高校自動化專業(yè)信息類課程設置及實踐教學改革探索

高校自動化專業(yè)信息類課程設置及實踐教學改革探索高校自動化專業(yè)信息類課程設置及實踐教學改革探索

中圖分類號：G420文獻標識碼：A文章編號：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

自動化專業(yè)屬高等院校傳統(tǒng)教學專業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計目前我國開設有自動化專業(yè)的高校數(shù)量已達264所[1]，囊括了不同層次、不同領域、不同行業(yè)的高校。各高校在專業(yè)建設過程中結合各自行業(yè)、地域優(yōu)勢，形成了各自高校的教學特色，如中南民族大學計算機科學學院，即把自動化專業(yè)與計算機相關專業(yè)相結合，重點加強計算機自動化控制領域的教學與學科建設，突出“強〔電〕弱〔電〕并重，軟〔件〕硬〔件〕兼施〞的辦學特點。經(jīng)過多年建設與開展，為國家經(jīng)濟建設培養(yǎng)了大批專業(yè)建設人才。

然而，進入21世紀，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡、移動互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷遍及與推廣，其在不斷改造傳統(tǒng)行業(yè)的同時，也對高校自動化專業(yè)教學提出了新的挑戰(zhàn)，自動化專業(yè)也適時開設了如管理信息系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等信息類教學課程，然而其并不能完全滿足新形勢下對于自動化專業(yè)復合型人才培養(yǎng)的需求。該文針對上述問題，結合教學實踐，對高校自動化專業(yè)在新形勢下所面臨的挑戰(zhàn)與機遇、相關信息類課程的設置及實踐教學環(huán)節(jié)進行了探討。

1高校自動化專業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)與機遇

自動化作為工業(yè)領域根底學科，其學科領域特性決定了其在實踐中更多關注的是一個特定封閉系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠和優(yōu)化控制?；诖?，高校自動化專業(yè)相應開設了自動控制原理、電氣控制技術、運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等相關課程，這些課程為學生掌握自動化專業(yè)領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、移動互聯(lián)網(wǎng)的遍及，云計算、大數(shù)據(jù)技術的應用給自動化領域提出了新的挑戰(zhàn)，同樣也給高校自動化專業(yè)的教學提出了新的要求和機遇。

1.1數(shù)據(jù)信息聯(lián)網(wǎng)的要求

在工業(yè)實踐中，自動化專業(yè)所研究對象多為封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制規(guī)律、性能優(yōu)化等工作多在實驗室內(nèi)完成，其數(shù)據(jù)的獲取與展現(xiàn)多在控制設備本地完成。即使在大規(guī)模生產(chǎn)領域構建了工業(yè)控制總線等通信伎倆，其對于控制設備數(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)絡的遍及應用，迫切需要將自動化設備的控制參數(shù)、工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息進行集中管理，這就需要構建大型的傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)倉庫、信息系統(tǒng)進行上述數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡傳輸、集中存儲以及分析展現(xiàn)。

1.2控制理論受到新技術的挑戰(zhàn)

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

自動化傳統(tǒng)教學中以自動化相關理論為根底，重點講解自動控制原理、電氣控制、過程控制等相關理論、行業(yè)應用知識，學生個人應用能力的培養(yǎng)也多集中于單片機、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等相關硬件系統(tǒng)。然而，面對物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術應用趨勢，上述課程結構所培養(yǎng)的人才能力過于局限，無法滿足實際工作中對于復合型人才的迫切需求，同時也在一定程度上使得培養(yǎng)的學生在后期競爭中處于劣勢。

1.4高校自動化專業(yè)開展的良好機遇

挑戰(zhàn)也就意味著機遇，計算機技術、信息技術的開展為自動化理論知識的深度開掘提供了源動力。從自動化專業(yè)角度講，其具備天生與物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡、云計算、大數(shù)據(jù)進行聯(lián)姻的基因。自動化設備作為信息生產(chǎn)、傳輸、完成控制動作的最前端，通過增設后端的信息系統(tǒng)，可以構建出具備海量數(shù)據(jù)獲取、傳輸、存儲以及分析應用的大型信息平臺。實際工業(yè)領域的未來應用，反過來也促進了高校自動化專業(yè)信息類課程的開設。通過增設及調(diào)整局部計算機、信息技術相關課程，可以進一步完善高校自動化專業(yè)的課程體系結構，提供應學生更完備的理論、應用知識框架，同時也能夠為進一步培養(yǎng)適應新形勢、新技術開展趨勢的復合型人才奠定堅實的根底。

2信息類課程的教學目標

在新形勢下，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)的應用使得高校自動化專業(yè)信息類課程從過去輔助性、擴展性的附屬地位，變成培養(yǎng)未來復合型人才所需知識體系架構中的重要一極。其課程體系的教學目標那么是，以自動化專業(yè)控制理論根底為核心，以電氣控制、過程控制等應用學科為根底，通過搭建合理的信息類課程形成層次化、階段化、完備化的自動化專業(yè)外延，從而培養(yǎng)能夠適應自動化未來開展趨勢、能夠效勞國家經(jīng)濟建設的復合型自動化人才。概括起來，可以形成三句話：

一是“內(nèi)容豐盛、環(huán)環(huán)相扣〞：通過設定合理的信息類課程體系結構，建立各課程之間的銜接、撐持關系，培養(yǎng)學生系統(tǒng)全面的知識體系、科學的思維方式，并且能夠將各門課程進行有機結合，形成“強〔電〕弱〔電〕并重，軟〔件〕硬〔件〕兼施〞的知識能力。二是“內(nèi)容新穎、重在實踐〞：通過建立切合實際應用的課程內(nèi)容，緊密跟蹤最新的信息技術，寓實踐應用于課程理論教學過程中，提高課程教學過程中學生領會掌握教學知識的程度，培養(yǎng)學生較強的實踐能力和有特色的、緊跟實踐應用開展的技術能力。三是“著眼未來、擴展性強〞：通過設立具有前瞻性的信息類課程教學內(nèi)容，著眼未來技術開展趨勢，針對有廣大應用前景的技術進行導論性講授，重點關注通用性、共通性的課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生對新興技術的敏感度，激發(fā)學生的求知欲，從而培養(yǎng)學生的可持續(xù)開展?jié)摿Α?/p>

3信息類課程設置

針對物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術應用對高校自動化專業(yè)教學課程設置所提出的要求，并結合上述新形勢下自動化專業(yè)信息類課程教學目標，高校自動化專業(yè)信息類課程的設置應能夠體現(xiàn)信息化的特點，并且涵蓋自動化專業(yè)研究對象的信息獲取、信息傳輸、信息存儲及處理和信息利用等四個階段。

信息獲取階段應重點開設檢測技術、傳感器技術等相關課程。信息傳輸階段那么應重點開設計算機通信技術、計算機網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線、無線通信網(wǎng)絡等相關課程。信息存儲及處理那么應重點開設數(shù)據(jù)庫原理及應用、管理信息系統(tǒng)、模式辨認、人工智能、面向對象程序設計等相關課程。而在信息利用階段那么應重點開設單片機原理及應用、嵌入式系統(tǒng)、虛擬儀器、機器學習、系統(tǒng)項目等相關課程。

上述四個階段的課程內(nèi)容相輔相成、環(huán)環(huán)相扣，充沛體現(xiàn)了自動化專業(yè)研究對象數(shù)據(jù)信息的大范圍、全過程閉環(huán)流轉過程，數(shù)據(jù)信息已經(jīng)不僅僅停留在研究對象的內(nèi)部，而是完成了大數(shù)據(jù)的存儲、云端計算，并且能夠借助大數(shù)據(jù)分析滿足新的應用模式對于數(shù)據(jù)價值的深度挖掘要求。從教學角度講，上述四個階段也充沛體現(xiàn)了信息類課程的教學目標，構建一個“內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣、新穎并重在實踐、著眼未來并易于擴展〞的自動化專業(yè)信息類課程知識體系結構。

4實踐教學環(huán)節(jié)

良好的自動化專業(yè)信息類課程體系構建僅僅是完成了理論教學內(nèi)容的搭建，實踐教學作為理論教學的補充又是必不可少的，這尤其體現(xiàn)在信息類課程上，其主要由信息學科強實踐性決定[2]。特別地，其在培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力方面甚至超過理論教學。因此，對信息類課程的實踐教學環(huán)節(jié)應重點關注下列三方面：

第一，搭建完備的綜合性實驗環(huán)境、實踐場所。除了建立傳統(tǒng)的自動化專業(yè)實驗室，如過程控制、電氣控制實驗室之外，還需要考慮如何構建各實驗室之間、實驗設備之間的信息溝通渠道，如計算機操作實驗室與專業(yè)實驗室實驗設備的互通，從而建立有效的數(shù)據(jù)信息的傳輸、存儲及利用通道，做到實踐過程的完備化。進一步激發(fā)實踐教學過程中學生的團隊合作能力、探索能力。第二，建立專門的教師科研與學生實踐創(chuàng)新對接平臺。擺脫過去照本宣科、驗證性實驗的教學方式，建立教師科研與學生實踐創(chuàng)新對接機制，將科研中的強實踐性問題抽象化后對接成為學生的實踐創(chuàng)新主題，充沛發(fā)揮學生實踐的主觀能動性，并激發(fā)解決未知問題的求知欲。第三，弱化“小〞實驗，重塑“大〞實驗。摒棄一門課程配套一組實驗的傳統(tǒng)實踐設置模式，重點打造自動化專業(yè)信息類課程“大〞實驗。從信息類課程詮釋的數(shù)據(jù)信息四個階段出發(fā)，建立囊括四個階段全過程的大實踐體系，明確體系中的各環(huán)節(jié)內(nèi)容，并將其對應映射到不同學期的不同課程中，使得學生隨著學習過程的不斷推進，逐步完成大實踐過程的不同細節(jié)，最終完成“積木式〞的信息類課程大實