基于興趣驅(qū)動(dòng)與問題探索的自動(dòng)化專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)方法*

潘劍飛 婁 燕 費(fèi)躍農(nóng)

（深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院 廣東深圳 518060）

專業(yè)教育是激發(fā)學(xué)生職業(yè)歸屬感和培養(yǎng)其興趣的重要一步。在自動(dòng)化專業(yè)工程實(shí)踐的教學(xué)中[1]，學(xué)生要具備一定的基本理論知識，不斷地進(jìn)行研究，持續(xù)地進(jìn)行創(chuàng)新，并具備良好的職業(yè)道德、敬業(yè)精神和團(tuán)隊(duì)精神。本文采用基于學(xué)生興趣驅(qū)動(dòng)與問題探索的方式進(jìn)行研究分析，建立立體化實(shí)踐教學(xué)平臺，逐步提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

一、自動(dòng)化專業(yè)介紹

自動(dòng)化專業(yè)的核心課程為自動(dòng)控制，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器和檢測技術(shù)為核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對各類自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行控制的一門學(xué)科。控制科學(xué)與工程是自動(dòng)化系的一門學(xué)科。該學(xué)科有四大發(fā)展方向：一是過程控制，二是運(yùn)動(dòng)控制，三是嵌入式系統(tǒng)和機(jī)器人，四是人工智能。自動(dòng)化是把計(jì)算機(jī)軟硬件結(jié)合，工業(yè)過程控制和運(yùn)動(dòng)控制結(jié)合，以工業(yè)自動(dòng)化、過程自動(dòng)化、電氣和樓宇自動(dòng)化等為主要特征的綜合性學(xué)科。該專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本功，并著重實(shí)踐技能的培養(yǎng)。為提高學(xué)生對新技術(shù)的適應(yīng)性，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐教育，提高對工程實(shí)習(xí)的培訓(xùn)質(zhì)量，特別設(shè)置了工科實(shí)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。該課程旨在使學(xué)生擁有廣泛的工程技術(shù)基礎(chǔ)，并具備相應(yīng)的技術(shù)技能，成為可從事工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化儀表等方面的高層次技術(shù)人員。其以自動(dòng)化為核心，對各種類型的自動(dòng)控制進(jìn)行了研究，基于自動(dòng)控制的原理，以電子、電力、傳感器、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信為核心，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化，是一門綜合性較廣的工程學(xué)科。在現(xiàn)代創(chuàng)造性的教育系統(tǒng)中，以興趣驅(qū)動(dòng)與問題探索為導(dǎo)向的教學(xué)方式是一種全新的教學(xué)方式。興趣驅(qū)動(dòng)教學(xué)是一種以實(shí)際操作為核心的教學(xué)模式，打破了以往的填鴨式教學(xué)灌輸?shù)娜秉c(diǎn)，以實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)為目標(biāo)，以情景仿真和協(xié)作式形式，是一種新的并且適合于現(xiàn)代社會的教學(xué)方法。如圖1所示，為某具體教學(xué)場景。

圖1 自動(dòng)化專教學(xué)場景

二、以興趣驅(qū)動(dòng)探索問題為基礎(chǔ)的自動(dòng)化專業(yè)素質(zhì)教育

素質(zhì)教育的目標(biāo)是全方位地提升學(xué)生個(gè)人的綜合素養(yǎng)。學(xué)校通過開展多種形式的教學(xué)，將對于學(xué)生來說的外部認(rèn)識和感覺轉(zhuǎn)化成個(gè)人內(nèi)在穩(wěn)定的個(gè)性和精神品質(zhì)，以此作為學(xué)生終身發(fā)展的基石。在高校教育中，教師除了要教授一定的基礎(chǔ)知識外，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展。近年來，我國高校的課程設(shè)置中，理論課程的學(xué)時(shí)不斷減少，由最初的3000個(gè)小時(shí)減少到現(xiàn)在的2400個(gè)小時(shí)[2]。這在某種意義上體現(xiàn)了我國高校的教育理念的改變和教學(xué)方法的變革。從學(xué)科發(fā)展和綜合的角度來看，在制定人才培養(yǎng)計(jì)劃時(shí)，要正確構(gòu)造教學(xué)內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行整合和重組，這是建設(shè)人才計(jì)劃的一個(gè)重要原則。為使學(xué)生全面掌握知識，學(xué)生應(yīng)重視其它專業(yè)知識在學(xué)科中的作用，加強(qiáng)知識的選擇和交叉融合，使整個(gè)課程得到全面優(yōu)化。

“理解”的含義遠(yuǎn)大于“傾聽”。教學(xué)中要注重理解，課堂要易于理解，老師要關(guān)注學(xué)生的理解[3]。質(zhì)疑是為了更好地了解，了解之后還會產(chǎn)生更多的疑問。在教育過程中，對大學(xué)生的認(rèn)知心理學(xué)的投資仍處于一種局部性的狀態(tài)，而教育則要求學(xué)生全身心地參與。目前，由于氛圍、條件、環(huán)境、政策等諸多因素的影響和限制，我國高校體育教育改革雖然開展了很多年，效果卻并不盡如人意。但是，一些高校通過采用小規(guī)模的變革和試驗(yàn)已初見成效。

三、自動(dòng)化專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)改革

目前，越來越多的高校開始關(guān)注對大學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，并建立了一個(gè)科學(xué)、合理的人才培養(yǎng)計(jì)劃。一般來說，首先建立起一套合理的實(shí)習(xí)課程系統(tǒng)，對各個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，從而使實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)既與理論課并行，又相互協(xié)調(diào)，相輔相成[4]。從專業(yè)的定位和畢業(yè)生的就業(yè)情況看，自動(dòng)化是一門應(yīng)用類的專業(yè)，面向生產(chǎn)、工程、管理等領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)人才，培養(yǎng)目標(biāo)是一種介于技術(shù)與工程學(xué)相結(jié)合的專業(yè)技術(shù)教育和科研教學(xué)模式。在此基礎(chǔ)上，學(xué)校確立了自動(dòng)化的發(fā)展方向，以“重基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)實(shí)踐、強(qiáng)應(yīng)用”為核心，強(qiáng)化師資隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)合作，把高職院校建設(shè)成為一個(gè)突出的應(yīng)用學(xué)科，培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高級人才。在自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)結(jié)構(gòu)改革中，應(yīng)把工程技能與人文社會的實(shí)際工作有機(jī)地聯(lián)系起來，從而在實(shí)際工作中學(xué)會做人、學(xué)會做事，鍛煉自己的社會適應(yīng)性。本專業(yè)要求學(xué)生需掌握“控制與系統(tǒng)”的基本理論與技能。在本科四年期間，要加強(qiáng)對學(xué)生工程技術(shù)的培訓(xùn)，使其能夠接觸并使用現(xiàn)代分析方法、計(jì)算機(jī)處理和試驗(yàn)方法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)和開發(fā)。要達(dá)到此目的，自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)習(xí)課程無論在內(nèi)容上、形式上都要與滿足工程技術(shù)人才的需求相匹配。

當(dāng)前，經(jīng)過多年的高等學(xué)校評價(jià)以及中央與地方合作的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)儀器基本能夠滿足教學(xué)要求，但存在現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置因其開放性、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新型項(xiàng)目開工率低以及大型試驗(yàn)裝置數(shù)量不足等問題。因此，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)建立一個(gè)以流程為基礎(chǔ)的全過程控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)來提高對工作環(huán)境的認(rèn)識，提高學(xué)生的專業(yè)技術(shù)水平。此外，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，受到的設(shè)備限制是最大的。一些教室會因?yàn)樵O(shè)備問題而不能進(jìn)行，而有的實(shí)驗(yàn)室則是讓學(xué)員們接好電線，然后觀察結(jié)果，學(xué)生往往不知道為什么要這樣做，所以，必須將相關(guān)技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)員們熟悉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，學(xué)生使用專用模擬程序建立模擬電路，獲得仿真波形。經(jīng)過建立的模型，讓學(xué)生對整個(gè)體系結(jié)構(gòu)有一個(gè)清晰的認(rèn)識；借助模擬的波形，理解其工作方式，并明白原因。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，讓學(xué)生先演示模型，然后提問，以加深對這個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識，使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的知識。測試完成后，讓同學(xué)們在測試平臺上做試驗(yàn)，以進(jìn)一步確認(rèn)模擬的正確性，以及模擬與真實(shí)測試的差異。通過比較，同學(xué)們能夠更加深刻地理解整體的知識。在教學(xué)實(shí)踐中，老師要時(shí)刻注意學(xué)生的情況，使學(xué)生在實(shí)際操作中技能得到真正提高。在沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺的情況下，學(xué)生可以通過模擬來了解自己所學(xué)的東西，從而了解自己所學(xué)的東西在現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用。

四、自動(dòng)化特色專業(yè)教學(xué)質(zhì)量提升措施

1.課程體系與教學(xué)方法的改革

在實(shí)施“聆聽——質(zhì)疑——解答——實(shí)踐”的教學(xué)方法基礎(chǔ)上，建立了以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向的興趣驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)方式，構(gòu)建了具有專業(yè)特色的教學(xué)形式。通過案例教學(xué)、傳統(tǒng)教學(xué)與講座相結(jié)合、自學(xué)與討論、實(shí)習(xí)與課程結(jié)合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究和解決問題的能力。加強(qiáng)課程體系的構(gòu)建，充分發(fā)揮傳統(tǒng)學(xué)科、新領(lǐng)域的綜合作用，適當(dāng)增設(shè)幾個(gè)受歡迎的專業(yè)類專業(yè)，以促進(jìn)畢業(yè)生的就業(yè)率[7]。教學(xué)內(nèi)容以科研為主要手段，將科研結(jié)果融入課堂，為自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)立了導(dǎo)師責(zé)任制，并設(shè)立了專門的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程，以促進(jìn)學(xué)生的職業(yè)生涯發(fā)展。

2.建立健全工程實(shí)踐教學(xué)平臺結(jié)構(gòu)

通過建立模擬試驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)實(shí)踐基地，與國外企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的人才培養(yǎng)方式相適應(yīng)，真正提高了自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)生的就業(yè)能力。本課程可為專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等方面的開放實(shí)驗(yàn)平臺，通過“做中學(xué)”“用中學(xué)”和“練中學(xué)”的方式，有效地培養(yǎng)大學(xué)生的工程應(yīng)用和工程思想，讓學(xué)員在此廣度“通才”教育的專長中展示自己的長處[8]。

3.提高自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生就業(yè)能力

從課堂教學(xué)到實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)，再到日常管理、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、社會實(shí)踐活動(dòng)等各種途徑，真正提升大學(xué)生的實(shí)踐能力。參照行業(yè)中雇主和企業(yè)對新員工的培訓(xùn)方式和內(nèi)容，改進(jìn)或修改了實(shí)際操作部分的教學(xué)，并在實(shí)際操作中引入了資深專家，對學(xué)生進(jìn)行專門的培訓(xùn)，從而有效地提升了實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)涵。具體從以下幾個(gè)層面進(jìn)行：第一，從“傳統(tǒng)學(xué)科+前沿知識+工作場合知識”的教學(xué)模式構(gòu)建；第二，在教學(xué)方式上，采取案例教學(xué)、傳統(tǒng)教學(xué)與講座、自學(xué)與討論、實(shí)習(xí)與課程結(jié)合的教學(xué)方式，以促進(jìn)學(xué)生的職業(yè)學(xué)習(xí)熱情和職業(yè)技能的培養(yǎng)；第三，在實(shí)踐教育上，參照各行業(yè)招聘單位及各培訓(xùn)機(jī)構(gòu)對新員工的訓(xùn)練方式及訓(xùn)練內(nèi)容，改進(jìn)或修改實(shí)際課程，并在生產(chǎn)與結(jié)業(yè)中增設(shè)資深講師或?qū)＜?，對學(xué)員進(jìn)行專門的培訓(xùn)[9]；第四，將教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到科研中去，將科研結(jié)果融入課堂中，在大學(xué)畢業(yè)后要實(shí)行“導(dǎo)師責(zé)任制”，以促進(jìn)大學(xué)生的職業(yè)發(fā)展。最后，設(shè)置具有創(chuàng)造性的職業(yè)試驗(yàn)課程，這是培養(yǎng)大學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

4.改革教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

教師教育的方法是影響學(xué)生獲取和形成合理的知識體系的關(guān)鍵因素。針對目前高校自動(dòng)化系生源不足、自主性低的現(xiàn)狀，提出了采用“思考參與”和“引導(dǎo)鼓勵(lì)”的創(chuàng)新實(shí)踐方法，以提高學(xué)生的自主性。首先，采取思考參與方式，“思考”就是老師在教室里，將課本中的知識和技能融為一體，一邊講解，一邊提問，引導(dǎo)學(xué)生思考，找到問題，運(yùn)用各種方式來解答問題，而“思考”則是讓他們了解到自己的知識，引導(dǎo)學(xué)生自己學(xué)會。“參與”指的是：讓同學(xué)們在課堂上積極提問，參與課堂教學(xué)，和教師一起討論，倡導(dǎo)“百花齊放，百家爭鳴”，倡導(dǎo)多種學(xué)習(xí)思路和解決方案，使同學(xué)們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行追蹤、再認(rèn)識。其次，是引導(dǎo)鼓勵(lì)式教學(xué)，“引導(dǎo)”學(xué)生在實(shí)際教學(xué)中獨(dú)立分析、調(diào)試和解決實(shí)際操作中的各類問題，并將啟發(fā)式、討論式、分層式、研究式等教學(xué)方式融入實(shí)際教學(xué)中；鼓勵(lì)學(xué)員自行設(shè)計(jì)合適的練習(xí)部分，提問和獨(dú)立地解決問題；鼓勵(lì)同學(xué)們參與各類競賽活動(dòng)。由此，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

結(jié)語

根據(jù)“通才”大范圍的自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)模式特征，采用“傾聽——疑問——解疑——練習(xí)”的教學(xué)方式，探討了以興趣為導(dǎo)向和問題探究的素質(zhì)教育培養(yǎng)方式，提出了質(zhì)疑重于傾聽，反思大于理解的工程教育改革模式。從學(xué)科的總體發(fā)展和綜合性角度，科學(xué)地建立了學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)，并對學(xué)科進(jìn)行了整合和重組，在知識選擇和學(xué)科交叉融合方面下了很大的努力，充分發(fā)揮了該學(xué)科的學(xué)科特點(diǎn)。建立健全的自動(dòng)化課程體系，以“做中學(xué)”“用中學(xué)”“練中學(xué)”的方式培養(yǎng)學(xué)生的工程學(xué)和工程學(xué)的思考水平。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)高等院校的實(shí)際需要，進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，其與一般的工程技術(shù)培訓(xùn)相比，在困難程度和內(nèi)涵上都有所不同。這對于提升學(xué)生在實(shí)際操作中的集成設(shè)計(jì)和操作技能的培養(yǎng)有著十分關(guān)鍵的意義。