自动化类专业课程体系供给侧结构性改革研究

2018-09-18金晶姜宇沈毅

黑龙江教育·高校研究与评估 2018年8期

金晶　姜宇　沈毅

摘要：面向国际一流学科建设，针对第四次工业革命对自动化类专业人才培养能力与素质的新要求，开展自动化类专业教育的超前供给侧结构性改革研究。通过分析国际一流大学自动化类相关专业的课程体系，结合我国自动化类专业的培养目标与特色优势，以学生为中心，以学生学习与发展成效为驱动，夯实数学与物理基础、加强文化素质教育、强调实践应用类创新培养，研究和探索一套适合于自动化类专业创新人才培养的课程体系，以适应新时代发展需求。

关键词：自动化类；供给侧；课程体系

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）08-0027-02

一、国际一流大学自动化类相关专业课程体系分析

在当前新时代教育改革背景下，国际一流大学对学生培养提出了一系列新的理念，包括重塑本科教育目标，倡导和实施适应性学习，从“基于学科”到“基于能力”的跨学科教育模式改革[1]，从课程学习走入现实生活，从“有限选择”到“多元选择”的转变，开环大学、自定节奏的教育等多种教育形式的转变，重视能力教育的轴反转，从先知识后能力变为先能力后知识，有使命的學习等[2]。在这样的新理念指引下，国际一流大学的自动化类相关专业形成了各具特色的课程体系，下面分别对麻省理工学院[3-5]、加州伯克利大学[6-8]和斯坦福大学[9-11]自动化类相关专业的课程体系建设进行分析和研究（国外一般没有单独设立自动化专业，本文分析的范围主要集中在自动化类的电气工程专业）。

（一）麻省理工学院

麻省理工学院的电气工程专业课程体系主要包括三方面内容：数理学基础、专业基础及学科领域，即在为学生们奠定了坚实的数学与专业基础后，又提供了宽泛且自由的路线，让学生们可以自主选择学科前沿领域进行深造。数理学基础涵盖微分方程、微积分、物理、概率论，专业基础包括导论课、电路、电磁、电子、信号与系统等，学科领域涵盖专业进阶课和专业前沿课，同时选取实验室并进行工程上的实践。

（二）加州伯克利大学

加州伯克利大学的电气工程专业将课程分为数理学基础课程和技术工程课，其中技术工程课包括专业规定的基础核心课以及一定学分限制的高级工程设计课。同时，学生可以选择与工程相关的绝大多数专业课，并且鼓励学生选择本系之外的课程。在交叉学科领域内设置了大量高级工程设计课，涵盖设备、数字电路、计算机结构、信号、机器人及控制、实验室及项目等近百门课程供学生选择。

（三）斯坦福大学

斯坦福大学的电气工程专业培养方案主要分为数理学基础培养和工程主题培养。对数理学要求很高，内容上偏向理论的数学方法以及偏向应用的Matlab工具介绍等多种形式课程，同时要求一定数量的科技与社会等文化素质课程。注重工科能力培养，其课程还要求修够大量的工程主题学分，包括工程基础、核心课程、学科领域和限选课，特别针对交叉学科发展提供了大体量交叉选修课程，涵盖生物电子与生物成像、能源与环境、信号处理与传感器等方向课程。

从国际一流大学自动化类相关专业的课程体系可以得出几个观点：能力培养重于知识传授；跨学科、跨专业甚至跨界教育未来更有必要；学习的目的性与目标性是促进积极性的重要手段；理论联系实际，带着问题学习，效果更好。

二、自动化类专业课程体系供给侧结构性改革思路

自动化专业课程体系供给侧结构性改革应坚持“以学生为中心，以学生学习与发展成效为驱动”的理念[12]，建立通识教育、专业教育、实践创新、个性教育有机结合的课程体系。具体改革思路设计如下。

（一）强化专业核心课程大学分体系建设

完善课程结构，更新课程内容。加强核心课程建设，精练基础核心课程、通识核心课程、专业核心课程，让先进的、具有启发性的、体现课程内涵的内容进入课程，突出核心课程的核心性和不可替代性。加强核心课程管理，开设系统性大学分课程，增强课程的融合度和实战性，对理论讲授、课程设计、实验实践综合考虑。

（二）完善专业选修课程创新实践体系建设

专业选修课保持从头至尾讲授与动手实验紧密结合，MOOC与SPOC紧密结合，教师必须提供足够的实践辅助支持手段（仿真或实验）。强调学与做结合、讲与练结合、传授与研讨结合、预习与答疑结合，让学生学会自学、在思中学、在做中学。强调理论实践相统一，以赛促学、习练相辅、科教结合，注重实践能力培养。

（三）注重个性化发展课程多样化体系建设

增设自动化专业前沿专题讲座课、文化素质教育课、创新训练课等个性化发展课程，提供多样化成长路径，注重学生个性化培养，提升学生学习的自主性和开放性。丰富以提高德、智、体、美全面发展为目标的素质教育体系，构建培养具备创新精神、创新意识、创新创业能力的人才创新体系。

三、哈工大自动化类专业课程体系改革实践探索

考虑到自动化专业本科生与控制科学与工程学科研究生培养的关联性，拟构建本科生、研究生课程体系一体化建设。课程教学体系由通识教育、专业教育和学科领域课程组成，细分为数理学基础课程、文理通识课程、专业基础课程、专业核心课程、学科选修课程及个性化发展课程。其中文理通识课程主旨是为了提高学生的文化素养，个性化发展课程是在专业教育中，根据学生个人兴趣，在自动化专业前沿专题讲座、创新训练课、本专业选修课、外专业核心或选修课以及研究生课程中选修，来拓宽学生的知识结构。

（一）自动控制理论核心课建设

自动控制理论核心课涉及自动控制原理、现代控制理论、计算机控制、自动控制原理课程设计以及控制系统设计，以学生学习为中心建立自动控制理论体系，从控制系统数学描述模型、控制系统的时域、频域响应、状态空间描述、能控性、能观性、稳定性以及控制系统设计理论及最优化方法多个角度对自动控制理论进行讲授。同时结合实验与课程设计进行巩固与强化。

（二）自动控制实践核心课建设

自动控制实践核心课涉及自动控制元件及线路、单片机、计算机控制、控制系统设计以及控制系统设计课程设计，从控制系统基本构成、控制系统的设计原则、被控对象建模、传感器、执行器以及控制器进行讲授，让学生从系统到元件、从理论到实践有完整的理解与掌握。

（三）自动控制专业选修课建设

按照学科发展特点及优势，制定了六个选修模块，包括导航模块、检测模块、控制理论模块、系统工程模块、智能系统模块以及实践模块。

导航模块包含导航原理、飞行力学、飞行器控制与制导、航天器控制、无人机控制等。检测模块包含信号检测技术基础、数字信号处理、数字图像处理。控制理论模块包含系统辨识基础、最优控制基础、运动控制、过程控制、汽车动力学与控制。系统工程模块包括系统工程基础、博弈论基础、控制系统仿真、无人机系统工程应用。智能系统模块包括机器人学基础、智能控制基础、模式识别基础。实践模块包括DSP技术与工程应用、FPGA技术与工程应用、快速控制原型与硬件在环仿真技术、嵌入式软硬件设计与实践。

在培养过程中增加认知实验环节，为学生设置一个实验对象，从大一至大四按照所学课程，由学生逐步完善该实验对象，以加深学生对所学课程的理解，同时锻炼学生的动手能力，能够从系统角度认识所学内容。

自动化类专业课程体系结构性供给侧结构性改革势在必行，通过重新思考自动化类专业本科教育的性质、目的、特点，明确了自动化类专业学生应该学什么；通过本硕博课程一体化打通方式，实现了从基于学科到基于能力的超越专业学习模式；通过大学分整合课程的形式和内容的更新，将核心课程学习走入现实生活，以生动的实例带动核心课程讲授；通过将选修课向多元选择渗透，拓展了学生更多的学习自由。结合合理的教学方法和考试方法，可以将本专业学生的能力迅速养成，适应现代工程技术发展。

参考文献：

[1]张伟.跨学科教育：普林斯顿大学本科人才培养案例研究

[J].高等工程教育研究，2014，（3）.

[2]王佳，翁默斯，吕旭峰.《斯坦福大学2025計划》：创业教

育新图景[J].世界教育信息，2016，（10）.

[3]蔡军，汪霞.多元与协商：麻省理工学院本科生课程评价

特征与启示[J].高教探索，2015，（5）.

[4]崔军，汪霞.研究型大学通识教育课程研究——以麻省理

工学院为例[J].大学：学术版，2013，（4）.

[5]田正雨，李桦.麻省理工学院航空航天类本科生课程体系

分析[J].高等教育研究学报，2010，（33）.

[6]刘宝存.加州大学伯克利分校的本科生教育[J].中国大学