王 靜孫春虎徐 兵夏 坤

（1 巢湖學院，安徽 巢湖 238000）（2 國網(wǎng)安徽無為縣供電有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

以應(yīng)用型本科教育為導向[1]，依照應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標，在自動控制原理課教學過程中突出專業(yè)核心能力的培養(yǎng)，并鼓勵學生進入開放實驗室，參加各類設(shè)計競賽，做到“以賽促教、以賽促學”，推進教學和人才培養(yǎng)模式改革。在中國面臨從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉(zhuǎn)型的歷史時期，“中國制造2025”已成為新的國家發(fā)展戰(zhàn)略[2]，憑借全國大學生“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的學科競賽，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了良好的培養(yǎng)平臺，自動控制原理課題組探索了一條基于“以賽促教，以賽促學”的應(yīng)用型人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)道路。

2 “自動控制原理”課程體系、內(nèi)容及方式的改革

2.1 創(chuàng)新教學理念，提升教學水平，開設(shè)第二實踐教學課堂

對于工科學生而言，僅限于單一課程的課堂與實驗教學已經(jīng)限制了學生應(yīng)用型能力的培養(yǎng)，課程的系統(tǒng)性與連貫性要求在教學中應(yīng)與其他相關(guān)課程融會貫通。經(jīng)過學院基本教學過程，學生多數(shù)已經(jīng)掌握各類的基礎(chǔ)課程知識，而對于系統(tǒng)性教學需要學生進行課外的實踐并由相關(guān)專業(yè)老師指導，在教學中設(shè)計成課外的第二實踐教學課堂。

應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要專業(yè)知識與實踐能力相聯(lián)合，應(yīng)在教授學生自動控制理論知識的同時，注重實際操作能力技能水平的提高，教育出國家與社會急需的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。在學科競賽的指引下，教師要及時創(chuàng)新教學理念，轉(zhuǎn)變教學思想，學習新知識、新設(shè)備、新技能，運用最新最能為學生接受的教學方法，改變傳統(tǒng)的、陳舊的教學模式，主動順應(yīng)就業(yè)崗位及就業(yè)技能的要求，將課堂的主動權(quán)還給學生，倡導學生自主學習，培養(yǎng)學生自我創(chuàng)新的能力，全面提升教師的培育教學水準，提高教育教學質(zhì)量[3]。

針對電氣工程及其自動化專業(yè)學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結(jié)合“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的賽項，改變以往傳統(tǒng)的以處理器為核心的實踐教學理念。傳統(tǒng)的電類學科學生的實踐能力培養(yǎng)多圍繞處理器的培養(yǎng)理念，以處理器為核心的培養(yǎng)模式對學生串聯(lián)基本硬件知識起到巨大推動作用。然而也桎梏了學生的創(chuàng)新能力，多數(shù)學生仍然停留在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，使得設(shè)計能力局限在粗糙的設(shè)計下游，難以達到“高”“精”“尖”的層面。

憑借中國智能制造挑戰(zhàn)賽的平臺，設(shè)計以自動控制為核心，串聯(lián)以PLC技術(shù)、單片機技術(shù)、電路、模擬數(shù)字電子技術(shù)和傳感器技術(shù)等基本課程的第二實踐教學課堂，將自動控制原理放在了專業(yè)設(shè)計的核心位置上（圖1）。通過動手實踐結(jié)合自動控制原理基礎(chǔ)知識，借由處理器、傳感器和電子技術(shù)的基礎(chǔ)教學，在第二實踐教學課堂中，將知識進行融合和再學習。將學生的設(shè)計水平真正提升到自動化的層面。讓硬件為自動化服務(wù)，利用現(xiàn)有實驗條件，具體工業(yè)自動化例程對學生進行課外課堂教學。

圖1 第二課堂知識架構(gòu)

通過第二課堂中的實踐任務(wù)下達，系統(tǒng)方案是核心，要求學生在第一階段，必須對自動化系統(tǒng)的方案進行設(shè)計和論述，在第二課堂內(nèi)通過與同學和指導教師的討論，不斷設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)自動化方案，并最終敲定設(shè)計方案，隨后將各個設(shè)計環(huán)節(jié)進行具體化，根據(jù)每個環(huán)節(jié)中所使用的硬件和平臺進行系統(tǒng)的實踐設(shè)計，完成第二實踐課堂的設(shè)計任務(wù)。在此類模式下，學生能夠掌握從頂層對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)過多方討論的設(shè)計方案，不斷查找和消除設(shè)計錯誤，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，然后依次逐步實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計方案，學生能夠具備基礎(chǔ)的設(shè)計素質(zhì)，同時能夠逐步完善對工業(yè)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，并在后續(xù)培養(yǎng)中具備較強的競爭力。

2.2 以學科競賽為引領(lǐng)，開啟任務(wù)式、項目驅(qū)動式實踐教學

學科競賽是學生學習的 “風向標”，引領(lǐng)著高校的教育教學，應(yīng)用型高校教育貫徹“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導向”的方針，學科目標的確立依據(jù)就是企業(yè)的需求，根據(jù)需求制定學生的培養(yǎng)方案，為企業(yè)提供服務(wù)，為學生就業(yè)指引方向。學科競賽促成人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的完美結(jié)合，成為應(yīng)用型高校教學改革的“坐標”，引導自動控制原理教學目標的制定。而學科競賽多是以項目和任務(wù)等方式來進行的，注重對學生使用已掌握的理論知識和實踐技能解決實際問題能力的考察。這樣一來教師在教學的過程中，就需要應(yīng)用靈活多樣的教學方法，例如案例式教學法、任務(wù)式教學法、項目驅(qū)動式教學法等，將理論和實踐結(jié)合起來，做到“做中學，學中做”，提高學生解決實際問題的能力。

在第二課外實踐教學課堂中，結(jié)合“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的設(shè)計需求，開啟項目驅(qū)動式實踐教學，以項目形式給學生提出設(shè)計要求，將實踐教學內(nèi)容任務(wù)化。學生在接觸項目后深入理解項目，從學生自己層面進行理解任務(wù)和認知實踐環(huán)節(jié)，教師處于輔助指導地位。第二實踐課外教學課堂不僅僅是學生某一方面的實踐能力的訓練，更是綜合能力和素質(zhì)水平的提高。在實踐課堂中，我們將多個項目任務(wù)細分為多個子任務(wù)，讓學生通過各個子任務(wù)不斷夯實每個知識點，對課堂學習的知識進行鞏固和加強。

在“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽中，我們將化工生產(chǎn)過程細分為多個子任務(wù)，分別為混合罐進料流量控制、液位控制；預熱器溫度控制；反應(yīng)器進料、溫度、液位控制；閃蒸罐壓力控制等等，如圖2所示，是學生在學習過程中模擬的工藝流程圖。在此過程中，學生需要獨立完成系統(tǒng)對象模型的建立、控制方案的設(shè)計以及程序的編寫、系統(tǒng)的調(diào)試等工作，如圖3所示，是學生在學習過程中模擬實際系統(tǒng)得到的控制過程曲線。由此，可以提高學生用所學控制理論知識解決實際問題的能力，為今后進行系統(tǒng)的過程控制奠定基礎(chǔ)。

圖2 工藝流程圖

圖3 控制過程曲線

任務(wù)式、項目驅(qū)動式實踐教學打破過去學生被動學習的方式，極大地激發(fā)了學生的學習熱情和實踐興趣，讓學生明確基礎(chǔ)知識不再以考試為目的，而是以應(yīng)用為基礎(chǔ)，以學生自身綜合素質(zhì)為主，從而充分發(fā)揮學生主觀能動性，知識由被動接受轉(zhuǎn)為向外界獲取。

2.3 以學科競賽為參照，加強實訓基地建設(shè)

近年來，電力工程發(fā)展態(tài)勢良好，我院的電氣工程及其自動化專業(yè)和課程也應(yīng)運而生，自動控制原理作為理論核心課程，顯然在教學中尤為重要，當電力工程領(lǐng)域的從業(yè)者在摸索中發(fā)展時，我院的師生也在這條道路上學習進步。在學科競賽中，由傳統(tǒng)的單一學科模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N學科交叉模式，“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的智能創(chuàng)新研發(fā)賽項對學生的團隊合作提出了重要要求。在智能創(chuàng)新研發(fā)賽項中，最典型的學科交叉為機械設(shè)計制造及其自動化與電氣工程及其自動化專業(yè)的交叉。在第二課堂中要求不同學科同學進行組隊，互相接觸和學習，到最終學會團隊間合作。

自動控制原理課題組憑借巢湖學院機械與電子工程學院內(nèi)的學科優(yōu)勢，在學生組隊過程中，對不同專業(yè)學生的配置有著要求。在對不同的創(chuàng)新設(shè)計中，機械設(shè)計部分與電氣設(shè)計部分的學生需要經(jīng)常對接技術(shù)接口，互相溝通，共同努力來完成該類賽項的設(shè)計作用。學生目前已對專業(yè)交叉習以為常，在對接過程中增進知識點的結(jié)構(gòu)學習，在不斷磨合中提升團隊合作能力。現(xiàn)階段我院學生的團隊合作能力以及交叉專業(yè)的互補優(yōu)勢已經(jīng)突顯出來。

2.4 以學科競賽為載體，強化教學改革，提升教師業(yè)務(wù)水平

立足我校應(yīng)用型辦學的要求，強化課程實踐性建設(shè)，大幅度增加實踐課時在總學時中的比例。在理論教學過程中，自動控制原理課題組不斷積累經(jīng)驗，探索總結(jié)教學方法，大膽嘗試創(chuàng)新，教學中以學生為中心，構(gòu)建自學、自思、自練、合作交流的最佳課堂教學，教給學生獨立完成學習任務(wù)的一條途徑[4]；在實踐創(chuàng)新過程中，進行立體化課程資源建設(shè)，從教材、課件、教案、輔導資料、實踐型項目和案例等方面進行多方位資源建設(shè)。在促進學生實踐培養(yǎng)過程中，課題組教師重視對學生進行系統(tǒng)化教育，理論與實踐結(jié)合。

課題組內(nèi)教師，專心于學生培養(yǎng)，努力探索教學授課，并不斷通過科研促進教學，在自己專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對學生進行系統(tǒng)化指導。在學科競賽中，會配備專任教師對該類競賽進行單獨指導。通過自身教學水平提高，提升教學效果，經(jīng)過不懈努力，課題組教師獲得安徽省教學成果獎二等獎、“安徽省第二屆普通本科院校青年教師教學競賽”二等獎和巢湖學院青年教師基本功競賽獎項多個。為加大教學改革力度，課題組教師積極申報質(zhì)量工程項目，開展本課程教學改革與實踐，從自身實踐角度，擴充學生實踐能力。教學與科研是彼此促進、相互增長的[5]，在取得諸多教學成果的同時，課題組教師還成功申報安徽省教育廳自然科學研究重點項目，并完成結(jié)項。

3 課程改革成果與應(yīng)用效果

3.1 學科競賽水平提高，智能制造創(chuàng)新能力顯著提升

通過以自動控制原理為核心的第二實踐教學課堂的開設(shè)，引導學生的工業(yè)自動化設(shè)計能力向高端遷移，促進了學生的實踐能力，夯實了學生底層設(shè)計能力，同時促進了學生競賽水平提升。同時以項目培養(yǎng)學生科技意識、創(chuàng)新意識，旨在發(fā)現(xiàn)和尋找具有創(chuàng)新潛質(zhì)的優(yōu)秀大學生，為他們提供一個展示自我、交流實踐技能的平臺，對培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新思維、增強實踐能力、提升就業(yè)質(zhì)量、促進學生成長成才發(fā)揮了重要作用。在項目實施的過程中，學生通過實踐運用、查閱文獻、對課本的進一步閱讀及教師實際講解，對于項目中的系統(tǒng)設(shè)計與分析、參數(shù)選擇與調(diào)整、系統(tǒng)各功能結(jié)構(gòu)有了深入的認識。項目完成后，學生還要在指導老師的幫助下完成實物的制作、研究報告的撰寫和專利的申報工作，也為日后畢業(yè)論文的寫作打下了良好的基礎(chǔ)。

在課外第二實踐課堂的孕育下，學生取得了豐厚的競賽成果，自動控制原理課程組教師指導學生在2017年“西門子杯”全國大學生中國智能制造挑戰(zhàn)賽獲得全國一等獎1項，全國三等獎1項，省級特等獎1項，省級一等獎2項，省級二等獎3項，并指導學生參與獲得專利多項。

3.2 以學科競賽為方向，課程組教師專業(yè)水平提升

以學科競賽指導教師教學，也是教學的基礎(chǔ)與保證。作為教師在認真完成日常教學工作的同時，還要積極學習專業(yè)基礎(chǔ)知識，時刻關(guān)注學科發(fā)展的前沿動態(tài)，努力保持、提升自己科研能力和業(yè)務(wù)水平。這樣才能不遺余力，專心于學生培養(yǎng)，努力探索教學授課，并不斷通過科研促進教學，在自己專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，對學生進行系統(tǒng)化指導。

課題組教師不斷提升自身教學水平，在良好教學風格和教學手段上改革，推動本專業(yè)內(nèi)水平提升，同時多次獲得學校嘉獎。教師在提升自身水平的同時，獲得安徽省教育廳頒發(fā)的“青年教師教學競賽二等獎”榮譽；獲得安徽省教學成果獎二等獎；同時還獲得巢湖學院第二屆“優(yōu)秀教學獎”三等獎；課題組教師在巢湖學院各類教學競賽中多次獲獎。

3.3 以學科競賽促進學生成果轉(zhuǎn)化，促進學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)

應(yīng)用型人才教育應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)知識與實踐能力相結(jié)合，應(yīng)在教授學生理論知識的同時，注重實際能力和技能的提高，立足我校應(yīng)用型辦學的要求，強化課程實踐性建設(shè)，在教學中鼓勵學生進開放實驗室，促進教育教學改革，指導學生積極申報項目、專利，推進教學和人才培訓模式改革。通過對學生知識產(chǎn)權(quán)保護和創(chuàng)業(yè)指導，對競賽中創(chuàng)新知識進行積累，促進學生由創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)的蛻變。

在自動控制原理課題組教師指導下，學生積極對自己創(chuàng)新作品進行知識產(chǎn)權(quán)保護，分別申請國家專利兩項。在創(chuàng)新積累下，支持學生創(chuàng)業(yè)，已經(jīng)支持競賽學生于2016年5月以法人身份注冊了合肥市翼比特航空科技有限公司。通過研發(fā)、銷售以及提供技術(shù)服務(wù)，短短3個月營業(yè)額已達到7萬元，完成了創(chuàng)新到創(chuàng)業(yè)的過程，真正做到以競賽促進學生技術(shù)創(chuàng)業(yè)。

4 結(jié)束語

在經(jīng)由課題組對地方應(yīng)用型高校大學生智能制造創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索中，借由“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽平臺，以賽促教，開設(shè)以自動控制原理為核心的第二實踐教學課堂，同時輔以項目化方式推動和管理培養(yǎng)學生，提升學生不斷創(chuàng)新設(shè)計各類系統(tǒng)的能力，提高學生的創(chuàng)造水平。在不斷提升教師隊伍自身教學水平、提高教學質(zhì)量等途徑的作用下，實現(xiàn)了競賽水平提高、創(chuàng)新水平提升、專業(yè)內(nèi)水平提升和促進學生成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識增強，推動了應(yīng)用型高校逐漸向高水平發(fā)展。