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自动化专业课程体系
2019-06-30 14:55:09

1.自动化专业课程体系的总体设计思路

1.1专业课程体系的设计依据

(1)指导思想

本专业课程体系设计总体思路遵循教育部高等学校自动化专业教学指导委员会的指导,参照工程教育认证的通用标准和电子信息与电气工程类专业的补充标准,深入贯彻落实科学发展观和《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》精神,以国家总体战略和行业企业需求为导向,综合学校发展特色和自动化专业技术特点,根据专业培养目标和毕业要求,实施“重传承、求创新;广口径、精技术”的专业教育。

(2)基本原则

本专业课程体系设计中依据以下三个基本原则:

①“强基础,重能力”原则:建立以素质教育和科学教育共存的学生基础教育体系,强化学生在人文社会学科、数学和自然科学课程中的基础。侧重学生对知识的灵活运用和创新能力,培养具有创新意识和综合素质的创新型人才。

②基于成果导向的反向设计原则:根据行业企业外部需求、学校的综合定位及本专业发展特征确定培养目标,根据培养目标制定毕业要求,根据毕业要求确定知识结构、能力要求、培养模式及课程配置,形成课程体系。

③“以完整体系为本,鼓励个性化发展”原则:本专业的课程体系由人文科学类通识教育课程、数学与自然科学类课程、工程基础类课程、专业基础类课程、专业类课程和实践类课程六大部分组成。各部分分别对应学生的良好的人文素养、扎实的数理基础和良好的科技素养、运用数学和自然科学分析解决本专业实际问题的能力、分析复杂技术问题的能力、工程意识、沟通能力、协作精神和创新意识。以这些能力为基础,在课程体系中穿插个性化的选修课内容,引导学生发展特长、发挥潜力,更好地扩展就业领域。

1.2专业课程体系的制定和修订过程

根据培养目标和毕业要求,依据《陕西科技大学本科人才培养方案管理办法》以及《陕西科技大学全面提高本科教学质量的实施意见》等文件,结合自动化专业规范和学校的专业特色,由学校、学院及专业三级教学管理机构共同对培养方案(包含课程体系)进行设计和修订。培养方案(包含课程体系)修订分为整体性修订和微调性修订两种,一般整体性修订每4年一次,由学校统一安排,主要修订内容包括培养目标、课程体系、专业特色、学时学分等;微调性修订则以各专业为主体,一般每2年进行一次,或根据实际需要进行,主要针对个别课程设置进行细微调整。

培养方案(包含课程体系)制定/修订流程如图1.1所示。其中,课程体系制定/(整体性)修订的具体过程如下:

1.学校教务处根据国家有关方针政策和学校的培养目标、办学特色、教学发展规划,结合国家和地区经济、科技发展对人才的需求,提出制定/(整体性)修订本科专业人才培养方案的指导性意见,经校长办公会议审批后,以学校文件形式下发各学院;

2.学院成立以院长为组长、院本科教学指导委员会(《电气与信息工程学院教学指导委员会章程》)、督导组成员、院教学办公室秘书组成的学院本科专业培养方案制定/修订领导小组,组织专业教研室制定/修订本专业人才培养方案;

3.专业成立以专业负责人为组长、任课教师代表和实验教师组成的本科专业培养方案制定/修订工作小组。本专业培养方案修订在对自动化领域相关企业进行调研的基础上,以本专业毕业要求达成为目标,参考教指委专业规范、按照学校的办学定位及专业特色,以培养学生解决自动化领域复杂工程问题的能力为宗旨,设置相应课程,初步形成本专业培养方案(包含课程体系)制定/修订草案;

4.专业组织由一线教师及在校生代表参加的座谈会,对拟开设课程的内容、课程的先后修逻辑关系,以及课程对毕业要求的支撑情况进行合理性讨论,并以研讨会、问卷调查等形式听取其他高校、行业企业专家、用人单位和毕业校友等的意见和建议,根据各方反馈意见对课程设置体系进行调整、修改,制定符合社会发展需求和学生毕业要求的课程体系;

5.学院组织院教学工作指导委员会对专业拟定的培养方案进行审议、修改,由院长审定签字并加盖公章后与《培养方案制定审批表》一并送交教务处;

6.教务处对专业培养方案组织审查后,提交校教学指导委员会进行审议,学院根据审议意见再次修改定稿,经主管校长审批后发布执行。

课程体系的(微调性)修订过程为:专业就应届毕业生对毕业要求的达成情况进行分析,如需调整培养方案(包含课程体系),则由专业填写《培养方案变更审批表》,由主管教学院长审定签字并加盖公章后报教务处审核后可对培养方案(包含课程体系)进行(微调性)修订。

图1.1培养方案(包含课程体系)制定/修订流程图

1.3近年专业课程体系的修订情况

本专业现行的培养方案有2012版、2012修订版和2016版,三版培养方案中将课程分为通识教育类、学科基础类、专业基础类、专业类和实践环节五大模块,其与工程教育认证的课程类别对应情况说明如下:

(1)本专业培养方案中学科基础课中的高等数学、线性代数、大学物理B、物理实验B、复变函数与积分变换、概率论与数理统计C课程对应专业认证标准中的数学与自然科学类课程;

(2)本专业培养方案中除以上课程以外的学科基础课对应认证标准中的工程基础类课程;

(3)本专业培养方案中的通识教育类课程对应认证标准中的人文社会科学类通识课程;

(4)本专业培养方案中的专业基础类课程、专业类课程、实践教学与认证标准中名称一致。

根据上述对应方式,两版培养方案中课程模块的学分分布情况如表1.1所示。两版培养方案中,人文社会科学类学分保持稳定不变;12修订版起因于学校大类招生改革政策变化,专业基于复杂工程问题解决能力训练的需要,对课程结构、实践教学内容和形式进行了改革,2016版则在12修订版的基础上,按照学校培养方案修订指导意见,增加创新创业项目训练等环节,压缩了部分课程课时、学分,因此各类课程的学分占比略有变化。但是两版培养方案变化的总体趋势是不断强化和凝聚专业内涵,不断深化复杂工程问题解决能力教学改革。并且,两版培养方案中数学与自然科学类、工程基础类、专业基础类、专业类、实践环节以及人文社会科学类等几类课程设置及学分比例均满足工程认证通用标准、补充标准以及国家本科专业质量标准要求。

表1.1三版(2012版、2012修订版、2016版)培养方案中课程模块学分分布对比

课程

类别

数学与

自然科学类

工程

基础类

专业基础类

专业类

实践环节

人文社会

科学类

合计

必修

必修

必修

选修

必修

选修

必修

选修

必修

选修

2012

26.5

32.5

18

3

15

4

31.5

8

37.5

9

185

2012

修订版

28

27

17.5

3

14.5

4

38

8

37.5

8

185.5

2016版

27.5

30.5

16.5

5

7.5

5

37

7

36.5

8

180.5

2012修订版培养方案/课程体系的修订是根据学校《2014年(2012修订版)关于新一轮修订《本科人才培养方案》的指导性意见》及本专业对课程体系的两年一小修原则,目的是为了适应社会需求,培养优秀工程人才,对培养方案的修改主要包括:《概率论与数理统计C》《电路》《C语言程序》设计等课程的学分,增加《轻化工过程自动化与信息化》为专业必修课。

2016版培养方案/课程体系的修订以工程教育认证标准为导向,根据《2016年关于新一轮修订<本科专业人才培养方案>的指导性意见》,结合教学反馈和行业企业专家意见,与2012版培养方案对比,对课程设置进行了如下调整:

(1)将《电气控制及PLC》课程从专业必修课调整为专业选修课,名称更改为《电器控制及PLC》;

(2)增加《轻化工过程自动化与信息化》为专业必修课,课程旨在培养学生对自动化生产流程的认识,熟悉自动化技术在轻工领域的应用场景及现代工业控制过程中的先进技术。该课程注重理论服务实际,促进学生由课堂走向工业现场,增强理论知识的运动能力。

(3)增加《自动化综合实验》,本门课程强调学科知识的综合运用,融会贯通四年所学知识,重视复杂工程问题的分析能力、设计开发能力和初步的工程应用研究能力;

(4)在实践环节新增《创新创业训练》,培养学生的创新精神和实践能力,掌握基本的创新方法和创新工具,激发学生独立思考和创新的意识,培养学生的科学精神和创新思维习惯。

2.自动化专业学分分布情况说明

自动化专业现行的培养方案有2012版、2012修订版和2016版,三版培养方案课程模块的学分分布情况如表2.1所示。在整体学分下降的同时,以毕业要求达成为导向,进一步落实课程对学生能力培养及毕业要求的支撑关系。

表2.1三版(2012版、2012修订版、2016版)培养方案中课程模块学分分布对比

课程

类别

数学与

自然科学类

工程

基础类

专业基础类

专业类

实践环节

人文社会

科学类

合计

必修

必修

必修

选修

必修

选修

必修

选修

必修

选修

2012

26.5

32.5

18

3

15

4

31.5

8

37.5

9

185

2012

修订版

28

27

17.5

3

14.5

4

38

8

37.5

8

185.5

2016版

27.5

30.5

16.5

5

7.5

5

37

7

36.5

8

180.5

 

3.自动化专业课程开设拓扑排序图

图3.1自动化专业课程体系整体结构及先后修关系图

 

4.自动化专业课程体系对复杂工程问题的支撑情况

本专业以“以课程培养能力,以能力解决问题”的思路来完成课程设置和能力训练。下面以自动化专业复杂工程问题“循迹小车”来分析课程在复杂工程问题中的体现。如图4.1所示:

图4.1自动化专业复杂工程问题解决能力培养措施

《自动控制原理》、《运动控制系统A》、《电力电子技术》等课程实验的传统教学过程中,采取讲授和验证结合的方法,学生在学完课本内容后,进实验室做一些验证性实验。虽然教学组织高效,但学生仅仅学习了相关技术,属于原课程理论的实践验证和应用,无法形成复杂工程问题解决能力。本专业的复杂工程问题主要包含在课程设计、综合实验和毕业设计中,以下将以综合实验中的循迹小车作为本专业复杂工程问题,在问题构造过程中,学生分别回答以下若干问题:

研究对象:循迹小车

问题解决的目标状态:设计制作一辆小型电动车,可以购买底盘,也可以用玩具遥控车改造,使其可以延地面上黑胶布粘贴的黑线行驶。可以增加超声波避障,小风扇灭火等功能。

需要控制的对象:微型直流电机

需要提供的信息:红外传感器、超声波等

对应的结构良好问题为:单片机采集传感器信号,经过程序判断,控制小车的驱动电机,实现循迹功能。

对其进行结构不良处理,按照以下步骤进行:

传感器信息的非理想化处理:考虑到红外传感器容易受可见光影响,采用加强自身发光强度,降低安装高度以及遮挡等机械电气配合的方法解决问题。

处理方法和流程的约束性限制:小车循迹超出黑线,采用4个或6个红外传感器左右对称安装,小车转向有弱转向、中等转向、强转向以保证小车行驶在黑线上。

目标状态的延展性处理:必须考虑传感器长时间没有信号变化,则停车。

实验系统的搭建和制作:考虑可靠性、综合布线等因素下的电路设计、线路仿真、PCB制版、装配调试等。

需要考虑的非技术因素:传感器、控制板的机械安装、安装效果美观、成本、操作方便等。

问题解决需要的其他工程知识:传感器技术、计算机控制技术。

综合上述问题,则可从运动控制问题出发,封装复杂工程问题为:基于微型直流电机调速问题,设计开发制作一辆可以沿黑线行驶的小型电动车。学生在解决这一问题的过程中,需要综合运用传感器、单片机、计算机控制、电力电子变流技术、运动控制、电子线路、综合布线、机械安装等多方面专业知识,需要考虑如何设计传感器电路和安装方式使其能可靠将信号传送到单片机,需要考虑如何根据传感器信号控制小车转向使其沿黑线行驶。在调试过程中,需要使用多种现代工具(如测量仪器、仿真软件),同时在整个过程中培养学生的团队合作精神、沟通能力、项目管理等多项毕业要求。因此属于工程应用型专业典型的复杂工程问题。

5.自动化专业教学环节学分要求及学生选课的有关规定和措施

5.1学分要求

(1)课程学分要求

理论教学按上课学时每16学时核定1个学分;实验课程每20学时核定1个学分;体育课每30学时核定1个学分;集中进行的专业实践教学环节,包括实训与实习、课程设计等,按照教学周数进行计算,原则上每周1个学分。

(2)毕业学分要求

以现行的2016版培养方案为例说明本专业对学生毕业学分的要求。如表5.1所示,学生毕业时至少应修满180.5个学分,其中理论教学136.5学分(占总学分75.62%),实践教学44(占总学分24.38%),且各类课程均应满足其对应的学分要求。具体规定可参见《陕西科技大学学分制管理暂行规定》。

表5.1 2016版培养方案课程学分分配表

理论教学

课程类别

数学与

自然科学类

工程

基础类

专业基础类

专业类

人文社会

科学类

合计

比例

课程性质

必修

必修

必修

选修

必修

选修

必修

选修

学分

27.5

30.5

20

5

4

5

36.5

8

136.5

75.62%

学分比例

20.1%

22.3%

14.7%

3.7%

2.9%

3.7%

26.7%

5.9%

100%

实践教学

类别

课内实践

课外实践

合计

24.38%

必修

必修

选修

名称

综合教育

实验

课程

设计

实训与实习

社会实践

(Ⅰ)

课外学习

学分

3.5

4

6

22.5

1

8

44


总计

180.5

100%

5.2学生选课的有关规定和措施

培养计划中将课程分为必修课和选修课。其中必修课是学生必须修读的,选修课包含通识教育选修课、专业基础选修课和专业选修课。通识教育选修课为校级选修课,由科学与文化、文学与艺术、民主与法制、公民与社会四个课程模块组成,对应各课程模块学生应修不少于3学分、2学分、1学分和2学分,总计8学分以上。专业基础选修课和专业选修课由院系负责,两类选修课学生均应修至少5学分,且不能互相替代。为避免学生选课出现知识重复或不衔接的情况,在选课辅导时首先应由专业负责人对选修课的开设情况及其选课要求进行详细介绍,随后由各任课教师介绍每门课程的主要内容、先修课程、考核方式等情况。具体选课规定详见《陕西科技大学本科生选修课实施办法》。

第二课堂(课外实践)内容体系包括思想政治与道德修养提升模块、学术科技与创新创业模块、社会实践与志愿服务模块、文化艺术与身心发展模块、社团活动与社会工作模块。其中社会实践I为必修(1学分),其余模块均为选修,学生应通过参加各模块相关活动、竞赛及实践等方式至少获得7学分。具体规定详见《陕西科技大学本科生第二课堂学分管理办法》。

自动化专业实践环节设计意图

专业实践教学体系中各环节对应的主要内容及对毕业要求的支撑关系

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