注重整体优化建设

注重整体优化建设　突出能力培养与训练——自动化专业主干技术类课程改革与实践

周杏鹏　马旭东　孟正大　王　勤　陈夕松

一、概述

东南大学是全国最早设立自动化类专业的学校之一，1981年获首批“自动控制理论及应用”博士学位授予权，1988年被评为首批国家重点学科，1992年设立博士后流动站。自动化专业具有优良的教学传统，历来重视教学改革和建设，先后涌现钱仲韩院士、冯纯伯院士、丁康元教授、刘京南教授、戴先中教授等在国内同行中有较大影响的教书育人先进典型，是江苏省批准立项建设的品牌专业。

在教育部1998年公布第四批高校本科专业后，按“厚基础、宽口径，培养通才”指导思想修订的1999级培养教学计划，较好地解决了以往按行业需求细分专业、对口培养、对口分配的办学模式所带来的学生基础知识面不宽、专业面太窄、适应能力太差，即“以行业办专业”的问题，开始与当今国际流行的“通才”教育接轨，实现跨行业办宽口径专业。“厚基础、宽口径”已成为现代教育培养模式的发展大方向。

实施此新模式对工科专业而言，要在进一步压缩总学时的情况下，增强外语、数学、物理、计算机等通识课程，保证政治与体育类课程，增加人文课程和（拓展专业知识面的）跨专业选修课程，基本稳定大类专业基础（平台）课程。其结果必然导致调整减少专业技术类课程和大幅度压缩这些课程的学时。

目前许多高校对通识课程、大类专业基础（平台）课程建设比较重视，往往由学校统一规划和组织教学计划修订、教材和实验平台建设，投入较大，成效显著，可基本上满足本科教育规模扩大所需。

相比之下主要由各院、系负责的专业技术类课程则面临课时不断压缩、课程设置和任课教师人员变动多、对专业课程改革与建设投入普遍不足等困难；其后果是：因专业合并和专业课程调整、课时压缩而使相关专业技术类课程内容不同程度存在课程间知识断裂、缺损以及部分重叠、交叉，教材陈旧，内容远远滞后于技术发展；一些专业课程缺少实验或仅有少量验证型实验，课程实验简单、系统性不强，且技术落后；上述情况容易导致学生“通”而不“专”、“学”而不“能”，从而影响本科教学质量。

从20世纪90年代中期开始，东南大学就把本科教学教改与建设的重点从“加强通识”、“扩展大类”逐步向“凝练学科主干”、“灵活专业方向”辐射、扩展。对联系紧密的系列学科（专业）主干课程以课程群的方式给予重点立项，加强考核、评估，滚动支持。东南大学自动化专业从2001年10月开始启动新一轮专业课程改革与建设，并于2002年9月向学校提出自动化专业主干技术类系列课程群改革和建设的立项申请，随后申请建设江苏省品牌专业以及其他教改、教材建设立项，重点进行专业主干技术类课程的整体深化改革研究与建设。

课题组选取与自动化技术关系最密切、实用性最强的3个层次5门专业主干技术类课程进行重点改革与建设，它们是“检测技术”（信息获取）、“微机系统与接口技术”、“计算机控制技术”（信息处理与控制核心）、“过程控制”和“运动控制系统”（控制系统与应用）。

上述5门课程中，“微机系统与接口技术”是技术性很强、发展更新很快的（机电类）平台＋应用基础课程，讲授当代自动化系统所必需的微机系统、接口与应用专业基础知识，与其他4门专业技术类课程教学和应用联系紧密，故也作为此次自动化专业技术类系列课程进行重点建设。自动化专业另一门重要的专业基础课程“自动控制原理”，因课程内容比较经典，之前东南大学已作为公共技术基础课程单独建设，其课程体系、内容与课程实验均较成熟，故此次暂不加入系列课程统一教改与建设。这5门自动化专业主干技术类系列课程的相互关系如图1所示。

图1　自动化专业主干通用技术类系统课程关系图

二、系列课程整体改革与建设总体思路

东南大学自动化专业主干技术类系列课程的改革和建设的总体思路可以简单概括为“注重整体优化建设、提高教学效率，突出能力培养与训练”。即：

1.大力改革系列课程原先缺乏互相联系、各课程自成体系的状况；围绕现代通用型综合自动化系统组成、设计与应用技术，大力整合、整体优化系列课程体系和协调建设相关系列课程。

2.在专业学时不断压缩的背景下，5门系列课程从新教材建设、新实验设计、电子教案、多媒体课件开发等方面都努力实现整体协调与优化，并妥善处理好经典与现代、重点与一般、局部与系统等关系，体现专业特色，提高教学效率。

3.突出学生能力的培养与训练，重视课程实践与系列课程实践的联系、深化和系统综合；组织强有力的队伍，重点协调建设实践基地和一系列突出学生综合能力培养和训练的实验平台。

三、系列课程改革研究与建设内容

1.课程体系改革与教学内容优化

课题组与系教学委员会多次深入研讨了本系列课程体系、教学大纲以及课程之间的整合、协调关系，根据专业培养目标和各课程自身特点确定课程调整、学时分配、开课时间、应该更新的内容、课程与知识的衔接等整体优化方案。

系列课程主持或主讲教师对所负责课程提出详细的教改与建设方案后，课题组多次组织集体研讨；参考国内外具代表性重点学校的情况，分析了课程体系、教材选用、编写大纲、课程实验、实验平台建设等方案的利弊，最后经过集体多次研讨形成系列课程的整合、协调和整体优化方案；各课教师则加强了各自课程的建设调整，使之很好地体现基础性、实践性、先进性及与自动化专业主干技术类课程知识的良好衔接性。

系列课程通过上述整合、协调改革，很好地消除了各课程与相关课程以前存在的某些内容交叉、重复，节省下来的课时用于弥补因课程调整带来的课程间知识断裂、缺损以及增加新技术和应用技术介绍，使本系列课程从整体上得到很大优化，系列课程之间、系列课程与先修课程之间基本上实现“无缝衔接”，大大提高了系列课程的教学效率。

2.系列课程新教材建设

本系列课程在全面地参考和吸取国内外同类课程教学优点的基础上，结合自动化专业特点，对各门课程体系（包括实验教学）、教材、教学内容、教学方法和手段等多方面进行了特色鲜明的改革和创新。

根据自动化2003级教学计划结合实施素质教育的要求和近年来的科技发展，在系列课程体系和教学内容改革与优化的基础上，全面修订了系列课程的教学大纲，全面开展了适应时代要求和素质教育的新教材编著出版工作。

3.大力开展与新方案相衔接、突出能力培养的实践基地建设

把注重学生素质教育和突出能力培养作为本专业主干技术类课程整体教改和建设的主要及重要组成部分。在学校支持下，三年来，与国内外著名企业合作，利用企业捐赠的世界一流设备，建设了与系列课程改革配套的开放式、多层次、自主型自动化实践与创新基地。其中与美国罗克维尔自动化公司合作建成了自动化实验中心运动控制分室和过程控制分室，与美国TI公司合作建设了DSP实验室，与Intel公司合作建设了嵌入式系统实验室，与中国台湾地区凌阳公司合作建成多媒体单片机实验室。

在此基础上，根据系列课程新的课程体系、教学内容和新教材，以课题组教师为主自行设计和研制了11种内容与目前工程应用技术接轨、将原理验证与实际产品设计相结合、尽量弥补课程理论教学的不足、技术先进的自动化专业系列实验系统（平台）。

由此，建设形成了突出学生能力培养与训练的新实验体系，同时把东南大学自动化实验中心与计算机硬件应用实验中心基本建设成为开放式、多层次、自主型工业自动化实践与创新基地。以数字控制技术为核心，采用组件式设备，可以根据工程或实验的需要像搭积木一样柔性组合、构建合适的自动化与信息处理系统，为培养和增强学生的实践能力、工程设计能力，提高分析和解决实际问题的能力、综合应用知识的能力特别是创新思维与创新能力提供了极好的实践基地与实训平台。

四、已取得的成果

1.构建了科学的自动化专业主干技术类课程体系

结合近几年的办学实践和自动化技术的发展及在新形势下社会对自动化高层次人才的素质与能力的要求，在自动化专业1999级培养计划基础上修订形成了2003级培养计划，把“检测技术”、“过程控制”和“运动控制系统”三门专业方向技术课程调整为自动化专业主干技术课程。对照前一阶段本专业的教学现状和新的（2003级）自动化专业人才培养方案，整合和协调课程群各课程的教学大纲，优化课程体系，加强系列课程之间的整合、协调与无缝衔接，从体系和内容上构建了系统和科学的自动化专业主干通用技术类课程体系。

2.教材建设成绩突出

本系列5门技术课程近年来由东南大学任主编，已编著和正式出版了5本教材，其中“十五”国家级规划教材1部、部级规划教材1部、校级规划教材3部。另外《过程控制工程》新教材编著出版工作全部落实，《微机系统与接口技术》新教材，和相应的课程新实验系统的配套实验教材《微机硬件应用实践——原理与接口》、《微机硬件应用实践——系统与综合》的重编、修订工作也已启动。

3.系列课程建设成效显著

本系列课程通过一系列整合、协调改革，很好地消除了各课程与相关课程以前存在的内容重复现象，增加了新技术和应用技术介绍，使系列课程从整体上得到很大优化，系列课程之间、系列课程与前修课程之间基本上实现“无缝衔接”，加强和突出了对学生综合能力的培养，大大提高了系列课程的教学效率。

“检测技术”与“微机系统与接口”课程分别被评为江苏省二类优秀课程、东南大学精品课程，本系列课程被评为东南大学优秀课程群、精品课程群，“微机系统与接口”课程（本系为主建设）被评为江苏省一类优秀课程并被江苏省推荐申报国家精品课程。

4.系列课程实验及实验基地建设有突破

围绕自动化专业学生培养加强建设了计算机硬件实验中心和自动化实验中心，三年内争取到各级用于自动化本科专业教改和实验建设资金（包括国内外大公司赠送的新仪器、实验设备折价）201.5万元，为系列课程实验及实验基地建设提供了强有力的支持。

自行研制开发的十一种综合应用开发平台设计新颖、技术先进、贴近工程实用、富有自动化特色，而结合捐赠先进设备构建的大型综合实验平台，包括多变量（电压、电流、位移、转速、温度、流量、液位等）自动检测与复杂过程控制、基于现场总线的远程过程监控系统、光机电和计算机一体化的机器人控制系列等，大大加强和突出了未来学生对自动化技术的综合学习和应用能力及科技创新能力的培养。

随着配合新教材和加强学生综合能力的十余种二次综合设计开发实验平台的建成与批量复制投入使用，进一步加大对学生学习综合应用能力和创新能力的培养训练与考核力度，引导学生对专业技术的热爱和钻研，进一步探索、改进现有的考试、考核方法。

5.教改成效显著，学生综合能力明显提高

随着自行设计研制的11个综合实验开发平台建成和逐步投入使用，已开设包括检测技术、微机系统与接口、计算机控制技术、自动控制系统、过程控制等方面的多层次实验，为自动化专业本科生课程设计、毕业设计、课外创新活动提供了极好的平台，自动化专业学生综合能力因此有明显的提高。一年来，本专业学生获得全国大学生机器人竞赛二等奖1项、江苏省大学生本科毕业设计（论文）一等奖和江苏省大学生机器人大赛冠军各1项，以及1项江苏省亚军、1项江苏省二等奖与1项全国竞赛三等奖。

相关改革建设工作开始以来，自动化专业已有一届本科生毕业，毕业设计指导教师普遍反映这届毕业生相关专业技术类课程方面的基础知识扎实，对自动化技术方面的概念较前更加清楚，对相关新技术有较好的了解，实践能力明显提高；全系毕业设计答辩工作结束后，参加答辩的老师几乎一致认为这届毕业生的培养质量和论文水平普遍高于上几届；这届毕业生综合能力强，除继续读研及出国深造的几十名同学外，毕业参加工作的同学普遍就业质量很高，反馈信息表明，这些学生受到了用人单位的普遍欢迎和好评。

五、结束语

在短短两年多时间的东南大学自动化技术系列课程改革与建设的研究与实践工作中所取得的成果和成绩，被上海交通大学、南京大学、南京理工大学、南京航空航天大学同行专家高度评价为“走在了国内高校同类专业的前列”、“成果达到国内一流水平”。但我们也清醒地认识到，我们的课程建设和教学实践与国外一流大学相比还有大差距，在自动化新技术不断推出，计算机应用与智能化、信息化水平不断提高的今天，仍需要继续努力，不断提高办学水平，为国家和社会培养输送更多素质高、综合能力强的自动化高技术人才。