统开发的能力，为从事自动化专业研究和解决工程实际问题打好基础。“计算机控制技术与系统”（80学时）由原来的“计算机控制技术与系统”和“分散控制系统”两门课程合并而成。当前，计算机控制技术与系统主要体现在分散控制系统上，也就是说，分散控制是计算机控制的最高体现，是计算机控制的一种先进的应用，因此，我们把它们合并成了一门课，教师讲课不会重复，体系完整，能体现出理论与工程应用的结合。“过程参数检测及仪表”（56学时）作为检测理论与技术方面的唯一课程，其内容包含工业生产中常用到的主要物理参数检测理论与技术，还加入了一些现代检测方法的内容。“控制装置与系统”（80学时）是一门与行业相关的课程。其主要内容是控制器、执行器、变频器等控制装置的基本构成及工作原理、各种控制系统分析、设计方法，还有与行业有关的内容——火力发电单元机组典型控制系统分析、设计方法等。“顺序控制与热工保护”（48学时）又是一门与行业紧密相关的课程，它的内容包含了现代工程控制中必不可少的控制设备（可编程逻辑控制系统PLC）的组成原理与控制系统的设计方法。在电力生产过程中，安全生产是控制目标的重中之重，因此，这门课程也就变得非常重要。“清洁能源发电技术与系统”（56学时）是一门前瞻性的课程，也跟行业背景有关。为满足节能减排的需要，新型能源发电迫在眉睫，清洁能源发电技术就成为当前研究与发展的热点。因此，这门课的主要内容是电力生产系统基础、水力发电控制系统、太阳能发电系统、风力发电系统、藻类发电、浪涌发电系统以及微电网技术等。“科技论文阅读与翻译”（48学时）旨在使学生通过课程学习与实践，了解专业文献利用与科研论文写作的整个过程，具备文献检索、文献阅读与翻译、科技论文写作与报告的基本能力，为将来的毕业设计、科学研究打下坚实的基础。5 企业实践环节的设置方法

对于我校的自动化专业学生，企业综合实践环节一般有四类单位可以安排。一是在发电厂里，由于发电厂对安全性的特殊要求，学生进厂后，很难达到亲自动手的目的，他们也只能是远远地看着电厂工程师们的工作；二是把学生放在电力试验研究院（或类似的电力企业），但是，这一类单位的工作性质是：现场调试与维护、产品的设计与研发，很难有工作适合于大四的学生来做，现场调试需要有较高的技术水平和动手能力，也是处于安全性考虑，绝不允许实习学生去动手操作，对于新产品的设计与开发，学生还不具备这种能力，因此，也无从下手；三是放在电力设计研究院里，设计单位应该适合于学生实践，可是一般设计院的工程任务较紧，不会允许生手去做他们的工作；四是电力建设单位里，可是这种单位是正在建电厂，很难让学生插手做一些工作，此外，建设阶段是很漫长的，不容易碰到适合学生实践的时间，而且，一年建设期间，用不到多少所学到的自动化知识。

鉴于上述原因，我们把综合实践环节放在学校进行。利用我校火电机组仿真机和分散控制系统设计与开发技术的优势，建成了大型火电站综合自动化系统研究平台。在该平台上可以可以完成在火电厂、电研院、设计院及电建等单位所要完成的所有内容。利用该平台，我们设置了自动化专业综合实践题目——大型火电机组热控系统设计及实现。把学生按5人分成小组，每组完成一个不同类型机组的热控系统设计、在仿真机上实现并运行所设计的题目，通过此题目的训练，学生的专业水平完全能达到现场优秀工程师的要求。6 结束语

我校自动化专业“卓越工程师教育培养计划”已经实施两年，还有两年的内容没有实施。但就目前实施的情况看，完全达到了预计的培养效果。再有两年，就可以完全检测出该计划的优越性以及存在的缺陷。到那时，我们再做相应的调整。

作者简介：

韩璞1959年出生，男，学士学位，教授，博士生导师，Email:hanpu@ncepubd.edu.cn

主要研究方向：控制理论及应用、网络化控制技术及系统、火电站建模与仿真、锅炉燃烧优化运行技术及系统、故障诊断、生产过程优化控制、计算机视觉与模式识别注释[1]韩璞编著.自动化专业（学科）概论.北京：人民邮电出版社，2012.[2]韩璞.自动控制理论课程体系的改革与实践.2011年全国自动化教育学术年会论文集，2011.[3]韩璞编著.自动化专业（学科）概论.北京：人民邮电出版社，2012.[4]韩璞，林永君，刘延泉等.自动化专业卓越工程师课程体系的改革与实践.实验室研究与探索，30（10）：262-264，2011.

运用系统方法科学构建自动化专业，卓越工程师培养创新实践教学体系

系统是由相互联系相互作用具有特定功能的部件组成的整体。如果把本科四年工程技术人才培养看作一个系统，输入是符合各高校录取条件的高考应试毕业生，输出应是符合社会需求的各类应届毕业生。在多年教学改革与实践的基础上，总结凝练出了工程技术人才培[5]养要解决的三大问题，如图1所示。图1　工程技术人才培养需要解决的三大问题2 解决三大问题的基本思路

不同类型高校及专业生源不同，其就业岗位也各不相同，但都需要解决上述三大问题。2.1 培养学生专业学习兴趣

兴趣是最好的老师，兴趣是学习的动力和源泉。新生入校后，对学校和所学专业都充满好奇。“动手”可以满足学生的好奇心和好胜心，在“动手”的过程中引导学生“动脑”，学习理论知识和钻研技能，逐步引导学生大胆探索和创新，从而对专业“动心”，最终达到“动情”—热爱专业。所以激发兴趣的第一步是创造学生动手的机会，同时，仅有动手还是不够的，必须创设各种情景或条件让学生产生兴奋，进而产生专业学习兴趣，使学生向“我要学”转变。

学习兴趣培养应贯穿大学四年本科教育中，其中一年级最重要。在一年级设置通识参观实习和专业基础实践课就显得尤为重要。通过老师的有效督促，学生在实验室“学中做”和“做中学”，激发学生专业学习热情，培养学生的专业学习兴趣。2.2 提高学生核心竞争力

教育部启动“卓越工程师教育培养计划”的主要目的是培养一批掌握核心技术、具有创新能力的卓越工程师。学生应掌握的核心技术[6]包含两个层面：一是本专业的新理论、新技术和新方法；二是发现问题、分析问题、解决问题进而创新的综合能力。前者可通过讲授前沿课程解决；后者包含知识、能力和素质等方面的内容，需要通过做“项目”来解决。

为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，教育部在全国高校开展数学建模、电子设计、机械设计、结构设计和智能汽车等学科竞赛；共青团中央、中国科协、教育部和全国学联共同主办“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛。此外，学生在校期间还可参加老师负责的科研项目和企业合作项目等。这就要求在正常教学环节设置各种层次的“项目”完成学生综合能力的培养。2.3 校企深度合作共同培养

毕业生是否满足社会需求，企业最清楚。毕业生是否能够尽快适应就业岗位，需要在四年学习过程中逐步培养。同时培养过程中涉及的实践环节也应请企业负责人、人力资源部和企业工程师一起来共同制订。为保证学生能在四年级参加企业生产实践，结合企业需要解决的技术问题完成毕业设计，就要求学生在前三年要有足够的生产实践与实训项目训练。

综上所述，三大问题的解决无一不和实践教学体系的改革和创新紧密相关。3 科学构建自动化专业创新实践教学体系

长安大学是教育部直属211院校、卓越工程师教育培养计划首批试点高校。自动化专业是国家第一类特色专业建设点,也是学校卓越工程师培养第一个试点专业。本着“加强基础，注重特长，突出行业特色，通过学校和企业密切合作，以工程项目为主线，着力提高学生的工程能力、创新能力和工程素质”的思路，以大工程教育观为指导，重构自动化专业卓越工程师培养工程教育体系，为我国公路交通行业信息化培养卓越工程师。3.1 实践教学体系制订的原则

自动化专业实践教学体系总体框架的设计，要根据“卓越工程师”的培养目标和通用标准、行业标准的要求，统筹考虑实践教学的整体安排。从实践教学体系的顶层设计来说，应考虑的核心要素如下[7]：（1）坚持理论教学、实验教学、综合实验、校内工程实训项目和企业工程实践相结合的原则。加强实践教学与理论教学的相互渗透与相互促进，形成目标明确、层次清楚、并具有连续性、系统性和创造性的实践教学体系。（2）将四年专业培养总目标进行分解，建立各年级、分学期的专业培养子目标。围绕子目标，以课程群为基础，整合课程内容，建设高质量的以工程项目为主线实训项目。（3）坚持工程实践教育从新生开始的原则，通过学中做和做中学，培养学生的学习兴趣。（4）注重成本效益，确保实践教学环节可操作性。（5）加强校企合作。通过前三年的培养，学生应具备进入企业参加生产实践的能力，通过生产实践和毕业设计，完成自动化专业企业阶段的训练。3.2 实践教学体系的总体框架

根据上述核心要素和对工程研究应用型人才知识、能力和素质的

[8]要求，按照内容由简单到复杂，能力由弱到强的思路，将自动化专业毕业生应掌握的核心技术按四学年培养划分为四个层次，每个层次安排不同的实践教学内容和相应的实践教学环节，理论、实验、项目三结合，循序渐进，组织教学。在实现方式上，按照课堂、实验室、校园、社会四位一体，培养学生工程实践能力、创新精神和工程素质的思路，将课内课外培养相结合、学校与企业培养相结合、工程教育与人文精神培养相结合，构建了“四层次三结合”实践教学体系，如图2所示。图2　“四层次三结合”实践教学体系

从图2可以看出，实践教学体系是以工程项目为主线，着重培养学生的工程素质和工程实践能力。4 各级项目的建设

依据长安大学本科培养方案与卓越工程师培养要求，以课程群为基础，整合课程内容，建设了6个高质量的一级项目和5个二级项目，贯穿于每学期的教学中。一级项目是具体的设计和研究项目；二级项目是基于课程群建设，每个课程群都有其对应项目。4.1 一级项目建设

自动化专业本科实践教学体系所包含的6个一级项目如下：（1）企业自动化设计入门；（2）企业自动化软件程序设计；（3）智能仪器仪表设计；（4）智能汽车设计；（5）交通自动控制系统设计；（6）毕业设计。

以“企业自动化设计入门”为例来介绍一级项目的具体实施方法。企业自动化入门作为一级项目，相关课程及具体课时安排如图3所示。图3　企业自动化设计入门“企业自动化综合实验”内容分为基本实验和综合实验两部分。基本实验包含5项，如表1所示，1～4项为必做题目，5为选做题目；综合实验项目有14项，如表2所示，学生按3人一组，任选其一，每组题目不能相同，学生也可自选题目（需要在汇报环节审核通过）。老师在讲授“PLC原理及应用”课程的第2周将题目下发给学生供选择，学生在课外收集资料，完成构思、设计、改进和运行，即CDIO全过程。最后在综合实验周通过设计方案、调试过程、改进方法、实物展示和PPT汇报交流确定学生个人成绩。表1　基本实验内容表2　综合实验内容项目名称4.2 二级项目建设

自动化专业本科实践教学体系所包含的5个二级项目如下：（1）思想品德与职业道德。主要包含的课程有：思想道德修养与法律基础，中国近先代史纲要。（2）企业自动化软件设计。主要包含的课程有：C语言程序设计，数据结构与算法，面向对象程序设计及VC++，软件工程和计算机程序设计综合实验。（3）电子电路系统设计。主要包含的课程有：电路，模拟电子技术，数字电子技术，传感器技术和电子技术课程设计。（4）微机应用系统设计。主要包含的课程有：微机原理及接口技术，单片机原理及应用，微机应用系统综合实验。（5）运动控制系统设计。主要包含的课程有：电力电子技术，电机及拖动基础，自动控制理论，现代控制理论，计算机控制技术，运动控制系统，运动控制系统综合实验。

这些项目相当于综合性和设计性的课程设计或实验，将相关联的课程知识有机地结合起来，消除了课程群内容重复的部分，可大大减少学时数。4.3 项目建设的特点

各级项目虽难度不同，涉及内容不同，但都取材于工程实践的产品原型，具有重要的实际应用价值。所有项目都是一个系统，能让学生尽早地建立控制系统的概念，充分体现了项目引领、分层推进的特点。

这种开放型的项目，使学生有机会把知识有机的联系起来，可能用到未学过的知识，因此学生要学会以探究方式获取知识，整个过程体现面向工程背景的实际应用能力。5 合理安排实践教学环节

实践教学环节是自动化专业实践教学体系的重要组成部分，包括通识教育和专业教育两大实践部分。通识教育实践主要包括军事训练、金工实习和社会实践；专业教育实践主要包括专业参观实习、生产实习和毕业设计等。为确保实践教学效果，降低实践教学成本，实现本科四年实践教学不间断，就必须合理安排实践教学环节的时间和地点。

实践教学环节按地点可分为校内、学校周围3～5公里范围之内、市内、省内和全国。实践教学环节安排如图4所示。其中前三年的实践教学由学校统一安排，四年级企业生产实践和毕业设计可根据学生具体情况由学生、学生的亲朋好友、校友、合作企业和学校等联系到交通行业、制造业等大型企业和研究院所完成企业生产实践和毕业设计。图4　实践教学环节安排5.1 强化校内实践教学环节

校内实践教学是人才培养的重要环节，也是学生到合作企业生产实践的基础准备工作。除课程实验、实训项目外，在校内实践教学方面，增加了如下内容：（1）校内通识参观实习（1周）。安排在校内参观实验室、变电所及配电线路、现代工程训练中心、水与环境原位试验场、风洞实验室、汽车实验场等大型实验设备和重点实验室，一则了解学校的情况，增加学生对学校的热爱；二则学校的实验和测试条件有很多比工厂还先进；三则安全和节省办学经费。（2）企业家讲座（18学时）和一线工程师典型案例（36）。企业家讲座主要邀请相关企业负责人为学生介绍企业文化、企业管理的相关知识，交流创业和理业的成功经验和失败教训。一线工程师针对典型项目介绍实施的全过程，并就项目实施中出现的技术问题，和学生交流分析和解决问题的思路和方法。上述两门课程穿插在第4~第6学期之间。（3）学科竞赛、大学生创新创业项目和老师科研项目。课外科技活动不仅丰富了学生的业余生活，而且有利于提高学生的学习兴趣。但国家级和省级项目由于学校经费问题，参加学生数量有限，为此，我们开展了长安大学电子设计竞赛和智能汽车校内赛，每年一次，收到良好的效果。5.2 校企合作联合培养“卓越计划”采用“3+1”模式，其中要求学生至少有一年以上在企业实践的经历。在实践教学过程中，将其拆分为认识实习、生产实习和校企联合培养3个阶段：（1）认识实习阶段（1周）。安排在第二学年，到企业了解企业文化、生产环境、生产流程等。（2）生产实习阶段（3周）。安排在第三学年，到工业生产的不同岗位上实习，熟悉产品制造的流程、零部件加工与产品装配的工序工艺、产品质检与试验等。（3）校企联合培养阶段（1年）。安排在第四学年，在企业进行，包括轮岗实习、工程项目设计与工艺训练、毕业设计3个环节。采用“轮岗制”、“项目制”和“双导师制”的培养方式，由企业深度参与培养过程，学校和企业共同设计培养目标，制定培养方案，共同实施培养过程。学生通过1年的时间在企业学习，得到工程师的初步训练。

通过校内实践与校企合作培养，学生初步达到设计、实验和工程组织的能力，并能分析和解决高速公路机电系统设计、城市交通、城市轨道交通控制和自动控制系统中遇到的实际工程问题。6 小结（1）总结凝练出工程技术人才要解决的三个突出问题，具有普适性。（2）运用目标分解法，将四年专业学习总目标分解到每学期，相应建设11个项目以解决学生“核心技术空心化”问题。（3）深化校企合作，按时间、地点和难度合理安排实践教学环节，实现学生向企业工作的顺利转变。（4）系统地建立了以激发学生兴趣为动力，以工程项目设计为背景，以工程技术为主线，课内和课外相结合，学校和企业联合培养的创新人才培养实践教学体系。注释[5]汪贵平，雷旭，武奇生，王会峰.为新生开设专业实践基础课程的探索[J].中国大学教学，2012（11）：80-83[6]孙康宁，傅水根，梁延德等.浅论工程实践教育中心的问题、对策与通识教育属性[J].中国大学教学，2011（9）：17-20.　朱高峰.工程教育的几个问题探讨[J].中国高等教育，2010，（Z1）[7]赵韩强，郭宝龙，赵东方，张波.国外大学产学合作教育对我国实施卓越工程师教育培养计划的启示[J].高等理科教育，2010，(04)[8]王立国.关于现代工程师培养的几点思考[J].现代教育科学，2010，（05）

基于项目学习的教学模式在自动化专业教学中的应用

国家卓越工程师教育培养计划（简称“卓越计划”）的提出，是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。

基于项目学习的教学模式强调充分培养学生的自主性、创新精神、协作精神以及解决实际问题的能力，符合国内高等工科教育改革的发展趋势，是国内高等工科院校在实施卓越计划时值得学习和借鉴的人[9]才培养模式。虽然基于项目的学习模式在美国中小学得到了广泛应用，但是在国内才刚刚起步，可借鉴的案例也比较少。尤其是国内在大学教育中的应用很少。因此，在借鉴国外的先进培养模式进行教育改革时，结合学校特点和条件开展基于项目学习的应用研究，对于推广应用该模式，提高自动化专业大学生培养质量具有重要的实际意义。2 基于项目学习的教学模式

基于项目的学习，就是学习者围绕一个具体的项目，充分选择和利用各种学习资源，在实际体验、探索创新、内化吸收的过程中，以团队为组织形式自主地获得较为完整而具体的知识，形成技能并获得[10]发展的学习。2.1 基于项目学习的主要特征[11]

实践表明，基于项目的学习具有多种特征：（1）创设现实的、有意义的、具有挑战性的项目情境，激发学生主动参与到项目中，有效利用各种资源解决项目中独特而又相互联系的各种任务，最终形成一个或一系列成果。（2）将学科知识、概念、原理融入项目任务当中，学习者完成项目任务的过程，也就是学习者体验、感悟学科知识、概念、原理的过程，在此过程中学习者建构起学科知识、概念、原理的个性化理解，掌握一定的技能，发展了自己的高级思维能力。（3）关注多学科内容的交叉融合。来源于现实生活中的实际问题往往是多学科交叉融合的，涵盖了多个方面的知识和技能。在学习过程中，学生需要综合运用多种学科知识来理解和分析，单纯依靠某一门学科知识则无法解决所遇到的问题。（4）以“团队”为基本组织形式，强调师生、生生以及该项目活动的所有人员相互合作，形成“学习共同体”。在“学习共同体”中，成员之间密切合作，每位成员共享自己的思维成果，充分交流互动。（5）学习具有一定的社会效益。基于项目的学习能促使师生与社会进行联系，学生的最终成果能够与老师与企业进行交流和分享，并可以申请专利，或者出售给企业从而获得一定的经济效益。（6）学生在学习过程中需综合运用多种认知工具和信息资源。在学习过程中，学生会使用各种认知工具和信息资源来陈述他们的观点，支持他们的学习。这些认知工具和信息资源有计算机实验室、多媒体、图像软件和远程通讯等。2.2 基于项目学习的优势

基于项目学习的教学模式在当今教育改革从以“教”为中心向以“学”为中心转化，由继承性学习向创新性学习的过程中有着较为明显的优势。（1）有利于培养学生的创新精神与学习自主性

由于基于项目的学习内容并不是书本上现存的知识，而是工程实践中的一些实际问题，所以学生需要创造性的利用所学到的知识与技能来解决问题。因此，基于项目学习为学生创造了一种发挥创造力的宽松环境，为学生创造了充分发掘自身的智慧潜能、激发创造力的一种学习机会。另外，在这个过程中，学生真正成为学习的主体，从小组讨论、收集资料开始到PPT制作、答辩到成果展示的全过程，都是学生自主决断的过程，教师往往只起到指导者和协助者的作用。学生在学习活动中具有主体意识和自主意识，不断激发自己的学习精神，不断地发挥自己的主观能动性和创造性。（2）有利于知识建构与知识迁移

基于项目的学习给学生提供一种学习的经历，学生能够建构自身的知识。这种知识的建构是通过如下的程序来实现的：学生确定问题，寻求解决问题的办法，对问题进行研究，选择信息，分析信息，合成信息，并将新获得的信息与以前所学的知识联系起来。由于基于项目的学习允许学生建构并生成自己的知识，因此基于项目的学习不仅有利于学生在学习时进行知识建构，更有利于学生在应用时进行知识迁移。（3）有利于协作精神的培养

传统教学采用的是一种竞争策略，学习者之间是一种竞争的关系。而基于项目学习则恰恰相反，其强调的是协作，即学习者之间是一种分工与合作的关系。由于基于项目学习的一个项目任务往往一个人无法单独完成，所以采用了小组合作学习的方式。在这种学习过程中学习者之间往往需要达成一致的意见，对学习任务进行合理的分工，并且适时地进行协商和讨论。它充分体现了合作学习的精神，加强了学习者之间的相互理解。3 基于项目学习的教学实施

基于项目学习的基本教学过程是，首先教师提出项目框架，学生分组进行讨论，确定各自的不同具体任务，然后搜索信息，加工、提炼素材，接着形成框架，探究问题，最后进行交流、展示、评价与分享。在自动化专业的课程教学中，我们围绕以下几个方面来尝试进行基于项目学习教学模式的实施。3.1 紧扣教学大纲，把握教学目标

结合卓越工程师人才培养计划、自动化专业培养方案的定位及社会需求，针对一些理论性与实践性都较强的专业基础课与选修课，从基于项目学习的教学模式出发，对教学课程与内容做进一步优化和整合。例如，我们以《数字信号处理》、《DSP技术》、《数字图像处理》和《机器人视觉识别技术》这四门课为基础，构建了一个相互渗透、课程间相互连接的递进式课程群体系，从系统角度出发设计整个课程群的实践环节，建立适合能力与技能培养的基础研究实践平台。在项目设计中充分考虑理论和实际的结合、兴趣与专业的结合，使项目具[12]有一定的研究价值，兼有科学性、创新性等特征。

例如，在《机器人视觉识别技术》这门专业选修课中，我们设计了基于视觉信息的智能车自动泊车这个综合项目，要求用单片机控制车模，根据不同泊车位，选择相应的泊车入库方式，并能停入指定车位。项目集中在一个时间段内，完成从理论知识到设计调试，从小组讨论到报告演示整个过程。打破了传统教学的束缚，让不同课程的内容在一个教学项目中体现出来。另外，我们为每个团队提供了智能车车模、FreescaleXS128核心板，与相应的开发板。学生在课外可以利用课程群体系中的基础研究实践平台，来完成硬件的设计与调试。

课程的主要授课方式是：课堂报告与课堂讨论相结合、课堂学习与课外自习相结合、理论学习与具体实践相结合。课堂报告以学生为主，而时间安排则以讨论为主。3.2 有效组织，营造项目情境

我们鼓励学生自行组建团队，每个团队3～5人，围绕项目，去发掘问题，然后针对问题进行探讨，进而设计可行方案去解决相应的实际问题，然后在此基础上再去发掘新的问题。整个过程可以看作是一个单向循环（如图1所示），但它不是一个简单的重复，而是一个螺旋式上升。例如，围绕智能车自动泊车这个项目，学生一般会先开始讨论如何选择传感器。是采用单目摄像头，还是双目摄像头？在确定传感器问题后，教师进行适当引导，学生就如何采集图像、是否保留彩色信息等问题展开新的讨论。这其中，教师只是起到指导者与协调者的作用，学生才是整个学习过程的主角。他们是讲演者，是思考者，是答疑者。他们的思考与讨论推动着课程进行。教师聆听学生之间的讨论，帮助回答问题，并且提出更深层次的问题，引导学生思考的方向和深入。图1　项目讨论过程示意图

课程的课堂讨论根据项目可以分为若干个专题，每次讨论课程分三个阶段：第一阶段是小组成员的代表做报告。第二阶段是其他学生向小组成员提问。第三阶段由老师引领学生作进一步补充、讲解与归纳。每个小组成员在讲此专题之前主要是针对该专题所涉及的内容去查阅资料，请教自己周围的师生和收集关于此专题的典型个例与活泼生动的图片、视频；每个小组推举一位同学做报告，拓宽大家的视野,丰富大家对专题的认识。充分的准备就意味着在课堂上向每一位同学传达最丰富、最贴近生活、最能引起共鸣的学术信息。做报告的同学负责制作发言用PPT，并组织开展针对课题的课堂讨论。而小组其他成员，要求至少回答报告拟定的一个问题。所以，每个同学都有明确的任务，都必须充分准备。此外，小组每个成员必须在自己选定的专题范围内，结合自己收集的资料，就自己感兴趣的问题撰写课程论文。3.3 课上、课下相结合

课堂研讨强调师生之间的互动关系。每一堂讨论课都应该是师生双方智慧的结晶，都是充满求知欲、充满思索的活泼、生动的学术交流会。

除了课上的讨论，课下的交流与沟通也是必需的手段。在课外，可以利用通讯与网络的优势，在学生与教师之间架设多种沟通渠道，接受学生的咨询、质疑，来弥补课堂上因时间紧迫而无法提出和解答的问题。例如，我们以课程为单位建立了QQ群，并鼓励学生加入到群里，这样无论何时何地，只要有人在线，就可以针对项目中的某个问题展开讨论。另一方面，教师也能通过微博，发表一些自己对项目相关内容的深入理解与想法，与学生进行互动。或者阐述一些科研项目中所用到的相关知识，并进行提炼与归纳，引入至教学过程。3.4 综合考评

与传统的评价方式不同，基于项目学习的课程考核注重从评价学生综合能力的角度着手进行考评，这样有利于调动学生积极性，也更有利于促进学生能力的发展。我们在课程中根据修课学生的课堂演讲、讨论发言与课程论文等综合来评定其成绩。其中，课堂演讲占总成绩40%，根据每个小组的演讲、组织讨论、回答其他学生与老师的提问，综合打分作为整个小组的成绩，而小组中每个成员的成绩则是基于小组综合成绩与个人表现加权得到；平时成绩占总成绩10%，主要包括课外准备、课堂提问和出勤情况；课程论文是要求每个学生自行选择课题，形成小论文，占总成绩50%。4 结语

本文结合自动化专业教学情况，对如何在课程中实施基于项目学习的教学模式进行了一些初步探讨。学校各级教学督导组和学生座谈会的反馈都表明，基于项目的学习大大激发了学生对课程的兴趣，有效提高了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，同时收到了较好的教学效果。注释[9]李东，马培军，赵岩.基于项目学习的卓越软件工程师的教育培养.计算机工程与科学，33（A1）：74-77，2011.[10]Thomas J W. A review of research on project-based learning. San Rafael，CA：Autodesk Foundation. Retrieved April，2000.[11]刘景福，钟志贤.基于项目的学习（PBL）模式研究.外国教育研究，29（11）：18-22，2002.[12]王立强，王晓萍，杜立辉.基于项目学习和实践的课程改革创新探索.实验室研究与探索，31（4）：114-116，2012.

地方工科院校自动化专业“卓越工程师教育”人才培养模式的构建与实践

我国要实现跨越式发展，建设创新型国家，将需要大批工程领域的优秀人才和拔尖创新型人才，而现行的高校学生创新精神的培养和实践能力薄弱，不能满足行业飞速发展对人才培养质量的需求。以地方工科院校为例，其工程型人才培养存在问题，主要表现在四个方面：一是课程体系设置不能满足培养创新人才的要求。专业主干课程薄弱，有机衔接不够，注重单门课程的系统性、特殊性和具体规律，忽视各课程之间的关联性、整体性和普遍的规律，对知识的整合、集成应用欠缺，不能满足创新人才知识体系的需求。二是人才培养模式单一，培养方式落后。特别是教学模式和教学方法仍然以“灌输式”为主，以教师为主导、以学生为主体的激发性教学模式还没有完全建立；操作层面有效实施不足，推动力度不够，学生被动学习多，主动参与少，这种知识传授方式禁锢了学生思维和发展，不能有效地激发学生的学习兴趣，造成了学生主动性不够、激发性不足。三是全面素质教育仍需加大力度。在能力培养上，学什么设计得多，而为什么学、怎么学思考得少，缺少对学科和科学研究方法的系统教育，缺乏科学研究的系统训练；在工程素质培养上，从专业、职业的角度进行工程素质训练的整体设计不足；实践环节仍显薄弱。四是工程教育中产学研联合培养方式和措施不够。特别是行业企业不能有效地参与人才培养过程，造成了工程性实践的缺失。

综上，“卓越计划”对于我国高等教育，特别是高等工程教育面对快速发展的国民经济和社会发展对人才的需求，培养满足国民经济发展中行业急需的创新型工程人才具有重要意义，同时也对我国高等教育提出了的更高的要求和挑战。2 人才培养目标科学设定与多元化人才培养模式创建

本文以长春工业大学自动化专业“卓越工程师教育培养计划”项目为依托，研究“以学生为本，以激发教育为核心，以创新能力培养为主线，课内课外相结合，校内校外相配合”的高级应用型多元化培养模式，构建系统性强、特色突出的卓越工程师人才培养方案，建立卓越工程师人才培养的质量保障体系。2.1 创新型卓越工程师人才培养模式的关键性要素剖析

卓越工程师人才的培养质量标准，即解决培养什么人的问题，高等工科院校所造就的还不是“卓越工程师”，而是培养“卓越工程师”的潜质，构建好基础。卓越工程师人才培养的基本特征体现在人才培养目标、培养规格、组织过程和途径方式等教育要素中。作为地方特色型工科院校大学卓越工程人才培养的定位，不仅要培养各类工程型创新人才，还要培养学术型、培养工程与管理等学科交叉复合型的拔尖创新人才，要满足行业与企业的发展需要，适应国家经济社会发展，乃至国际化和全球化的需要；体现“以学生为本”的模式观，在达到各种外在人才培养目标、规格定位的同时，还须将促成学生的自我发展作为核心，实施多元化的培养模式，突出学生的主体地位，促进学生个性专长、促进学生自主发展；地方特色型工科院校不但要将创新人才培养作为根本任务，还要体现学科发展，突出科学研究与社会服务的功能紧紧地围绕人才培养开展，将基于研究的培养途径贯穿于人才培养的全过程。2.2 科学设定人才培养目标

本专业按照卓越工程人才培养质量标准的内涵，提出其整体目标定位是：按照“高级应用型”的人才培养模式总体定位和“合格加特长”的培养思路以及“宽口径、厚基础、重个性、强能力、求创新”的本专业人才培养整体目标，培养具备健全人格，知识、能力、素质协调发展，自主学习能力强，适应社会与经济发展需要，具有创新创业精神和强烈的社会责任感，具有国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力，德智体美全面发展的栋梁人才。2.3 构建系统化人才培养方案

按照“不可一业不专，不可只专一业”的理念，构建复合型人才模式；按照“因材施教、扬长保底”的理念，构建“合格+特长”人才模式，通过设置不同的选修课、辅修课、二学位以及相应的课外活动来实现多样化模式，形成具有符合时代要求，知识、能力、素质协调发展的人才培养模式和培养方案。“自动化专业卓越工程师教育培养计划”的人才培养方案在课程内容体系上，重点强化“三个突出”：

一是突出工业节能尤其是冶金自动化领域工程素质培养。设置冶金自动化节能领域的理论与实践综合性系列课程，使学生建立冶金流程整体知识框架，逐步形成冶金自动化工程师应具备的系统性、综合性和创造性的思维品质。

二是突出工程实践能力培养。设置冶金流程工业控制的专题课程群、综合实践类课程和工程应用类课程。冶金工业流程专题课程群由培养冶金自动化复合型工程人才所要求的涵盖主要技术领域的综合性课程构成，使学生建立冶金自动化系统的整体概念，了解冶金自动化系统的设计、投运和管理的基本理论和前沿技术，培养学生在冶金自动化关键技术的同时，具有进行冶金自动化系统总体规划、设计和运营管理的能力，采取现场实践和课堂教学相结合的方式，进行工程系统集成理论与实践的训练，强化工程实践和工程应用能力。

三是突出工程研究能力培养。建立基于问题式、情景式、探索式以及研中学、做中学的教学模式，在理论教学、实践教学以及教学内容、方法和组织形式上，强调对学生探索精神的培养；开设研究方法课程，通过我校团委、科研处组织的大学生科研训练计划，倡导探索，强化实践；实施企业和学校双导师指导，以研究流程工业特别是冶金领域相关工程实际项目为载体，深入企业参与实践和项目研究，使学生具备工程创新型人才的潜质，切实提升学生的研究能力和创新能力。2.4 着力创建体系开放的多元化人才培养模式

地方工科院校的工程教育和人才培养过程、途径要突破单一的、教师主导的、“灌输式”为主的模式，实行校企联合，向企业开放、向社会开放。产学研结合，联合创建以“问题探究式、科研训练式、工程实践式”等为中心的多元化培养模式，发展学生个性特长，增强激发学生自主学习、探索探究、工程实践和创新能力。具体方法包括：（1）基于开放的培养模式

第一，实行冶金自动化领域的复合型“3+1”模式。即在本校学习三年，在企业进行认识实习、生产实习及毕业设计，累计不少于1年时间。第二，推行校企双导师模式。本专业学生进入大三后，实施学校导师和企业导师双导师制指导，进行冶金自动化专业工程应用和工程实践的学习，包括企业文化学习、认识实习、课程实验、课程设计、综合实验、生产实习、综合设计和毕业设计7个层次。第三，实行校企订单式模式。依托校企合作优势和长春工业大学与吉林铁合金股份有限公司共建的首批国家级工程实践教育中心，共同制定理论与实践综合课程的教学大纲和教学内容，共同实施教学过程，强化基于企业现场实践的生产实习、毕业设计的实践研究，加强学生工程实践能力和科研素质的培养。第四，探索国际联合培养“2+2”模式。一方面，本专业设置了双语系列课程，借鉴和引入国外优质教学资源，提高课程国际通用程度和跨文化交流能力。另一方面，开展与国外高校之间的交流合作与联合培养方式。依托近期教育部批准的与美国波特兰州立大学国际合作教育项目，设置相关课程学分互认机制，选派学生赴波特兰州立大学进行工程学习或开展研究工作，进行为期一年到两年的交流、学习和实践。（2）基于探索研究的教学模式。

第一，在工程基础课程和专业主干课程教学过程中，探索基于项目的研究性教学模式，采取以问题为导向，以大作业、专题研究报告、文献综述报告、研究性实验报告等为载体的探索式学习，激发学生的自主学习能力、创新意识和探索未知领域的兴趣，构建“研中学”、“做中学”人才培养模式。第二，依托“自动化”国家级特色专业、“控制科学与工程”吉林省重点学科、“控制工程”吉林省高校重点实验室、吉林省实验教学示范中心以及自动化专业各类特色实验室，开设“实验室学术前沿讲座”、“实验室科技案例”等开放性课程工程，设立贯穿人才培养全过程的科研训练体系；开设科学研究方法论系统课程，对学生进行科学研究的系统学习和训练；通过“大学生科研训练计划”“大学生创新创业计划”等项目和“大学生电子设计大赛”、“挑战杯大学生创业大赛”、“飞思卡尔全国智能车大赛”等竞赛，组织学生系统参与专题研究和科研实践，不断提升学生独立解决实际问题的能力与创新精神。3 自动化专业“卓越工程师教育培养计划”实践3.1 建设校企互补的高水平实践教学平台

本专业对现有的实验室进行整体设计、结构调整和布局优化，探索科研、学科、实验室一体化建设模式。通过整合、改造和新建，建设多层次、高水平的实验教学平台。依托本专业与吉林铁合金股份有限公司密切联系的优势，强化校企共建校内实验室，使企业的先进技术设计对接实践教学，形成具有冶金行业特色的学生实践平台。以实践教学体系内容和模式改革为核心，以实验室管理机制与制度建设为保障，全面推进首批“国家级工程实践教育中心”（与吉林铁合金股份有限公司共建）、“控制工程”吉林省高校重点实验室、自动化工程技术研究中心（与“吉林省工业节能科技创新中心”共建）等高水平科研平台的建设，全面向本科生开放，实施学生科研训练一体化方案。

在已有的一批稳定的校外实习实践基地建设的基础上，以“产学合作、做学融合、研学融合”的工程教育理念为指导，依托“控制科学与工程”吉林省优势特色学科和与吉林铁合金股份有限公司长期合作的基础，将实习实践基地的功能进行扩展，从单纯的输送学生到企业实习，变为企业全方位培养创新人才的载体；吉林铁合金股份有限公司利用学校专业教育资源，为其量身订制所需人才，同时也可以培训企业员工，进行系统化的再教育。因此地方工科院校与企业共同探索产学研联合培养模式和机制，使学校与企业的资源共享和互补，满足国家和行业对创新型工程人才的需求，实现高校和企业的互惠互利与可持续发展。3.2 构筑校企联合人才培养管理平台

校企联合人才培养不但要有共同的目标和合作意愿，合作双方能够实现优势互补，更重要的还需要有组织管理机构和制度作为保障，推动产学研合作行为机制的形成和正常运行，使双方人才培养的理念、目标、合作意愿等有具体的落脚点。第一，构建统筹协调管理机制。学校、专业与企业建立校企联席会、教学指导委员会、管理运行执行委员会三级管理运行体系，保证学校与企业基层管理者和技术负责人等多层次的沟通及运行管理渠道，共同设计、推动和实施联合人才培养、培训、科技服务、科学研究等工作。第二，设立项目推动模式。设立校企联合培养、校外人才培养基地建设等教改研究项目，开展校企联合培养模式的理论研究和实践研究，促进企业由单纯的用人单位变为联合培养单位，双方共同设计培养目标，制定培养方案，共同实施培养过程的渠道和方法。第三，建立管理运行机制和配套政策制度。依托吉林铁合金股份有限公司与学校建立的校外人才培养基地、合作建设的科研创新平台、科研成果转化平台和行业研发中心，通过制定和实施企业服务方案，建立管理政策和利益机制调整、管理运行工作流程等，形成联合培养机制、教师培养机制、企业技术培训机制。3.3 构建校企双导师指导队伍

首先，遴选学术水平高、科研实力强，具有多年工程实践经历和丰富工程背景的教师，强化结合学科发展前沿和工程实际应用来指导学生学习；其次，制定相关管理办法，保证受聘的“卓越计划”教师，每年能够有一定的时间进行现场实习或指导现场实习，参与企业相关项目开发，在企业现场挂职等工程实践；第三，有计划地安排中青年教师到国内外著名高校学习交流、到国内外著名企业进行现场考察、交流互访，鼓励教师到企业进行挂职锻炼或顶岗工作、参加企业科研项目等多种形式，提高教师的工程实践能力，强化工程背景，逐步形成工程实践能力强、教学经验丰富、技术储备强、集科研、教学和工程应用为一体的专业师资队伍。

其次，企业参与队伍建设。按照“卓越计划”学生企业阶段学习的需要，将企业教师分为四个层次：企业实习教师，以生产一线的工程师为主，主要指导学生实习工作；企业授课教师，拥有较为深厚的工程实践背景，结合工程实践经验，为学生授课；企业导师，具有较为深厚宽广的工程实践背景，拥有大学本科以上学历的高级工程师或企业中层领导，对工程实践具有全面、系统性的掌控能力，主要指导学生开展企业工程实践和完成毕业设计或相关研究；企业顾问，为企业的技术专家、工程管理专家或中高层领导，专业将其聘为教学指导委员会成员，参与“卓越计划”培养方案的制定、管理运行和决策等。参考文献[1]陈启元.对实施“卓越工程师教育培养计划”工作中几个问题的认识.中国大学教学，2012.1:4-6[2]张广平.“卓越计划”实施背景下高等工程本科教育改革探析，现代教育科学（高教研究），2012.6:122-123[3]赵建国.实施“卓越工程师教育培养计划”的几点思考，电气电子教学学报. 2011.33(4):15-17[4]李辉.基于卓越工程师教育培养计划的教材建设，中国高等教育. 2012.10:50-52[5]周英.落实卓越工程师教育培养计划大力培养工程科技创新人才.中国大学教学. 2011.8:11-13[6]汪泓.打造卓越工程师摇篮培养应用型创新人才.中国大学教学. 2010.8:1-3

夯实基础、面向未来——自动化专业核心课程建设的思考与探索

随着“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）实施[13]，我国工科类高校加快了本科生培养计划与教学建设改革的步伐。“卓越计划”倡导坚持“面向工业界、面向世界、面向未来”的培养方向；特别适于日益发展的、推动新兴市场经济增长的自动化技术。

面对未来的社会挑战与新兴市场经济的发展，自动化专业教师需认真思考：● 未来社会自动化技术发展趋势是什么？● 未来的自动化专业技术人才应具备哪些知识与能力？● 如何建设与改革自动化专业核心课程？1.2 未来的新兴市场依靠自动化技术“十二五”规划指出了节能环保、新信息技术、生物医学、新装备技术、新能源、新自然资源和环保交通等七个重点发展的领域。“这些领域大多属于新兴领域，蓝海领域。需要大量新技术、新产品的解决方案。这对于中国自动化人来讲是一个千年难逢的机遇和挑[14]战”。特别是在以下领域：（1）三能两网：风能、太阳能、原子能、智能电网和物联网。（2）交通与基础设施建设的“三通两洞”：通天、通地、通海、隧洞、山洞。（3）人类健康的“三器两用”：治疗仪器、诊断仪器、保健仪器、运用系统工程、运用机器人。

未来的新兴市场将推动全球化经济增长；世界上著名的自动化企业的产品水平与销量也随之剧增，在这些领域中的自动化技术起着至关重要的作用。培养适应未来新兴市场发展的自动化专业人才，是高校自动化专业教育改革的动力。1.3 自动化专业课程的建设要有前瞻意识

课程建设是现代大学本科专业教学改革的关键环节。为培养能够满足未来发展需要、适应和引领未来自动化技术发展方向的工程师是自动化专业核心课程体系建设与改革的指导思想。

在自动化专业核心课程建设中要有战略思考：既要坚持自动化专业特色，又要体现前瞻性。夯实自动化专业基础理论知识是前提，搞活工程性强的自动化实践教学是出路。特别是要“留有余地”，主动梳理自动化专业核心课程的内涵，将一部分现代自动化技术内容纳入专业课程教育；做活课程体系，留给教师视情增减教学内容的空间。2 自动化专业核心课程的改革与实践2.1 自动化专业核心课程的模块分割

将自动化专业核心课程分成“不变”、“微变”和“时变”模块，是改革的主要思路，其结构如图1所示。

从图1可以看出：不变模块是自动化专业的“根”。自动化专业的大学生必须建立“系统”、“反馈”、“调节”、“稳定”等概念，这些课程是经典的、永恒的。图1　自动化专业核心课程的模块分割

微变模块是自动化专业的两个经典方向，代表自动化专业的“万金油”特色；应根据现代电力电子技术和先进过程控制设备的发展，补充新技术并引进课堂教学。

时变模块是自动化专业“应对”当代工业与经济，特别是“应对”未来新兴市场而设计的制作类课程，强调综合运用自动化专业知[15]识，引导学生体会“自动化技术实现未来”。2.2 自动化专业核心课程调整

按照图1所示的模块分割理念，自动化专业核心课程结构调整为基础理论课程（不变模块）、专业特色课程（微变模块）和面向未来的工程实践课程（时变模块）等三部分（见表1）。表1　同济大学自动化专业核心课程结构

由表1可以看出，调整后的课程综合了自动化专业的主要知识点、适度地挣脱了参考教材束缚。大胆归并“计算机控制”、“控制系统仿真”、“程序设计基础”、“传感器原理与应用”、“电机拖动原理”、“电力电子技术”、“运动控制”和“过程控制”等多门课程；初步形成了以“自动控制原理（双语）”为基础课程、“电力电子与运动控制”、“自动检测与过程控制”为专业特色课程、“自动控制系统设计与实践”、“控制系统与工程技术”为实践类课程的体系。2.3 实践类课程的建设是关键

从表1中可以看出：基础理论课程和专业特色课程相对成熟，其建设与改革的重点应立足于梳理知识点、压缩“繁冗”的理论知识学时、多点考核以及互动式教学方面。而强调应用、采用开放式教学模式的工程实践类课程则具有前瞻性和时变性，其建设与改革的重点应放在结合当今自动化领域的高新技术，激发学生制作与创造潜能方面。

问题在于实践探索课程没有固定的教材与教学模式。以本文规划的“自动控制系统设计与实践”与“控制系统与工程技术”两门实践类课程为例，在没有教程或教材的条件下，教师（或任课教师团队）必须探索和组织课程的实践教学内容，大胆尝试控制理论和自动化技术的知识点与工程设计制作相结合的可能性与可操作性，已达到增强教学实践内容的目的。而如何选取自动化专业实践题目，则成为工程实践类课程建设的关键环节。因此，在自动化专业核心课程建设中开设制作类题目一般应遵守以下原则：● 不要脱离自动化类的专业基础知识；● 结合某个工程实际系统或产品；● 不要太难，大学生一般能在一个学期内完成一个题目；● 留有余地，是学生逐步领会前瞻性的未来自动化技术。

经过两年多的探索与实践，同济大学控制系在专业核心课程中设计了不同类型的制作类题目（见表2），引导学生运用自动化专业理论知识完成装置的设计与开发并撰写报告；受到了学生的好评。表2　工程实践制作2.4 实践类课程需要教师全程指导

在自动化专业核心课程的改革与实践探索中，教师的作用至关重要。教师必须掌握大量的自动化领域的前沿性知识并具有创造性的思维才能驾驭课程创新。任课教师要系统地领会和把握核心课程中每个模块知识点和侧重点的平衡，不要从“偏重课堂讲授、习题深化理解”一个极端转换到“重制作、轻理论”的另一个极端。

自动化专业核心课程中的制作类题目不同于实验课程，教师要引导学生根据题目要求，学会综合计算、产品选型、集成设计、安装、调试以及结果分析。在制作过程中，任课教师（或教学团队）必须花费时间、拿出精力，分阶段指导。

学生完成作品后，教师还要针对作品在课堂上集中点评，帮助学生分析成败原因，倾听学生的感悟，帮助学生梳理成果，讨论进一步改进的可能性与方式。

教师还要启发学生作品的可能性用途。结合国家未来的社会与经济需求，告诉学生稚嫩的作品也许蕴含着工程应用价值和社会效益。诸如：酒精含量测试结果可以提醒司机预防“酒驾”、水质分析可以用于边远地区的饮水监测、自动感应水龙头可以节约水资源、双旋翼自平衡系统也许能够制造未来的小型无人机、自动电梯实验模型能够为建筑楼群的电梯选型提供参考、简易倒车雷达可能实现未来汽车的“防碰撞”等。通过制作可以使学生亲身体验未来新兴市场的需求，增强学生学习自动化知识的主动性，其教学效果远好于“单纯”的课堂讲解。2.5 实践类课程教学改革的方向（1）校企结合。随着信息科学与自动化技术的高速发展，自动化专业教师技术知识老化的缺陷凸显出来。按照“卓越计划”精神，吸纳企业中有丰富工程经验的高技能工程师参加课程建设与改革是非常必要的。这也是提升大学生工程能力的有效途径。（2）教研结合。随着国家科研经费的增加和企业研发需求的增大，高校教师获得了更多的科研项目和经费。吸纳学生承担科研项目中的部分工作并提供一定的经费，部分解决自动化专业核心课程中制作类题目的经费问题，是值得倡导的。同时科研项目大多具有工程前瞻性，对于提升自动化专业大学生的创新意识是非常有益的。（3）国际交流。与国外著名大学积极开展自动化专业的教学合作，通过学分互认、互派学生、开放课程。特别是多与发达国家的高校建立长短期教学往来，以提高自动化专业大学生的国际视野，感受不足；激发大学生创新意识和民族使命感。3 他山之石，可以攻玉

德国工程师协会（VDI）于2013年1月颁布了《Automation 2020 [16](第2版)》，阐述了未来自动化技术发展纲要。《Automation 2020》回顾了近年来德国自动化行业取得的巨大成就，预测了2020年自动化技术的重要作用与特征，明确提出推动德国自动化技术未来发展的10大举措，其中有三项涉及自动化人才培养问题：● “营造一个适于自动化专业人才成长的环境。自动化领域必须培养一批一流的科学家、工程师、技术员和熟练工人”。● “工程师职业教育必须完善可持续发展，公众必须了解工程师的贡献，这特别适用于自动化技术”。● “必须注重在技术职业学校中培养新生力量，必须明确自动化的目标是以正确的方式将自动化技术传授给年青人”。“他山之石，可以攻玉”。《Automation 2020》提醒我们：必须针对未来市场系统性地研究我国的自动化专业教育问题。

同济大学在实施“卓越计划”的实践中，有针对性地启动了自动化专业的“卓越课程”、“双语课程”、“著名企业基地”、“大学生国际交流”、“专业核心课程建设团队”等一系列教学改革项目。特别是给予自动化专业核心课程建设团队多项优惠的政策，推动了自动化专业为“培养未来的工程师”而进行的教育改革。注释[13]教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”.中国大学教育.2010（7）P4-P5.[14]贤阳.自动化实现未来.自动化博览. 2011（3）：16-20.[15]贤阳.自动化实现未来.自动化博览. 2011（3）：16-20.[16]VDI/VDE-Gesellschaft Mess-und Automatisierungstec-hnik. Automation 2020. 2.Auflage. Januar 2013

基于“卓越计划”的低年级学生工程能力培养的实践与探索——单片机实训与综合实验二级项目的建设与实践

工程教育体系在国外已相当完善，从欧美发达工业国家来看，都是以大工程为背景来培养适应工业发展需要的工程师。通过理论与实践的结合、学校与社会的结合，提高人才培养质量。在专业实践教学中充分体现学生跨学科思维的培养，奠定其跨学科培养的基本框架，改变其不了解“为什么让我学习”，变成兴趣引导下的主动探索式学习。它们依托开放型项目的动手实践教学，不只教给学生基本概念和理论，而且要求学生能把概念与真实世界的挑战、与项目联系起来，用概念和理论解决实际问题，让学生通过自己分析、设计、运行系统来建立和发展实际的技术知识或实际技能，将实验室的动手学习和各种项目工作实践经验纳入到教育经验当中。在以团队为基础、以项目为导向的动手做中提高问题解决能力。

我国工程教育在过去60年取得了巨大成就，但是由于不像欧美那样伴随着技术革命与大工业发展而兴起，一开始就缺乏与工程产业界的密切联系，因而也失去了工程化的环境。受诸多因素的影响，在人才培养计划上不同程度地存在着重理论轻实践、缺乏基本的工程训练和工程意识，培养出来的学生工程实践能力较弱、社会适应性差等问题。

为提高工程教育的教学质量，适应我国从制造大国向创新国家的转变，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”。其指导思想是充分借鉴先进国家高等工程教育的成功经验，创建具有中国特色的工程教育模式，通过校企密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养大批各种类型工程师。[17]“卓越工程师教育培养计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。这些特点无一不和实践教学体系的改革与创新息息相关，目前国内各高校都处在探索研究阶段。各高校正在全面实施本科教学“卓越计划”的教学改革工程，许多高校围绕“质量工程”的实施开展讨论研究，研究范围涉及教学团队建设、专业结构调整、课程教材建设等方面，但针对专业实践教学体系创新研究较少。

对比国内外高等教育的现状，根据社会发展对人才需求的特点，[18]结合CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）对学生能力的描述与要求，我校在低年级对自动化专业“卓越工程师教育培养计划”以下简称“卓越计划”教改班，设置了“单片机实训与综合实验”实[19]践课程，该课程相当于CDIO的二级项目，本文将围绕我校该课程的建设进行探索研究。2 单片机实训与综合实验课程的目标

工程实践教学的一个特点就是动手实践教学，依托项目的实践教学方法不只教给学生基本概念和理论，通过完成不同层次的实验、设计和项目使学生产生成就感，激发学生的学习兴趣，促使学生转变为主动学习。“单片机实训与综合实验”二级项目具有实践性强、对应用能力要求高、紧贴市场等特点，符合现代培训教育短、平、快的特征。结合卓越工程师通用标准、行业标准和学校标准中对学生知识、能力和素质的要求，我制订了该项目专业实践课程教学目标，如图1所示。图1　二级项目的教学目标

我校自动化专业“卓越计划”教改班的“单片机实训与综合实验”二级项目在大学一年级结束后集中在夏季学期暑期的四周内进行，在这个阶段学生已修的相关课程是高等数学、物理、C语言程序设计、自动化实践初步等课程、企业自动化入门，而在此之后学生将陆续学习电路、自动控制、电子技术等课程。学生在这个时候尚未真正接触过任何真实的项目，对专业能做什么理解甚微。“单片机实训与综合实验”二级项目选择在此时开设是为了使学生真正了解如何用专业知识解决工程实际中的问题，激发学生主动学习的兴趣，起着早期引导学生从掌握课堂知识到面对真实的项目，从单纯的理论教学到“学中做”和“做中学”转换的作用。

通过完成不同层次的实验、设计和项目使学生产生成就感，进而在后续的学习中了解实践和理论之间的关系，培养学生主动的分析思考、动手实践、解决问题能力，通过对实际设计和工程问题的解决培养学生基本的工程素质和能力。该项目最终目标从三个方面考虑：首先，培养学生信息获取能力，使学生早期明确其学习目标，增强其主动规划未来职业的意识；其次，通过基于单片机的电子系统项目的设计、调试编程、运行，使学生有一定的编程能力，建立自动化系统的概念和框架，认识和分析典型控制系统的构成和特点，在基于自己的动手和思考中主动培养解决问题的能力，为后续课程的学习和工程能力的培养打下基础；最后，通过对该实践项目的学习了解工程师应该具有的基本素质和应掌握的基础知识及基本技能，学会资料检索、阅读相关文献、调研、分析和整理，进行自主学习；进行工程设计的表达实践，体验解决工程问题的具体方法，进行团队合作和交流。3 单片机实训与综合实验课程的内容

本课程的主要内容是作为一个自动化初级工程师必须掌握的基本知识和基本技能。结合以上培养目标，我们建立了三个层次的工程项目实践教学内容：（1）以相关的电子技术基础课程和电子制作知识为基础和实践教学为内容的第一层次实训教学；（2）以单片机原理和接口技术基础以及实践教学为内容的第二层次实训教学；（3）以工程背景相关的综合检测控制系统创新设计实践为第三层次的实训教学；这三个层次从低到高，有机关联，能够使得低年级学生动起手在实践中学习，在做中学，在学中做，使学生尽早接触到真实的项目，启发学生的动手能力以及分析问题和解决问题的能力，激发学生的学习兴趣。三个层次教学内容之间的关系可以用图2来表示，学生在已经学过的课程知识的基础上首先学习第一层次的理论核心基础内容，掌握模拟电子技术和数字电子技术基础的基本知识，然后完成相关的实验，对电子电路知识入门了解，通过实验理解最基本的单元电路设计方法；在第一层次和以后知识的基础上学习第二层次的理论知识，完成第二层次的实验，掌握单片机基础知识和编程方法，提升和巩固已经学过的知识；最后在第一层次和第二层次以及现有基础知识的基础上以小团队为单元综合运用所学知识完成既定目标简易工程项目设计，学会对多种知识的综合运用。通过项目设计如果发现需要更深化细化各个层次知识，可以急需了解深入学习相关内容，形成良性循环。同时在实践中培养学习兴趣和解决实际问题的能力。图2　三个层次教学内容之间关系

三个层次的课时量安排为第一层次占：20%；第二层次占：30%；第三层次占：50%；第一层次的教学内容包括三个部分，即模拟电子基础的知识，数字电子技术的基础知识，常用电子元器件基本知识。三部分的理论课时量大约是16学时，三部分的实验课时大约也是16学时；通过第一层次学习，学生对电子设计基础有了初步了解，掌握了模拟电子技术和数字电子技术中的核心部分原理，通过该部分的典型实验，具备了该部分动手设计和调试的能力。第二层次以MCS-51单片机原理和应用技术为核心内容，学习51单片机的基本原理和应用技术。该部分理论课时大概为14个课时，综合实验学时为28个学时。通过第二层次，学生在掌握第一层次内容的基础上，可以深入地了解单片机和接口技术的基本原理，再通过使用自制的综合实验板做实验，让学生从电路的焊接一直到单片机典型外围接口电路的调试，将软硬件结合起来充分掌握单片机系统的设计和应用。第三个层次为以工程项目为核心内容以团队为组织结构的综合实训，学生自由组队，3人一组，项目的具体内容和设计任务书在学生刚接触第一层次内容前通过随机抽取的方法就先布置给学生，整个项目贯穿实训和综合实验的始终，学生在整个训练周期中团队成员通过分工合作，自己查资料完成项目内容，开发规程符合IT系统开发规程。第三层次为综合性实践，纯粹的实践学时占70个学时（不含前期的自己查资料设计方案阶段的时间）。通过第三层次的训练，学生基本上能够以团队的形式在老师指导下完成一个简单的电子控制系统的设计开发，具备参加学科竞赛和创新实验的基本能力。同时具有一定的专业素质。在这个层次中学生接触到的是一个紧密联系现实的真实的应用性开发性综合设计，他们所设计出的产品是能够解决生活中某些实际问题的小产品，因此通过设计的过程学生能够产生兴趣，具有成就感，能够激发学生从“要我学”转变为“我要学”。图3和图4为第一层次和第二层次的教学内容。图3　第一层次教学内容图4　第二层次教学内容

通过上述三个层次的教学和实践实现了学生在早期和实践对接的“跨越式”飞跃，使得学生在基础知识尚未掌握很多的情况下，就能够早期动手完成小型电子控制系统项目的构思-设计-运行。这样学生在二年级就能自己动手设计简单的控制和检测系统，并具有一定的基础参加各种学科竞赛，而传统的教学体制要到三年级下学期末学生才能真正深入实践，学生深入实践的时间提前了3个学期。4 单片机实训与综合实验课程的教学方法与考核方法

课程教学方法是为达到教学目的，实现教学内容，由教学原则指导的运用教学手段而进行的，以整套方式组成的师生相互作用的活动[20]，它是教师对课程组织、实施的依据。“教育的目的，不只限于知识的传授，尤其是高等教育，其主要任务是教育学生思考”。《教育部关于进一步深化本科教育本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》指出：“深化教学内容改革，建立于经济社会发展相适应的课程体系。要坚持知识、能力和素质协调发展，继续深化人才培养模式、课程体系、教学内容和教学方法等方面的改革，实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变。”

单片机实训与综合实验课程就是让学生接触实际项目，在主动思考、运用知识认识世界的同时主动探索和学习新知识，在反复实践中解决学习中遇到的问题，初步将学习推向深入。为了达到以上目标我们在教学活动中采取了主动设计、探索式、发现式教学方法、任务导向教学方法、团队合作分工实践教学等教学方法。

在课程教学中，每一项实践内容和设计内容都是以小组分组的方法展开工作，从设计任务的下达、资料文献的检索查询、设计方案的确立以及实际设计工作的开展都是以小组分工合作的方法进行的，在实际设计中每一组的成员分工负责软件设计、硬件设计和调试以及算法原理设计都是以学生主动思考探索为主线，在思考中学习，在探索中前进。将传统教学方法中的被动学习转化为主动学习，不仅培养了学生的学习兴趣，而且使得学生在遇到问题时学会了主动思考解决问题的方法，同时培养了学生学会作为团队的一员进行合作、讨论、沟通等方面的能力。

课程考核的宗旨就是实现对学习者的知识、技能进行综合评价。考核体系的建立是以考查学生对专业知识的掌握程度和技术应用的实践能力为目的，使学生从一年级开始端正对专业的学习态度，激发对专业实践的学习积极性，培养良好的学习能力和工程职业素养。考核评价体系是有效开展教学活动的可靠保证，因此既要合理公正地评价学生学习过程，又要考虑有较强的可操作性。

单片机实训与综合实验课程考核抛弃传统的卷面考试方式，根据课程的要求，学生需要完成的工作有：（1）电子小制作电路焊接调试；（2）模拟电子技术基本实验；（3）数字电子技术基本实验；（4）单片机及接口技术综合实验；（5）开放式电子项目的综合开发设计；前四个项目需要提交设计报告验收实物；最后一个项目采用现场演示和答辩相结合的方法对各组的学生分别进行成绩考核，加权后作为该课程的最后考核成绩。如表1所示。实践证明这种考核方法和传统的卷面考试相比更能激发学生的探索、主动式的学习的兴趣。有学生在课程调查感言中曾这么说：“我挺喜欢这种考核方式的，虽然我自己最后的作品失败了，可仍感觉学到了好多东西”。表1　单片机实训与综合实验二级项目考核评分细则5 单片机实训与综合实验教学效果调查与分析

自我校2010年开展“卓越计划”以来，“单片机实训与综合实验”二级项目首次开设，我们通过问卷调查和写感想的方法对2010级“卓越计划”首期实验班级的30名同学开展教学效果调查，调查问卷一共分为12个选择题目和8个问答题目，教学效果感想不受限制随意发挥。图5是几个典型的调查问卷题目的统计结果，由调查问卷的统计结果我们可以看出，学生对开设该课程的认可程度是比较高的，教学效果是比较好的。可以总结为如下几条：图5　典型问卷调查结果（1）教学组织激发了学生的学习兴趣，明确了学习目标，促进了学生学习动力的形成。

我校“卓越计划”试点班级在参加2011年组织参加全国大学生电子设计竞赛中获得陕西赛区2等奖2项，在2012年“飞思卡尔”智能汽车竞赛选队面试中也体现很明显，校内赛15组队中，“卓越计划”试点班占了5组。

有学生这样感言到：“收获很多，在知识上，我学到了好多知识，这些知识是我以前从未接触过的，以前感觉很神秘，现在已经没那种感觉了；另外，在与同学交往中也感觉挺较好，大家在一块学习，休息，玩耍，感觉学习也是一种快乐；我建议咱们学院，以后可经常举办这种课程教学的活动，我想大家一定都很向往的”。（2）教学方法构建了学生以项目为主线的“理论→实践→理论与实践相结合”的不断提高的学习过程。

有学生这样写道：“在学习的过程中我也发现自己知识面很缺乏，在今后的学习过程中不仅要学好课本内的知识，还要尽量去拓展自己的知识面，这样在解决问题时才能得心应手。其次，要注重快速学习。在现代快速发展的社会，知识的更新时时刻刻都在发生，在快速中更要注重利用各种资源，获得各种有价值的信息。再次，在这次的学习中激发了我的学习兴趣，在发现自己有许多的东西还不知道，需要自己去学习，这就给了我学习的动力。还有就是要注重多动手实践，在动手中更能进一步加深对理论的深入理解，而且有时候我们会获得意外的收获，同时我们还能通过实践来进一步完善理论”。（3）学习过程有助于学生工程意识、工程素质和工程实践能力的提高。

学生感言：“实践增强了我的动手能力和才干，更重要的是使我充满自信，我相信未来我一定能设计出更好的产品。”6 单片机实训与综合实验教学总结

自我校2010年开展“卓越计划”以来，“单片机实训与综合实验”课程首次开设。根据卓越工程师培养要求，我们将对项目中相关的教学内容、教学形式、典型案例和考核方式进行不断探索与改革，从而形成较为完整的课程体系。我们将会以培养适合社会需求的工程人才为目标，不断的探索和践行“卓越计划”工程实践能力培养的每一个环节，使教学效果更为突出、激发学生的学习兴趣、培养学生从事工程设计的基本知识、能力和素质。参考文献[1]郝智秀，季林红，冯娟.基于CDIO的低年级学生工程能力培养探索—机械基础实践教学案例[J].高等工程教育研究，2009年第5期:36-40.[2]陶勇芳，商存慧. CDIO大纲对高等工科教育创新的启示.中国高教研究，2006年，（11）：81-83.[3]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革.中国高等教育，2010年第17期：30-32.[4]孙宏安.简论教学方法的定久、分类和选择[J].教育科学，1994年第4期：21-24.[5]王骥，陈敏.兴趣引领：MIT新生学习社区的构建及其启示.武汉：高等工程教育研究.2007年第2期注释[17]郝智秀，季林红，冯娟.基于CDIO的低年级学生工程能力培养探索—机械基础实践教学案例[J].高等工程教育研究，2009年第5期:36-40.[18]陶勇芳，商存慧. CDIO大纲对高等工科教育创新的启示.中国高教研究，2006年，（11）:81-83.[19]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革.中国高等教育，2010年第17期：30-32.[20]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革.中国高等教育，2010年第17期：30-32.

基于卓越工程师培养的“电力拖动系统”教学探索

2011年我校电气工程及其自动化专业被教育部批准为第二批“卓越工程师教育培养计划”试点院校的试点专业。针对卓越工程师教育培养计划实施的目的与要求，依据本校的具体情况，学院经过对报名学生进行遴选，最终选拔出学生组成“卓越计划”试点班（以下简称“卓越班”）。而“电力拖动系统”是该专业的一门核心课程，已成为电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等综合性学科。本文针对09级和10级卓越班，结合多年的教学经验，在教学内容、教学形式、实验教学等方面做了一些探索，对学生的未来就业与发展起到了很好的促进作用。2 “卓越工程师教育培养计划”下的教学要求

依据“卓越工程师教育培养计划”，要求学生在有限的在校学习时间中，较好掌握本专业的四个核心能力，获得较好的工程实践训练，具有较好的技术开发、工程实践能力，具有较强的工作适应能力和工程管理等实际工作能力，掌握文献检索、资料查询、技术文档撰写的基本方法，了解本专业工程技术前沿的发展趋势。具有较强的交流与沟通、团队协作能力；具有组织与管理、调查研究能力。“电力拖动系统”的教学改革也就紧紧围绕着这个目标来进行。3 “电力拖动系统”课程的现状3.1 理论教学

由于本课程集相关基础知识为一体，理论性和实践性都非常强，目前课堂教学注重讲授知识的系统性，涉及实际工程应用时，都是以系统框图为背景，如闭环调速系统的限流保护——电流截止负反馈，课堂讲解与工程实际的应用偏差较大，学生普遍感觉比较抽象，加之新知识、新成果更新较慢。3.2 实验教学

我院的实验教学基本以验证性实验为主，并且现有的实验设备高度集成，学生在做实验时往往看不到其结构，只要简单地搭接，然后手工记录数据，整个实验过程是无法将理论与实际的元器件联系起来。

考虑实验设备的限制，多利用Matlab的Simulink工具箱，是以控制系统的传递函数为基础进行计算机数字仿真，与工程实际也存在距离。3.3 学生状况

卓越班的学生是通过选拔组成，他们最主要的长处是对从事工程科技服务有兴趣和热情，不利因素是在校理论学习时间缩短。4 课程的改革与实施4.1 多形式多内容的课堂教学

在课堂教学中，学生是活动的主体，要调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣，采用板书、多媒体演示、课堂小测验、Matlab仿真软件和小组讨论等多种形式，对理论推导、如何组成系统负反馈满足性能指标要求，板书和多媒体是必不可少；同时注意修正、更新和丰富多媒体课件，当课堂教学讲授到有静差系统、无静差系统时，使用了Matlab仿真软件来演示两类系统突加负载的过程，提高了课堂教学质量效果，在一定程度上缓解了学时少而内容多的矛盾。

针对CDIO工程教育培养模式，在09电卓越采取项目小组的讨论形式，讨论课题围绕实际应用为背景，如表1所示。包含构想、设计、实施、改进和展示全过程，要求每个学生至少一次作为项目的负责人，使学生的个人技能和团队协作能力都得到提升。学生则自由组合、自主选题，要求学生查阅相关文献，进行整理、提炼，每一项目小组由该项目的负责人将讨论结果在课堂上以PPT形式加以口头阐述，大家可就其观点展开讨论，最后以指定的论文格式要求上交纸质论文，其成绩等级评定，包括论文内容情况、小组对资料的调研情况、PPT汇报情况和论文规范情况。这一讨论过程中，学生展示自己的设计，教师可结合实际工程应用引导学生进行剖析、拓展和深度思考，由学生自己求解问题，如项目课题中，调速系统的限流保护问题，教材上只给出了部分电路图，则引导学生如何构成系统原理图？工程应用如何实现？使学生开阔了视野、思维更灵活，真正把课堂内容转化成自己掌握的知识。表1　项目课题名称

随着交流调速技术在实际工程中的广泛应用，交流调速有取代直流调速的发展趋势，因此，10电卓越不论是课堂教学还是项目课题则增加了交流调速部分的比例，也可以学生自己选题。4.2 渐进式的实践教学

整个实践教学分3个过程，理论验证——数字仿真——综合训练。09电卓越班实验学时刚调整，考虑在不增加实验经费投入的条件下，解决学生理论与实际脱节的问题，开设了系统的数字仿真，利用Matlab的电力系统(SimPower System)工具箱平台，工具箱在元件库中提供的电气元器件能够反映相应实际元器件的电气特性，针对课堂教学和项目课题，要求学生绘制电流截止负反馈单闭环调速系统的仿真模型，进行参数的设置和仿真，观察限流保护环节的作用，当学生看到实验曲线时，很是兴奋，充分理解了电流截止负反馈的作用，激发了学生独立动手实践的积极性。

2012年我院购置电力拖动系统实验设备，10电卓越班的实验内容就做了相应的调整，减少数字仿真的内容，增加工程实践训练内容，如表2所示。要求学生对调速系统的主要单元进行参数整定和特性测试，如触发电路的调试、移相控制电压范围的确定、电流反馈系数的整定、转速反馈系数的整定、调节器的调零和输出正负限幅值的整定，正确判断反馈极性并正确接入系统，这些都十分切合“卓越工程师教育培养计划”对学生的培养要求，并且开放了实验室。新的实验指导书要求学生认真预习，根据实验内容、原理图和实验装置设计实验控制系统的具体接线图，列出实验步骤；能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题，能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。实施了从构思、设计、实施到运行的一个全CDIO过程，达到培养学生全面的专业、个人、职业、团队、交流及社会意识与能力。表2　两届卓越班实验教学对照表（学时）5 结束语“电力拖动系统”课程在卓越班已经实施了两届，从教学效果来看，使学生在掌握专业基础知识的前提下，经过了工程实践训练，提高了学生的综合素质、协作能力和创新能力，为“卓越工程师教育培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。参考文献[1]宋起超，秦进平. CDIO理念下电气工程及其自动化专业建设.电气电子教学学报，33（增刊）：39-41，2011.[2]周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真.北京：中国电力出版社，2007.[3]卢秉娟.运动控制系统课程教学突出工程实际应用性研究.洛阳理工学院学报（自然科学版），21(3)：88-99，2011.[4]李新德，孙家明.“运动控制系统”课程实践教学模式的探讨.电气电子教学学报，34(4)：55-56，2012.

优化校企合作模式，提高大学生工程实践能力

教育部“卓越工程师教育培养计划”旨在面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。但我国工程教育在人才培养上，重理论、轻实践的传统思想根深蒂固，实践教学环节薄弱，缺乏基本的工程训练和工程实践，因此，培养出来的学生工程实践锻炼不够，社会适应性差。从目前社会对大学毕业生评价的反馈信息来看，社会用人单位普遍认为当代大学生的实践能力较低，缺乏开拓精神和创新能力，不能很好地适应社会发展的需求，就业创业能力不强。这就要求应用型本科院校的教育必须以有效提高学生的实践能力和创新能力。以工程实践为基础，回归工程科学实践性、实用性，在加强工程科学基础知识与工程技术手段学习的同时，更要加强工程创新理念的建立和工程综合创造方法的掌握。

自动化学科的研究对象遍及工业、农业、交通、商业、国防和社会领域的各类系统，涉及自动控制、信息处理、网络与数据通信、计算机应用等多门科学与技术，是一门综合而年轻的学科，与国家经济社会发展关系特别密切，有广阔的发展前景。始于工业革命的自动化学科，在上百年的发展过程中表现出了实践性、时代性和综合性的学科特征：实践性——自动化学科的发展总是和社会的重大需求紧密联系在一起的；时代性——自动化学科总是具有最鲜明的时代特征，自动化已由单纯的控制发展到控制与管理的结合。通过数字化、网络化、集成化、智能化、信息化来实现自动化成为当今的一大趋势；综合性——自动化学科总是从“系统”的角度来分析、研究和实现各种目标，因此离不开计算机科学、电气技术、数学及自动化对象的相关领域的知识，需要与更多学科交叉和融合。特别是当今的现代工业，给自动化人才培养提出了新的课题和要求。为此，自动化专业必须强调实践教育对于自动化人才培养的重要作用，并以实践教育为突破口，开拓面向现代工业的自动化人才培养的新模式。2 自动化工程实践教育存在问题2.1 理论与实践脱节

我国自动化专业教学由于长期受到传统教学模式的影响，学校对自动化系统的设计、分析能力和对控制进行仿真研究的动手实践能力的培养，力度不够，教学实践能缺乏，没有建设充分的工程实践基地和教学实验室，使得实践教学环节薄弱，学生创新意识低，缺乏团队合作精神，就业技能较低。而且对自动化专业的教师要求不明确，课堂比较低效，使学生没有学习兴趣，理论知识与实践研究相脱节，不能很好的学以致用。因此，自动化专业的教学目标由传统的培养“知识型”人才转向培养素质教育视域下的“创新型”人才，已经迫在眉睫。2.2 校外实习基地数量少。随着计划经济向市场

经济的转变，工厂和企业越来越不愿意接受学生实习。其主要原因足：①社会和政府对校外实习基地的激励机制不完善，没有形成企业必须接纳学生实习的社会责任和义务的运行机制。②在市场经济的条件下，企业最大的目标是追求更高的经济利润，学生到工厂和企业实习，由于实践经验缺乏，一般短期内很难直接给企业创造利润，相反会给工厂和企业带来管理上和生产上的不便。③一些企业由于害怕技术和管理方法被泄露而不愿接待。2.3 实习经费少

学校在校外实习环节投入的经费少，缴给企业的实习费过低，企业很难从学生的实习中得到实惠。2.4 教师实践能力与现阶段人才培养的要求不相适应

青年教师大多是从学校毕业直接到学校，很少走出校门接受工程训练，导致他们普遍缺乏现代工程意识、工程素养和工程实践经验，很难全面了解实习企业的情况，因而也难以指导好学生。3 校企联合培养模式与方案

教育部出台的“卓越工程师培养计划”，遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，建立工程实践教育中心。鼓励参与卓越计划的企业建立工程实践教育中心，承担学生到企业学习阶段的培养任务。并且联合有关部门和单位对企业参与建立的工程实践教育中心，择优认定为国家级工程实践教育中心，鼓励省级人民政府择优认定一批省级工程实践教育中心，给予企业一定的支持，在一定程度上解决了自动专业工程教育的不足。

同济大学自动化专业卓越人才的培养采取“以人为本”的开放式、多样化、递进式的三段培养模式，以四年制本科为基础，以工程教育为导向，以培养卓越工程师为目标。将本科、硕士和博士三个阶段综合考虑，相关课程贯通，减少本科毕业考硕士、硕士毕业考博士的环节，减少课程重复，提高人才培养效率，形成“4+2+3”三段式人才培养模式，如图1所示。“4+2+3”培养模式中，总修学年限为9年，分为本科、硕士和博士三个阶段执行，必须在前一阶段完成并取得学位后才能进行下一阶段学习。其中4代表四年制本科，对应于自动化科学与工程基础技术人才培养；2代表二年制全日制的工学硕士和工程硕士，对应于自动化科学与工程领域高端人才培养；3代表三年制工学博士和工程博士，对应于自动化科学与工程领域领军人才培养。图1　多模式多层次的培养模式

卓越工程师企业培养计划是针对“卓越工程师”培养方案的企业部分所专门制订的，包括本科四年、研究生2年、博士研究生3年的企业学习内容安排与要求。其目的是通过学生现场的实践与学习，结合自动化工程项目及装备的设计、制造、控制、运营、维护、管理等工程实际问题，培养能够灵活运用本专业的基础理论知识，具有较强的创新意识与解决轨道自动化学科和工程领域实际问题能力，担负着实现国家工业化和企业现代化重任的卓越高级工程技术人才。

通过学校培养向企业后延、企业人力资源向学校前伸的联合培养方式，培养学生良好职业素养、较强工程实践、具备工程创新及良好的工程综合能力，实现学生培养、就业的有机结合，培育具有创新精神和实践能力的自动化工程师。4 自动化工程实践教育培养理念与培养目标

培养理念：从大学生毕业—就业—成才的人才成长过程可以看到，传统模式中，大学生毕业后经过企业招聘进入企业，一般需要较长的适应期，一部分适应企业文化及环境的学生成长为企业骨干人才，一部分不适应企业的学生转岗分流或离开企业。通过实施校企联合培养，企业在大学生毕业前介入培养环节，通过在企业实习实践、毕业设计（论文）等实际工作环境考查学生，通过选聘代替招聘吸纳优秀学生进入企业工作，学生在企业的适应期大大缩短，绝大部分学生可以成长为企业骨干人才。

从学校——企业人力资源构成可以看出，成立校企联合培养体后，学校可以聘任企业优秀工程师为兼职教师，补充学校工程教育所需双师型师资；企业通过聘请学校教师担任兼职工程师，同时补充大学生作为机动研究人员，扩充了企业的研发队伍。通过这种形式，校企双方人力资源实现了互补双赢。

因此，为了促进大学生人才成长过程从传统模式向联合培养模式转变，实现校企双方人力资源互补双赢，发挥企业在卓越工程师培养环节中的作用，同时为了解决学校学生就业实习与学业安排的冲突，缩短学生毕业就业后在企业的工作适应周期，满足企业人力资源竞争前延及校企人力资源共享的需要，同济大学与卓越联盟企业联合提出通过将学校培养向企业后延、企业人力资源向学校前伸、企业参与人才培养、学生就业实习与毕业设计（学位论文）一体化的校企“无缝对接”联合培养卓越工程师的理念。

培养目标：（1）了解本专业领域技术标准，相关的政策、法律和法规，具有扎实的工程科学基础、较高的人文科学素质、宽广的专业知识、持续的创新精神和较强的国际竞争力。（2）具有自动控制、系统工程、自动化装置、计算机应用与网络、现代通讯与信息化技术等工程技术基础和专业知识，能胜任本专业技术领域的应用研究、技术开发及经营管理等工作，并了解本学科范围内科学技术的发展动向。（3）经过自动化专业及后续学科的系统新的实践环节的基本训练，能够综合运用所学基础理论、专业知识和技术手段进行应用研究和技术开发等方面的工作。针对实际工程中的技术问题，能通过科学的方法和手段，认识和系统地表述问题，建立模型，判断和分析问题，提出解决方法和建议，具备分析并解决自动化工程领域的实际问题的能力。（4）具备在自动化及相关领域进行科学研究、产品开发、技术管理和知识创新的综合能力。（5）具有较好的组织管理能力、较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力，充分了解企业的建立、运行、管理等知识。明确卓越工程师的责任和社会角色，具有良好的职业素质和职业道德及较强的社会责任感。5 自动化工程实践教育建设内容

通过学校培养向企业后延、企业人力资源向学校前伸的联合培养方式，培养学生良好职业素养、较强工程实践、具备工程创新及良好的工程综合能力，实现学生培养、就业的有机结合，培育具有创新精神和实践能力的自动化工程师。5.1 建设企业特色专业课程体系

传统的任课教师几乎全部由大学教师担任，没有工程领域专家参与，这不利于拓展学生知识面，难于理论联系实际。从而造成大学教学与工程需求脱节。利用企业研发软硬件设施和丰富人力资源，尤其是一批有丰富实践经验的工程师和项目负责人，针对自动化专业人才培养具体教学环节，建设具有特色的专业课程体系。因此，需要在培养计划中设置相应的工程类选修课程或讲座，聘请工程领域专家进行授课、开设讲座或者指导创新实践类设计。为便于能更多地在课程中融入工程应用知识，这些课程不采用每学期18周的教学模式，可以考虑一学期讲授4～5次课程的短期教学模式。成绩给定由教师通过笔试或者面试决定。

学生实习（实践）与毕业设计（学位论文）一体化校企联合培养。根据同济大学卓越自动化工程师培养计划要求，本科生可选择在企业完成生产实习、毕业实习等实习环节，同时需结合企业实际课题完成毕业设计（论文）；专业学位研究生实施专业实践结合学位论文模式，即在学校完成一年学习计划后，后一年半在企业完成专业实践培养需求，同时结合企业实际研究项目完成研究生学位论文。企业将根据校企联合培养需要，落实学生在企业学习期间的实习实践、毕业设计及学位论文等各项教学安排，提供实训、实习的场所与设备，安排学生实际动手操作，统筹企业项目课题，安排企业指导教师等。5.2 指导学生开展大学生创新项目

企业根据实际需要，提出相关研究课题，由企业和学校共同组成导师团队，指导大学生以创新训练课题的方式开展科技攻关。不但可以训练和培养学生的创新能力，而且可提高教师的实际工程和研发能力，增加教师实际工程经验，同时更进一步加强、深化和密切校企联盟。5.3 进一步建设“双师型”师资队伍

支持工程师和教授开展多方位的合作，共同参加工程项目或科研合作项目；鼓励更多企业专家到学校担任兼职教师，建设中心指导教师队伍，同时聘用学校优秀教师为企业兼职研究人员，为青年教师赴企业挂职锻炼和学习进修提供便利，切实加强“双师型”师资队伍建设，使卓越工程师培养工作的顺利开展与实施得到切实的保障。5.4 建立校企联盟长效机制

建立校企合作联合培养的长效机制，从组织结构、运行模式、管理监督等方面加强建设。建立起兼职教师和兼职工程师双向培训、管理、考核机制。健全学生在企业学习阶段的考核标准和考核要求，与学校一起共同对学生的培养质量进行评价。做好学生在企业学习期间的安全、保密、知识产权保护等教育，提供充分的安全保护与劳动保护设备，做好相关的管理工作。做好中心的网络信息化工作，定期公布中心可提供课程、实习岗位、指导教师等相关信息，以便“卓越计划”高校参与。6 自动化工程实践教育中心建设

从2011年开始申请，同济大学自动化专业成功申请了四个第一批国家级工程实践教育中心，合作单位分别是通用电气（中国）研究开发中心有限公司、上海电气集团股份有限公司、与菲尼克斯电气中国有限公司、同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司。6.1 与GE中国研发中心合作

2013年1月17日，同济大学携手GE中国研发中心入选中国第一批国家级工程实践教育建设单位名单，体现了双方大力支持中国培养更多工程技术创新人才的共同理念，也表明校企合作进入新的发展阶段，为培养面向工业界、面向世界、面向未来的卓越工程师迈出了坚实的一步。与企业联合建设工程实践教育中心是卓越工程师计划的重大改革举措。融合GE中国研发中心和同济大学的合作交流资源，双方将为大学生提供良好的学习、实践与科技创新环境，并重点开展电力电子、远程诊断与监测、智能复杂工程系统设计与应用的教学与实践创新活动。6.2 与同济大学建筑设计研究院建立校企联盟

同济大学控制科学与工程系与同济大学建筑设计研究院就学校学生实习实践工作进行了一系列的前期合作。基于教育部的本科教学质量工程和同济大学本科教学培养体系，结合自动化专业的“卓越工程师计划”培养模式，为自动化专业学生提供良好的学习、实践与科技创新工作环境，重点开展智能复杂工程系统设计与应用以及建筑单体电气设计与照明设计的教学与实践创新活动，融合同济大学和同济大学建筑设计研究院的合作交流资源，培养新世纪下的智能复杂工程的规划、设计、工程实践、管理与控制的高级科技人才，2010年同济大学建筑设计研究院和同济大学签订了企校联盟协议。6.3 与施耐德电气建立联合实验室

施耐德电气在同济大学电子与信息工程学院建设有面向“建筑电气”的联合实验室。并捐赠了近200万的建筑电气控制设备、传感设备以及网络设备。并针对自动化专业传感器与检测技术、工厂供电、电气照明、建筑智能化技术4门本科课程以及智能化仪表研究生课程进行了前期的课程实验环境改善设计，增添了新的实验项目。在面向科技创新方面，施耐德电气还提供了智能照明系统、水循环处理系统、供暖通风控制系统等创新平台设备，促使自动化专业以及控制学科的楼宇自动化培养领域向楼宇智能化领域转化。

施耐德电气在全国高校建立的联合实验室面向同济大学开放，可以提供控制学科所需要的各种工程实验教育环境。并在必要的时候还可以及时更新联合实验室设备以满足工程实践教育的需要。6.4 与上海电气集团建立校企联盟

同济大学电子与信息工程学院与上海电气集团股份有限公司就学校学生实习实践工作进行了一系列的前期接触和合作。基于教育部的本科教学质量工程和同济大学本科教学培养体系，结合自动化专业的“卓越工程师计划”培养模式，为自动化专业学生提供良好的学习、实践与科技创新工作环境，围绕电气类装备研发这个核心，结合同济大学优势，重点在如下领域展开合作：

数控机床和机器人领域：集团下属有上海电气机床集团，是中国数控机床的重要制造基地；

轨道交通装备领域：集团下属上海轨道交通设备发展有限公司，主营城市轨道交通设备制造、销售、服务，技术开发、机电设备安装工程等业务以及建筑智能化设计，城市轨道交通、消防设施、防腐保温、建筑智能化、环保工程专业承包。公司与阿尔斯通等国际知名公司有密切合作。

自动化仪器仪表领域：集团下属上海自动化仪表股份有限公司拥有国内规模最大、产品门类最全、系统成套能力最强的自动化仪表制造能力。主要产品有工业生产过程控制系统、成套装置和仪表、可编程序控制器（PLC）、不间断电源（UPS）及仪表控制柜、低压电器柜等。拥有现代工业过程控制所必需的、适应不同层次需要的分散控制系统（DCS）、分散控制、调节、测量、显示、记录仪表以及执行机构、调节阀等产品。

新能源及优化领域：集团下属上海电气电站集团是国内电站装备制造业规模最大、实力最强的产业集团之一，员工12000余人，拥有一流的人才资源和一流的装备资源，以一流的现代管理和国际化运作快速融入世界经济。2002年以来，火力发电设备的生产量、销售量以及订单数量保持世界第一。目前，集团也在积极拓展风能等新能源方式。7 结束语“卓越工程师教育培养计划”是推进和实施工程教育改革的重要举措，希望通过大学与企业的合作，使培养出来的人才能真正满足用人单位的实际需要，同时也能带动双方产学研的深入合作。借助这一平台，高校和合作单位共同对卓越工程师合作培养模式进行探讨和研究，共同采取措施，破解难题，为创新型国家建设做出贡献。参考文献[1]林国汉，李晓秀.自动化专业工程训练教学探讨与实践.中国教育技术装备. 21：52-54,2012.[2]南新元，陈志军，解成喜.完善自动化专业实践教学体系，加强工程实践与创新能力培养.实验室技术与管理.27(8):147-150,2010.[3]郁炜，张露，楼飞燕，叶文通.“校企合作、工学结合”的自动化专业实践教学体系研究.教学教育论坛. 98-99,2012(9).[4]王瑞兰.依托校外实习基地、培养大学生的工程实践能力.实验室研究与探索.30(4):144-145. 2011.[5]刘燕.面向卓越工程师培养构建校企合作工程实践平台的探索.中国电力教育.2012(7):81-84.[6]校企合作模式联合培养应用型技术人才的实践探索.教学研究. 35(4):20-22.2012.[7]刘维，李文军.工程实践教育中心的建设.实验科学与技术. 10(2):171-173. 2012.

卓越工程师教育与专业基础课改革

自教育部实施卓越工程师教育培养计划以来，各高校根据自己的合理定位开展了工程教育培养模式的探讨。目前工科类专业已出现了各具特色的培养模式，探索着适合国情并与国际接轨的新型教育体制与机制。从社会需求角度，我国由“制造大国”走向“制造强国”必须重视工程研究，这就决定了工科类学科专业要将“科学教育模式”与“工程教育模式”二者之间有机的融合。

科学家为了探索世界要寻求发现，工程师为了改造世界而追求创造。科学教育模式是传授系统的专业知识，培养逻辑性很强的科学思维，激发自由探索精神，其目的是培养科学家；工程教育是着眼于理论与实践的结合，培养解决现实工程问题的能力，从技术、经济、社会等多个方面来综合考虑问题，其目的是培养工程师。工科类学科专业的性质决定了培养的目标是少数工程科学家，大量的工程师和高技能人才。在当今的知识经济时代，由于我国仍处于四个现代化的初、中期阶段，强调工科院校是“培养现代工程师的摇篮”更具有现实意义。

现实情况下，我国工程教育还未形成独立的模式，基本上是模仿传统的科学教育而来，重理轻工、轻视实践、教学脱离实际的倾向一直存在。现行的培养类型过于模式单一，受考核评估指标体系的影响，人才培养计划体系与课程设置雷同。总体上讲人才培养还不能满足我国经济建设和国际化的要求。

在制订和实施卓越工程师教育计划中，专业培养体系改革的核心是如何按照工程的属性来构建创新型课程体系，包括整合教学内容形成新的课程，增设研究型、工程实践型等新型课程，以及新型教学理念和方法的实施。2 专业基础课面临的任务与挑战

卓越工程师教育是体系化的工程，其中专业基础课的改革是重要的组成部分。专业基础课的改革面临两方面的艰巨任务。一方面，为适应不同专业的培养体系要求各专业基础课间的内容整合以形成新的工程技术基础课，从而能体现专业的特色与应用，而不是相关课程简单机械地组合，要打破课程之间的独立，学科壁垒森严的状况。另一方面，专业基础课要改变传统的从理论到理论模式，强化工程教育，加强实践能力、创新能力和综合能力的培养，建立新型的教学理念和方法。由此给专业基础课的教材编写，教学案例设计和教学过程的实施等诸多方面提出了新的任务和挑战。

为了探讨人才培养模式的改革和专业拔尖创新人才的培养，近年[21]来我们开展了专业基础课的教学改革的探讨与尝试，探讨了分层培养，力求普及与提高并举，让每个学生都收益。切实以人才培养为中心，以质量提升为核心，得到了较好的效果和反响。3 新理念与实践[22]

教学改革的关键是新型教育理念的确定，从单一知识传授上升到能力培养的教育高度。教育不仅包括专业知识传授，还包括各种能力培养和训练，以及教师个人魅力的感染，如何做人的道理等各方面。

进行课程教学如同做科研项目，要进行整体规划和设计，并落实到每节课的教学中。不断地营造能激发学生学习兴趣、促进学生钻研精神，使学生养成创新思维习惯的教学氛围和环境，教师要在课堂教学过程中，通过教学规划、教案设计，将传授知识的过程变成综合能力培育成长的过程。积极开展研究型教学、探讨型教学、协作型教学，树立教师的主导性和学生的主体性观念，用研究问题的方式激发和引导学生的学习兴趣，师生之间教与学相互促进。教师和学生在共同的教学个过程中都能各自增长相应的能力，这也是对教师的能力提出了更高的要求。

从专业知识讲，“电路理论”、“电子技术”和“信号与系统”等课程是自动化专业本科教学中重要的专业基础课，涉及的面广，内容丰富。抓住每门课程的主干线，分成若干模块，每个模块围绕着核心问题展开讨论研究。从培养人角度讲，将“素质教育”、“工程教育”、“创新教育”的新理念在日常教学中体现出来。采用问题驱动、工程应用和科学研究的思路方法开展教与学，这有助于激发学生的学习兴趣，提高学生的综合能力。要求学生在掌握习题基础上，围绕着若干问题，查阅资料、利用网络资源、掌握探索性研究问题的思路和方法，从每章提出问题写学习研究报告或小论文，成立学习小组相互讨论启发，在课程的后续阶段，各学习小组选派代表上讲台宣读研究论文。整个教学的过程体现了知识的传授、能力的培养，从课内到课外建立良好的学习氛围和团结向上的朝气。

教学案例设计是落实教学规划的具体方案，教学案例的选择根据课程教学内容进度，由浅入深、循序渐进。问题的提出由教师引导、并鼓励学生自拟感兴趣的课题，全课程可按模块选择综合性的问题展开学习探讨和研究。组织学生成立学习小组（3～5人），查资料（参考书、图书馆、网络资源等），开展交流研讨；要注重过程，体现教师指导，学生主体学习和研究，相互交流。每个学习小组选代表执笔写作论文，并上讲台交流宣读，教师和其他同学提问和讲评；根据交流结果，进行评测打分，记入课程成绩。

用问题驱动方式学生自主学习，可帮助学生对教学内容深层次的理解和创新能力的培养。例如，“电压或电流参考方向”是学习电路首先碰到的基本概念。学生提交的第一章教学内容相关的研究问题的报告题目是：为什么电压或电流参考方向的任意选择不会影响实际结果的判断。学生带着问题学习，可得到深层次的理解和能力的提高。

又如，涉及工程应用的题目，学生提出：某三室一厅的房子，有空调、热水器、冰箱和计算机等电器，如何科学合理的进行供电布线的设计。

在信号分析课程中，涉及的数学多，理论性强。坚持工程教育和创新能力培养的教学理念，从实际应用中挖掘典型问题，激发学生的学习兴趣，引导学生如何进行研究型的学习，帮助学生对教学内容深层次的理解，促进学生的钻研精神和创新意识的培养。如在频域教学中，引入了胃电信号的分析实例。胃电信号在时域中没有明显的实际意义，如图1所示。图1　胃电信号时域波形

为了探讨信号分析在医学方面的应用，将时域信号进行频谱分析，如图2所示。根据胃电信号的频谱图，并经医学统计分析，谱峰值落在3cpm附近的比例达到65%以上时，可反映胃功能的正常与否。这是用工程手段为解决临床医学问题提供了科学的方法，激发了学习兴趣和活力，加深了对时频分析关系的理解。同时引导了学生对3cpm附近特征的提取方法（如窗函数应用）的研究，进而延伸到采用新型算法对胃电图仪的开发与设计，引出工程问题的探讨。通过理论与应用的结合，学生认识到，理论基础、计算机手段和专业应用的重要性。图2　胃电信号的频谱

通过研究探索得到了许多书本上没有的知识，研究性课题带动图书馆科技资料的查询和网络资料查询，信息量立体化增加，知识点深入，自主学习能力提高，也提高了科技文献写作能力。

交流是提高学生兴趣和积极性的重要平台。每个学习小组选代表上讲台交流案例的研究结果，提高了表达和演讲能力，学生的积极性高涨，积极参与，受益匪浅。同时也鼓励和增强了学生积极参加学校各种科技创新活动动力。4 任务与思考

卓越工程师教育体系是项系统工程，涉及教育体制和机制的改革，专业课程体系的构建，传统课程（专业和专业基础课）的整合，创新工程课程的建设，创新型教学理念和教学方法的研究和实施，以及教材的建设，教学案例的设计和新型考核体系的研究等等。创建适合国情并与国际接轨的我国工程教育模式，是教育工作者面临的历史重任。注释[21]刘良成等.研究型教学的探讨[J].实验室研究与探索，2011，30（10）：293-295.　刘健等.适合于创新能力培养的电路实验教材编写的尝试[C]. 2008电子电气课程报告论坛论文集.北京：高等教育出版社，2009.9：167-172.[22]卢德馨.关于研究型教学的进一步探讨[J].中国高等教育，2004，40(21)：24-25.　徐蓓，罗秋明.论大学研究型教学[J].湘潭师范学院学报（社会科学版），2007，29(4)：238-241.　龙跃君.高校研究型教学的价值反思与内涵解读[J].中国大学教学，2006，(6)：24-25.　叶国荣等.高校本科生教育中研究型教学模式探讨[J].中国高教研究，2009(3)：90-91.　金波.电工电子基础实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2009，28(2)：113-116.

卓越工程师培养创新实践教学体系探讨

为适应我国从“制造大国”向“制造强国”转变、由工程教育大国向工程教育强国迈进，建设创新型国家，教育部于2010年6月23日在天津召开了“卓越工程师教育培养计划”启动大会，长安大学成为61所首批试点高校之一，我院自动化专业成为我校第一个试点专业。“卓越工程师教育培养计划”已列入国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020），是大规模高等工程教育改革的信号。“卓越工程师教育培养计划”的指导思想和主要目标是充分借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验，创建具有中国特色的工程教育模式，通过高校和企业的密切合作，以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。“卓越工程师教育培养计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。这些特点无一不和实践教学体系的改革与创新息息相关，目前国内各高校都处在实践探索阶段。

长安大学电控学院围绕“卓越工程师教育培养计划”的目标，按照“课堂教学与实践教学相结合”的原则，实行大学生创新实践能力培养从课堂教学到实践性教学相融合、不断线的教改思路，从教与学两个方面强化工程实践能力培养，构建了以设计和研发为导向，以激发学生兴趣为动力，课内和课外相结合，学校和企业联合培养的自动化专业卓越工程师培养创新实践教学体系，并取得了初步的成效。1 自动化专业卓越工程师培养创新实践教学体系

自动化专业卓越工程师培养创新实践教学体系是按项目进行构建的，各级项目与核心课程体系有着紧密的联系。一级项目（project）在第一年至第四年每年都有一个具体的设计和研究项目；二级项目是基于课程群，每个课程群都有一个项目；三级项目是基于一门课程项目，其内容相对较为简单。项目级别不同，其难度亦不同；同级项目学生在校时间越长，其难度逐渐增加。这里仅以一级项目加以介绍。

自动化专业卓越工程师培养创新实践教学体系所包含的一级项目有：①企业自动化设计入门（一年级开设）；②企业自动化软件程序设计（二年级开设，和ACM程序设计竞赛结合）；③智能仪器仪表设计（三年级开设，和电子设计竞赛结合）；④智能汽车设计（三年级开设，和智能汽车竞赛结合）；⑤交通自动控制系统设计（四年级开设，和联合培养企业合作）；⑥毕业设计。

要求所有同学至少要完成4个一级项目。一级项目的组织与培养要求如下：①学生分成团队3～5个人，每个团队有一个项目，如电梯实物模型自动控制系统，从设计要求、功能设计、概念设计和系统设计、硬件设计、软件设计到整个系统调试完成并能运行；②培养设计、创新、协调、沟通和组织领导能力，增强学生的自信心；③这种开放型的项目，使学生有机会把知识有机的联系起来，应用知识，有可能用到没有学过的知识，因此学生要学会以探究方式获取知识，整个过程体现面向工程背景的实际应用能力；④通过“学中做和做中学”，使学生多次完成理论→实践→理论与实践相结合的项目。每经过一次CDIO（即构思、设计、实施、运行）循环，学生的知识、能力和素质将得到加强。2 试点以来具体开展的工作①根据大一新生入学特点，在一年级上学期设置“自动化专业实践初步”课程，在一年级下学期设置“可编程控制器（PLC）原理及应用”课程。通过开放大学生创新实验室，学生通过完成实验和实训，产生成就感，激发了学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和工程实践能力，解决学生学习动力不足的问题。通过上述2门课程建设三级项目典型范例。②与上述2门课程配套，在一年级下学期设置2周“企业自动化综合实验”，重点建设“企业自动化设计入门”一级项目。完成“企业自动化综合实验”。要求学生组成一个团队，从设计方案撰写、任务分工到在实验室模拟调试运行，完成一个自动化系统CDIO的全过程。③通过申报国家级大学生创新创业训练计划项目，提高学生综合运用所学知识，系统分析问题和解决问题的能力，培养团队合作精神。并以此为范例，指导对其他一级和二级项目的建设。引导学生向发现问题、提出问题、分析问题和解决问题方向转变，解决学生自主创新能力培养的问题。④与中交第一公路勘察设计研究院有限公司共建“国家级工程实践教育中心”。⑤建立以年轻博士组成的电子与控制工程学院“卓越工程师教育培养计划”教师队伍，并以此建立本科生导师组，指导大学生创新创业训练计划项目等大学生科技创新活动。3 试点以来取得的初步成效

这种以实际项目为主线的教学改革，有利于提高学生系统分析问题和解决问题的能力，有利于强化学生的工程实践能力，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的交流表达能力和创新精神。经过近一年的探索和实践，所构建的自动化专业卓越工程师培养创新实践教学体系具有较强的系统性、科学性、指导性和可操作性，取得了初步的改革成效，其主要表现在如下几个方面：①培养方案中一年级课程教学改革取得了良好的效果，通过对“自动化学科概论”、“自动化实践初步”、“可编程控制器原理及应用”、“工厂自动化综合实验”、“单片机实训与综合实验”等课程的建设，学生对专业学习兴趣大增，相当一部分同学已能从被动学习向主动学习转变。②我院2010级学生在“长安大学大学生创新实验计划项目”中有5组共15人申报成功，被批准立项。③自动化专业“卓越工程师培养计划”试点班的6组同学，2012年、2013年积极申报国家级大学生创新创业训练计划项目,有6组被批准立项。④在2011年全国大学生电子设计竞赛中，我院2010级学生有4组经选拔被批准参赛，其中2组获陕西赛区二等奖。⑤在2011年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛中，我院2010级有3名学生参加了“机器人武术擂台赛”、“机器人游中国比赛”，并荣获“机器人武术擂台赛无差别组”全国一等奖和“轻量级车型机器人旅游”全国三等奖。在2012年中国机器人大赛中，荣获“机器人旅游”轻量级Ⅰ型机器人组全国一等奖3项、三等奖1项，轻量级Ⅱ型机器人全国一等奖1项、二等奖2项，轻量级Ⅱ型机器人最佳设计全国二等奖1项、三等奖1项。4 结束语

自动化专业卓越工程师培养创新实践教学体系的实施还在进行过程之中，我们将不断总结经验，借鉴其他试点高校好的做法，依托“卓越工程师”教改平台，积极探索学生创新能力培养的新途径和新模式，为培养造就高质量的自动化工程技术人才做出应有的贡献。

自动化专业创新应用型人才培养的一种模式研究与实践

培养创新型人才与服务社会是高等教育职能之一，由于自动化专业属于工学学科，这就要求我们教育工作者在人才培养过程中更要注重学生实践能力的培养。目前，探索创新应用型和卓越工程师的教育培养模式是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》的重点

[23]举措，即高等院校需培养大批接受良好工程教育，具有坚实基本工程素养和卓越创新能力的未来工程师是国家走新型工业化道路、建设创新型国家战略目标的必然要求。因此，研究如何在教育教学过程中培养学生的综合实践能力，实现与用人单位“零距离”对接，达到卓越工程师的基本训练，可以又好又快地充分发挥大学专业知识于工作技能中是十分关键的。

众所周知，自动化技术存在于人们的日常生活与工作，尤其是在各行业制造企业中为产品的生产与加工服务。按照行业特点，作者认为通常卓越自动化工程师与创新应用型人才应具备的能力是：1）熟悉所从事行业的生产过程与工艺装备；2）各类信号测量的传感器性能与应用；3）各种控制电机的应用、电气元件的选型、电器线路图与控制柜的技术改造和设计；4）电气设备的安装、调试及运行管理；5）多种可编程控制器（PLC）或几种集散控制系统的使用及选型组态；6）可编程控制仪表与控制系统的软件设计等。显然，要达到一个自动化工程师所具备的能力，在高等院校的常规学习是不可能的，只有学生在企业或基本满足生产需求的自动化实训基地经过有企业实际自动化工程项目经验的老师指导下方可实现，但自动化专业学生的实习实训问题一直困扰各高等院校，主要表现在目前各制造类生产企业由于安全生产、后勤服务、市场经济等诸多因素的影响几乎不能有效的接收众多的学生去实习，使得高校培养卓越工程师的目标越来越远。为此，我们在中山大学自动化专业本科的“电气与可编程控制器”和“自动化综合实训”教学环节中，以设计与实践“电气与可编程控制系统”为案例，充分利用和实践了分层教学、科研与项目结合的教学模式，取得了较好的效果。首先由学生自愿报名与教师推荐的方式选出多名具有较强实践动手能力、善于思考、基础理论与专业知识扎实的学生组成特训小组，直接由具有丰富实践老师指导。在集体学习了控制任务的情况下负责电气与可编程控制器系统的元器件选型、电气接线板、电气接线图、电气原理图和元器件位置图的设计，然后购买和定制相应器件，按照卓越工程师的基本要求自主完成电气控制柜[24]的设计、制作、安装、接线，并结合回火炉控制系统和C460车床[25]控制系统的控制要求编程、调试，完成电气控制柜的整体设计和实验，反思问题和总结经验，撰写相应报告。学期开始后由特训成员直接带领其他学生小组进行实训，重复以上实训内容，取得了很好的实践结果。2 自动化创新应用型人才培养的训练模式研究2.1 典型案例的选取

在企业中电气自动化工程师最基本的要求是必须掌握电器设备的维护、运行、管理。卓越工程师还需要掌握电气工艺的设计安装和调试。可编程控制器（PLC）是专为适应工业环境应用而设计的一种数[26]字运算操作的电子计算机控制器。它采用了可编程存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字量和模拟量的输入输出，监测和控制生产过程或设备。经过30多年的发展，PLC自身已十分成熟与完善，尤其在顺序控制、开关量逻辑运算和处理这两方面具有显著优势，而模拟量闭环控制随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC的结构和速度也得到了飞速发展，所以在各类制造业领域中应用非常广泛，涉及的岗位也是非常丰富，需要大量能够熟练设计、操作、控制和维护此类工业控制应用设备的人才。然而在传统的实践教学中，存在以下不足：1）学生实践基础平台条件较差；2）填鸭式的课堂教学，理论与实际结合不紧密，教师广播式教学对学生吸引力小；3）知识的掌握停留在认识阶段，不能将讲授知识和企业应用客观的联系起来；4）未能掌握电气工程师的基本技能，导致在实际操作中，停留在“依葫芦画瓢”，老师查线后简单记录数据的被动阶段。这也就削弱了电气与可编程控制器课程的教学效果，不能充分体现其综合性、实践性、实用性的教学目的。

我们在企业和学校的大力支持下，利用小学期自动化综合实践课程，以企业典型电气控制线路为案例，完成制作20台电气控制柜，实训的目的是通过以学生为主导，教师为辅的模式进行，使学生获得从具体电气技术控制系统的项目需求分析，设计到电气控制柜所有元器件的采购、安装、接线，到最后完成控制系统的软硬件安装调试和实训报告。2.2 电气控制系统设计需求分析

这部分内容的主要目的有两个，其一、让学生了解PLC在工业自动化领域的一些典型应用，并以实例分析其工作流程，掌握其电气原理；其二、激发学生的学习兴趣。

每年综合实训课，我们选择两个典型控制系统作为设计案例，分别为回火炉控制系统和C460车床控制系统。在播放工业回火炉工作视频之后，要求学生首先分析它们的生产工艺要求、电力拖动形式、控制要求，以及实现原理，不同电机之间的协作关系，然后思考完成相应控制功能需要的数字或模拟输入输出量，对应的驱动形式，以得到所需元器件类型和数量，达到一个定性到定量的分析学习过程，最后让学生开始思考其主电路和控制电路原理和组成，所需要的保护、报警、显示等故障保护措施，尝试设计其电气原理图，以达到对系统的全面理解。2.3 电气控制系统线路设计

基于对工业过程控制系统的认识，结合低压电器控制技术和电机与拖动控制等知识，首先，引导学生进行电气控制系统线路图的设计。众所周知，电气控制系统线路图包括电气原理图、电气元件位置图和电气安装接线图。这部分知识可以充分锻炼学生应用性科研能力，以卓越工程师的视觉，系统的、综合的进行标准的电气原理图、元器件位置图、接线图图纸设计与CAD绘制；然后按照卓越工程师的基本要求及以下步骤设计电气控制系统柜：1）电气原理图的设计：根据控制系统的工艺要求，采用国标的电气符号，绘制规范的电气原理图；2）器件选型：在满足控制系统要求和电气安全的基础上，进行器件选型。首先计算输入输出点数，并考虑适当冗余进行可编程控制器的选型，然后充分考虑功能、尺寸、额定电流、电压、功率等指标选择交流接触器、电机、导线等器件；3）电气元件位置图和电气接线板的设计：结合电气原理图和所选器件，集中配置电气元件，以求美观，安全和接线方便；4）电气安装接线图的设计：针对设计的电气接线板和元件位置图，结合电气原理图，对电源、主电路、控制电路及照明电路等接线进行设计，包括接线端子号的标号等；5）电气控制柜的设计：考虑电源的接入、接地等因素，以及移动和学生实验接线的方便等，设计双向可开门，正面为有机玻璃，操作面板直接可视且带滚轮的电气控制柜。

以上电气控制系统的设计需要阅读大量可编程控制器和模块资料以及大量低压电器的资料，对低压电器目前潮流和实物也要有相当地了解，充分体现应用性的教学方式在学生学习主动性和实践能力培养上的巨大作用。2.4 设备的安装和接线

在选型阶段，学生和指导教师多次走访了众多的电子电气市场，了解低压电器和电子电气元件的性能和市场行情，但是为了减少现场采购的压力，我们采用了网上竞标和现场采购两种方式进行，针对像Siemens S7-200PLC这样的标配器件，我们选用了网上竞标方式购买，而螺丝、线缆等则采用了现场购买方式，采购任务细琐，需要对所需器件有充分认识，培养了学生细致、认真负责的工作作风与态度。

学生以组为单位，每个团队各负责一台电气控制柜的安装和接线。这部分非常考验学生的责任心、应用性科研能力、团队合作能力等。

在进行电气元件接线之前，要求每位同学首先学习电气常识，掌握电气装置的安装注意事项，以及接地与接零的相应知识，然后结合电气元件接线图，进行接线，做到主电路和控制电路尽量避免交叉和平行走线，减少干扰；做好过电压、过电流、漏电保护和接地等。

按照卓越自动化工程师基本训练的要求，实际动手能力比理论教学难很多，许多学生都表示电气接线是一项非常需要耐心、体力和技巧的劳动，每一根电缆线拐角都要按照制造业实际的电气控制柜制作标准折成漂亮的90度角，并且还要掌握每个电器的工作原理和接线方式，以及相互之间的先后连接顺序、布线和标号技巧。如果学生有些问题一旦没有注意到，很有可能导致短路，这将导致轻则烧毁电器，重则危及人身，整栋实验楼的安危，所以需要很强的安全责任意识。接线的工作量大，时间长。在接线的过程中，同学们可以同时巩固和掌握低压电器以及控制工艺，充分锻炼了他们理论与实践相结合的应用能力和团队合作精神。2.5 程序编写与控制系统调试

因为实训选用了西门子S7-200CPU和相应模块，所以要求学生利用自己的课余时间进行STEP7编程语言的学习，分别掌握语句表、梯形图和功能块等不同的编程实现方式。考虑到每个小组的具体情况都不尽相同，各有差异，我们首先给学生讲解了四种不同的编程方式：（1）电机起保停电路的编程方式；（2）使用步进梯形指令的编程方式；（3）使用移位寄存器的编程方式；（4）使用置位复位指令的编程方式。然后学生根据自身的知识特点和兴趣爱好，选用不同的编程方式。接着从最简单的一个按钮控制一个指示灯开始学习编写程序，渐渐的加入自锁、互锁、计时器、计数器、顺序控制等控制功能。当对STEP7编程熟悉之后，开始让学生思考回火炉和C460车床控制系统的地址分配、控制要求及实现逻辑。

由于在校自动化学生基本不具备企业传统继电器控制的工作经验，所以经验设计法不适合。我们主要从逻辑设计法入手。而为了增加逻辑性和共用性、连接性，便于理解和编程实现控制功能，这里提倡模块化设计，引导学生思考如何将一个复杂的控制系统分成几个相对独立的子任务，分别对各子任务进行编程，然后将子任务的程序合理的连接起来。最后还要考虑综合保护及急停、报警、显示等功能。

由易入难，拓展应用能力，使得学生走上工作岗位后能较快适应，达到与企业的“零对接”，并具备较好的应用性科研能力，能够独立自主完成该领域电气控制技术的设计或维护等工作，这也是卓越工程师所要求的。

在完成了电气控制柜的安装和单元测试后，可以在仿真软件中先反复进行调试，直到不仅能够满足控制要求，还具备一定的手自动功能，预防突发故障和紧急停车等性能为止。但这并不代表程序一定能够满足控制要求，联机调试是必备步骤。在联机调试之前，需要制定周密、详尽的调试计划和步骤，充分考虑工业环境可能遇到的干扰和突发事件，所设计系统需全面考虑各类安全隐患，非常需要严谨的科研态度及耐心。通过联机调试之后，让程序连续运行一段时间，以确保程序的正常运行。如果连续运行正常，则电气与可编程控制器实训已接近尾声，凝聚了众多的汗水和精力展现给我们的是符合工业标准的电气控制柜。为了进一步让学生回顾实习实训内容、总结实训经验和提升自己的专业知识，要求每个组以实习实训总结报告的形式编写技术文档，包含实训目的、平台要求、设计内容、实现步骤、实践结果、心得、技术档案等。3 总结

本文结合电气可编程控制器和自动化综合实训课程的综合性和应用性的教学要求，对自动化专业本科生进行工程师培养的实践训练，满足了课程系统性、实践性和综合性的要求又锻炼了学生的动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，提高了学生知识应用的能力及综合素质，达到了一个自动化工程师的基础训练。经过十年的努力，我校自动化专业本科生工程实践能力有了质的飞跃，历年全国大学生电子设计竞赛和飞思卡尔杯智能汽车竞赛等学科竞赛活动中信息学科学生中自动化专业的学生一直是起骨干领头作用并取得多项优良成绩，信息学科各专业研究生保研选拔过程中自动化专业的学生受到普遍各学科专业导师的青睐，通过学科竞赛培养了学生的综合应用性实践能力和团队合作精神。下一步需要进一步提高学生的组态软件的设计能力训练，加强项目建设与管理工作，最终使学生达到一个卓越自动化工程师和创新性人才的培养要求。注释[23]刘青松，曹泰斌，钱苏翔.产学研合作培养创新人才的研究与实践.中国电力教育,(22):25-26,2012.　[2]段雪峰，李姣芬，蒋英春.创新型人才培养模式的改革探索.当代教育理论与实践, 3(11):33-34,2011.[24]李彪.回火炉燃烧控制系统.自动化与仪器仪表, (5):113-114,2009[25]王兆京.维修电工(高级).北京:机械工业出版社，2007.[26]李艳杰. S7-200PLC原理及应用开发指南.北京：机械工业出版社, 2009.

面向卓越工程师教育培养计划的《自动控制原理》教学

说从笔者的教学经历看，有相当一部分学生对《自动控制原理》课程的认识不足。有些学生看到教材里存在相当数量的公式就发憷，认为这是一门理论课，没有“单片机”、“PLC”等课程有意思，学了没用，这部分学生中的多数人数学基础没有打扎实，专业综合排名较低。另有一些专业排名较高、成绩普遍很好的学生以获得考试高分作为学习的目的，对《自动控制原理》的学习停留在肤浅的层次上。要学好《自动控制原理》，首先要正确认识它。在教学的过程中，我们以形象生动的例子，以已毕业学生的实际经历给同学们展示学好这门课的重要性，以及如何学好这门课。相对而言，“单片机”等课程涉及的知识面较少，学习到的知识点更容易通过实验验证。《自动控制原理》涉及的知识面更广，自动控制系统的组成更为复杂，单片机作为自动控制系统的一个单元被广泛使用。没有足够理论基础的实践是低水平的，很难解决复杂的工程问题。如果没有控制理论的知识，单片机只能解决简单的开关量控制、控制要求不高的程序控制。而作为一个有一定创新能力的电气工程及其自动化专业的卓越工程师，应该能很好地解决电气设备、生产过程等领域的各种连续变量的高精度控制问题，确保企业生产过程的安全、高质量运行。

另一方面，认识到自动控制理论的重要性之后，还要掌握正确的学习方法。考试不是学习的终极目的，对控制理论知识学习的过程，也是对本专业工程背景的了解过程，同时也是对方法论的体验与实践过程。《自动控制原理》作为一门专业基础课，是运动控制、过程控制、计算机控制等诸多专业课程的基础，吃透了基本的控制理论知识，才能具有把握电气工程及其自动化专业精髓的能力。因此，对《自动控制原理》的学习，不能只停留在会解题的层次上，要结合工程背景深入学习，要从方法论的角度去体会认识。只有具备一定的硬件设计能力、软件编程能力、电气设备和生产工艺知识，并掌握了基本的控制理论知识，才能称得上合格的电气及控制工程师。2 强化工程背景《自动控制原理》是专业基础课与专业课之间的桥梁，学习该课程时，学生掌握的电气设备知识、生产工艺知识还很有限。控制理论发展的终极目标是可以用一个统一的数学控制工具去解决任何一个具体的控制问题，而不必对具体过程的物理、化学等特性有深入的理解。这是《自动控制原理》课程教学的特点，也是难点。在教学中，一方面要强化控制理论的工程背景，另一方面不陷入复杂控制系统的讨论中，始终坚持夯实基础是实践创新的根本。我们选取过程控制、运动控制中简单的单回路控制系统作为控制理论的工程背景，扩充《自动控制原理》课程原有的实验内容，以较为简单的工程实例引出对理论发展的需求，通常实物仿真实验验证控制理论的正确与指导作用，通过创新实验提升学生的实践创新能力。

没有教师的深入剖析，不在实验室对实际系统的构成和工作原理进行验证分析，学生很难准确理解基于负反馈的自动控制系统是如何构建和工作的。讲解一阶系统的时域分析时，以比例控制器控制单容水箱的闭环控制系统作为工程实例，如图1所示。讲解典型二阶系统的时域分析时，以积分控制器控制单容水箱的闭环控制系统作为工程实例。讲解稳定性时，以比例积分控制器控制双容水箱的闭环控制系[28]统作为工程实例。

在讲解频率分析时，鼓励学生自主设计不同的电路系统，在感兴趣的频率范围内足够多的频率上测量输出与输入正弦信号的幅值比和相位差，就可以据此画出伯德图，利用渐近线确定传递函数。学生可以根据自己的学习情况选择是否到实验室进行实际电路实验，还是采用电子电路仿真软件进行仿真实验。通过实验验证频率特性对正弦信号的稳态输入输出关系，探求稳定裕度与系统时域性能之间的关系。

另外，实验室提供作为被控对象的直流有刷电动机、作为测量元件的直流测速发电机和编码器、用于比较和运算的电路、放大器以及给予直观感受输出量的小车或转盘等器件，由学生自行在实验室自行设计直流电动机的速度或位置控制系统。为学有余力的学生提供更广阔的实践平台，提高创新能力。图1　水箱液位定值控制系统　（a）原理图；（b）方框图3 培养创新思维

要培养学生成为创新能力的卓越工程师，首先要使其养成创新思维的习惯。在教学中培养学生的创新思维，更能加深学生对知识的理[29]解，提升学生运用知识的能力，激发学生的学习积极性和创造力。我们以创新思维中常见的发散思维、变通思维和逆向思维为例，说明创新思维在《自动控制原理》教学中的运用。3.1 发散思维的培养

发散思维，又称辐射思维、放射思维、扩散思维或求异思维，是指大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维模式，它表现为思维视野广阔，思维呈现出多维发散状。要培养学生的发散思维，就要引导学生在解题时多产生奇思妙想，鼓励他们在掌握基本解法的同时，去寻找书本上没有讲到的方法。

如在根据输入输出关系求传递函数时，有一题目：若某系统在阶-2t-t跃输入r(t)=1(t)时，零初始条件下的输出响应c(t)=1－e＋e，试求系统的传递函数和脉冲响应。书上给出的答案是先讲c(t)取拉式变换得[30]到，根据传递函数的定义得，系统的脉冲响应为。有没有其他方法可以解决这道题目呢？引导学生联想线性定常系统的一个重要定理：系统对输入信号导数的响应，就等于系统对该输入信号响应的导数。单位阶跃函数在时间0处不连续，从数学的角度上讲导数不存在。但是在工程上，定义了理想脉冲函数δ(t)后，可以认为单位阶跃函数的导数为理想脉冲函数δ(t)。所以，系统的脉冲响应应该是阶跃响应的导数。对这道题目的阶跃响应c(t)求-t-2t导时需要特别注意，(0，+∞)区间内c(t)连续，其导数为-e＋2e。根据题目中给出的零初始条件，在0时刻，c(t)发生跳变，c(t)的左极限c(0)=0、右极限c(0)=0，因此c(t)的导数在零时刻为δ(t)。综上，该系-+-t-2t统的脉冲响应为k(t)=c(t)=δ(t)－e＋2e，传递函数为脉冲响应的拉氏变换。而另外一道题目：已知控制系统的单位阶跃响应为h(t)=1＋-60t-10t0.2e－1.2e，试确定系统的阻尼比和自然频率。在解此题的时候，首先需要求出该系统的传递函数，如果采取对阶跃响应求导数再取拉-60t-10t氏变换的话，k(t)=h(t)=-12e+12e，为什么此题中阶跃响应的导数不包含理想脉冲函数了呢？因为该题中阶跃响应h(t)在时间0时刻连续。3.2 变通思维的培养

变通思维也被称为迂回思维，是指在解决某个问题遇到障碍时，变通一下思维方法，从另一个角度思考问题，从而避开或越过障碍来解决问题的思维方法。要培养学生的变通思维，就要鼓励学生在解决问题时，寻找到最简洁的方法，也就是想办法使复杂的过程或方法变得简洁。

比如稳定性是保证控制系统工作的先决条件，是控制理论中非常重要的问题。麦克斯韦最早对反馈系统的稳定性系统分析并发表论文的人。他导出了调节器的微分方程，并在平衡点附近进行线性化处理，指出线性闭环系统的稳定性取决于闭环特征方程的根是否具有负的实部。由于五次以上的多项式没有直接的求根公式，这给判断高阶系统的稳定性带来了困难。此时，我们引导学生追溯到前人的处境中，思考如何克服困难、解决问题。麦克斯韦在论文中催促数学家们尽快地解决多项式的系数同多项式的根的关系的问题。通过变通思维，不直接求解特征方程的根，间接地由特征方程根与系数的关系判断闭环特征根是否具有负实部，避免了求解高阶方程带来的极大困难。最终，劳斯与赫尔维茨分别解决了这个问题，因此有了劳斯-赫尔维茨判据。更进一步，引导学生思考这样的问题：如果闭环极点距离虚轴太近，会存在什么样的问题？可能会由于动态过程衰减太慢，导致强烈的振荡特性。或者由于建模误差的存在，实际的物理系统可能是不稳定的。因此，在对控制系统进行设计的时候，总是希望闭环特征根与虚轴之间保持一定的距离。能否判断闭环特征根距离虚轴的距离呢？通过移动复平面的坐标轴，可以采用劳斯-赫尔维茨判据解决这个问题，又一次体现了变通的思想。

另外，通过开环传递函数间接分析闭环系统的性能，通过根轨迹、奈奎斯特曲线、伯德图等图形法分析控制系统都是变通思维的体现。3.3 逆向思维的培养

当人们都朝着一个固定的思维方向思考问题时，而你却独自朝相反的方向思索，这样的思维方式就叫逆向思维。然而，实践中也有很多事例，利用正向思维却不易找到正确答案。一旦运用逆向思维，常常会收到意想不到的功效。对于特殊问题，鼓励学生敢于“反其道而思之”，让思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索。或者从结论往回推，倒过来思考，从求解回到已知条件，反过去想或许会使问题简单化。

在学习二阶系统的动态性能时，遭遇到这样的问题：二阶闭环控制系统的输出信号常常会出现振荡过于剧烈的情况，尤其是在放大器的放大倍数设置较大时，如图2中曲线c(t)所示。图2　欠阻尼二阶系统单位阶跃与误差曲线图

在许多实际生产过程中，不允许被控制的物理量出现大幅度振荡的情况。如何解决这样的问题以达到生产过程的指标要求呢？我们引导学生从输出信号的结果入手，分析导致振荡的原因，倒推解决问题的途径。首先，我们为学生展示一个更加直观的例子，如图3所示的单摆系统。图3　单摆运动示意图

假设以图3中的A点作为起始点，释放摆球，A的位置记为原点0。由于受到地球引力和空气阻力的原因，摆球会沿着平衡点位置B减幅摇摆若干次之后，稳定在平衡点B处。将平衡点B的位置相当于闭环系统的输入信号，摆球经过的位置随时间的变化曲线与图2中的c(t)相似，都是减幅振荡过程。摆球的摆动过程，完全反映了二阶控制系统输出的振荡情况。因此如何改善二阶系统的动态性能，等同于如何施加一定的外力减小图3中单摆的摆动幅度，尽快稳定在平衡点B处。我们重点分析摆球在图3（b）中C点位置的运动状态，此时摆球距离平衡点B有一个负的位置误差，如果我们期望摆球尽快回到B点，直观上看需要朝B点方向给摆球一个外力。但是摆球在C点有两种不同的运动状态，一种向D点运动，位置误差逐渐增大；另一种向平衡点运动，位置误差趋向于变小，这两种运动状态的速度方向相反。当摆球的位置误差向增大的趋势变化时，给摆球一个向B点的外力是合理的。而且为了阻止误差的继续增大，应该将这个方向的外力给的大一些。然而，如果摆球的位置误差向减小的趋势变化，为了防止在惯性作用下摆球快速冲过平衡点产生另外一个方向的位置误差，应该对摆球施加一个相反的作用力，起到“刹车”的作用。

在二阶闭环控制系统的回路中，比例控制是最基本的控制方式，即改变回路中放大环节的放大倍数，控制量的大小与误差的大小成正比，控制量的作用是使误差向减小的方向变化。与单摆系统类似，在相同大小的误差情况下，存在着误差趋向增大和趋向减小两种状态。比例控制在这两种不同的状态下产生同样大小的控制作用，在误差趋向减小时常常会造成控制作用过度，输出产生较大的振荡过程。如图2所示，在AB段误差向增大的趋势变化，在BC点误差向减小的趋势变化。比例控制在AB和BC两个时间段内产生的控制作用方向相同。若要改善二阶控制系统的动态性能，需从误差的变化趋势上着手。误差的变化趋势在数学上的刻画就是对误差取微分运算，因此在闭环控制回路中常常引入对误差的微分运算来改善系统的动态性能。如图4所示，当误差向减小的趋势变化时，误差的微分与误差反向，对误差的微分运算减弱了控制作用；当误差向增大的趋势变化时，误差的微分与误差值方向相同时，对误差的微分运算增强了控制作用。由于微分控制规律对常值误差不起作用，并且对高频噪声信号具有放大作用，在闭环控制系统中并不单独使用微分控制，而是与比例控制组合在一起构成比例微分（PD）控制。

通过逆向思维，由二阶系统的阶跃响应的振荡产生原因，找出了改善二阶系统动态性能的途径。学生既轻松地掌握了微分控制规律对闭环控制系统性能的影响，又学习了解决问题的思维方法。图4　欠阻尼二阶系统单位阶跃响应误差与误差速率曲线图4 建立立体化的实验教学体系《自动控制原理》是学习和掌握自动控制技术重要的基础课程，该课程理论性强、内容抽象、含有大量的数学公式推导以及图表曲线，如果在学习过程中不辅以足够的实验，学生将难以将理论上所描述的系统和各种实际的自动控制系统联系起来，误以为《自动控制原理》是一门纯理论课程。单靠教学大纲规定的10学时实验远远不能满足培养应用型人才的要求。为解决这个矛盾，我们提出了三层次立体化实验教学体系，包括基于MATLAB和EWB软件的仿真实验、基于自动控制实验教学系统的半物理实验以及基于物理环境实验三层次。从教学方式上讲实验教学又可分为三种方式：教师演示实验、由教师辅导完成的实验和学生独立完成的实验。将三层次实验教学模式与三种实验教学方式灵活的组合起来，就构成了立体化的实验教学。将它们与课堂教学有机地结合就可以收到事半功倍的教学效果。5 结束语

为适应“卓越工程师教育培养计划”的要求，培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，我们对《自动控制原理》课程的教学内容和教学方式进行了大幅度的改革调整。在不放松对基础理论高要求的同时，强化其工程背景、激发学生的创新思维，通过多层次立体化的实验教学增强学生对理论知识的感性认识和对自动控制技术应用的初步了解。注释[27]徐颖秦,潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J].天津：电力系统及其自动化学报，24（2）:152-155, 2012.[28]郭一楠,常俊林等.过程控制系统[M].北京:机械工业出版社，2009.[29]胡寿松.浅谈“数字信号处理”教学中的创新思维培养[J].南京：电子电气教学学报，34(1):115-117，2012.[30]刘慧英.自动控制原理(第4版)考研教案[M].西安:西北工业大学出版社，2006.

第3部分 多层次、多模式、多规格自动化专业人才体系培养建设

“寓教于研”的自动化专业研究性教学模式探索与实践

人才培养是高等学校的根本任务。在不同历史阶段，随着社会对人才需求的不同，对高等教育的要求也不同，既有共性规律，也有鲜明的时代特征。目前，虽然我国科技人力资源总量已居全世界前列，但拔尖创新人才依然匮乏，人才的国际竞争力差距还很大。提高人才培养模式，是我国高等教育面临的艰巨而又不可回避的重要任务。

教育部关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见中明确[1]提出“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”。本文以学生为中心，以提高人才培养质量为目标，立足研究性教学理念，依托东北大学自动化专业，研究并实践“寓教于研”的自动化专业研究性教学模式，为国内同类型高校相关专业人才培养和专业建设起到示范和引领作用。相关教学实践表明，“寓教于研”的自动化专业研究性教学模式的建立与实施，能够实现在学生思维的过程中传授知识与技能，促进学生知识、能力、素质的综合协调发展，激发学生潜能，提升人才培养质量。2 “寓教于研”研究性教学模式研究2.1 研究性教学定义

研究性教学是一种教学理念，是教师把研究的思想、方法和取得的新进展引入教学活动，指导学生从自然、社会和日常生活中选择和确定与学科相关的专题进行研究，使学生在主动探索、思考、实践的学习过程中，吸收知识、应用知识、解决问题、获得经验，表现具有个性的行为的一种实践活动；是一种打破原有的凝固、完整的学科逻辑和机械的顺序教学组织形式；对教师而言是研究性教学，对学生而言叫研究性学习，是以学生发展为本的教育思想在教学活动中的具体化，并最终实现人才培养模式的根本转变。其核心在于“教”和“学”的全过程都贯穿着研究性的特征，教为学而存在，学又要靠教来引导，[2]两者是相互依存、相互作用、不可分割的统一整体。2.2 贯穿于教学全过程的研究性教学方式

建立把教学工作当作学术工作来研究的理念，充分给教学以学术的尊严和地位，从以学生为本、关注学生的“学”这个角度出发，将教学的学术扩展深化为“教与学的学术”。

将研究性教学方式贯穿于各个教学环节，促进教学科研相结合，推进专业创新发展。针对课程的特点和需求，积极开展教学法研究与应用，如以基本概念、基本方法为主线，由浅入深地引出要点；因材施教，根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度；将本学科的最新研究成果和动态介绍给学生；设计研究性课程内容开展研究性教学等。在具有专业知识综合性质的课程中，寓教于研，探索采用“研究型”的教学模式，引导学生“在学习中研究，在研究中学习”，以前期课程内容和学生的学识积累为基础，引导学生创造性地运用已有的知识和能力，在新知识中，自主地发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维。

通过建立高水平教学团队，实行院士、长江学者特聘（讲座）教授、资深教授等讲课制度，鼓励教师在教学中坚持授人以“鱼”的同时授人以“渔”的教学理念，提倡教师在课堂教学中增加学生学习的“自主”和“研究”成分，为学生发展研究能力作好铺垫。在课程教学过程中，引导学生创造性地运用已有的知识和能力，在新知识中，自主地发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维。因材施教，注重学生创新意识与能力的培养，最大限度地满足学生个体差异发展的需要，为学生个性的发展创造宽松的环境，重视知识发生过程的教学，注重通过以探索和研究为基础的教学过程培养学生的研究能力与创新能力，引领学生学会方法，举一反三，无师自通。3 自动化专业研究性教学模式实践3.1 以质量提升谋求内涵发展，优化人才培养方案

提高质量是高等教育的生命线。提高质量，必须走以质量为核心的内涵式发展道路。本成果坚持以教育质量提升为核心，以应用型人才培养为目标导向，着力提高应用型人才培养质量。在深入研究社会需求和当代大学生特点的基础上，应用系统论整体原理理论，分析人才培养各个环节的地位和作用，深化专业建设内涵，准确定位，探索新时期人才培养的建设理念，构建并实现了科学基础、实践能力和人文素养融合发展的“寓教于研”的人才培养方案。制定出一整套全新的人才培养体系，包括教学计划、教学大纲、教材建设、实验设备与实验内容、实践环节、考试方式、评价机制等，形成适合高等学校人才培养的培养方案，符合学生的认知规律和形成合理的知识、能力结构，具有系统性和鲜明的时代性。

同时在实践中，结合自动化专业“实践性、时代性、系统性、学科交叉性”的特点，倡导“寓学寓教于研”教学理念，强调“五个结合”即通识教育与专业教育相结合、课内教育与课外教育相结合、共性教育与个性教育相结合、理论与实践相结合、科研与教学结合，不断优化人才培养方案，营造创新人才成长环境和条件，切实加强对学生的科学研究能力、创新能力、实践能力、解决问题能力的培养。3.2 优化课程结构

根据自动化专业的发展及社会对人才培养的需求，结合自动化技术最近发展和趋势，通过对原有课程的缩减、合并和增设，对原有课程体系进行改革。

改革课程设置体系，实现按课群科学设置课程体系，强调多学科交叉渗透、构建宽口径、厚基础的知识体系，把握学科发展前沿成果，设置了自然科学与工程技术课群、人文社会科学课群、专业核心课群、新知识课群、人文选修课群、实践课群等复合型课群体系。

对课群内课程的重新整合与架构，比如，在专业核心课群中，按照理论和实践、知识和能力相互配合、重在实践的教学理念，整合与架构了本/研一体、菜单式的计算机仿真课群模块，构建了以计算机语言(MATLAB/C#)为基础，以计算机仿真技术为主体，以控制系统计算机辅助设计为延伸菜单式的课群模块体系，课群模块内各课程关系见图1。同时，基于统筹优化的原则，对课群模块内的《MATLAB语言与科学运算》、《系统仿真技术》、《控制系统仿真与CAD》及《控制系统计算机辅助设计》重新进行了构架和整合，实现了知识和能力培养的衔接递进；建立了交互式多媒体课件、学术论坛和网站，构建了全方位立体式的教学体系和辅助方法，达到了良好的教学效果。其构建方法具有很好的推广价值和很强的可操作性,对高素质人才的培养以及仿真课程体系的可持续提升具有深远的意义。图1　课群内各课程关系框图

同时，在2012级培养计划中，根据流程工业、汽车制造业、物联网领域的技术需求，增加了嵌入式系统技术、现代汽车电子技术、现代通信新技术、物联网技术等新知识课群的课程；增加实践教学环节学时；将《现代鲁棒控制概论》变更为全英文授课。3.3 以“引进、吸收、融合、输出”为原则，打造立体化教材体系

教材的使用与建设是教学改革的基础，是保障课程教学质量的前提条件。在教学内容改革的基础上，我们积极推行教材建设的精品工程战略，注重精品教材和特色教材的建设，以国内、国际先进水平为目标，充分调动著名专家、教授的积极性，建设独具特色的精品教材体系，以适应人才培养需要。

在大力支持本专业教师编写精品教材的同时，鼓励选用国内外的优秀教材作为教学用书及参考书目；鼓励并支持专业教师出版学术专著，将最新的科学研究成果编著成系列丛书，作为学生的辅助教材，扎实学生的理论基础，启发学生创新精神；有计划地开展教材建设的系列化建设；逐步编制与理论课教材配套的光盘、多媒体软件、学习指导、习题集、实验指导书系列教材，实现教材的立体化与多元化，提高教学内容的系统化，为学生自主学习、开放学习提供有利条件。

比如计算机仿真课群模块，依据专业知识和能力的培养目标，规划了课群模块内各门课程，编写了系列教材。编写的课群教材（含英文教材）定位准确、内容先进、体系得当、风格鲜明，形成了较为完善的计算机仿真课群教材体系。出版的教材总印数超过10万册，课群教材在国内该领域覆盖范围大、影响深远，形成了很好的辐射作用。3.4 汇聚国际知名教授，拓宽人才成长视野

以自动化专业为背景，构建了科学基础、实践能力和人文素养融合发展的全新人才培养模式，依托流程工业自动化国家级重点实验室，实施了“自动化专业创新人才培养工程”。

加大了海外教授积极参与重点实验室学生实践基地建设工作，搭建了国际标准化实验平台，研制了多功能过程控制实验装置和欠驱动机械臂系统，建设了控制系统一体化实践实验室。

启动了大家名师上讲台，资深教授为本科生讲课的制度。柴天佑院士与来自美国、英国、西班牙等国的自动化专业知名专家教授一起，从2011级学生开始，为自动化专业的新生上第一堂课——自动化专业导论系列课程，介绍自动化专业内涵、介绍如何掌握自动化技术基础知识的同时培养从事自动化专业的职业能力、科研能力和创新能力等，引起了强烈的反响。

来自国内外的专家学者和听课的学生都对这种模式进行了肯定。3.5 构建“实验教学、工程实训、科研训练”三位一体的递进式、全过程的新型实践教学体系

在教学实践过程中，坚持“寓学于研”的理念，探索并构建“实验教学、工程实训、科研训练”三位一体的递进式、全过程的新型实践教学体系，该体系由分层次实验教学平台、分级别工程实训平台和分类别科研训练平台组成。

实验教学平台中，基础层主要包括电工技术、电子技术等基础性实验。该层次中大量地增加综合性、设计性和研究性实验内容的比例（达到80%），从基础方面加强学生的创新意识和创新能力的培养；拓展层包括专业课实验、课程设计、生产实习，从系统设计方面培养学生的创新精神和创新能力；提高层强调自主研究、自主设计，主要培养学生的工程设计能力和技术开发能力，采取实验室开放模式，完成大型综合设计性和研究性实验项目。

工程实训平台采用基于项目理念的工程实训模式，其核心是选题、设计、安装、调试以及验收全过程都采用项目管理方法，辅以团队合作、资料共享和个性展示等措施。初级实训旨在培养学生的创新意识，安排在大学一年级结束后进行；中级实训主要培养学生的工程设计能力、团队合作精神和创新思维，主要在校企共建的研究型实验室进行；高级实训在大四阶段实施，与提高层综合性、设计性、研究性实验项目相结合，借助先进的过程控制实验室、全数字化自动控制实验室等，在与工业现场相类似的先进设备、工艺和流程中完成。

在科研训练平台中，坚持“科普活动乐中学、科研训练做中学、科技竞赛竞中学”的教育理念，以科普立项、创新项目、科技竞赛、科研项目为载体，全方位、多层次训练学生的科研能力、培养学生的创新意识、提升学生的科研能力。3.6 整合学生创新活动资源

人才培养的各个阶段是一个理论与实践相结合、专业知识与工程应用不断互动、循序渐进的过程。

依托学科优势，与国内外知名企业合作共建研究型实验室和实习基地，形成国内一流的学生科技创新基地；将国家级实验教学示范中心、省级实验教学示范中心及部分学科竞赛实训基地作为学生的科技创新基地；开放国家重点实验室、国家工程技术中心，将其建设为本科生参加科研活动和培养学生职业能力的训练基地。通过“校内培训”与“校外培训”结合，推动了产学研的结合，为培养创新精神和能力提供了有利的工程环境。

作为整合课内外实践教育教学的重要环节，大学生学科竞赛和大学生科技创新计划项目是培养学生创新精神和动手能力的有效载体，对培养和提高学生的创新思维、创新能力、团队合作精神、解决实际问题和实践动手能力具有极为重要的作用，对人才培养具有非常重要的作用。

通过这些活动，不仅能激发学生对科学技术的兴趣，增长学生的科技知识，调动学生专业学习的热情，而且完成结果和竞赛成绩将集中体现了学生对知识的理解和运用能力、身体素质、心理素质和协作精神等，它提供了一个充分展示学生综合能力的舞台。

在人才培养的实践中，通过国内外重大科技竞赛和大学生科技计划项目等活动的磨炼，如全国电子设计竞赛、嵌入式系统设计竞赛、飞思卡尔杯大学生智能汽车竞赛、国际数学建模竞赛等，本科生获得了一批高级别的竞赛奖励，表现出很强的科技创新能力、独立分析问题和解决问题的能力，在国内产生了重要影响，学生的科技创新能力和学术成果水平受到社会的广泛关注与好评。参加过科技竞赛并取得一定成绩的学生，在思考和解决实际问题方面表现较为突出，在就业、创业和出国深造等方面较之其他学生都具有明显的优势。学科竞赛的价值已经越来越被社会所承认，用人单位通常提供更好的待遇吸引这些大赛获奖者。这些参赛学生的受益与成才，也对低年级学生学习积极性的激发起到了良好的辐射作用，也起到了模范带头作用，从而为激发和培养本专业同学的学习热情和学习兴趣创造了良好的环境与氛围。3.7 实施质量工程，规范教学管理体系，探索并实现多元化全过程考核及人才评价模式

为保证人才培养质量，开展实施本科“质量工程”建设工作，坚持教育部“巩固、深化、提高、发展”的“八字方针”，以《东北大学改革和发展“十二五”规划》为指导，以本科教育教学改革为突破口，通过强化教师教学工作的规范制度，优化人才培养过程，促进教学质量和水平的全面提高。通过健全、完善教学质量的管理和考核机制，建立科学、合理、公平的教学评价体系和分配制度，建立以提高学生培养质量为核心的激励引导机制，进一步全面加强学院教学工作的内涵建设，达到以质量求发展的目标。（1）构筑课程教学环节考核测评指标体系，搭建课程教学环节考核平台，探索和实践多元化全过程的课程考核模式。

建立以考核基本知识和基本技能为基础、以综合运用能力为重点、以学习态度为参照的课程考核体系，突出了考核内容的系统性、设计性和可操作性，量化考核环节、考核内容及成绩分配权重，将考核贯穿于课程教学环节的整个过程，

通过采用多元化的考评方式和规范化考评指标，实现对学生学习成绩检验的客观公正性，激发学生学习热情，提高理论联系实际能力和实际动手能力，培养学生的组织协作与团队精神，提高学生的综合素质和创新能力。（2）构建学校、用人单位、社会部门共同参与的人才培养质量评价机制

组建由学校教师、用人单位人事部门和社会相关部门共同参与的人才培养质量评价小组，以学校、实习实践教学基地和毕业生就业单位对学生的评价为依据，采取多种形式，对自动化专业的学生（包括毕业生）的人才培养质量进行评价，并将评价结果进行科学系统的分析，调整人才培养方案，改进人才培养办法。

本模式从2011年开始在东北大学自动化专业中逐步推广应用，并且取得了良好的应用效果。（1）学生参加科技活动取得丰硕成果

自动化专业学生可以参加的科技活动多达20余项，自2009年以来，先后有800余人参加了各种科技活动的培训。近400名同学参加了各级科技竞赛和大学生科技创新计划项目，取得了良好的成绩，200余人获得了校级以上奖项。（2）社会对本专业毕业生给予高度认可和评价

长期以来社会对自动化专业毕业生给予高度认可和评价：工作踏实，治学严谨，吃苦耐劳，勤奋好学，责任心强，在就业市场上具有较强竞争力。

近年来，平均每年有55名左右的学生获得免试推荐研究生资格，约占本专业学生数的20%。他们中除个别学生被保送到清华大学、北京大学、浙江大学等“985”名校及知名研究院所外，80%的同学都选择在本校继续深造。

近年来，每年约有40%的学生攻读硕士学位，其余毕业生选择直接就业。用人单位多集中于国有大型钢铁企业，一次就业率均为95%以上。4 结论

深入研究社会对拔尖创新人才的需求，结合国家、行业和区域经济建设与发展对不同人才的需求和东北大学自动化专业人才培养目标与定位，将“寓教于研”教学理念融入自动化专业人才培养方案，将研究性教学方式贯穿于课程教学环节。建立把教学工作当作学术工作来研究的理念，充分给教学学术以尊严和地位，从以学生为本、关注学生的“学”这个角度出发，将教学的学术扩展深化为“教与学的学术”。通过在自动化专业学生中逐步推广应用，检验了研究效果的有效性，有效地激发了学生潜能，实现了在学生思维的过程中传授知识与技能，提升了人才培养质量。注释[1]教育部关于印发《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》的通知(教高[2005] 1号),2005.[2]胡新峰,李威娜,王宇.大学生马克思主义理论骨干培养机制探讨.管理观察.2012（3）:132-133.　别敦荣.研究性教学及其实施要求.中国大学教学, 2012 (8):10-12.

基于能力结构的自动化创新实践型人才培养体系的构建

自动化创新实践型人才即具有创新意识、创新能力和社会实践能力的应用型、复合式高层次自动化技术和工程管理人才。以提升自动化人才培养的全面质量为核心，在人才培养中注重加强学生主动观察、思考、发现问题的能力，提高学习的主动性和创造性，以提高自动化人才创新创造能力、社会实践能力和就业创业竞争力为目标，建立具有创新意识和创新能力的自动化人才培养模式。1 自动化创新实践型人才培养基本原则

自动化创新实践型人才指具有较强的获取知识和综合运用知识的能力，较强的解决实际工程问题的能力，可以在控制理论、运动控制、过程控制、检测与自动化仪表、智能系统、电气自动化、信息处理、管理与决策等方面从事理论研究、系统研发或系统运行、管理、维护等工作；须掌握自然科学基础知识、工程技术基础知识、自动化理论与方法知识、计算机软硬件技术知识、自动化专业技术知识和自动化技能知识，具有解决实际工程问题能力与实践技能，有良好外语运用能力。在进行人才培养时，注意遵循以下原则。1.1 厚基础与宽口径相结合

加强自然科学类、人文和社会科学类课程的基础理论与知识的教学；加强工程技术类课程的基本知识和基本技能的培养；拓宽专业口径，延伸专业培养方向。1.2 理论教学与实践教学相结合

开设专门的实践环节及实验课程，在专业理论课中设计若干实践及实验教学单元；加强教学、科研和社会实践的有机结合，丰富实践教学内容、方式和途径；与企业合作建立自动化实习、实践基地；加强自动化实验室建设，提高实验室开发力度，开放实验室是培养学生创新能力和综合素质的重要基地之一，实验室开放训练是自动化专业[3]研究型人才培养能力获取的重要环节。1.3 课堂教学与课外活动和谐统一

鼓励开展以提高学生多方面能力和扩展学生自动化专业知识为目标的科研训练计划、国家大学生创新性实验计划及全国大学生电子设计大赛等第二课堂教学活动；优化课程结构、改进教学方法、引进现代化教学手段，减少课内学时，加强课外指导。2 自动化创新实践型人才能力结构需求分析

能力结构，指一个人所具备的能力类型及各类能力的有机组合；从不同角度或不同层面，可以划分不同的能力类型，每个人所具备的能力结构是不同的；能力不是某种单一的特性，而是具有复杂结构的多种心理特征的总和，探讨能力的结构、分析能力的构成因素，都是[4]非常必要的。

自动化创新实践型人才的培养目标是具有扎实的自然科学和人文社会科学基本理论知识，掌握自动化专业的基础理论、基本知识、基本技能，具有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的基本能力及开拓创新的精神，具备一定的从事自动化专业业务工作的能力和适应相关专业业务工作的基本能力与素质，该目标具体可体现为以下五种能力的培养。2.1 综合能力（Comprehensive Ability）

自动化专业创新实践型人才的培养以工学学科作为理论基础，学生具有扎实的数学、自然科学基础知识、外语及计算机和信息技术、控制理论基础知识及相关领域的专门知识等基础理论与基本技能，适应和满足自动化对多学科知识综合应用的需要。2.2 设计开发能力（Design and Development Ability）

掌握电工技术、电子技术、控制工程、自动检测与仪表、信息处理、计算机与网络技术等工程技术知识和应用专业知识，了解控制理论、运动控制、过程控制、检测与自动化仪表、智能系统、电气自动化、信息处理、管理与决策等方面理论研究或系统研发方法。2.3 前瞻能力（Foresighted Ability）

了解现代自动化的理论前沿、应用前景和发展动态，结合社会或研究热点，了解现代检测技术、智能控制技术、智能信息处理与信息系统等方面理论研究及系统研发方法，掌握相关系统运行、管理、维护等专业技术和组织管理。2.4 实践能力（Practical Ability）

具有综合运用所学的科学理论，解决工程实际问题的能力，能够参与生产及运作系统的设计、并具有运行和维护能力，具有较强的创新意识和产品开发、设计、技术改造与创新的初步能力。2.5 科研能力（Research Ability）

科研能力培养旨在提高学生专业综合实践能力和积极主动性，使学生逐步养成自主获取知识的精神，掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有科学研究和实际工作的初步能力。

按照关键成功因素分析方法，对以上五种能力进行进一步识别和分解，得出影响自动化创新实践型人才培养关键成功因素如图1所示。图1　自动化创新实践型人才能力结构鱼骨图3 自动化创新实践型人才培养体系建设

在自动化创新实践型人才培养体系建设时，关键在于加强学生主[5]动观察、思考、发现问题能力，提高学习的主动性和创造性；培养学生的创新意识、创新能力和社会实践能力，具体以培养学生的“五项能力”，即以培养学生的综合能力、设计开发能力、前瞻能力、实践能力和科研能力为导向，探索创新实践型人才培养体系实施模式和实现措施，满足创新实践型人才的培养需要。

以自动化创新实践型人才能力结构为基础的人才培养体系构建，包含教学体系、实践创新体系和自主科研体系三个体系，可形成理论与实践并重、学习与科研相长的创新实践型人才培养体系，达到自动化创新实践型人才培养的目标。以能力结构为基础，进行人才培养体系建设，通过能力结构分解及需求要素分析，可明确人才培养的要素、方法和资源，让现有教学资源达到合理配置，减少课程的重复和冗余，从而使自动化创新型人才培养过程更具有针对性和高效率。3.1 教学体系

教学体系包含课程体系设置、教学内容与方式等内容。其中，课程设置注重职业能力培养，教学内容和方式侧重创新能力和解决工程实际问题能力训练，强调理论性与应用型课程的有机结合，突出案例分析和实践研究，注重培养学生解决实际问题的意识和能力。

1）课程设置结合自动化领域发展需求，提升获取知识和应用知识能力

自动化创新实践型人才的培养要求有宽广的知识面，合理的知识结构，因而在制订培养方案时根据自动化的特点和需要，紧密结合社会需求和职业能力培养，重点掌握基础知识层、控制知识层和系统知识层的基础知识及技能；在课程设置重点突出专业、行业与个人发展相适应，注重职业导向、能力的培养。

基础知识层包括数理基础、机电基础、计算机基础等知识领域；控制知识层包括传感与检测（或信息获取）、网络与通信（或信息传输）、计算与处理（或信息处理）、控制与智能（或信息控制）、执行与驱动（或信息应用）、对象与建模；系统知识层包括系统与工程等方面的基础知识。

自动化专业主干学科为“控制科学与工程”、“计算机科学与技术”及“电气工程”，其主要课程有：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制理论、电机学与拖动基础、电力电子技术、计算机硬件技术基础、传感器与自动检测技术、运动控制系统、过程控制系统及计算机控制技术等。按照课程类别的不同，具体分为通识教育基础课程模块、学科大类基础模块、专业主干课程模块、专业选修课程模块及实习实践教学模块，分别采用校内理论、校内实践、校外实践及自主实践的方式实施。

2）教学内容和方式侧重创新能力和解决工程实际问题能力培养

课程教学内容要突出专业、行业与个人发展相适应，注重职业导向、能力的培养，教师需要将课内讲授与课外实践、引导与学生自学、教材内容与课外阅读有机结合；在开展教学时，应充分采取以学生为主体的教学模式和教学思想，通过启发式教学、案例教学和研讨课，引导学生积极主动思考，帮助学生积极寻找可行的解决办法，达到培养学生主动发现问题、分析问题，创造性地解决问题的能力。

①启发式课堂教学

教师采用启发式教学方法，结合课程的教学内容和学生已有的知识基础，以体现学生思维方法、思考过程的开放性问题为切入点，调动学生积极性；多以提问的方式，有效激发学生主动参与课堂教学过程，引导学生积极思考，促使学生运用基础知识积极探索未知的新知[6]识；学生通过教学过程获得基本知识和技能，提高自主探索、发现和解决问题的能力。

②案例教学

针对教学内容，教师设计相关案例场景，用具体实例激发学生想象力，在教师引导下，由学生自行分析并提出可行的解决方案；在此基础之上，教师在已解决的问题基础上进行延伸，引导学生发现并归纳新的问题，再进行分析和解决，可使课堂讲授知识运用到解决实际问题当中，由此可使学生更加对知识进行深刻理解和灵活运用。

③研讨课

研讨课注重对学生批判性思维的培养，对学生读、写、听、说、[7]辩论技巧、团队合作等多项能力进行训练。研讨课以学生为中心，教师把较多的时间留给学生思考和分析；教师在课前做好对教学内容和素材的选择，课堂上有效推动研讨的持续进行；学生在大量阅读的基础上，学会进行批判性思考，并提出问题。3.2 实践创新体系

自动化专业应用实践性较强的专业特点决定了实践环节的重要地位。实践环节是培养自动化创新实践型人才最重要的环节之一。实践环节的设置，是从基础理论、专业知识、科研能力、综合应用四个方面综合培养学生的创新实践能力。教学培养应结合自动化的技术创新主体要求，围绕注重培养实践研究与创新能力，提高专业素养及就业创业能力，增强其就业竞争力，建立以专业实验、实践课程、实习及实践活动等形式的多层次实践培养环节，实践体系主要在开放实验室和校企实习实践基地上开展。

专业实践环节主要包括基础实验、专业实验、综合实验、研究实验和工程实践系列五个层次；各个层次的实验环节层层递进，理论与实际相结合，贯穿于本科学习的整个阶段。

1）基础实验

基础实验主要是理论验证性实验，验证性实验可以帮助学生了解理论知识来源的依据，增强实际的动手能力，为培养创新实践能力打下理论基础，使学生能够深入理解教学大纲规定的实验要求，培养学生基本的实验技能，加深对基本理论、基本知识的理解。如电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、计算机硬件技术基础等。

2）专业实验

专业实验是在理论基础之上，完善学生的专业知识和提高专业技能；在进行专业系列实验时，学生要根据实验的目标和要求，自行制定实验方案的内容；如自动控制理论、电力电子技术、传感器与自动检测技术、电机学及拖动基础、过程控制系统、运动控制系统等，设计实验线路、确定实验方案、自主测试和分析数据，得出实验结果及结论，并写出实验报告，培养学生独立思考、综合思维、分析解决问题的能力。

3）综合实验

综合实验是指给定实验目的、要求和提供实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，教学内容以突出学科群知识的综合性实验、设计性实验为主。该类实验在掌握基础性实验和具备综合实验知识及能力上，结合计算机硬件技术基础课程设计、过程控制系统化课程设计、运动控制系统课程设计、计算机控制技术课程设计等，对其在控制理论及其应用、运动控制系统、过程控制系统、智能信息处理与信息系统等进行训练。

4）研究实验

与科研项目紧密结合开展研究实验更进一步具有综合性和创新性，能够充分调动学生的自主性和积极性，培养学生实践能力和创新思维能力，如鼓励学生在现代检测技术、智能控制技术、智能信息处理与信息系统等方面从事科学研究、技术开发及工程应用训练，可以提升其科研、设计水平，突出在某一领域的创新能力和独立科研能力。

5）工程实践

与企业相结合的实践是培养创新实践人才最重要的方式和过程之一，具体以金工实习（第4学期）、电子安装实习（第5学期）、专业实习（第6学期）等方式进行。通过此阶段的学习，学生可以了解现代自动化的理论前沿、应用前景和发展动态，提升自己开发新项目、开拓新的空间、发现新课题的能力。与企业相结合的实践，是知识理论到实际控制的升华，从而培养全面发展的复合型人才。3.3 自主科研体系

自主科研体系由开放式教授论坛、本硕博论坛、专家讲座、大学生科研训练计划（SRTP）、国家大学生创新性实验计划和全国大学生电子设计大赛等组成。通过开放式教授论坛、本硕博论坛、专家讲座可开阔学生理论视野、启发思路；大学生科研训练计划、国家大学生创新性实验计划和全国大学生电子设计大赛可为学生提供实战训练，加强学生主动观察、思考、发现问题能力，提高学生专业综合实践能力，具备一定程度的从事自动化领域科研等工作能力。自主科研体系是对学生自主学习和创新实践的深层次锻炼，加强学生的创新意识和创新能力的训练，初步培养其从事科学实验的基本素质和创新性的科研能力。学生在进行自主科研时，借鉴研究生的科研能力培养模式，通常在导师带领和主持下开展科研工作。

在进行自主科研时，学生可根据自己的兴趣和未来发展，结合社会或研究热点，选择课题方向，搜集资料，掌握技术，充分体现学生在学习中的主体性地位。学生与指导教师一起确定研究课题或研究方向，学生独立查找相关信息和资料，完成课题的方案设计、实验装置安装与调试，修改完善后，在指导教师的指导下进行实验，撰写实验报告或论文。4 自动化创新实践型人才培养实施保障体系建设

按照明晰设计、精心实施、注意细节的指导原则，本着管理、评估、反馈与持续改进的思想，图2给出了基于能力结构的自动化创新实践型人才培养的实施思路，其重点是完成以下五个方面的工作：4.1 明确专业培养原则

依据社会需求、专业特色和学科特点，制定出适合本专业的培养原则，即培养什么样的人才。具体为统一性与多样性相兼顾，厚基础与宽口径相结合，与相关专业共享平台课程，理论教学与实践教学相结合，课堂教学与课外活动和谐统一。4.2 进行能力结构分析

在明确专业培养原则的基础上，提出自动化创新实践型人才培养的能力需求，对能力结构做进一步分析，即根据人才培养利益攸关方各方，如对企业、行业、教师、校友、政府及社会各界的深入调研，进行能力的结构及其构成因素分析，得出影响自动化创新实践型人才培养关键成功因素。4.3 明晰能力知识体系

将自动化创新实践型人才培养关键能力进一步分解，给出能力与相关知识的具体实现载体的说明，进行课程体系的划分，建立能力知识及实现课程模块的对应关系体系。4.4 确定标准具体实现方式

依据能力知识体系，制定合理的课程与实践环节结构，明确各课程与实践环节对能力知识体系的贡献及其具体实现方式，形成整体的标准实现矩阵。4.5 人才培养体系建设

人才培养体系是自动化创新实践型人才培养的具体实现保证，以自动化创新实践型人才能力结构为基础的人才培养体系构建，包含教学体系、实践创新体系和自主科研体系三个体系，形成理论与实践并重、学习与科研相长的创新实践型人才培养体系，达到自动化创新实践型人才培养的目标。图2　自动化创新实践型人才培养实施保障5 总结

自动化创新实践型人才的培养目标经过能力结构分析表明，集中体现在以下几种能力的培养：综合能力——适应和满足自动化工作中对多学科知识综合应用的需要；设计开发能力——掌握现代自动化控制的原理和方法、具备系统设计和应用开发能力；实践能力——解决工程实际问题，参与生产及运作系统的设计、运行和维护；前瞻能力——了解现代自动化的理论前沿、应用前景和发展动态；科研能力——掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有科学研究和实际工作的初步能力。

以上几种能力的培养关键在于自动化创新实践型人才培养体系的合理构建及顺利实施。此外还需进行自动化创新实践型人才能力结构分析及要素分析，分类总结出每种能力培养需具备的因素及培养方式方法要求；建立能力与相关课程设置、实习实践、科研训练的关系图，明确能力与实现方式的相关关系；建立一套适合自动化创新实践人才培养体系模式；课程设置结合自动化领域发展需求，改革教学内容和方法；建立完善的专业实践环节，包括基础实验、专业实验、综合实验、研究实验和企业实践系列五个层次；鼓励学生进行自主科研，具体以开放式教授论坛、本硕博论坛、专家讲座、大学生科研训练计划（SRTP）、国家大学生创新性实验计划和全国大学生电子设计大赛等组成进行支撑。注释[3]张波，贯会明．开放性实验在实验教学体系构建中的作用．实验室研究与探索，2010(9)：135-137　林兴桃，王小逸．创新实验室建设——仪器设备的有效管理和利用．中国现代教育装备，2009(17)：107-108[4]孙江丽，徐再仕等.从能力结构的视角思考高校精英教育.高教与经济，2006(9):22-25　马乐，李楠等．物流工程专业研究型教学体系建设探析．实验室研究与探索，2011(10)：321-323，394[5]田起宏，韩笑等．创新人才培养理论研究现状及未来研究方向．山东师范大学学报（人文社会科学版），2010(6)：82-84[6]唐轶．美国研究型大学新生研讨课教学模式研究．北京林业大学学报（社会科学版），2009(8)：44-45[7]常维亚，邢鹏等．研究型实践教学体系的构建与实施．中国高等教育，2010(21)：26-28

自动化专业的二维课程体系结构

本文探讨了自动化专业的课程体系结构及其相关问题。课程体系不同于知识体系，知识体系规划了专业应掌握的知识领域、知识单元和知识点；课程体系是实现知识体系的实施构架，或者说课程体系是描述通过哪些课程具体表达和教授知识体系中的知识领域、知识单元和知识点。课程是课程体系结构的要素，是传授知识体系中相关知识的载体。由完成专业全部知识传授的课程，按照一定的规律和特点，构建成的框架就是专业课程的体系结构。课程体系结构又不同于教学计划，课程体系结构不涉及课程的时间安排，只是给出课程之间的逻辑关系。

课程体系结构应该包含两个因素：①组成课程体系的课程，它是课程体系的组成元素；②课程的层次关联，即课程之间的相互关系。清晰的课程体系结构将有助于了解各课程之间的关系，了解它们所包含的知识单元与知识点，以及每门课程在整个体系中所处的地位和重要性，便于教学计划的安排与执行。

针对自动化专业的内涵和特点，结合在大学期间培养自动化专门人才所需要的几个基本模块，本文提出了一种X-Y二维结构的课程体系结构表述方法，旨在进一步理清自动化专业课程体系及其结构的描述。本文将自动化专业课程体系结构描述成X-Y二维结构，X维：将课程按课程的性质和特点分为理论与方法、系统与方法、技术与方法、信息处理分析、计算机网络、软件技术和实践训练等；Y维：将课程在体系中所处的层次分为基础课程和专业课程。基础课程又细分为数学基础课、自然科学基础课、工程技术基础课、专业基础课程和实践训练课；专业课程又细分为专业核心课、专业限选课、专业任选课和专业综合训练课等。基础课程既是后续专业课程的必备基础，同时也是通识教育的重要内容，对于自动化专业来说，该层次的课程应该在数学、物理、电子学及计算机方面提供宽广、扎实的基础知识；专业课程的核心课应包含体现自动化专业的核心内容与技术，是自动化专业必须掌握的知识；专业课程的限选课和任选修课是对专业核心课的深化与补充，也是对自动化及相关学科涌现的新方向和新技术的拓展，以开阔知识视野。

按照X-Y二维结构的设计，每门课都可以在二维课程体系结构中用两个维度来描述其所属的类别，即课程的性质、特点和所属的层次。例如“自动控制原理”这门课程的二维属性为：{理论与方法，专业基础课程}。

构建课程体系结构需要考虑到：①能有效覆盖知识体系中的所有知识单元；②课程之间的逻辑关系要清晰，以方便安排教学计划；③考虑不同类型院校培养目标的区别，尽量能适用于不同类型的院校；④考虑与现有课程设置的兼容性；⑤能适应21世纪教育理念和教育教学改革的需要。

下面，结合自动化专业的特点详细介绍专业的课程体系及其结构。2 自动化专业的课程体系结构（1）自动化专业的知识体系

随着现代科学技术的发展，对自动化专业的人才培养提出了更高的要求，除了需要具备扎实的专业基础理论和专业知识外，还应该具有较高的专业素质、综合技能和专业横向延伸拓宽、多种学科融合、学科交叉的能力，以及专业纵深发展、知识更新、跟踪新技术的创新意识。

典型自动化系统的分析与设计流程是：从系统和全局的角度分析对象的行为特性，基于系统或对象有关信息的提取和处理，做出控制决策，并通过向系统或对象发出控制指令来改变系统或对象的行为，使系统或对象的运动满足人们的期望要求。需要强调的是，系统或对象行为的改变完全是通过给系统或对象的控制信号来实现的，并不是改变了系统或对象的结构。自动化系统的这种特征形成了以控制和决策科学为内核、以信息处理技术为纽带、以众多工程学科为应用背景的非常有特色的知识体系。自动化专业知识体系可分为基础知识、专业基础知识、专业知识三个层次六个模块，呈现3＋2＋1的金字塔结构，如图1所示。图1　自动化专业的知识结构

基础知识：①自然科学基础知识，包括一元微积分、多元微积分、高等微积分、几何与代数、随机数学方法、数值分析与算法、复变函数、数理方程、量子力学、统计力学、现代生物学、应用随机过程、大学物理及实验、计算机基础、计算机文化等知识；②工程技术基础知识，包括工程力学、流体力学、工程图学基础、电路原理及其实验、模拟电子技术基础和数字电子技术基础及其实验等知识；③外语能力，包括外语阅读理解能力、写作能力和听说交流能力。

专业基础知识：①自动化理论与方法，包括信号与系统分析、自动控制原理、现代控制理论、运筹学、电力电子技术基础等知识；②自动化技术与方法，包括计算机语言及程序设计、数据结构、计算机原理、操作系统、计算机网络和通信原理等知识。

专业知识：①专业技术知识，包括电力拖动与运动控制、过程控制、检测原理、系统辨识、模式识别、计算机仿真、计算机控制系统、数字图像处理、人工智能、CIM系统、系统工程和专业技术实验等知识。②专业技能知识，包括专业专门知识以及专业知识的获取、专业问题的发现、专业问题的解决和专业创新能力等。（2）自动化专业的课程体系

图2是自动化专业的课程体系，由公共课程、基础课程和专业课程三部分组成。图2　自动化专业的课程体系

专业的知识体系要通过课程体系来具体的实施。教学计划中各个课程的教学内容应该覆盖专业知识体系中的全部知识，同时通过课程的教学方法和组织形式达到培养专业人才的目的。

自动化专业的课程体系由公共课程、基础课程、专业课程三类组成。公共课程包括马克思主义理论课和思想品德课、军训、体育、外语、文化素质等。基础课程包括数学基础课、自然科学基础课、工程技术基础课、专业基础课和实践环节课等。其中，自然科学基础课包括物理、计算机基础/文化等课程；工程技术基础课包括制图、电路、电子、力学等课程；专业基础课包括专业概论、计算机程序、计算机原理、自动控制理论、信号与分析等课程；实践环节课包括技能训练、外语强化、计算机语言训练、课程设计、专业实践等环节。专业课程包括专业核心课、专业限选课、专业任选课和专业综合训练等。（3）自动化专业课程的二维结构

按照前面课程二维结构的设计，结合自动化专业的内在特点，表1给出了自动化专业课程体系的二维结构。X维：理论与方法、系统与方法、技术与方法、信息处理分析、计算机网络、软件技术和实践训练；Y维：基础课程（数学基础课、自然科学基础课、工程技术基础课、专业基础课和实践环节课）和专业课程（专业核心课、专业限选可、专业任选课和专业综合训练）。

表1所设计的课程体系及二维结构具有这样一些特点：①加强通识教育要求，注重基础课程的深度和广度，所提供的基础知识不仅为后续课程的学习做好准备，还为将来在自动化学科或信息技术领域深造、科学研究或技术开发打下宽广和必要的基础。②突出核心课程特色，包含了控制、信息、系统工程和检测等自动化专业重要的特色课程，其中运动控制和过程控制课增加了对控制对象分析的内容，包括电机原理、化工原理、热工基础、流体力学和工程力学等知识。③拓展选修课程范围，部分课程是专业基础课和专业核心课的延伸，如现代控制专题（包括鲁棒控制、最优控制、智能控制和随机控制）、现代控制理论、过程控制系统等；另外一些课程是专业基础课和专业核心课没有涉及到的知识领域，是对专业知识的扩充，如现场总线、嵌入式系统等。（4）课程之间的逻辑关系

图3一定程度上表达了各门课程的逻辑关联。从课程的性质和特点的方向看，属于同一性质和特点的课程比属于不同性质和特点的课程具有更强的逻辑关联；从课程层次的方向看，基础课程是专业课程的前导课程，专业核心课程是专业选修课程的前导课程。

关于图3的说明：

①数学类基础课中的微积分和线性代数是几乎所有课程的基础。为了保持结构图清晰，以这两门课作为逻辑的起点，并用符号“ALL”作为这两门课的输出，以表示它们是所有课程的前导课程。表1　自动化专业的二维课程体系结构图3　课程体系结构逻辑关系

②箭头的起点和终点所连接的两门课程之间具有前导课程和后续课程的逻辑关系。

③当箭头的起点连接到整组课程的方框时，表示该整组课程均为箭头终点方向的前导课程；当箭头的终点连接到整组课程时，表示该整组课程均为箭头起点所对应课程的后续课程。

④当多个箭头起点汇聚到一个箭头终点时，表明起点所对应的多门课程均为终点所对应课程的前导课程。

⑤当一个箭头起点分裂为多个箭头终点时，表示箭头起点所对应的课程是箭头终点所对应的多门课程的前导课程。

⑥课程的前导与后续逻辑关系具有传递的性质；同一门课程可能会有多门前导课程；当两门具有逻辑关系的课程距离较远时，用数字标号来代表其间的连线。（5）课程中知识的关联

各课程中知识的关联情况，需要罗列出每门课程所含的知识单元和知识点，然后构成知识体系，并说明每个知识单元和知识点包含在哪门课程内，以此将课程与知识关联。描述起来比较困难，做这方面的研究难度大，本文作者还心有余而力不足。3 自动化专业的课程设置

根据上面关于自动化专业课程体系及二维结构的描述，学校在制定本校自动化专业的教学计划（课程设置）时还应兼顾以下几个方面。（1）兼顾本校人才培养目标

设置专业课程需要与本校人才培养的目标相适应，需要与知识体系相一致。从专业人才培养的目标和定位考虑，不同类型的院校课程设置应该是不一样的。虽然，一般地各校的课程设置均含有自然科学类、人文社会科学类、学科基础与专业基础类、专业选修类、科学实践与社会实践和公共选修类等课程，但受学校对自动化专业人才培养定位和目标的不同，具体课程设置、教学内容、教学组织形式以及教学方法都应视要求具体设计。比如：研究型院校的课程设置对基础课程的设置和要求应更加注重系统性和完整性，为开展控制理论的深入研究奠定好基础；应用型院校则应更加注意对学生加强专业技能的培养，为学生在工程一线开展系统维护、调试以及二次开发打好基础。（2）兼顾本校专业特色

设置专业课程需要与本校人才培养的特色相适应，比如行业特色、专业方向特色等等。

表1中的自动化专业课程体系和二维结构课程设置较广，数学、电力电子和计算机方面的课程体现了宽广、坚实的基础。专业核心课程覆盖面宽，不仅包含传统的控制类和检测类课程，还在信息处理、系统工程等方面设置了相应的课程，也包含了自动化学科在不同方向和领域的一些知识内容。专业选修课程设置的种类多，可选择性强。各学校在具体选择时应紧紧结合本校特色，对部分课程的设置可以做适当的调整，根据需要适当设置课程的难度和深度，增强专业的行业特点和方向特色。根据情况也可适当减少基础课程中的数学类课程和计算机类课程；根据应用对象的特点，适当减少专业核心课程中与行业对象无关的课程；根据专业特色，适当减少专业选修课程中体现前沿发展的课程；适当增加与行业应用密切相关的课程，包括被控对象分析和特定对象控制与检测系统之类的课程，比如与电力有关的自动化专业，可增加电力系统及电力系统自动化的课程，与石油化工有关的自动化专业，可增加石油化工设备工艺及其控制系统的课程。（3）兼顾与研究生课程的衔接

自动化专业本科课程体系与研究生课程体系两者关系密切，研究生课程一方面是本科生课程的深化和强化，另一方面也是对本科生课程中没有覆盖的知识领域的扩展和补充。在制定本科的课程设置时也要注意兼顾好研究生的教学内容。

①深化与强化：研究生期间的很多课程需要在本科课程中打下一定的基础。比如：控制理论方面的教学内容就应兼顾到研究生将要学习的线性系统理论和非线性系统理论；本科中学习的信号与系统和离散信号处理课程要兼顾到研究生阶段将要学习的现代信号处理的需要；本科的过程控制是研究生高等过程控制的基础等。研究生课程较本科课程来说，强度不一样，难度也不一样。也就是说，研究生课程一般需要进行强化教学，课外留有较多的、需要研究的、独立思考的、相互磋商的问题或作业或案例，在本科学习期间就应注重学习方法的培养。

②扩展与补充：对一些研究生课程来说，通常是对某类本科课程中所没有覆盖的知识领域的扩展和补充。比如，离散事件动态系统、动态系统故障诊断与设计都是控制领域的重要方向，在本科控制类课程中并没有涉及有关内容，研究生课程必须另行设置。但在本科课程中应注意加强数理基础的学习，以保证研究生期间专业课程的扩展和补充。4 结束语

自动化专业既是与实际工程结合密切的工科专业，又是研究控制规律方法论的学科，这就决定了自动化学科的内在规律和理性方法，专业的课程体系因此而复杂，难以描述。本文根据课程性质和特点及层次分类，提出了一种X-Y二维课程体系结构的描述方法，较为清晰地表现了自动化专业各课程所包含的知识之间的关系、课程之间的相互逻辑关系与先后顺序，希望能对高校自动化专业制定教学计划有所帮助。不过，由于不同类型院校的培养目标不同，为之服务的课程体系也应该不同。构建有特色的课程体系首先应该本着具有本校特色的教育理念，并通过研究梳理出合理课程体系，这需要用心、投入。参考文献[1]教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会，自动化专业指导性规范（结题稿），2011[2]教育部：普通高等学校本科教学工作水平评估方案（试行）. 2002[3]清华大学自动化系学术委员会课程教学大纲编写小组，清华大学自动化系本科生课程教学大纲，清华大学出版社，2007[4]清华大学自动化系学术委员会课程教学大纲编写小组，清华大学自动化系研究生课程教学大纲，清华大学出版社，2007[5]郭晓华，田作华，影响自动化专业教育教学的若干因素，电气电子教学学报，Vol.34, No.4, 2012.[6]萧德云，田作华，自动化专业的通识教育与综合教育，电气电子教学学报，Vol.34, No.4, 2012.

地方高校自动化专业“专业综合改革试点”项目建设

教育部高教司2011年12月发布《关于启动实施“本科教学工程”“专业综合改革试点”项目工作的通知》（教高司函【2011】226号）中指出，高等学校实施“专业综合改革试点”项目旨在充分发挥高校的积极性主动性创造性，结合办学定位、学科特色和服务面向等，明确专业培养目标和建设重点，优化人才培养方案。

长春工业大学自动化专业在近六十年的发展过程中，根据教学和学生学习过程的实际需求，以提高人才培养质量为主线，以教书育人为己任，以教学改革为动力，开展教改和学改、专业建设与实践，逐渐形成了自身鲜明的特点，具有独特的专业特色。2007年6月被评为长春工业大学和吉林省首批特色专业，同年9月被评为国家级一类特色专业，2010年9月自动化教研室被评为国家级优秀教学团队，2011年9月被评为吉林省“十二五”特色专业，2012年9月被批准为吉林省“专业综合改革试点”项目，同时上报教育部“专业综合改革试点”项目。

在自动化“专业综合改革试点”项目建设与实践过程中，教学改革思路清晰，特色鲜明。首先梳理了自动化专业的人才培养规律，构建了自动化专业人才培养目标和培养模式，提出了课程建设的“七个一”，改革“教法”中的“五个过多与过少”问题，教学内容改革的“四加强”；在专业教学团队方面，总结了“五个互动”与“四种作用”，加强了教师与学生之间的接口建设，提出了七种师生关系。

教学改革与实践证明，自动化“专业综合改革试点”项目推动了本专业教学内容的更新，教学方法的创新及教材建设和实践教学的改革，同时促进了团队教师教学素质和教学水平的提高，为我校深入开展教学改革、全面提升教学质量起到了重要的作用。2 教学团队建设2.1 提出并实施了教学团队建设的五个互动（1）教学与教研互动，实施自觉的教育

教师职业具有双专业性，既要具有学科专业的功底，又要具有教育专业的知识。教学上有两个基本问题，学科专业解决“教什么”的问题，教育专业解决“怎么教”的问题。作为一个教师，无论从事哪个专业，都必须了解社会对人才的要求，搞清楚要培养什么样的人和如何培养这样的根本问题，树立必要的教育思想与观念，使自己所从事的是自觉、明白的教育。（2）教学与科研互动，实施有体会的教育

优秀的教师应该是集教学、科研为一身，体现教学科研的互动。科研成果一方面进入市场，成为现实生产力，一方面进入课堂，促进教学质量的提高，把科研成果转化成宝贵的教学资源。这种教学与科研的互动，实现了学术水平、教学效果与科研能力、实践经验的全面提高。（3）理论与实践互动，实施学以致用的教育

注重理论与实践的结合，在理论教学中有明确的实践基础和应用背景做支撑，在实践中习惯于用理论来分析和解释现象，这种理论与实践互动，是保证和提高教学质量的重要因素，也是一个教师应有的基本素质之一。近年来进校的青年教师比较普遍的存在着学术、学历水平高，工程实践能力相对弱的现象。工科院校强调工程教育，而教师的工程经验不足成为一个突出问题。为此可采取实验室实践、带学生实习实训、参加科研等多种办法加以解决。（4）教师与学生互动，实施教学相长的教育

教师在教育学生的同时，也会从学生身上看到亮点，吸取力量，也会促进思考、激发灵感。教与学的互动，教师与学生的互动，是教学最基本的要素。教学是师生之间思想与思想的碰撞，心灵与心灵的沟通，生命与生命的对话，感情与感情的交融。再先进的多媒体设备，也不能取代和改变师生之间的这种根本关系。（5）教师与教师的互动，实施团队作用的教育

每个教师都蕴藏着自己的智慧和潜能，教师之间的交流与合作，团队中良好的研讨、互动氛围，将会有效地促进个人智慧与潜能的开发和释放，促进教师水平与素质的提高，同时促进团队整体水平与素质的提高。2.2 团队建设发挥四种作用

自动化教学团队是一支由老中青组成的学历、职称结构合理的队伍，团队自身建设发挥四种作用。（1）老教师的带动作用。团队实行青年教师培养的导师制，明确老教师指导青年教师的要求，定人员、定任务、定措施，并且定期检查落实。（2）课程组的整合作用。相近课程组成课程组开展教学研讨与改革实践，促进了课程建设。（3）教师间的互助作用。团队制定了相互听课制度和教研室内部的教学评价制度，请优秀教师做观摩教学，组织团队内的教学交流，团队成员之间相互借鉴，取长补短，很好地发挥了互助作用。（4）团队组织的促进作用。要求每个成员有发展计划，有行动措施，相互比学赶帮，形成了浓厚的进取氛围和奋斗精神。2.3 加强教师与学生的接口建设

近年来，高校中存在的急功近利和浮躁之风影响了教师对学生的关心和投入，淡化了师生关系。针对这种倾向，本专业大力倡导新时期的七种师生关系，即以生为本的师生关系，平等相处的师生关系，相互尊重的师生关系，授业加激发的师生关系，直接对话与交流的师生关系，师长加朋友的师生关系和基于赏识教育的师生关系，实行班导师制，密切师生关系，优化“教”与“学”的状态。3 课程与教学资源建设3.1 提出并推广了课程建设的“七个一”

即一个认真负责的教学态度；一手过硬的教学基本功；一套适应社会发展和时代要求的教育思想和教学方法；一套规范的教学文件；一套先进实用的教材；一套先进的考核方法；一套效果良好的实验。3.2 发挥国家精品课示范作用

自动化专业必修课《计算机控制系统》于2006年9月被评为国家级精品课，2012年12月被推荐为教育部精品资源共享课评选。国家级精品课《计算机控制系统》配套教材分别由机械工业出版社和高等教育出版社出版，为普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材，2011年获吉林省高等学校优秀教材一等奖，2012年入选国家级“十二五”规划教材。

以《计算机控制系统》国家级精品课（精品资源共享课）带动课程建设和教材建设，发挥国家精品课（精品资源共享课）的示范作用，深化课程建设“七个一”,培养学生创新精神和创新意识。目前本专业建设成1门国家精品资源共享课和2门吉林省精品课，1门省级优秀课，2门校级精品课。3.3 加强教学资源建设

近几年本专业着力加强和完善了主要专业基础课程和专业课程的多媒体教学课件的建设。目前已有十余多门课程采用多媒体CAI、电子教案

等现代教育技术与手段进行课堂教学，特别是对于一些图形较多的课程教学内容通过采用多媒体教学形式，收到了良好的教学效果。4 教学方法改革与创新4.1 教学方法改革系列化理念与方法（1）提出了“教法”中的“五个过多与过少”问题：灌输式过多，参与式过少；结论型过多，问题型过少；封闭式过多，发散式过少；重分数过多，重能力过少；书本知识过多，实践训练过少。（2）提出并实践了创新教学法的“五原则”：以问题为主线；以综合为导向；培养兴趣；注重转化；鼓励突破。（3）提出并实施了教学方法改革的多项措施：案例式教学；项目式教学；实验实训式教学；提问式教学；开放式教学内容；无标准答案作业；组织讨论课；改革考试方式；改革实验方式与内容；改革课程设计与毕业设计；理论教学与课外科技活动和各类竞赛的互动。4.2 教学内容改革的“四加强”（1）加强教学内容的删繁就简，吐故纳新，体现了教学内容对学科与专业发展的跟踪。（2）加强本门课程的学科发展动态和学科前沿的内容，提出有待解决的问题，体现开放式教学。（3）加强教师自身的科研体会或自己所了解的工程问题和社会问题的实例，体现教学与科研的互动。（4）加强学科教育与素质教育的结合，将素质教育融入专业教育之中。4.3 实施了第二课堂的七项措施

扩大各种课外竞赛的数量和学生的参与面；开展专业工程师资格认证和专业技能资格认证；坚持实践能力培养四年不断线；将科技活动有效地引入第二课堂；推进实验室开放；积极参加大学生文化艺术节活动；积极参加“工大讲堂”，使学生有更多的机会参加各类专家报告和讲座。4.4 开辟了第三课堂的三种渠道

多渠道与企业、研究院（所）开展合作，建立完善的校外实践基地；学生参与教师的生产、科研课题研究工作，直接深入生产、科研等工作实际；多种题材和形式的社会实践。4.5 强化了三个课堂的结合

坚持三个课堂的结合，鼓励学生积极参加各种形式的课外实践活动。用好课程实验平台、集中实践平台和科技创新实践平台，为学生塔建技能训练的硬件环境。组织学生参与教师的科研项目和参加各类科技创新活动，通过文献查阅、资料收集、调研分析、方案设计、实际制作、实验研究、数据处理、报告撰写、结题答辩等环节，既锻炼学生实践能力，又培养团结协作精神；既开阔视野，又提高创新意识和创新能力。积极支持、鼓励学生组织课外活动小组、举办小型学术讨论、创办学生刊物、参加社会实践等课外活动，从而激发学生的求知兴趣，实现自主发展。

通过精心设计，使第一课堂学的知识在二、三课堂得到了巩固、应用和拓展，二、三课堂促进了第一课堂教学内容、教学方法改革。三个课堂有机结合，相互促进，形成了全过程、多环节、大空间、成体系的人才培养环境，符合学生的成长规律和成才需求，有效激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习能力、实践能力和创新能力。4.6 加强实验室、实习实训基地和实践教学共享平台建设

依托“自动化”国家级特色专业、“控制科学与工程”吉林省重点学科、“控制工程”吉林省高校重点实验室、吉林省实验教学示范中心以及自动化专业各类特色实验室，开设“实验室学术前沿讲座”、“实验室科技案例”等开放性课程工程，设立贯穿人才培养全过程的科研训练体系；开设科学研究方法论系统课程，对学生进行科学研究的系统学习和训练；通过“大学生科研训练计划”“大学生创新创业计划”等项目和“大学生电子设计大赛”、“挑战杯大学生创业大赛”、“飞思卡尔全国智能车大赛”等竞赛，组织学生系统参与专题研究和科研实践，不断提升学生独立解决实际问题的能力与创新精神。

按基础型实验、应用型实验、综合型实验、设计型实验和创新型实验的多层次立体式教学模式，进一步完善实验教学课程体系，借助课程实验平台，集中实践平台，科技创新实践平台，采取“基础型实验，应用型实验统一式管理、细致式教学；综合型实验，设计型实验集中式管理、引导式教学；创新型实验开放式管理，启发式教学”等管理模式，进一步强化学生实践能力和创新精神的培养。5 建设成效显著5.1 教学改革的“七、五、四”，促进教学质量提高

本专业提出并实践了教学改革的“七、五、四”，有针对性地开展创新教育和创新教学方法研究，实施以问题为纽带、以综合为导向、以工程教育为特征的教学，调动了学生的学习积极性，提高了教学效果，有效地培养了学生的创新精神和实践能力。通过教学改革，专业教师的课堂教学质量明显提高，教学改革成果丰富。（1）2009年以来，获得国家教学成果二等奖1项，吉林省教学成果特等奖1项、三等奖2项，以及中国高教学会优秀高教科研成果一等奖1项，吉林省高教学会优秀高教科研成果一等奖1项，吉林省教科院教育科学优秀成果一等奖和二等奖各1项。（2）2008年9月自动化“国家级优秀教学团队”立项建设。（3）2011年6月自动化专业被评为吉林省高等学校“十二五”特色专业。（4）2011年自动化专业被批准为长春工业大学“卓越工程师教育培养计划”，2011年9月上报教育部国家级卓越工程师教育培养计划。（5）2012年4月吉林省教育厅批准自动化“专业综合改革试点”项目，2012年5月上报教育部。（6）2012年6月，与中钢集团吉林铁合金股份有限公司共建的首批“国家级工程实践教育中心”获得批准。（7）承担教育部高教司、中国高教学会、吉林省高教学会等各级教育教学改革研究课题18项，其中重点课题13项。（8）建设成1门国家精品资源共享课和1门吉林省精品课，1门省级优秀课，2门校级精品课。（9）出版教材3部，其中《计算机控制系统》分别由机械工业出版社和高等教育出版社出版，为普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材，2011年获吉林省高等学校优秀教材一等奖，2012年入选国家级“十二五”规划教材。（10）教学改革与实践成果撰写专著2部，由高等教育出版社出版。（11）在《中国大学教学》、《中国高等教育》、《电气电子教学学报》等期刊发表教学改革论文36篇，其中核心期刊论文23篇。5.2 落实教书育人，促进了学生健康成长

通过剖析大学生学习状态与水平，开展“学习革命”，组织学生创建了“学习革命研究会”，每年举办“学习与成才”报告，开设了“大学生学习指导”课，引导学生由传统学习向创新学习转变，有效地促进了学生的自主学习与创新学习。

通过班导师制和全程导师制加强教师与学生接口建设，关心、热爱学生，尊重学生的个性发展，实行因材施教,促进素质教育和学生的健康成长。教学中随时研究学生的状态和需求，要求教师“备课先备学生”。

专业教师在指导学生专业学习的同时，加强学生的政治思想教育、法纪教育和文明教育，帮助学生树立正确的人生观、世界观和价值观，及时帮助学生解决生活上的困难，指导学生根据自身的情况制定学习计划，改进学习方法，解答专业问题，提供就业咨询，使本专业学生形成了奋发向上、立志成才的良好学习风气，学生的思想面貌焕然一新。

本专业率先组织成立的“学习的革命”研究会，很快在全校推广，全校各学院相继成立了“学习的革命”研究分会，在校团委的组织下成立了校“学习的革命”研究会，并建立了研究会网站。通过“学习的革命”研究会的一系列活动，激发了全校广大同学学会学习的意识和参加学习改革的积极性，并成为长春工业大学人才培养的重要特色。张德江教授在第七次全国高校学习改革与创新研讨会上所做的《创新教育与创新学习》的大会报告，“学习的革命”和教改与学改相融合的理念得到与会领导和专家的好评。5.3 教学与科研互动，提高了教学水平

近四年专业教师承担了国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金、吉林省科技厅、教育厅、长春市科技局等各类地方政府项目以及企业委托项目40余项，经费达3200余万元。

专业教师在科学研究及工程实践，提高自身的学术水平与新技术开发能力的同时，通过将科研成果和科研体会引进教学，明显地丰富了教学内容，促进了专业教学水平的提高；从全面培养学生的综合素质，尤其是培养科学实践能力以及学习创造能力出发，从科研课题与课堂教学关联内容中提炼出合适的问题作为教学案例，或作为实验及课程设计课题，有效调动学生的学习兴趣，采用启发式教学，增强和培养学生的创新意识、创造性思维，在理论教学中做到融会贯通、运用自如。

自2009年以来，本专业学生在“挑战杯”、电子设计大赛、智能汽车竞赛、足球机器人大赛、计算机仿真大赛以及数学建模比赛等全国性比赛中获得了国家级奖项26项。5.4 团队建设成效明显，实现了队伍整体素质与层次的提升

团队建设通过“五个互动”等一系列建设措施，明显提高了团队成员的学术水平、教学水平和综合素质，团队内形成了浓厚的爱岗敬业、积极进取的风气和氛围。（1）专业教师20人，其中教授7人，副教授7人，博士生导师2人，具有博士学位的教师14人。（2）团队拥有吉林省优秀教师1人，吉林省教学名师1人，吉林省教书育人楷模1人，博士点立项学科带头人2人、学术骨干教师3人，校教学主讲名师3人，9人先后被评为长春工业大学优秀中青年骨干教师，5人次获校中青年教师讲课大赛一、二等奖，9人次获校教学效果优秀奖。（3）拥有国务院特殊津贴获得者1人，教育部自动化教学指导分委员会委员1人，教育部本科教学评估专家1人，吉林省高级专家1人，国家“863”项目评审专家2人，国家自然科学基金评审专家2人，吉林省有突出贡献的中青年专业技术人才2人，吉林省跨世纪学术（学科）带头人后备人选1人。（4）团队所建设的一级学科“控制科学与工程”学科为吉林省“十二五”重点学科，所创建的“吉林省工业节能科技创新中心”和“吉林省生产过程工程技术研究中心”为吉林省科技创新中心，“控制工程”实验室为吉林省高校重点实验室。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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