高校自動(dòng)化專業(yè)信息類課程設(shè)置及實(shí)踐教學(xué)改革探索

高校自動(dòng)化專業(yè)信息類課程設(shè)置及實(shí)踐教學(xué)改革探索高校自動(dòng)化專業(yè)信息類課程設(shè)置及實(shí)踐教學(xué)改革探索

中圖分類號(hào)：G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791〔2022〕12〔a〕-0144-02

Abstract：Inthelightofnewtechnologicalenvironment，themobileInternet，theInternetofThings，CloudComputing，BigDataandotheremergingInternetapplicationtechnologyarepresentedtoputforwardthenewchallengesandcreatenewideasontheteachingofcollegeautomationspecialty.Thispaperdiscussesthecomprehensivegoalofinformationcourses’teachingforautomationspecialtyunderthenewsituation，focusingonthefutureandcreatingthecomprehensiveknowledgearchitecturewithnovelcontent.Furthermore，the？informationcoursesandthepracticalteachingmethodisanalyzedandstudied，strivingtobuildthecoursethatcancoverthewholeprocedureofclosed-loopinformationprocessingandestablishingapracticeplatformwithcompletesystem，stimulatinginnovation，andfocusingoncomprehensive.Allofthiswillbeusefultoformaculturemechanismforfeasibleautomationprofessionalcompoundtalent.

Keywords：Automation；InformationCourse；Curriculumconstruction；Practiceteaching

自動(dòng)化專業(yè)屬高等院校傳統(tǒng)教學(xué)專業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)開(kāi)設(shè)有自動(dòng)化專業(yè)的高校數(shù)量已達(dá)264所[1]，囊括了不同層次、不同領(lǐng)域、不同行業(yè)的高校。各高校在專業(yè)建設(shè)過(guò)程中結(jié)合各自行業(yè)、地域優(yōu)勢(shì)，形成了各自高校的教學(xué)特色，如中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，即把自動(dòng)化專業(yè)與計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)相結(jié)合，重點(diǎn)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的教學(xué)與學(xué)科建設(shè)，突出“強(qiáng)〔電〕弱〔電〕并重，軟〔件〕硬〔件〕兼施〞的辦學(xué)特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)與開(kāi)展，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)了大批專業(yè)建設(shè)人才。

然而，進(jìn)入21世紀(jì)，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷遍及與推廣，其在不斷改造傳統(tǒng)行業(yè)的同時(shí)，也對(duì)高校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化專業(yè)也適時(shí)開(kāi)設(shè)了如管理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等信息類教學(xué)課程，然而其并不能完全滿足新形勢(shì)下對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求。該文針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)高校自動(dòng)化專業(yè)在新形勢(shì)下所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇、相關(guān)信息類課程的設(shè)置及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討。

1高校自動(dòng)化專業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

自動(dòng)化作為工業(yè)領(lǐng)域根底學(xué)科，其學(xué)科領(lǐng)域特性決定了其在實(shí)踐中更多關(guān)注的是一個(gè)特定封閉系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠和優(yōu)化控制。基于此，高校自動(dòng)化專業(yè)相應(yīng)開(kāi)設(shè)了自動(dòng)控制原理、電氣控制技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等相關(guān)課程，這些課程為學(xué)生掌握自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域根本技能奠定了良好根底。然而物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的遍及，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用給自動(dòng)化領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)，同樣也給高校自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)提出了新的要求和機(jī)遇。

1.1數(shù)據(jù)信息聯(lián)網(wǎng)的要求

在工業(yè)實(shí)踐中，自動(dòng)化專業(yè)所研究對(duì)象多為封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制規(guī)律、性能優(yōu)化等工作多在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，其數(shù)據(jù)的獲取與展現(xiàn)多在控制設(shè)備本地完成。即使在大規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域構(gòu)建了工業(yè)控制總線等通信伎倆，其對(duì)于控制設(shè)備數(shù)據(jù)的管理也仍局限在生產(chǎn)基地部分區(qū)域。然而，物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)的遍及應(yīng)用，迫切需要將自動(dòng)化設(shè)備的控制參數(shù)、工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中管理，這就需要構(gòu)建大型的傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、信息系統(tǒng)進(jìn)行上述數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸、集中存儲(chǔ)以及分析展現(xiàn)。

1.2控制理論受到新技術(shù)的挑戰(zhàn)

控制論作為信息社會(huì)最為根底的理論體系，也是推動(dòng)自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)展的源動(dòng)力。在工業(yè)實(shí)踐中，對(duì)于控制設(shè)備性能、控制規(guī)律的制定即在根底控制理論的根底上，針對(duì)特定控制對(duì)象進(jìn)行特定化研究完成的。然而，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析的時(shí)代，對(duì)大量相同工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的獲取、云端集中海量存儲(chǔ)，并借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，往往能夠獲得對(duì)單一設(shè)備進(jìn)行控制優(yōu)化研究所不能獲知的更多的設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，并借此制定出更適合特定設(shè)備的控制規(guī)律。這就給傳統(tǒng)的控制理論提出了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也給控制理論的開(kāi)展引導(dǎo)了方向。1.3復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求

自動(dòng)化傳統(tǒng)教學(xué)中以自動(dòng)化相關(guān)理論為根底，重點(diǎn)講解自動(dòng)控制原理、電氣控制、過(guò)程控制等相關(guān)理論、行業(yè)應(yīng)用知識(shí)，學(xué)生個(gè)人應(yīng)用能力的培養(yǎng)也多集中于單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等相關(guān)硬件系統(tǒng)。然而，面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)，上述課程結(jié)構(gòu)所培養(yǎng)的人才能力過(guò)于局限，無(wú)法滿足實(shí)際工作中對(duì)于復(fù)合型人才的迫切需求，同時(shí)也在一定程度上使得培養(yǎng)的學(xué)生在后期競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。

1.4高校自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)展的良好機(jī)遇

挑戰(zhàn)也就意味著機(jī)遇，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的開(kāi)展為自動(dòng)化理論知識(shí)的深度開(kāi)掘提供了源動(dòng)力。從自動(dòng)化專業(yè)角度講，其具備天生與物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)姻的基因。自動(dòng)化設(shè)備作為信息生產(chǎn)、傳輸、完成控制動(dòng)作的最前端，通過(guò)增設(shè)后端的信息系統(tǒng)，可以構(gòu)建出具備海量數(shù)據(jù)獲取、傳輸、存儲(chǔ)以及分析應(yīng)用的大型信息平臺(tái)。實(shí)際工業(yè)領(lǐng)域的未來(lái)應(yīng)用，反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了高校自動(dòng)化專業(yè)信息類課程的開(kāi)設(shè)。通過(guò)增設(shè)及調(diào)整局部計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)相關(guān)課程，可以進(jìn)一步完善高校自動(dòng)化專業(yè)的課程體系結(jié)構(gòu)，提供應(yīng)學(xué)生更完備的理論、應(yīng)用知識(shí)框架，同時(shí)也能夠?yàn)檫M(jìn)一步培養(yǎng)適應(yīng)新形勢(shì)、新技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)的復(fù)合型人才奠定堅(jiān)實(shí)的根底。

2信息類課程的教學(xué)目標(biāo)

在新形勢(shì)下，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用使得高校自動(dòng)化專業(yè)信息類課程從過(guò)去輔助性、擴(kuò)展性的附屬地位，變成培養(yǎng)未來(lái)復(fù)合型人才所需知識(shí)體系架構(gòu)中的重要一極。其課程體系的教學(xué)目標(biāo)那么是，以自動(dòng)化專業(yè)控制理論根底為核心，以電氣控制、過(guò)程控制等應(yīng)用學(xué)科為根底，通過(guò)搭建合理的信息類課程形成層次化、階段化、完備化的自動(dòng)化專業(yè)外延，從而培養(yǎng)能夠適應(yīng)自動(dòng)化未來(lái)開(kāi)展趨勢(shì)、能夠效勞國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的復(fù)合型自動(dòng)化人才。概括起來(lái)，可以形成三句話：

一是“內(nèi)容豐盛、環(huán)環(huán)相扣〞：通過(guò)設(shè)定合理的信息類課程體系結(jié)構(gòu)，建立各課程之間的銜接、撐持關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)全面的知識(shí)體系、科學(xué)的思維方式，并且能夠?qū)⒏鏖T課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成“強(qiáng)〔電〕弱〔電〕并重，軟〔件〕硬〔件〕兼施〞的知識(shí)能力。二是“內(nèi)容新穎、重在實(shí)踐〞：通過(guò)建立切合實(shí)際應(yīng)用的課程內(nèi)容，緊密跟蹤最新的信息技術(shù)，寓實(shí)踐應(yīng)用于課程理論教學(xué)過(guò)程中，提高課程教學(xué)過(guò)程中學(xué)生領(lǐng)會(huì)掌握教學(xué)知識(shí)的程度，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的實(shí)踐能力和有特色的、緊跟實(shí)踐應(yīng)用開(kāi)展的技術(shù)能力。三是“著眼未來(lái)、擴(kuò)展性強(qiáng)〞：通過(guò)設(shè)立具有前瞻性的信息類課程教學(xué)內(nèi)容，著眼未來(lái)技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)，針對(duì)有廣大應(yīng)用前景的技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)論性講授，重點(diǎn)關(guān)注通用性、共通性的課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新興技術(shù)的敏感度，激發(fā)學(xué)生的求知欲，從而培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)開(kāi)展?jié)摿Α?/p>

3信息類課程設(shè)置

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用對(duì)高校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)課程設(shè)置所提出的要求，并結(jié)合上述新形勢(shì)下自動(dòng)化專業(yè)信息類課程教學(xué)目標(biāo)，高校自動(dòng)化專業(yè)信息類課程的設(shè)置應(yīng)能夠體現(xiàn)信息化的特點(diǎn)，并且涵蓋自動(dòng)化專業(yè)研究對(duì)象的信息獲取、信息傳輸、信息存儲(chǔ)及處理和信息利用等四個(gè)階段。

信息獲取階段應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)設(shè)檢測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)課程。信息傳輸階段那么應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)課程。信息存儲(chǔ)及處理那么應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用、管理信息系統(tǒng)、模式辨認(rèn)、人工智能、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等相關(guān)課程。而在信息利用階段那么應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)設(shè)單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)、虛擬儀器、機(jī)器學(xué)習(xí)、系統(tǒng)項(xiàng)目等相關(guān)課程。

上述四個(gè)階段的課程內(nèi)容相輔相成、環(huán)環(huán)相扣，充沛體現(xiàn)了自動(dòng)化專業(yè)研究對(duì)象數(shù)據(jù)信息的大范圍、全過(guò)程閉環(huán)流轉(zhuǎn)過(guò)程，數(shù)據(jù)信息已經(jīng)不僅僅停留在研究對(duì)象的內(nèi)部，而是完成了大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、云端計(jì)算，并且能夠借助大數(shù)據(jù)分析滿足新的應(yīng)用模式對(duì)于數(shù)據(jù)價(jià)值的深度挖掘要求。從教學(xué)角度講，上述四個(gè)階段也充沛體現(xiàn)了信息類課程的教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)“內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣、新穎并重在實(shí)踐、著眼未來(lái)并易于擴(kuò)展〞的自動(dòng)化專業(yè)信息類課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。

4實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

良好的自動(dòng)化專業(yè)信息類課程體系構(gòu)建僅僅是完成了理論教學(xué)內(nèi)容的搭建，實(shí)踐教學(xué)作為理論教學(xué)的補(bǔ)充又是必不可少的，這尤其體現(xiàn)在信息類課程上，其主要由信息學(xué)科強(qiáng)實(shí)踐性決定[2]。特別地，其在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力方面甚至超過(guò)理論教學(xué)。因此，對(duì)信息類課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下列三方面：

第一，搭建完備的綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)踐場(chǎng)所。除了建立傳統(tǒng)的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，如過(guò)程控制、電氣控制實(shí)驗(yàn)室之外，還需要考慮如何構(gòu)建各實(shí)驗(yàn)室之間、實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間的信息溝通渠道，如計(jì)算機(jī)操作實(shí)驗(yàn)室與專業(yè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備的互通，從而建立有效的數(shù)據(jù)信息的傳輸、存儲(chǔ)及利用通道，做到實(shí)踐過(guò)程的完備化。進(jìn)一步激發(fā)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、探索能力。第二，建立專門的教師科研與學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新對(duì)接平臺(tái)。擺脫過(guò)去照本宣科、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，建立教師科研與學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新對(duì)接機(jī)制，將科研中的強(qiáng)實(shí)踐性問(wèn)題抽象化后對(duì)接成為學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新主題，充沛發(fā)揮學(xué)生實(shí)踐的主觀能動(dòng)性，并激發(fā)解決未知問(wèn)題的求知欲。第三，弱化“小〞實(shí)驗(yàn)，重塑“大〞實(shí)驗(yàn)。摒棄一門課程配套一組實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)實(shí)踐設(shè)置模式，重點(diǎn)打造自動(dòng)化專業(yè)信息類課程“大〞實(shí)驗(yàn)。從信息類課程詮釋的數(shù)據(jù)信息四個(gè)階段出發(fā)，建立囊括四個(gè)階段全過(guò)程的大實(shí)踐體系，明確體系中的各環(huán)節(jié)內(nèi)容，并將其對(duì)應(yīng)映射到不同學(xué)期的不同課程中，使得學(xué)生隨著學(xué)習(xí)過(guò)程的不斷推進(jìn)，逐步完成大實(shí)踐過(guò)程的不同細(xì)節(jié)，最終完成“積木式〞的信息類課程大實(shí)