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1、中 国大学教 学 2 0 1 2 年第1 1 期 为新生开设专业实践基础课程的探索 “ 自动化专业实践初步”教学案例 汪贵平 雷 旭 武奇生 王会峰 摘 要:本文以 “ 自动化专业实践初步”专业实践基础课程建设为案例,探索高校新生工程实践能力 培养的有效方式。该课程以实验教学项目为主线,采用理论教学、实验教学、边讲边练和 自学相结合的教 学方式。让学生掌握 自动化初级工程师所需的基本知识和技能,促进其工程能力的提 高。 关键词:卓越工程师教育培养计划;专业实践基础课; 自动化;教学方法 一 、问题 的提 出 长安大学是卓越工程师教育培养计划首批试点高 校 , 自动化 专业是 学校第一个 试点专
2、业 ,也 是国家一类 特色专业建设点。 为提高本科教学质量,从 2 0 0 7年就开 展 了 自动化 专业新 生入学情 况调查和 毕业生 需求调 查工 作。从 新生入 学情况 调查 统计来看 :9 5 以上 的 同学对 自动化专 业根本 不了解 ,有相 当一 部分 同学还认为 自动 化就是按 控制按钮 操作 自动化设 备 。学 生没有专业 学习 目标 ,对 未来较 迷盲 。从 用人单位 需求来看 ,基本 和卓 越 工程师 教育培 养计划行 业标准相 一致 ,如果毕业 生具 有 3 5年 工作经验 则最好 。 针对 这些 问题 , 从 2 0 0 7级起 , 学校 就为入学新 生开 设 了 “自
3、动化 学科概论 ”理论课 程 。但 自动化专业 是一 门实 践性很强 的专业 ,理论 的概述只 能给学生宏观 的了 解,无法带来感性直观的认识。学生迫切期望尽早掌握 本专业 的实用技术和知识,希望明确毕业 自己能干什 么 ?在大学 四年该如 何学 、该 如何干 。 鉴于 学生在 不同 时期 的探 索性学 习和能力培 养应有 不同的特点和要求,从 2 0 0 8年起,我们就开始着手修订 2 0 1 0年本科培养计划的工作。根据学生认知规律,将大 学 四年专 业学习 目标逐步分解到 8 个 学期, 其 中 “自动化 专业实践初步” 专业实践课程被安排在大学一年级第一学 期。同时开展了 “自动化实践
4、初步”讲义的编写和实验装 置的研 制T作 ,“自动化专 业实践初 步 ”教材 也于 2 0 0 9 年通过了教育部 自动化分教学指导委员会的评审, 纳入 自 动化工程应用 型系 列规划教材 。“ 卓越 工程师教育培养计 8 0 汪贵平,长安大学电子与控制Y - 程学院副院长 ,教授。 划 ”启动 后,该专业基础实践课程被纳入 自动化专业卓越 工程师 培养 方案中 ,于 2 0 1 0年正式开始试点教改工作 。 二、专业基础实践课程教学目标 为适应社会经济发展对创新人才的需求,结合卓越 工程师通 用标准 、行业标准 和学校标 准 中对 学生知识 、 能力和 素质 的要 求 ,制订 了 “自动 化
5、专业 实践初步 ” 专 业基础实践课程本科工程型人才培养标准实现矩阵,其 简图如图 1 所示。 图 1专业基础 实践课程 教学 日标 入学新生已具备高中物理电学知识,本课程设置主 要是给 学生创造 感知 自动 化和动 手实践 的机 会 。通 过各 种 实验 ,让学 生在检测 、实验 、实际制 作和调 试过程 中 享受成功的快乐。在多次完成 “ 理论一实践一理论与实 践 相结合 ”的过程 中,激发 学生对专业 的学 习兴趣和求 知的欲望,培养学生基本的工程实践能力和工程素质。 课程 建设 目标 主要考 虑 了如下 四个 方面 : (1)培养信 息获取 和职业发 展学 习能力 。 大 学学 习 是
6、一 种 “自主 学 习” ,学什 么 、怎么学 、学 到什 么程度是 由自己决定的。同时,大学一节课包含很多内容和知识 点 ,且都 不重复 ,这些与 中小 学阶段系 统的 、有督导 的 学习有很大区别,这也是有相当一部分新生不能很好地 适应大学教育方式, 自制能力不强,最终导致学业成绩 差,甚至退学的根本原因。因此本课程通过少讲多练, 在实验中发现问题,引导学生 自己查找资料、分析问题 和解决问题 ,并从中体会该如何读书、听课、记课堂笔 记和复习。使学生向自主学习转变,提高学生的自学能 力 。 ( 2 )掌握扎 实的工程 基础 知识和本 专业 的基本理 论 知 识 ,了解本 专业 的发展现 状
7、和趋 势 。 从课程 内容来 说 , 如果把 “自动化学科概论”比作是菜谱的话, “自动化专 业实践初步”就是介绍做菜的具体方法,而且这一道道 菜都是家常菜。通过学习和实训,不仅掌握电路的基本 知识,而且了解 自动化系统常用元器件、低压 电器和部 件 的工作 原理 、主要技术 参数 、选型和 检测方 法等 工程 实用技术 基础知 识 。 ( 3 )掌握简单自动控制系统设计、实施、运行和维 护的基本 内容和程序,初步具备解决工程实际问题的能 力,并完成解决实际工程的系统化专业基本技能训练。通 过实验和制作, 掌握常用工具和仪器仪表的操作方法;通 过动手实践, 按元件、 部件和系统三个层次逐步掌握
8、控制 系统的构成和特点, 在实验中探索知识, 在实验中发现问 题,增强工程推理和解决问题的能力,进而创新思维。 ( 4 )了解工程师应具有的专业基本素质,开展团队 交流与合作。通过参观和实训,了解工程项 目的组织和 管理过程,明确工程师的角色和责任,具有应对危机与 突发事件的初步能力和有效的沟通交流能力。 综上所述,本专业基础实践课程的教学 目标是使学 生能够掌握 自动化工程师应具备的基本知识和应用技 能,学 习器件与 部件 的选 型知识 、学会 电气控 制系统 设 计和简易控制系统的集成 ,学会举一反三,初步具有设 计和调试 自动化系统的能力。 三、专业基础实践课程主要 内容 本课程 的主要
9、 内容是 作为一个 自动化 初级 工程师必 须掌握的基本知识和基本技能。 自动化 技术 的应 用涉及 各行 各业 ,最 为经 典的还是 运动控制系统和过程控制系统两大类。其中运动控制系 统中最简单且应用最广的是三相异步电动机的起停和正 反转控制;而过程控制系统中最简单且应用最广的是单 回路温度控制系统。因此,选取电气控制系统和温度控 制系统作为本课程的两个典型案例。 为使学生学会这些系统级的知识和技能,必须从基 础开始。基础 内容包括三大部分:电路的基本知识、电 子元器件 和低 压 电器 的基本知 识、 常用 工具和 电子仪器 的使用方法。 另外 ,随着计 算机技术 的发 展,Au t o C
10、 AD 已广泛应 用在 自动化系统工程设计中,它主要用来绘制电气原理 图、接线图和装配图。掌握 Au t o C AD 电气制图,有利 于新生在同一起跑线上熟悉计算机软件的操作培训,便 于学生掌握电气制图国家标准 ,在今后的学习和工作中 能熟练 地读 图和制 图。 所 以本课程紧密围绕一个软件、两个系统和三个基 础展开。其主要内容如图 2所示。 四、专业基础实践课程教学方法 “ 卓越 工程师 教育培养 计划 ” 的指 导思想 是充分借鉴 世界先进国家高等工程教育的成功经验,创建具有中国 特色的工程教育模式,通过高校和企业的密切合作,以 实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的 工程意识
11、、工程素质和工程实践能力,培养大批各种类 型工程师。要实现此指导思想 ,使学校、学生和合作企 业在联合培养 中共赢,学校必须及时主动地做好学生在 校期间的培养工作,强化学生的工程实践能力。 本课程为激发新生对专业的学习兴趣,采用以实验 教学项 目为主线,采用理论教学、实验教学、边讲边练 和 自学相结合的教学方式组织课程教学,引导学生快乐 学习。具体来讲,课程教学内容分为四大模块:电子制 作、电气控制系统、温度控制系统和电气制图。每一模 块的教学都由 2 3次理论课和 3 - 4个实验组成,主要完 成 自动化工程师的基本知识学习和基本技能训练。 同时, 针对每一模块都设计了一个项 目,这些项 目
12、是在对应模 块的基础上的进一步拓展。每一个项 目选 2组同学 ( 每 组 3 - 4人 )来完成,每个同学只需参与其中之一,以此 作为期末答辩交流的题 目进行交流总结,可以引导学生 自主学习主动探索,进一步深化学习内容,培养学生沟 通交流表达能力和团队合作精神。 以电子制作模块为例, 其教学目标围绕 “自制直流稳 压电源的安装与调试” 这一电子产品的制作来展开。电子 制作模块理论教学内容非常丰富, 但授课学时少,因此必 须和其他教学环节 相互配合 ,引 导学 生课外主 动 自学。 开始讲授理论课前,教师就使学生明确本阶段的教 学 目标和教学形式:重点讲授第 2章的教学内容,学生 因为 目标明确
13、,学习非常认真。第 3章 内容在实验室采 81 一 i 丫 l 课程介绍l l 三个基础 第 2 童 电 路 的 基 本 知 识 第 3 童 常 用 电 子 一 兀 器 件 图 2 “自动化专业实践初步 ”的主要内容 用实物教学法和示范演示法,教师边讲学生边练,学 生很快学会 了万用表的使用方法 ,也熟悉 了部分元器 件 的基本特性 ,实训项 目 2由学生课外在开放实验室 独 立 完成 。第 9章 要求 学 生提 前预 习 ,分组 讨论 并提 出问题,教师在实验室边讲学生边练,课后学生 自行 完成实训项 目 3的报告撰写。在此基础上,完成实i) i I 项 目4 ,让学生进一步熟悉元器件和仪器
14、仪表,为电源 的制作打好实践操作基础 。 接下来教师讲解第 5章的内容 , 学生根据 自制直流 稳压 电源 的工 作 原理 ,进 一步 熟悉 具 体要 使 用 的元 器 件 ,制订要选购 的元器件清单,到电子市场 自行采购, 了解 市场 元器件 和 直流 稳压 电源 的价格 , 根据 实训 项 目 的要求,完成直流稳压电源的制作与调试 , 最后根据测 试结果, 给 出自制直流稳压电源的铭牌参数,完成实训 项 目5 。通过电子制作模块各环节的有机结合 ,让学生 了解一个 电子产品具体实施的全过程,并从元件、部件 和 系统 3 个层 次 了解一 个产 品的 各个功 能部 件和 整体 之 间的 关系
15、 。 此外安排 2个项 目小组,结合电子制作,以小功率 直流稳压电源的发展趋势进行市场调研 ,完成 电子制作 模块的总结报告。课程对总结报告的基本内容进行了规 范,包括印制板厂情况介绍、印制板加工的工艺流程, 电子元器件调研总结,小功率直流稳压电源调研情况分 析与总结, 直流电源测试国家标准介绍、讲义改写建议, 小组成员任务分配与完成情况表和学习总结等。根据所 完成的总结报告各小组完成相应的演示文稿,供课程结 8 2 束 时作 答辩交流 使用 。 五、专业基础实践课程考核 考 核 的 目的是检测 学生对 某方面知 识或技 能 的掌 握 程度。根据不同的测试 目标和测试内容 ,通常采用两种 形式
16、:书面形式和面试形式。面试形式可以由表及里地 对学生的知识掌握程度、逻辑思维能力、解决实际问题 的能力、人际交往能力、领导能力等方面进行测试,同 时也提供 了老师和 学生双 向交流 的机 会 ,能使双方相 互 了解 。 鉴于大 多数新 生入学前 有家长和 老师 的严格督 导; 进入大学后,尚需逐步从应试教育向主动学习转变,本 课程采用分阶段考核。按教学内容分为五个阶段,其中 前四个阶段和四个模块相对应,第五阶段和每个同学参 与的项 目相对应 。 前四个阶段考核内容包括四个部分:作业、实验报 告、学 生评价 和教师评 价 。前两项 主要 用于对 学生学 习 过程进行 评价 :后两项通 过在 实验 室组 织面试来 完成 , 面试成 员包括学 生代表和 老师 ,每 次对 4位 同学 ( 2人 一 组)进行测试。面试对本阶段所学内容采用提问、实 际操作、故障设置与排除等方式进行,着重考查学生的 专业知识、专业技能和工程实践能力。通过交流,有针 对性地 指 出每 个 同学存 在