以学科渗透思想建设自动化专业的创新实验体系

2022-09-11

现代社会要求培养的人才不仅应具有坚实宽广的基础理论知识, 而且更注重人才对知识的综合能力和创新能力。这些能力的培养不仅要渗透到课堂教学中, 更重要的是在实验环境和模拟实验环境中培养。近年来, 我国高等学校扩大招生, 在校生规模迅速增长, 各高等院校得到了飞速发展的同时, 也面临着教学资源紧张和教学方法的变革。在实验教学中, 这一点显得犹为突出:一方面, 实验项目建设经费的增加难以满足学生人数增加的需求;另一方面, 生产和社会发展对人才需求的变化, 迫切要求学生综合素质、特别是解决实际问题的综合能力和创新能力的提高, 只注重理论验证性的传统实验教学体系和教学方法, 已越来越难以满足现代人才培养的需求。

1 建设背景

南京大学是一所文、理见长的科研型高校, 而南京大学工程管理学院又是一个以工程管理方面科研为主的学院, 以前一直只招收工程管理方向的硕士和博士研究生, 2003、2004年相继成立了管理科学与工程系和控制与系统工程系, 开设了“工业工程”和“自动化”两个本科专业。

在自动化专业开设之始, 学校就确定了“以学生为本, 知识传授、能力培养、素质提高、全面协调发展”的教育理念, 要求本专业在理论教学中对知识进行梳理与提炼、融合与贯通, 在实验教学中, 通过实验教学体系的改革, 将创新精神和创新能力培养作为实验教学的主要任务, 打破专业实验教学和实验室建设壁垒, 将控制和管理两学科的知识体系在实验教学中有机融合, 坚持按照“管理—控制一体化”培养方向, 以学科渗透的思想, 促进实验教学资源的整合、优化和共享, 合理建设软硬件实验设备和实验教学队伍, 着力培养学生的实践能力和创新能力。

2 建设思路

“管理科学与工程”与“控制科学与工程”是两个不同的一级学科门类, 横跨工程、管理两个大学科, 前者是培养企业家的专业, 后者是培养工程师的专业, 都形成了一套独立的人才培养体系和培养方法, 但随着经济发展和现代工业的发展, 对既是管理者、又是工程师的复合型、创新型人才需求极为强烈, 这使得在人才培养中二者的结合日趋紧密, 而目前国内高校对这方面人才培养的现状无法与社会和经济发展相协调。

两学科知识有机融合的人才培养模式的关键, 不仅在于理论教学知识体系的相互交叉, 重点在于实验教学体系的相互结合和渗透, 这就需要在建设完备的自动控制理论基础实验和综合实验体系、强化学生工程实际能力培养的基础上, 进一步建设具有“管理—控制一体化”特色的大综合、创新型实验部分, 并同步推进教学方法、教学手段、管理机制和运行机制等方面的改革和创新。

根据这样的建设思路, 我们确定了“基础—提高—创新”的三阶段实验教学体系, 并将其细分为阶梯状的五个不同层次, 具体如图1所示。

这五个不同层次的实验教学所发挥的作用是不同的:

第一层次是入门阶段, 是通识课程的基础实验, 如物理、电路分析等, 通过这一阶段的学习, 可激起学生的学习兴趣并认识到实验的重要性;这一层次我们依托南京大学物理系和电子系的教学实验资源和强大的科研实力, 与他们共同建设。

第二层次是专业基础性实验, 一般作为验证专业基础理论的实验阶段, 如模拟、数字电子技术、自动控制原理等;“管理——控制一体化”的特色主要从这一层次开始逐步体现。在第二层次, 我们将管理和控制的理论和实验教育体系相融合, 在自动化专业加入以物流和生产管理为目标的“管理科学与工程基础课程群”的主干课程与实验。

这两层是实验教学的基础教育阶段, 主要培养学生的实验基本技术和基本技能。

第三层次亦即提高教育阶段的第一个层级, 是在前一阶段基础上进行的小项目综合实验, 这是学生从基础到综合的一个过渡阶段;将根据专业方向的特点, 有侧重地分别进行“控制理论与工程综合课程群”、“管理科学与工程综合课程群”和“通讯技术课程群”的理论和实验教学, 并要求学生完成本专业方向和通讯技术的单课程综合实验。

第四层次是系统性的实验, 是若干小项目组合的综合实验, 与第三层次一起构成了实验教学的提高教育阶段, 主要是通过第一阶段训练后, 要求学生完成本专业方向和通讯技术的专业综合实验;进一步培养学生的综合和设计能力。

第五层次的大系统综合实验, 体现了不同专业知识的交叉与渗透, 为实验教学的创新教育阶段, 主要培养学生融合多专业知识、自主思考并进行创新性研究的能力, 我们将根据“管理控制一体化课程群”的实验体系, 对两专业方向的学生提出共同要求。

3 建设内容

一方面, 按照所确定的“基础—提高—创新”三阶段五层次进行实验室硬件建设和环境建设, 做到仪器设备配置先进、数量和分配合理, 组合优化, 使用效率高, 能满足从基础到提高, 最终到创新的各类型实验教学要求;另一方面, 在进行实验硬件条件建设的同时, 进行实验教学的改革和创新, 全面提升实验教学质量。

(1) 确定和坚持“以学生为本, 知识传授、能力培养、素质提高、全面协调发展”的教育理念, 通过“基础—提高—创新”三阶段五层次的实验教学体系, 消除专业实验教学和实验室建设隔阂, 下工夫进行实验教学改革, 以适应“管理-控制一体化”方向的创新型人才培养, 并使得培养的学生具有以下几方面素质或特质。

(1) 对“管理—控制一体化”的整体理解与基本掌握;

(2) 对“管理—控制一体化”实验技术的理解与掌握;

(3) 对两个学科的前沿和“管理—控制一体化”的最新研究成果的了解;

(4) 进行“管理—控制一体化”研究必备的科学态度;

(5) 对“管理—控制一体化”问题的自主与创新性思维;

(6) 进行科学研究的团队和协作精神。

(2) 建设完善中心实验教学体系, 同时致力于实验教学内容、方法和手段的实验教学体系改革。

(1) 严格按照“基础—综合—创新”实验教学流程的三个层次, 分阶段完善实验室体系的建设 (图2) 。

(2) 继续进行实验教学内容的改革, 加强实验教学与科研的结合。

在基础实验教学阶段, 结合现代实验设备的特点, 对传统实验内容进行修改与提升;在实验教学的提高阶段, 加强对学生的启发式教育, 加大综合性、设计性实验项目, 不断更新实验内容;在创新型实验教学阶段, 发挥学生的主观能动性, 根据学生的个体化优势和特点, 结合实际应用性和教师的科研方向, 将管理和控制两个学科的知识及要求融合到实验教学中。

同时, 依托我院的一个一级学科博士点 (管理科学与工程) 、多个硕士点 (控制科学与工程等) 、两个省级工程中心 (物流工程技术中心和光通讯技术工程中心) 的强大科研实力 (先后承担近20多项国家“863”项目、国际自然科学基金项目, 以及数十项省部级、企事业单位横向科研项目) , 在科研成果转化为实验内容、开放实验引导大学生进行业余科研和利用实习基地提高学生的综合能力几方面下工夫。

(3) 采用先进的实验教学手段, 同时推进实验教学方法的改革。

广泛采用现代化教育技术, 将多媒体技术和网络技术等先进技术融入实验教学中;并结合“管理—控制一体化”学科技术的特点, 在加大实习基地建设的同时, 充分利用实习基地的条件;坚持以启发式为主, 强化理论验证实验对学生基本技术与基本技能的培养, 淡化理论的验证, 发挥学生自身的主观能动性和创造性;为学生开展自选式、设计性、研究性实验提供条件的同时, 为深化启发式学习。

(4) 完善教学质量保证体系:从聘任教师开始保证质量;建立备课制度;确保服务规章化;完善学生评议制度;建立督导体系。

(3) 结合工程管理学院的学科优势和特点, 依据南京大学深厚的文化底蕴和科研基础, 采用项目管理方法加强统筹管理, 与我校相关学科和兄弟院校紧密联系, 形成服务多课程、多学科、多学校的实验教学运行机制:

(1) 实现实验室全方位开放;

(2) 设立“大学生实验创新研究基金”;

(3) 引导学生进入科研;

(4) 校企联合、拓展视野。

4 结语

现代社会要求培养的人才不仅应具有坚实宽广的基础理论知识, 而且更注重人才的对知识的综合能力和创新能力。这些能力的培养不仅要渗透到课堂教学中, 更重要的是在实验环境和模拟实验环境中培养, 因此, 创立先进的实验教学理念, 改革实验教学的思路和方法, 整合实验教学资源和改进实验教学的管理模式, 已成为高等学校教学改革和实验教学改革的迫切任务!为此, 我院用学科渗透的思想将管理和控制两大学科知识相融合, 建设自动化本科专业的创新实验体系, 是在新形势下立足南京大学和我院的具体实际, 结合社会对“管理—控制一体化”人才需求而做出的重要改革举措, 不仅强化了自动化专业的传统实验教学, 而且使自动化专业的人才培养向综合型、应用型和创新型发展。

摘要：为适应新形势下对高等学校人才培养的要求, 培养学生的综合素质和创新能力, 高校实验教学体系的改革和建设显得异常重要, 本文详细介绍了南京大学自动化专业以学科渗透思想、以“管理—控制一体化”为培养方向, 改革和建设本专业创新实验教学体系的经验。

关键词：学科渗透,管理—控制一体化,创新,实验体系