“新工科”背景下地方应用型本科院校自动化专业实践教学体系构建与探索

［摘 要］文章基于“新工科”背景下自动化专业人才培养的基本要求，重点抓住新工科对工程教育在新理念、新模式、新方法等方面的探索需求，围绕自动化专业实践课程教学内容重组、教学模式改革、实验平台创建、创新实践教师工程实践能力提升等问题，提出以“运动控制”为专业特色，融基础理论、实验教学、工程实践为一体的培养模式，针对不同层次和需求的学生进行层次化、模块化的实践教学内容设计，以提高自动化专业的实践教学质量，培养出与当前地方经济发展需求相符的合格自动化人才。

［关键词］“新工科”；自动化；运动控制；实践教学

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）23-0019-05

“新工科”概念于2016年首次提出，历经“复旦共识”和“天大行动”，并上升为“北京指南”，其建设主要围绕“融合创新”范式基本框架，发展新理念、研究新模式、引入新方法、组织新内容、实现新发展[1-3]。“新工科”是指以工程教育为基础，以跨学科创新、协同创新和创新创业为核心的工科教育新模式，以“工学+医学”“工学+经济”“工学+管理”“智能+”“智慧+”等为代表的多学科交叉组合，以适应不断变化的社会需求及产业升级与发展。新的工科方向不断涌现，为传统的工科教育注入了新的理念和方法，“新工科”已然成为当前高校工程教育范式改革的主流，对当前我国高等教育发挥着新的示范与引领作用[4]。

邵阳学院（以下简称我校）作为湘西南地区的一所地方应用型本科院校，通过实践“校地共建、城校共生”的理念，推动人才培养与社会需求的对接，一方面为地方经济的发展和产业升级提供面向生产、经营和管理一线需要的应用型复合人才，另一方面为推动湘西南地区的地方产业升级和创新提升地方产业竞争力，坚定履行着高等学校的社会责任和历史使命。我校于1978年创办工业电气自动化专业，2009年经批准增设自动化本科专业，其是以自动控制理论为主要理论基础，以控制器应用等为主要控制手段，以电机为主要控制对象，以传感器与电气测量为检测途径，对各种自动化装置或自动化系统实施自动控制的一个较为传统的工科专业。当前，邵阳市域的传统优势产业——以“发制品”为代表的时尚用品、以“打火机”为代表的小五金、以“一县一特”为代表的特色农产品为主的产业体系等面临着产业升级和技术升级的双重压力，地区“十四五”规划提出要建设以装备制造、显示功能材料、智能家居、“互联网+”等新兴产业为主的产业体系，逐步支撑经济增长、改善人民生活、引领创新驱动。显然，传统的自动化专业并不能完全适应当前湘西南地区新业态发展的需求。

为此，本文结合当前地方经济发展现状和我校的办学理念，以“四新”（“新工科、新文科、新农科、新医科”）建设为契机，探讨地方应用型本科院校自动化专业实践教学方案，促进以自动化专业为代表的传统工科专业主动适应地方经济发展，培养适应新产业、新经济发展的工程科技人才。

一、自动化专业实践教学存在的问题

自动化是一门多学科交叉、新技术聚集、直接面向服务经济建设主战场的学科。经过多年的教学实践，自动化专业在课程设置和人才培养模式上取得了一定的成绩，但是以我校为代表的一些地方应用型本科院校的自动化专业人才培养体系仍然不够完善，特别是面对新业态、新经济环境与“新工科”建设，专业的课程体系和工程实践等方面没有成熟的经验，需要相关专业的师生不断摸索实践[5]。对照“新工科”人才培养要求，我校自动化专业在教育指导思想、教学内容、教学手段诸多方面存在诸多不相适应的地方，改革迫在眉睫。

（一）实践课程设置缺乏系统性

目前我校自动化专业的大部分实验仅仅停留在单门课程，甚至单个知识点的验证型实验层面，缺乏专业层面的整体规划和系统性设计，且“任课教师+实验课程”的设置无形中形成了一定的技术壁垒，导致学生无法全面、系统地掌握与自动化相关的综合性设计与应用。与此同时，部分学生并不能将不同课程中的相关联的知识点进行有机结合，难以形成完整的逻辑思维和自动化综合应用能力。实验课程设置上缺乏创新性实验的训练，使学生难以提升独立思考、解决复杂工程问题的能力。

（二）部分教师缺乏工程实践经验

自动化专业的特殊性对授课教师提出了更高的要求，要求教师具备专业的实践经验和从业能力。传统的教学模式难以适应自动化专业的实际教学与就业需求，部分教师的工程素质、实践技能无法满足当前教学需要[6]。一些自动化任课教师缺少对最新的实际项目的接触，无法及时了解最新的应用和技术实践，且社会实践经验不足，加之专业发展迅速，很容易跟不上时代发展的变化，从而影响教学内容的更新和教学质量的提高。

（三）校企在合作育人环节黏合度不高

传统教育重理论教学，培养出来的人才无法适应企业创新研发及应用的需要，与当前地方企业人才需求有一定差距。部分课程在校内使用虚拟系统进行模拟实践教学，或者组织学生到企业进行“走马观花”式的见习，这虽能让学生获得感性上的认识，但学生没有在企业中进行实际操作，难以获得真实有效的岗位实际操作经验。这样黏合度低的校企合作育人环节容易造成部分学生的实践能力和实际操作技能不足，无法满足企业的用人需求。

二、基于OBE理念构建应用型人才培养目标

OBE理念以产出为导向，以培养目标为根本，明确“培养什么样的人”，聚焦学生学习成效[7]。为了聚焦产业需求，聚力优化人才培养结构，2020年，我校把师资背景、发展定位相近的3个专业进行整合与调整，组建新的自动化专业，开设智能仪器与自动化装备、嵌入式与机器人两个方向，秉持“服务地方、聚焦产业、应用创新、持续提高、优质培养”的办学思路，紧密结合地方经济社会发展、学校的教育发展目标、工程专业认证等多维度来制订人才培养目标和毕业要求，特别是邀请湘电集团有限公司、亚洲富士电梯股份有限公司等10余家智能制造相关行业企业深度参与产学研互动，先后修订了2019版、2020版、2021版、2022版自动化人才培养方案，以求培养基础实、能力强、素质高、特色明的自动化专业高素质应用型工程技术人才。

一方面，在制订人才培养目标和毕业要求时，以企业的需求为目标，聚焦学生实践操作能力的培养，统筹校企双方在自动化人才培养方面应该发挥的作用，并将与企业需求密切相关的实践课程贯穿教学全过程。另一方面，深入开展校企合作，组织学生亲临生产现场学习，让学生获得一手项目经验，并与企业工程师密切互动，加深对行业的认识。

三、面向新工科人才培养的实践教学体系构建

课程是人才培养的核心要素，是教育的微观问题，解决的却是战略大问题[8]。与我校自动化专业合作的企业均为智能制造类企业，对运动控制等专业知识需求旺盛，实践教学的目标应该立足于企业需求，通过加深学生对检测、电机、控制、电机驱动与控制等相关知识的理解、掌握及实践应用，培养学生在智能仪器与自动化装备、嵌入式与机器人方向的实践能力与创新能力。

依据“新工科”培养的特点，学生要在掌握自动化专业理论知识的基础上，通过实际操作、实验实践、项目实战等多种形式，深入理解和应用知识，提高解决问题和应对挑战的能力，并形成一定创新思维。基于此，我校重新对自动化专业实践教学的各个环节进行整体设计，形成以“运动控制”为核心，课程间相互衔接的实践教学模块（见图1），以适应地方经济社会发展和产业升级的需要。

（一）自动化专业实验课程内容设计

在实验课程的教学内容设置方面，围绕智能仪器与自动化装备以及嵌入式与机器人两个专业方向，一是突出基础知识的综合运用，二是强化控制工程复杂工程系统分析设计能力，三是加强团队精神和创新能力的培养[8]，因此分别设置了工程基础综合实验I、工程基础综合实验Ⅱ、自动化专业综合实验Ⅰ、自动化专业综合实验Ⅱ、自动化创新实践等多个课程融合实验。工程基础综合实验Ⅰ：以控制器为核心，设置16个实验教学项目，学生运用所学知识完成单片机原理与应用实验、DSP原理与应用等微控制器类课程方面的定时器实验、中断实验、LED/LCD显示实验、数据采集及信号处理实验、PWM波形产生实验等实验，并完成和电机驱动与控制密切相关的工程任务。工程基础综合实验Ⅱ：以PLC和传感器课程为核心，设置24个实验教学项目，围绕电机驱动与控制，进一步扩展和深化学生的实践能力。自动化专业综合实验Ⅰ和Ⅱ：涵盖自动化装置和机器人技术的专业方向，以电机、电力电子技术、电机驱动与控制、智能仪器设计、计算机控制技术、运动控制系统、机器人学、机器人技术等课程内容组合设计相应实验项目，其中自动化专业综合实验Ⅱ又根据专业方向设置为自动化装备、机器人两个专业方向，学生可以选择一个专业领域进行深入实践。

在具体的实验教学体系中，把课程实验分为“必做”和“选做”两类，其中必做实验是学生在课程中必须完成的实验，覆盖了核心的理论知识和实践技能，旨在帮助学生掌握基本概念和操作技能；选做实验是让学生按照自己的兴趣和能力选择是否参与的实验，具体操作时结合学生所选设计题目或者“四级”（国家级、省级、校级、院级）创新实践项目开展，更具有调整性和深度，涉及更为复杂的理论和应用，旨在提高学生的创新思维和设计能力。

（二）自动化专业实践教学模式设计

实践教学方面，我校自动化专业采用阶梯式教学模式（见图2），即分为学习过程、考核过程、跟踪反馈的再学习过程等三个阶段逐级递进开展，其中跟踪反馈的再学习过程中学生“学”和教师“教”两个方面同步推进，促使学生了解自己的不足之处，在教师不断督促、跟进下进行针对性的再实践、再学习和再补充。

实习实训教学是实践教学的重要组成部分，我校自动化专业的实习实训教学分为“电工实习”“电子实习”“金工实习”“认识实习”“生产实习”“毕业实习”等多个实习实训环节，主要依托校内工厂或与合作企业平台，通过以项目为核心的授课方式开展。实习实训课程分为基础实训和综合实训，基础实训以校内开展为主，综合实训依托合作企业开展，并按照渐进方式安排在不同学期（见表1），学生在校内完成所有的基础实训并考核合格后，即进入企业开展综合实训。

（三）搭建开放式实践环境

培养学生的工程实践能力和创新能力是自动化专业实践教学环境的立足点和出发点，因此我校注重开放式实践教学环境的搭建，以支持学生进行实践操作和项目实训。目前我校自动化专业开放式创新实验室共有3间，共计200余平方米，能同时容纳100余名学生进行创新实验项目训练及竞赛训练。基于校企联合实践平台搭建开放式实践环境，是实现工程教育校内校外相结合的重要途径。开展密切联系产业需求的毕业设计和生产实习，利用我校自身的机械、食品、电气等重点学科优势，立足邵阳，通过与湖南湘窖酒业有限公司、邵东智能制造技术研究院有限公司、宝庆电厂等建立跨学科的校企联合实训基地，借助企业的实践条件促进自动化专业的人才培养，完成质量更高的认识实习、生产实习、毕业实习和毕业设计。

另外，我校自动化专业与亚洲富士电梯股份有限公司、湖南小快智造电子科技有限公司、邵阳市亮美思照明新科技有限公司、三一重工·湖南汽车制造有限责任公司、广州粤嵌通信科技股份有限公司等企业建立了长期稳定的合作关系，企业多位专家、工程师作为兼职教师、顾问，参与课堂教学、实习指导、毕业设计（论文）、电子设计竞赛等教学任务或指导任务。

（四）课外多元化的创新实践设计

结合我校现有实验条件和环境，组织自动化高年级学生通过大学生创新训练项目、参与教师科研项目、承接地方企业小型研发项目、学科竞赛、学术论文的撰写等实践活动，实现学生创新能力的培养，这也是对理论教学的有效补充。以具体的“电机驱动与控制”相关应用项目为载体，让学生在项目驱动下锻炼自主学习和解决实际问题的能力。课外创新实践活动开展的重点是让学生在专任教师的指导下，找到解决问题的方法，从而形成“兴趣+坚持+成绩”的良好循环。

（五）教师团队的工程实践能力建设

目前我校教师的主要来源仍然是“高校到高校”，理论基础扎实的高学历教师尽管能够开阔学生的视野，但相对缺乏企业工作经历，实践操作能力相对薄弱，与开展模块化实践教学的愿景存在一定的差距。为此，我校自动化教研室制订了教师轮流外出交流与培训计划（见表2），并顺利执行工程实践能力专门培训2批次，参与实习学生的跟班培训4批次。