裘君 刘毅华 崔家林 马龙华

[摘           要]  目前我国高等教育改革中普通高等院校向应用技术型本科转型是一项重要工作，但当前的本科教学还是参照学术型、研究型本科培养模式和教学内容，不能满足培养应用型工程技术人才和管理人才的需求。课题组通过应用技术型自动化专业理论类课程群的改革和建设，从课程、教材、平台、实训等方面来构建该类专业学生必须具备的基本理论知识领域和知识点，从而提高学习自觉性和兴趣，使学生掌握相关基本理论知识和解决实际问题的能力，是十分必要也是十分有意义的事情。

[关    键   词]  应用技术型;课程群;控制类课程

[中图分类号]  G642                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2021）40-0090-02

一、引言

当前，转型发展是我国高等教育改革的重要方向，普通高等院校向应用技术型本科转型是其主要内容[1]。应用技术型本科主要是培养应用型工程技术人才和管理人才，因此需要以培养学生技术应用能力为主线来设计培养方案，以“应用”或“职业”教育为主旨构建教学内容体系。但是，当前的本科教学，基本上都参照学术型、研究型本科培养模式和教学内容，形成了企事业单位亟须应用技术型人才，而大学本科培养出来的“技术人才”又不受企事业单位欢迎的局面[2，3]。

自动化专业是一个具有较强理论基础的工科专业，理论类课程（包括“信号分析与处理”“自动控制原理”“现代控制理论”“智能控制技术”“系统工程导论”等）在专业知识体系中占有重要地位，但是当前应用技术型本科的该类课程从内容到教学方法基本上都是学术型本科的压缩型或简易版，使学生感觉理论类课程难学，以致学习无兴趣、不想学或应付一下考试。所以应用技术型自动化专业亟待解决理论类课程的教学内容、教学方法等，使学生真正掌握自动化专业基本理论知识以及应用理论知识解决实际问题的能力，为后续课程的学习及毕业后从事自动化领域的技术开发、技术创新奠定基础[4-6]。

课题组通过参与教育部自动化教指委的“应用技术型本科自动化专业理论类课程群建设”研究课题，将原先重理论分析、重数学推导、轻课程间衔接的自动化理论类课程群进行改革，通过构建课程群知识结构，引入案例化教学方法，搭建多课程融合的实践实验平台等方式，对自动化专业的理论类课程进行了改革，通过以下几个方面试图将自动化专业理论类课程群进行改进和改善。

二、开展相关的研究工作

（一）对自动化专业理论课程知识点进行梳理和整合

信号分析与处理、自动控制原理、现代控制理论三门课程是自动化专业偏理论的专业基础课和专业课，大多采用分别开课方式，教师在教学过程中比较强调各門课程的理论性、系统性，较少考虑几门课程间的知识衔接、关联性，而且各门课程内容陈旧，内容过多，偏重理论，有较多的数学推导，较少结合实际等。绝大部分学生感觉这些课程的学习过程中经常出现知识点难以理解、学了不知道怎么用，还存在有些内容在多门课程中重复教学等问题，降低了学生的学习兴趣。

我们首先通过统一梳理这几门课程的内容，解决了应用技术型自动化本科学生应掌握的知识要点，通过讨论各课程大纲，厘清各课程的关系，以精简理论内容、加强与实践结合为指导思想，通盘考虑信号、系统以及控制之间的紧密相关性。信号分析与处理、自动控制原理、现代控制理论三门课程具有共同的数学基础——傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换;信号和系统是一个事物的两个方面，它们息息相关、密不可分，从某种意义上，系统是为了达到特定目的对信号进行处理、变换的器件、装置、设备及其组合，而信号是系统要处理、加工和变换的对象，控制则探讨自动化领域中的特定系统——自动控制系统的特性。因此，这三门课程具有共同的基础、相互紧密的关系以及共同的研究方法。

在上述认识的基础上，将三门课的主要内容进行了梳理并按照“知识领域—知识单元—知识点”的结构对三门课程的内容重新整合，努力克服了课程知识体系中内容陈旧、内容过多、多深重叠等缺陷，构建出新的知识结构体系。

（二）教材建设

教材是课程知识结构的载体，组织出版适用的教材是落实教育改革的重要环节。课程团队在对上述课程知识点进行梳理的基础上，根据其知识结构的特点，将上述三门课程的内容通过整合编写成一本信号、系统与控制新教材，它既能体现三门课程知识内容的有机联系和紧密相关性，又完全契合教指委“自动化专业课程体系改革与建设”的大幅度减少专业基础课课时的指导思想。

（三）课程实验平台建设

现阶段自动化专业理论课程实践环节由于受到实验场所、实验设备、实验经费等的限制，通常以验证性的实验为主，采用MATLAB仿真或简单的RCL电路通过慢扫描示波器观察系统的响应曲线。由于没有具体的实际对象，不利于学生对理论类课程的学习兴趣和创新能力的培养。

课程团队从信号处理课程、控制理论类课程内容出发，进行了课程实验平台的探讨。课程实验平台包括计算机仿真、实物验证和半物理仿真三个部分。在计算机仿真方面利用MATLAB工具箱进行理论和算法验证;在实物验证方面利用传统实验系统进行系统验证，同时引入高级的双螺旋飞行实验平台进行实验设计;在半物理仿真方面，项目组基于Matlab Coder、Simulink Coder和Embedded Coder[7，8]，利用Embedded Coder和Matlab Coder设计相关模块，然后结合MATLAB和Simulink进行控制方案搭建，随后借助Simulink Coder自动将搭建的控制程序生成C代码并下载到FRDM-KL25Z开发套件上执行，可以实现例如电机转速闭环PID控制、伺服电机随动系统、温度闭环PID控制实验等。

（四）学科竞赛实训实践建设

以学生学科竞赛驱动的课外实践环节对提高学生的专业知识综合运用能力、学生的实际动手能力、应用理论知识分析问题和解决问题的能力具有独特的促进作用。课程团队将自动化专业理论课程群的建设与学生的学科竞赛有机结合，通过组织学生参加浙江省大学生机器人大赛、全国大学生智能汽车竞赛等学科竞赛来促进课程群的实践教学改革，以竞赛培养学生的创新能力，以竞赛来提高教师的实践教学意识。

三、主要观点

通过对应用技术型自动化专业理论类课程群的改革，取得如下主要观点。

（一）需要加强课程融合和整合

对于应用技术型自动化本科专业，应该制订有别于研究型本科、以培养学生技术应用能力为主线的教学方案，特别是理论类课程要突出重点知识，克服内容陈旧、内容过多、多课重复等缺陷，构建新的知识结构体系。

（二）需要进行配套教材建设

新的知识结构要建立在新的教材基础上。我们在对上述课程知识点进行梳理的基础上，将信号分析与处理、自动控制原理、现代控制理论三门课程内容整合成一本新教材信号、系统与控制。教材力求突出基本概念、原理、方法，淡化数学推导;通过引入案例化、Matlab及Simulink工具等教学方式和教学工具，提高学生学习理论类课程的自觉性和兴趣，使学生真正掌握自动化专业基本理论知识以及应用理论知识解决实际问题的能力，同时大幅度减少专业基础课教学课时。

（三）需要加强实验建设和实践教学

实验建设和实践教学是提高学生理解理论知识、应用理论知识、解决实际问题能力的重要环节。我们从新教材的内容出发，设计了基于MATLAB的FRDM-KL25Z嵌入式“信号、系统与控制”课程实验平台[9，10]，该平台充分利用MATLAB仿真软件强大的科学计算功能和FRDM-KL25Z嵌入式平台的多功能扩展能力，实现对控制理论原理的快速验证，并且具有实验环境搭建成本低、易操作、可灵活升级等特点，学生上手速度快，能够了解控制理论原理和实际应用的关联性。项目组还积极组织学生参加相关的学科竞赛，通过学科竞赛促进理论类课程群的实践教学活动，培养学生的实践能力和创新能力。

四、结论

通过应用技术型自动化专业理论类课程群的建设，包括改进教学方法和建设与实践应用紧密结合的实验平台，较好地构建该类专业学生必须具备的基本理论知识领域和知识点，提高了学生学习理论类课程的自觉性和兴趣，使学生真正掌握自动化专业基本理论知识以及应用理论知识解决实际问题的能力，为后续课程的学习及毕业后从事自动化领域的技术开发、技术创新奠定基础。

参考文献：

[1]刘光平，邹丽新，王岩岩.应用型本科高校精品课程建设与实现：以“单片机及接口技术”课程为例[J].教育教学论坛，2021（23）：141-144.

[2]赵洋，姜璇，康丽.面向自动化专业核心课程群的专业英语教学改革与实践[J].高教学刊，2021，7（12）：133-136，140.

[3]潘天红，张德祥，陈山.基于案例导学的PID控制技术课程教学[J].实验科学与技术，2021，19（2）：63-67.

[4]齐黎丽.应用型本科高校信息技术与教育教学深度融合探析[J].延边教育学院学报，2021，35（2）：23-25.

[5]郭艳，唐炜，穆炯，等.应用型本科院校实践教学体系的构建[J].中国职业技术教育，2021（11）：56-60.

[6]常文慧，韩海花，李丽芬.基于学科竞赛的自动化设计类课程群建设[J].时代汽车，2021（1）：20-21.

[7]周红标，柏小颖.自动化专业“MATLAB+”课程群建设及创新人才培养[J].大学教育，2020（11）：43-46.

[8]丑永新，鐘黎萍，刘继承，等.面向应用型人才培养的信号类课程改革[J].电气电子教学学报，2020，42（4）：60-63.

[9]徐捷，丁学明.基于Matlab与STM32的电机控制代码自动生成[J].电子科技，2017，30（4）：148-151.

[10]裘君，陈婉君，杨蕴菡.基于Matlab产品族的温湿度采集系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2016， 16（9）：73-77.

编辑 鲁翠红