自動化類專業(yè)課程體系供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革研究

金晶　姜宇　沈毅

摘 要：面向國際一流學(xué)科建設(shè)，針對第四次工業(yè)革命對自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)能力與素質(zhì)的新要求，開展自動化類專業(yè)教育的超前供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革研究。通過分析國際一流大學(xué)自動化類相關(guān)專業(yè)的課程體系，結(jié)合我國自動化類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)與特色優(yōu)勢，以學(xué)生為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展成效為驅(qū)動，夯實數(shù)學(xué)與物理基礎(chǔ)、加強(qiáng)文化素質(zhì)教育、強(qiáng)調(diào)實踐應(yīng)用類創(chuàng)新培養(yǎng)，研究和探索一套適合于自動化類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程體系，以適應(yīng)新時代發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：自動化類；供給側(cè)；課程體系

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）08-0027-02

一、國際一流大學(xué)自動化類相關(guān)專業(yè)課程體系分析

在當(dāng)前新時代教育改革背景下，國際一流大學(xué)對學(xué)生培養(yǎng)提出了一系列新的理念，包括重塑本科教育目標(biāo)，倡導(dǎo)和實施適應(yīng)性學(xué)習(xí)，從“基于學(xué)科”到“基于能力”的跨學(xué)科教育模式改革[1]，從課程學(xué)習(xí)走入現(xiàn)實生活，從“有限選擇”到“多元選擇”的轉(zhuǎn)變，開環(huán)大學(xué)、自定節(jié)奏的教育等多種教育形式的轉(zhuǎn)變，重視能力教育的軸反轉(zhuǎn)，從先知識后能力變?yōu)橄饶芰笾R，有使命的學(xué)習(xí)等[2]。在這樣的新理念指引下，國際一流大學(xué)的自動化類相關(guān)專業(yè)形成了各具特色的課程體系，下面分別對麻省理工學(xué)院[3-5]、加州伯克利大學(xué)[6-8]和斯坦福大學(xué)[9-11]自動化類相關(guān)專業(yè)的課程體系建設(shè)進(jìn)行分析和研究（國外一般沒有單獨(dú)設(shè)立自動化專業(yè)，本文分析的范圍主要集中在自動化類的電氣工程專業(yè)）。

（一）麻省理工學(xué)院

麻省理工學(xué)院的電氣工程專業(yè)課程體系主要包括三方面內(nèi)容：數(shù)理學(xué)基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)及學(xué)科領(lǐng)域，即在為學(xué)生們奠定了堅實的數(shù)學(xué)與專業(yè)基礎(chǔ)后，又提供了寬泛且自由的路線，讓學(xué)生們可以自主選擇學(xué)科前沿領(lǐng)域進(jìn)行深造。數(shù)理學(xué)基礎(chǔ)涵蓋微分方程、微積分、物理、概率論，專業(yè)基礎(chǔ)包括導(dǎo)論課、電路、電磁、電子、信號與系統(tǒng)等，學(xué)科領(lǐng)域涵蓋專業(yè)進(jìn)階課和專業(yè)前沿課，同時選取實驗室并進(jìn)行工程上的實踐。

（二）加州伯克利大學(xué)

加州伯克利大學(xué)的電氣工程專業(yè)將課程分為數(shù)理學(xué)基礎(chǔ)課程和技術(shù)工程課，其中技術(shù)工程課包括專業(yè)規(guī)定的基礎(chǔ)核心課以及一定學(xué)分限制的高級工程設(shè)計課。同時，學(xué)生可以選擇與工程相關(guān)的絕大多數(shù)專業(yè)課，并且鼓勵學(xué)生選擇本系之外的課程。在交叉學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)設(shè)置了大量高級工程設(shè)計課，涵蓋設(shè)備、數(shù)字電路、計算機(jī)結(jié)構(gòu)、信號、機(jī)器人及控制、實驗室及項目等近百門課程供學(xué)生選擇。

（三）斯坦福大學(xué)

斯坦福大學(xué)的電氣工程專業(yè)培養(yǎng)方案主要分為數(shù)理學(xué)基礎(chǔ)培養(yǎng)和工程主題培養(yǎng)。對數(shù)理學(xué)要求很高，內(nèi)容上偏向理論的數(shù)學(xué)方法以及偏向應(yīng)用的Matlab工具介紹等多種形式課程，同時要求一定數(shù)量的科技與社會等文化素質(zhì)課程。注重工科能力培養(yǎng)，其課程還要求修夠大量的工程主題學(xué)分，包括工程基礎(chǔ)、核心課程、學(xué)科領(lǐng)域和限選課，特別針對交叉學(xué)科發(fā)展提供了大體量交叉選修課程，涵蓋生物電子與生物成像、能源與環(huán)境、信號處理與傳感器等方向課程。

從國際一流大學(xué)自動化類相關(guān)專業(yè)的課程體系可以得出幾個觀點(diǎn)：能力培養(yǎng)重于知識傳授；跨學(xué)科、跨專業(yè)甚至跨界教育未來更有必要；學(xué)習(xí)的目的性與目標(biāo)性是促進(jìn)積極性的重要手段；理論聯(lián)系實際，帶著問題學(xué)習(xí)，效果更好。

二、自動化類專業(yè)課程體系供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革思路

自動化專業(yè)課程體系供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革應(yīng)堅持“以學(xué)生為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展成效為驅(qū)動”的理念[12]，建立通識教育、專業(yè)教育、實踐創(chuàng)新、個性教育有機(jī)結(jié)合的課程體系。具體改革思路設(shè)計如下。

（一）強(qiáng)化專業(yè)核心課程大學(xué)分體系建設(shè)

完善課程結(jié)構(gòu)，更新課程內(nèi)容。加強(qiáng)核心課程建設(shè)，精練基礎(chǔ)核心課程、通識核心課程、專業(yè)核心課程，讓先進(jìn)的、具有啟發(fā)性的、體現(xiàn)課程內(nèi)涵的內(nèi)容進(jìn)入課程，突出核心課程的核心性和不可替代性。加強(qiáng)核心課程管理，開設(shè)系統(tǒng)性大學(xué)分課程，增強(qiáng)課程的融合度和實戰(zhàn)性，對理論講授、課程設(shè)計、實驗實踐綜合考慮。

（二）完善專業(yè)選修課程創(chuàng)新實踐體系建設(shè)

專業(yè)選修課保持從頭至尾講授與動手實驗緊密結(jié)合，MOOC與SPOC緊密結(jié)合，教師必須提供足夠的實踐輔助支持手段（仿真或?qū)嶒灒?qiáng)調(diào)學(xué)與做結(jié)合、講與練結(jié)合、傳授與研討結(jié)合、預(yù)習(xí)與答疑結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會自學(xué)、在思中學(xué)、在做中學(xué)。強(qiáng)調(diào)理論實踐相統(tǒng)一，以賽促學(xué)、習(xí)練相輔、科教結(jié)合，注重實踐能力培養(yǎng)。

（三）注重個性化發(fā)展課程多樣化體系建設(shè)

增設(shè)自動化專業(yè)前沿專題講座課、文化素質(zhì)教育課、創(chuàng)新訓(xùn)練課等個性化發(fā)展課程，提供多樣化成長路徑，注重學(xué)生個性化培養(yǎng)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和開放性。豐富以提高德、智、體、美全面發(fā)展為目標(biāo)的素質(zhì)教育體系，構(gòu)建培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的人才創(chuàng)新體系。

三、哈工大自動化類專業(yè)課程體系改革實踐探索

考慮到自動化專業(yè)本科生與控制科學(xué)與工程學(xué)科研究生培養(yǎng)的關(guān)聯(lián)性，擬構(gòu)建本科生、研究生課程體系一體化建設(shè)。課程教學(xué)體系由通識教育、專業(yè)教育和學(xué)科領(lǐng)域課程組成，細(xì)分為數(shù)理學(xué)基礎(chǔ)課程、文理通識課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程、學(xué)科選修課程及個性化發(fā)展課程。其中文理通識課程主旨是為了提高學(xué)生的文化素養(yǎng)，個性化發(fā)展課程是在專業(yè)教育中，根據(jù)學(xué)生個人興趣，在自動化專業(yè)前沿專題講座、創(chuàng)新訓(xùn)練課、本專業(yè)選修課、外專業(yè)核心或選修課以及研究生課程中選修，來拓寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。

（一）自動控制理論核心課建設(shè)

自動控制理論核心課涉及自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)控制、自動控制原理課程設(shè)計以及控制系統(tǒng)設(shè)計，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心建立自動控制理論體系，從控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述模型、控制系統(tǒng)的時域、頻域響應(yīng)、狀態(tài)空間描述、能控性、能觀性、穩(wěn)定性以及控制系統(tǒng)設(shè)計理論及最優(yōu)化方法多個角度對自動控制理論進(jìn)行講授。同時結(jié)合實驗與課程設(shè)計進(jìn)行鞏固與強(qiáng)化。

（二）自動控制實踐核心課建設(shè)

自動控制實踐核心課涉及自動控制元件及線路、單片機(jī)、計算機(jī)控制、控制系統(tǒng)設(shè)計以及控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計，從控制系統(tǒng)基本構(gòu)成、控制系統(tǒng)的設(shè)計原則、被控對象建模、傳感器、執(zhí)行器以及控制器進(jìn)行講授，讓學(xué)生從系統(tǒng)到元件、從理論到實踐有完整的理解與掌握。

（三）自動控制專業(yè)選修課建設(shè)

按照學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)及優(yōu)勢，制定了六個選修模塊，包括導(dǎo)航模塊、檢測模塊、控制理論模塊、系統(tǒng)工程模塊、智能系統(tǒng)模塊以及實踐模塊。

導(dǎo)航模塊包含導(dǎo)航原理、飛行力學(xué)、飛行器控制與制導(dǎo)、航天器控制、無人機(jī)控制等。檢測模塊包含信號檢測技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理?？刂评碚撃K包含系統(tǒng)辨識基礎(chǔ)、最優(yōu)控制基礎(chǔ)、運(yùn)動控制、過程控制、汽車動力學(xué)與控制。系統(tǒng)工程模塊包括系統(tǒng)工程基礎(chǔ)、博弈論基礎(chǔ)、控制系統(tǒng)仿真、無人機(jī)系統(tǒng)工程應(yīng)用。智能系統(tǒng)模塊包括機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)、智能控制基礎(chǔ)、模式識別基礎(chǔ)。實踐模塊包括DSP技術(shù)與工程應(yīng)用、FPGA技術(shù)與工程應(yīng)用、快速控制原型與硬件在環(huán)仿真技術(shù)、嵌入式軟硬件設(shè)計與實踐。

在培養(yǎng)過程中增加認(rèn)知實驗環(huán)節(jié)，為學(xué)生設(shè)置一個實驗對象，從大一至大四按照所學(xué)課程，由學(xué)生逐步完善該實驗對象，以加深學(xué)生對所學(xué)課程的理解，同時鍛煉學(xué)生的動手能力，能夠從系統(tǒng)角度認(rèn)識所學(xué)內(nèi)容。

自動化類專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)性供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革勢在必行，通過重新思考自動化類專業(yè)本科教育的性質(zhì)、目的、特點(diǎn)，明確了自動化類專業(yè)學(xué)生應(yīng)該學(xué)什么；通過本碩博課程一體化打通方式，實現(xiàn)了從基于學(xué)科到基于能力的超越專業(yè)學(xué)習(xí)模式；通過大學(xué)分整合課程的形式和內(nèi)容的更新，將核心課程學(xué)習(xí)走入現(xiàn)實生活，以生動的實例帶動核心課程講授；通過將選修課向多元選擇滲透，拓展了學(xué)生更多的學(xué)習(xí)自由。結(jié)合合理的教學(xué)方法和考試方法，可以將本專業(yè)學(xué)生的能力迅速養(yǎng)成，適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展。

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