面向培养解决复杂工程问题能力的自动化实践教学改革研究

    赖强

    摘 要：面向培养解决复杂工程问题能力的自动化实践教学改革对现如今的工科教学建设有着十分重要的现实意义。本文着重剖析了自动化实践教学的现状，结合解决复杂工程问题该能力在自动化毕业生当中的突出性，提出对应切合实际的改革方案。

    关键词：复杂工程;自动化;实践教学

    一、绪论

    2016年我国正式加入《华盛顿协议》，中国的工程教育成果面向全世界展示，自那时起，提升学生解决复杂工程问题的能力成为了高校开展工程教育的重中之重[1-2]。现如今的工程认证毕业要求中，“复杂工程问题”被多次提及。在2015年的工程认证版本当中，普通高等学校毕业生要求标准12条当中就有8条与“复杂工程问题”相关。上述所阐明的复杂工程问题的解决能力，需要的不仅仅是对工程理论的全面了解和掌握，还需具备扎实的实践基础，这更加彰显了工程教育在实践、创新、全面等方面的优越性。在工科建设的潮流下，提出一种面向培养解决复杂工程问题能力的实践教学方案，将解决复杂工程融会在教学过程中，有着跨时代的现实意义。

    近些年来，全球范围内掀起了高等科学工程教育的改革热潮，中国现如今处于信息化的历史潮流当中。自动化技术作为一门具备综合性的代表技术，广泛应用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输等各个领域，衡量了我国现代化科学技术创新发展的水平高低，是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。我国发展新兴市场经济，自动化人才的需求变得空前紧迫[6]。自动化产品的研发更新和人才的培养离不开教学体制改革，如今的自动化教学体制已经发展地比较完善，但仍存在着一些突出问题，特别是在解决复杂工程问题能力的培养和理论与实践相结合的问题上。怎样培养学生在复杂工程问题上的解决能力以及如何加强理论和实际应用中的连接，值得展开更加深刻的探讨。

    相对于传统式的理论教学，实践教学将理论知识充分运用到生产发展当中，从而验证了理论知识的客观实用性。实践教学促使学生开阔眼界，更加深入掌握对理论知识的理解，为日后投入工作进一步打下坚实的基础，肩负着科学研究、理论创新、教学改革等艰巨使命。在新时代创新发展的大潮流下，创新实用性人才是社会的一大缺口。另外，对高校而言，实践教学的比例已经成为考核和评估的一个重要指标。在教育体制改革的浪潮当中，自动化专业致力于培养面向生产第一线的高级工程应用人才，其毕业后主要从事电气设备运行、设计、维修、测试等技术和管理工作，因此要求具有较强的工程意识和实践动手能力[8]。面向培养解决复杂工程问题能力的自动化实践教学改革势在必行。

    二、教学现状简析

    自动化专业的教学安排可划分为课程理论教学和实践教学两大体系，根据学校办学特色的多种多样，自动化教学实现形式也多样化地开展。工科专业的实践教学致力于营造良好的工程环境，建造合理完善的实践教育体系，培养出高素养的创新型高等技术综合人才。自动化专业作为一门多类学科交叉的技术类学科，涉及的领域广泛，课内和课外需紧密结合。现阶段的实践课程主要有课程实验、课程设计、专业实习、毕业设计等，从多方面体现了自动化教学的优越改革。虽然从目前的自动化教学方式看，自动化教学体系已经得到了很大改善，但仍然存留着许多问题没有得到彻底解决，特别是在解决工程问题能力培养方面相当突出，主要包含在以下几个方面：

    （一）自动化课程安排比例失调

    在各大高校的自动化教学课程安排中，存在着一个普遍现象：理论教学课程所占的比例远大于实践教学，且具备实践教学的科目比较少。在《自动控制原理》课程安排中，有90%的理论教学安排，只有10%的实验教学，甚至大部分课程没有设置实验。这就使得自动化专业课程发生了比较大的失衡。绝大多数学校在自动化专业上还是将教学重点安排在理论教学当中，学生在学习时重心被迫偏在了理论课堂上，对于所學的实际应用了解不多。在面对生活中的实际问题时往往会感到束手无策。由于课时限制，教师有时即使想向学生教授实践能力，却因为课时和教学成绩考核要求往往也力不从心。这样的课程安排过于忽视实践教学对自动化复合型人才培养的重要性的结果，对实践教学还不能够达到一个较为清晰的认知。

    总的来说，造成以上现象的部分原因归咎于没有构建完善的实践教学机制。大部分学生学习到的理论知识不能通过足够的实践来得到巩固完善，离开书本离开课堂就不知道在学习上收获了什么，局限于考试做题，无法学以致用。

    （二）自动化课程理论教学体系不够完善

    实践教学是在理论教学基础上的延续发展，实践教学的实施离不开理论教学的扶持，理论教学是教学质量的“显现石”，两者相辅相成，是辩证统一的关系。自动化需要学习的新内容颇多，但有一些教材已经略显陈旧，没有得到及时的更新。学生由于理解能力有限和解决实际问题的经验不足，仅仅靠书本上稍显落后的知识去解决实际复杂工程问题非常困难。普通高等教育学校当中，大多数的高校还是采用传统“单向式”的传授方法，学生对课堂的积极性不高，很多学生在课堂上根本不听教师讲授，应付式地及格拿学分。自动化的教学还缺乏针对性，虽然自动化作为一个大方向已经划分了诸如工业自动化和过程自动化等多个小方向，但在具体教学过程中没有明显区分，比如说面向该方向的特定复杂工程问题解决能力方面的教学培养目标等。只有将理论教学更上一层楼，实践教学才能得到有效的提升。

    （三）自动化实践教学实际实施难以全面落实

    首先，自动化课程的教学虽然有一定的实验课程作为理论教学的辅助，但在部分实验课程中，实验器材已经老旧，实验设备得不到及时更新。由于实验器材数量不足，很难做到每个学生都能有相应的器材进行实际操作。其次，由于操作时长不足，不能保证每个学生都有实际操作的机会，学生在短暂的实验操作中学习到的东西也极为有限。另外考虑到时间、器材和难度等问题，大多数的课程设计都是多人合作完成，这导致大部分学生依靠少部分学生来完成实验任务。最后，在本科期间的专业实习上，因为某些特定的安全因素制约，大多是由专业人士进行口头传授和现场演示，而学生却很少亲自能够进行实际操作，大大降低了自动化实践教学的质量。

    三、教学改革措施

    自动化课程教学需要精益求精，以上所提及的教学问题都会制约着自动化专业的发展，在面向培养解决复杂工程问题能力的自动化实践教学上同样突出。通过对现阶段自动化教学分析，针对本文研究的自动化在培养解决复杂工程能力问题上，从金工实习、实验基地和毕业设计三个方面提出了以下改进措施：

    （一）整合开放生产式金工实习

    自动化专业的学生考虑到实际操作能力的培养以及工程需要，本科期间高校都增设了金工实习，主要对金属工艺进行加工，金属锻造、焊接、钳工、铣工、磨工等工艺实践，它的偏向性较强，与理论知识有所脱节，学生不理解其用处。在解决复杂工程问题时，会涉及多个工程技术因素，金工实习作为最基础的实践教学，应该将自动化的主要相关课程知识巧妙地整合在一起。例如结合《自动控制原理》和PLC技术可以设计怎样的金工实习。另外，大多数的金工实习在时间安排上都聚集在1—2周，实习基地也非开放式。提出对实习基地开放管理，学生可以依照自己的兴趣爱好和时间安排使用实习器材，充分调动学生积极性，开发学生的主观能动力。

    （二）增设“271”模型式课程实验基地

    传统的课程实验，是以教师讲解为核心，学生发散式学习，这对于学生的自我思考能力和创新精神的培育有着非常不利的影响。“271”模式提倡将课程分为了三个部分：“2”指的是课堂的20%属于老师诠释学习任务，组织课程教学，引领课堂主要内容推进，对课堂进行激励、点拨。“7”是271模式的主体部分，让学生分组讨论并且进行试验，每一组都分组展示加以点评，最后提出疑惑和拓展。“1”则为老师和学生补充总结实验结果和經验，加以巩固理论和实际操作的要点。打破传统教学思路，从整体上对自动化教学进行提升。对于实验基地的打造，强调校企合作，加强学生对实际工程之间的连接。师资方面增加企业高端技术人才，邀请具有丰富工程实践经验的人进行授课。

    （三）以科学创新为主导的“工程化”毕业设计

    自动化作为具备复杂工程课题研究的主要专业，存在大量工程方面的接触，毕业设计作为自动化本科生对大学四年的综合性考核，必须在工程设计上有所突出。毕业设计现大多注重书面知识的考核，重心在毕业论文上，忽视了实践应用。在毕业设计选题时可以关注工程问题更新，设置创新型毕业设计选题，特别是在工程应用方向，在解决工程实际问题基础上，深度开发学生思考。在毕业设计完成模式和考核方式上也可以有所推进，增加与企业的对接，设置校企双分制。以解决复杂工程问题为目的拟定创新型选题之后，增加实践考察项，考察在研究方法、成果等方面是否具有创新，是否有一定实用性。在考核成绩里增加科学创新项分值和工程接壤分值，更加全面地对学生进行考查。

    四、结语

    针对提出的“面向培养解决复杂工程问题能力的自动化实践教学改革”，推行以上措施方案，最终取得了一定的成效。学生积极参加自动化教学实践课程，改善了实践课堂的学习氛围，动手能力也有显著提高。大部分学生对自动化行业体系及实践应用有了更为深刻的了解，对各类工程问题也有自己的解决思路，更多学生能够在自动化专业方向有明确目标。这也验证了自动化实践改革在解决复杂工程问题能力培养上有着非常大的积极作用。

    参考文献：

    [1]林健.如何理解和解决复杂工程问题——基于《华盛顿协议》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（05）：17-26+38.

    [2]林健.运用研究性学习培养复杂工程问题解决能力[J].高等工程教育研究，2017（02）：79-89.