自动化专业建设的研究与实践——以北京林业大学为例

(北京林业大学工学院，北京 100083)

我国的自动化技术已广泛应用于各行各业及人们的日常生活，社会对自动化专业人才的需求呈上升趋势。2002年，北京林业大学根据自身办学条件及社会需求设置了自动化专业，以培养具备机电系统检测、信息处理、林业装备控制、计算机技术与应用、网络技术等基础知识与应用能力，能在计算机控制、运动控制、过程控制、自动检测技术、智能控制系统、信息处理等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发或管理工作的高素质应用型人才。至今已为社会培养专业人才千余人，其中许多毕业生已成为工作单位的技术骨干或管理骨干，为社会经济建设做出了重要的贡献[1]。

一、加强自动化专业建设的必要性

自动化是一个具有系统化研究方法、涉及多个学科和领域的专业。北京林业大学自动化专业已有10余年的良好发展，积累了一定的人才培养经验。但随着自动化专业建设的不断推进，课程教学问题也随之显现，如部分课程教学内容陈旧、实践教学内容与社会实际发展脱节、部分学生对专业的认可度不高及学习热情不足等。为了保持自动化专业良好的发展态势，应在原有专业建设目标的基础上，以自动化专业认证为契机，创新课程体系，明确专业定位，实施人才培养模式的多样化、特色化，通过“整体化设计、系统化教学、多链条联动”，将信息化技术及创新创业能力培养融入课程教学内容[2]，探索出一套符合时代发展、具有鲜明特色的自动化专业教学新体系。

二、加强自动化专业建设的措施

(一)加强课程体系建设

1.构建以专业核心课程为主线的课程体系

自动化专业人才培养目标将学生毕业能力的培养延长至学生毕业5年后的能力培养，因此在自动化专业课程体系建设中，应以自动化技术发展为背景，以运动控制、过程控制为对象，以计算机控制技术、电力电子技术、微电子技术为支撑，突出对学生工程应用能力的培养，制定面向工程研究应用型创新人才培养的教学计划和课程体系，以校院级精品课程建设带动整个专业的课程建设，努力构建以专业核心课程教学为主线的课程体系，以校级精品课程“自动控制原理”为技术理论主线课，以微机类课程为技术应用主线课，带动整个专业的课程建设。

专业选修课应突出多条主线，因材施教、分类培养。同时，根据社会对人才的需求情况，结合学生的个性发展，要求学生按专业方向模块选课，避免由于学生随意选课而引起专业课教学内容前后不衔接等问题。

2.根据社会需求优化课程教学内容

自动化专业课程内容应紧跟现代自动化技术的发展，理论课程教学应以自动化知识体系为基础，增大现代理论的讲授比重；技术课程教学应以成熟和广泛应用的现代自动化技术为基础，删除逐渐淘汰的落后技术内容，增加自动化新技术的内容。2015年，自动化专业教学团队将原有的16位CPU教学体系提升为当今硬件开发中常用的32位ARM系列，不仅提高了学生的学习兴趣，也为学生就业打下了基础。

3.增强技术应用类课程的实践性

(1)技术应用类课程教学与工程实际密切结合

技术应用类课程的讲授应从工程实际引出理论问题，引导学生利用专业理论分析实际工程问题，探讨解决方法[3]。因此，技术应用类课程要加强综合性、设计性、创新性实验教学及课程设计，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。技术应用类课程的教学内容还要围绕工程实际和科学前沿问题，进行课程设计，通过突出技术应用类课程的实践性来培养学生在控制系统的分析、设计、参数整定及系统投运等各环节的实践能力，从而提高学生的工程应用能力。

(2)毕业设计与产学研紧密结合

本科生的毕业设计实行一人一题，其选题要围绕科研设计真题。学生在产学研环节中，可以了解生产工艺及对控制系统提出的具体要求，在完成毕业设计的同时，提升学生理论联系实际的能力。

4.构建系统化、模块化课程教学平台

北京林业大学2015版教学大纲将自动化专业的课程体系分为人文素质平台、公共基础平台、电子信息类学科基础平台和专业教学平台4个模块。2016年为了适应工程教育认证的需要，学院对2015版教学大纲的自动化专业人才培养方案进行了修订。修订后的人才培养方案以培养学生工程应用能力为目标，在电子信息类学科基础平台设置了“电路”“数字电子技术”“微机原理及接口技术”3门课程，将实验课程的学时增加到16学时，并独立成课。另外，为加强学生对新技术的认知，教师利用自己的科研平台，开展了嵌入式系统、控制系统仿真、数字控制系统设计、计算机视觉技术等方面的专业讲座。这些模块化课程教学平台拓宽了专业教学的口径，更新了课程体系和教学内容，注重对学生工程素质的培养，提升了学生的实践能力[4]。

(二)采取多样化教学方式

随着自动化领域新知识、新技术和新工具的不断涌现，学生需要接受的知识量比以前要多得多，因此，在自动化专业教学中，教师积极探讨了多样化的教学方式，以促进学生学习的积极性。例如，笔者在讲授理论课程时，多采用启发式、讨论式教学方式；在讲授技术实践性课程时，如“微机原理及接口技术”、EDA等，多采用实验室授课的教学方式，学生在教师引导下，可以利用计算机、开发板等认识、测试和使用芯片的引脚功能，从而实现控制系统的开发。这种边学边练的实验室教学方式能够很好地激发学生的学习兴趣，提高教学效果。多样化的教学方式还可以增加教师与学生的互动，促进学生独立思考能力的提升。

同时，为了提升学生的国际视野，笔者还探讨了双语教学方式。双语教学不同于英语专业教学，它更重视英语与学科的相互渗透。笔者在技术实践性专业课程“电力电子技术”“单片机原理”“微机原理及接口技术”课程教学中实施双语教学后，学生既掌握了专业技术，又锻炼了英语的运用能力。

近年来，随着智慧教学的兴起，笔者也开始在专业教学中引入这种新的教学形式。如在“数字电子技术”等一些课程教学过程中，笔者运用了雨课堂的互动环节，让学生通过手机回答教师预设的相关知识点的问题，雨课堂可以立刻将分析结果及人数统计出来，既活跃了课堂气氛，也增强了教学效果。

(三)加强专业实验室建设

实验室是本科教育的基础，实验室教学是培养学生工程实践能力和创新能力的平台，也是提高科研和学术水平的基础设施。近年来，自动化专业加大了对实验装备和实验环境的建设力度，目前已建有电工技术实验室、电子技术实验室、自动控制实验室、过程控制实验室、计算机控制实验室、电力电子技术与运动控制实验室、控制系统仿真实验室、嵌入式系统实验室及电工电子工艺实训实验室等。这些实验室基本实现了实验教学、仪器设备等管理工作的现代化。现有专业实验室除了满足专业课的实验要求外，还承担着课程设计、课程实践、毕业设计等实验任务。

自动化专业实验室的建设始终围绕着三个方面展开：一是要保证教学计划内的实验能如期开展；二是随着教学内容的更新及教学方法的改进，在实验内容和设备方面有计划地进行更新换代；三是加强与高水平科研单位的横向联系，做到资源共享。

(四)加强教学研究教师梯队的建设

1.优化教学研究教师梯队的结构

高素质的教学研究梯队是学科建设的保障，也是提高自动化专业教学质量的基础。教学研究梯队建设的重点是要全面提高教师的理论素质，通过引进、培养、交流等途径，搭建起学历、职称、年龄等结构合理的教学研究梯队，充分发扬老教师传、帮、带的指导作用，发扬年轻教师知识结构新、学习能力强的优势。

2.强化教师的科研能力

为了强化专业教师的科研能力，学院将自动化专业细分为若干课程组，所有教师都要承担2～3门不同课程的主讲任务。同时学院还组织教师开展调查研究，学习兄弟院校的先进经验，不断提高教师的教学及科研水平。学院还鼓励教师参加与本专业发展相关的国际学术会议，开展国际访问交流，培养了一批专业骨干教师，使其能够掌握本学科发展方向和前沿动态信息，积极进行专业改革。为了进一步强化专业教师的科研能力，学院还引进竞争机制，同一门课程由多人开设，以学生及教学督导的评价为导向，加强自动化专业与其他相关专业之间的交流与融合，不断提高本科教学质量。为了使专业教学能够紧跟学科的发展水平，学院还鼓励教师积极申报教材建设项目，促使教师认真总结教学经验，撰写教改论文，不断提升教学梯队的整体水平。

(五)以学科建设促进专业建设

学科建设是专业建设的基石，自动化专业只有站在科研和学术的前沿，才能培养出具有创新能力的高素质人才。多年来自动化专业的教师在木材无损检测、节水灌溉、野生动物监测、森林防火等领域持续系统地开展科研工作，取得了突出成果，为自动化专业学生的深造奠定了坚实的基础。北京林业大学自动化专业主要面向机械电子工程、控制工程2个硕士点，每年的保研及考研就读率都在30%左右。

学院在专业建设规划中，采取学科促专业、学科反哺专业的建设思路，努力探索基础扎实、知识全面、专业技能过硬的自动化工程研究应用型技术人才培养模式。在专业培养计划中构建了“学科、专业、方向、技能”一体化的专业教学体系。学院为了提高教师的科研能力和学术水平，鼓励教师申报省部级以上的纵向研究课题，并将具有高科技含量的科研成果融入到本科教学中，使自动化专业的教学、科研和人才培养结合得更为紧密，人才培养质量不断提高。

三、自动化专业建设的成效

(一)完善了课程体系

目前，自动化专业教学团队已完成基础平台课程及专业课程建设，形成了电工电子类课程群、信息控制类课程群、计算机控制类课程群。在院级教学实验中心及校外实习基地的支撑下，自动化专业还建立了公共基础实验训练、专业基础和专业技术训练、学科专业主修课程及专题设计性实践训练、专业综合能力和工程能力训练4段式的实践教学体系.

(二)提高了学生参加科技创新竞赛的积极性

近年来，自动化专业的学生在全国大学生电子设计竞赛、全国大学生物联网大赛等重大赛事中取得了多项优异成绩，学生参加各种相关专业大赛及大学生创新创业训练计划项目的覆盖率达到了35%以上。通过实践锻炼，提升了学生的动手能力，培养了基本的工程素养。

(三)提高了教师的业务水平

目前，每年都有1～2名博士或博士后加入到自动化专业的教学队伍中来，为教学团队注入了新鲜血液。在新教师入岗的第一年，学院还专门配备了学术导师和教学导师来引领年青教师，帮助他们迅速成长。通过几年的建设，目前自动化专业的教师队伍已具有一定规模，教师的实践教学能力也不断提升，学院每年都会开展3～5项教学项目研究，专业教师先后发表了10余篇教学研究论文。

资助项目：北京林业大学2018年教育教学研究项目“面向工程应用能力培养的电工类课程教学研究”，项目编号BJFU2018JY049；北京林业大学2014年教育教学研究项目“北京林业大学新办专业(自动化)建设”。