自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制

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  摘要:经过数年的建设,我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制已经逐步完善、成熟。本文对自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制的建立、运行、完善等方面进行了阐述,并对自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制的培养效果、层次关系和机制特点进行了总结与分析,具有一定的借鉴意义。
  关键词:自动化专业 实践能力 创新精神 培养机制
  THE CULTIVATION MECHANISM WITH PRACTICE ABILITY AND INNOVATION SPIRIT OF AUTOMATION MAJOR
  Zhang Tao
  (North China Institute of Science & Technology, Sanhe, Hebei, 065201)
  Abstract: The application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university has been improved and matured by construction for several years. The paper summarizes and analyses the constructer, contents, styles and effects of application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university. The paper especially expounds the cultivation effects, organization relation and mechanism characteristic of the application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university. The practice teaching system has useful significance for others.
  Key words: Automation Major; Practice Ability; Innovation Spirit; Cultivation Mechanism.
  0 引言
  华北科技学院是国家安全生产监督管理总局惟一直属的普通高等学校,始建于1984年,其前身是北京煤炭管理干部学院分院,1993年经原国家教委批准改建为华北矿业高等专科学校,2002年初经教育部批准升格为本科院校。学院面向全国招收普通全日制本、专科学生。学校设置有37个本科专业,涉及工学、理学、文学、法学、经济学、管理学、教育学等七大门类学科,已经形成以全日制本科教育为主,专科教育、成人学历教育、安全培训、函授教育并存的多学科、多层次、多形式的办学体系。
  我校的自动化(专科)专业成立于1999年,2003年升格为自动化(本科)专业,面向全国招生。目前,自动化(本科)专业包括本科、专接本科、第二学位本科等多种本科办学形式,共有4个年级、20个班级,645名学生。
  经过几年的发展,自动化专业的综合实力逐渐增强,教学质量和办学水平逐年提高。2007年,自动化专业被华北科技学院批准成为首批校级重点与特色专业建设点。2009年,自动化专业被教育部批准成为国家级特色专业建设点(编号:TS1Z214)。
  本文就自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制的建立、运行、完善等方面进行了阐述,并对具有我校特色的自动化专业实践能力与创新精神培养机制的培养效果进行了总结与分析。
  1 自动化专业人才培养计划
  1.1 自动化专业简介
  自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法,自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础,以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具,面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控(制)管(理)结合,强(电)弱(电)并重,软(件)硬(件)兼施”鲜明的特点,是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学生在毕业后能够从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。
  1.培养目标
  本专业培养的学生要具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识,能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。
  2.培养要求
  本专业学生主要学习电工技术、电子技术、控制理论、信息处理、系统工程、自动检测与仪表、计算机技术与应用和网络技术等方面的基本理论和基本知识,受到较好的工程实践基本训练;具有系统分析、设计、开发与研究的基本能力。
  1.2 自动化专业的课程设置
  自动化专业的课程设置应该能够体现自动化专业的培养目标和培养要求,使学生掌握本专业领域必需的、较宽的技术基础理论知识,并受到较好的工程实践基本训练,在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力,具有较强的工作适应能力。
  1.自动化专业的主干课程
  自动化专业的主干课程包括电路、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子、电机拖动、直流控制系统、交流控制系统、自动控制原理、过程控制、微机原理、计算机控制系统等课程。自动化专业的学生必须深入理解和掌握这些课程的理论及其实践。   2.自动化专业的课程设置
  自动化专业的课程设置包括通识基础教育课程、专业基础教育课程和专业方向教育课程三个方面的课程,每一方面的课程又包括理论教学课程和实践教学课程两大部分。自动化专业课程体系的设置如图1所示。
  2 自动化专业人才培养过程中的教学改革
  2.1 教学内容改革
  为适应21世纪对人才的基本要求,在认真研究和借鉴以前运行的人才培养计划的经验和做法,并结合我校的办学定位和实际情况,我们对自动化专业的教学内容进行了多次研讨论证,主要包括教学课程设置的合理性、开课时间、理论学时与实践学时的分配、实验项目的设置、实践项目等内容。
  教学内容改革的具体做法是:
  一是根据实际条件的变化,适当增加实验课程的学时,适当调整实验课程的内容。例如《信号与系统分析》课程,因实验条件的改善,将原教学计划理论教学32学时、实验教学0学时,调整为理论教学28学时、实验教学4学时。
  二是根据专业发展现状和发展趋势,适当增加专业选修课程的学时,适当调整专业选修课程的内容。例如《自动化仿真技术》、《自动化组态技术》两门专业选修课程,就是考虑到自动化专业技术的发展现状,突出自动控制系统仿真和组态方面的教学而增设的。
  2.2 教学方法改革
  正确灵活的教学方法将有助于深化提高教学效果,起到事半功倍的作用。教学方法改革的主要内容包括:
  一是积极推进课堂讨论教学法,让学生在课外网络上查找资料,然后在课堂教学过程中引导学生对学习内容进行研讨、推理,适时让学生在课堂上进行发言讨论,最后总结得到合理的结论和推理。通过讨论,调动学生学习的积极性,教会学生怎样掌握新知识、探索新知识、获取新知识,并会运用新知识解决新问题,从而培养学生独立的探索精神和独立的创新意识与创新能力,提高综合素质。
  二是创造和谐的师生关系,为促进提高教学效果奠定基础。师生关系是对立统一的,教师处于矛盾的主要方面,在运动变化中起着主导作用。因此,构建良好的师生关系关键在于教师,但同样也离不开学生的密切配合和积极响应。关于如何建立良好和谐的师生关系,请参考作者的相关论文《大学和谐师生关系的构建策略研究》(华中师范大学学报(人文社会科学版),2007)。
  2.3 教学手段改革
  在课堂教学过程中,讲授教学内容时可以采用黑板板书与多媒体相结合的教学手段。应该尽可能地利用多媒体教学这一现代化教学手段,因为多媒体教学可以对抽象的微观结构采用形象生动的动画,生动地展示教学内容,帮助学生理解抽象的概念,扩大教学内容的有效信息量,从而提高教学效果。
  在大学教学过程中,采用多媒体教学也存在其有利的一面和不利的一面。对此,作者进行了研究,请参考作者的相关论文《大学中采用多媒体技术对教学的影响》(华北科技学院学报,Vol.4,2007)。同时,该论文获华北科技学院“深化教学改革,提高教学质量”研讨会优秀论文二等奖,并在大会上进行了宣读交流,论文的获奖证书如图2所示。
  3 我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制
  3.1 培养学生实践能力的途径--实践教学体系
  为提高学生的实践动手能力以不断适应社会经济发展的要求,我校自动化专业特别重视实践教学方面的投入和改革。目前,在我校自动化专业已经形成多层次开展、多学科综合、并具有安全特色的实践教学体系。
  我校自动化专业的实践教学体系的内容丰富、层次合理,主要包括:
  (1)实验类:各类课程的附属实验课程。
  (2)设计类:各类课程的课程设计。
  (3)训练类:各类技能训练。
  (4)实习类:认识实习、生产实习。
  (5)综合类:毕业实习、毕业设计。
  3.2 培养学生工程素质的途径――工程训练平台
  为实现高等工程本科教育的培养目标,达到目标所要求的学生应具备的工程素质,我们认为,一是要求具备良好的师资队伍,二是要对学生进行工程素质训练。
  师资队伍建设应从以下几个方面着手进行:进一步提高师资队伍成员的职称和学历,加强“双师型”教师的培养;按照“学有所长,利用所长”的原则,使师资队伍成员不断进行专业方向凝练;推出“自动化专业学术论坛”,加强学术交流合作,浓厚团队学术研究氛围。
  对学生进行工程素质训练应采取循序渐进的训练策略。首先,立足于河北省高校实验教学示范中心-华北科技学院电工电子实验中心的丰富实验资源,引导学生以严谨务实、认真仔细的态度对待每一个实验环节,在实验当中体验科学研究的全过程。其次,利用实验、实习、科研、毕业设计(论文)、工程实训等各个环节对学生进行工程素质训练,不断提高学生的工程素质和能力。图3为学生正在进行电动机PLC控制系统训练的过程照片。
  3.3 培养学生创新精神的途径――科技创新机制
  培养学生创新精神是一项长期性、系统性的工程,我们认为,培养学生创新精神一是要有相应的机制保证,二是要有具体的实施措施,这两方面缺一不可。
  培养学生科技创新的机制建设包括:分别成立学生科技创新领导小组、学生科技创新指导教师团队、学生科技创新活动小组;学校提供科技创新所必需的活动场地、设备器材、经费支持等。
  培养学生科技创新的具体措施包括:一是进行实验室开放,鼓励学生到开放的实验室进行各种教学实验和研究实验;二是设立创新实验室,鼓励和引导学生在创新实验室开展各种科技创新活动,图4为我校设置的学生科技创新实践室。
  3.4 自动化专业学生的实践能力与创新精神培养效果
  经过自动化专业相关部门和教师的共同努力,自动化专业学生的培养情况良好,在招生、就业、考研、科技创新活动等各方面取得了一系列重要的成绩。
  自2003年开始招收自动化专业本科学生以来,自动化专业的办学规模在稳步发展。近几年,每年的自动化专业招生计划均为210人,入学报到在190人以上,编为6个班级。   自动化专业学生的就业情况良好,一次就业率较高。特别地,自动化专业作为华北科技学院煤炭主体专业,着力突出煤矿安全自动化这一行业特色,自动化专业毕业生积极响应号召,投身于煤炭相关企业、为突出我校的安全生产特色方面做出了重要贡献。
  自动化专业学生积极进行科技创新活动,取得多项科技创新成果。仅在2011年,获得全国大学生电子设计大赛全国二等奖2项;飞思卡尔杯智能车竞赛全国一等奖1项,全国二等奖2项;全国挑战杯大赛河北省二等奖1项。图5为学生制作的科技创新作品(激光识别智能车),该作品获得2011年全国大学生电子设计大赛全国二等奖。
  自动化专业学生的考研情况良好,考研录取率一直位居前列,表1为近几年自动化专业学生考取研究生情况汇总表。
  4 总结与建议
  作者认为,只有坚持循序渐进的培养策略,才能保证学生培养质量的不断提高。学生能力培养的层次关系应为:实践能力的基本标准,工程素质是最低要求,创新精神是最高追求,三者的层次关系如图6所示。
  经过几年的发展,我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制已经逐步完善、成熟,其特点可以归纳为以下几点:
  (1)在完成教育部规定培养目标的前提下,进行教学内容改革、教学方法改革和教学手段改革,不断提高和强化教学效果。
  (2)构建自动化专业的实践教学体系,丰富实践教学内容,合理布局实践教学层次,加强实践基础能力培养。
  (3)构建自动化专业的工程训练平台,通过PLC工程实训项目和单片机工程实训项目等途径,使学生掌握自动控制系统的研究、设计、制作、检验等步骤的全部过程。
  (4)构建自动化专业的科技创新机制,鼓励和引导学生在开放实验室、创新实验室开展各种科技创新活动,取得科技创新成果。
  同时,我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制还应进一步进行改革、充实、提高、完善,以不断满足人才培养的需求和社会经济发展的需要。
  例如,训练类实践教学课程是提高自动化专业学生动手能力的重要手段和途径,对培养学生的理论联系实践的能力和实际动手能力有明显的帮助作用。因此,训练类实践教学课程的下一步改革思路是:教师提出更有难度的训练题目,学生可以采用多种方法实现训练题目的目标,进一步提高学生利用自动控制理论来解决实际问题的能力,最大程度地发挥训练类实践教学课程促进教学的良好作用。
  参考文献
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  作者简介
  张 涛(1972-),男,黑龙江拜泉人,博士、副教授、工程师,自动化系主任,研究方向为煤矿安全监测监控、智能控制、教学管理等。通讯地址:华北科技学院电子信息工程学院(065201)。
  注:本文受华北科技学院教学研究基金资助。
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