高校自动化专业信息类课程设置及实践教学改革探索
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0144-02
Abstract：In the light of new technological environment，the mobile Internet， the Internet of Things，Cloud Computing，Big Data and other emerging Internet application technology are presented to put forward the new challenges and create new ideas on the teaching of college automation specialty.This paper discusses the comprehensive goal of information courses’teaching for automation specialty under the new situation，focusing on the future and creating the comprehensive knowledge architecture with novel content.Furthermore， the？information courses and the practical teaching method is analyzed and studied，striving to build the course that can cover the whole procedure of closed-loop information processing and establishing a practice platform with complete system，stimulating innovation，and focusing on comprehensive.All of this will be useful to form a culture mechanism for feasible automation professional compound talent.
Key words：Automation； Information Course； Curriculum construction； Practice teaching
自动化专业属高等院校传统教学专业，据不完全统计目前我国开设有自动化专业的高校数量已达264所[1]，囊括了不同层次、不同领域、不同行业的高校。各高校在专业建设过程中结合各自行业、地域优势，形成了各自高校的教学特色，如中南民族大学计算机科学学院，即把自动化专业与计算机相关专业相结合，重点加强计算机自动化控制领域的教学与学科建设，突出“强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”的办学特点。经过多年建设与发展，为国家经济建设培养了大批专业建设人才。
然而，进入21世纪，随着互联网、物联网、传感器网络、移动互联网技术的不断普及与推广，其在不断改造传统行业的同时，也对高校自动化专业教学提出了新的挑战，自动化专业也适时开设了如管理信息系统、计算机网络等信息类教学课程，然而其并不能完全满足新形势下对于自动化专业复合型人才培养的需求。该文针对上述问题，结合教学实践，对高校自动化专业在新形势下所面临的挑战与机遇、相关信息类课程的设置及实践教学环节进行了探讨。
1 高校自动化专业所面临的挑战与机遇
自动化作为工业领域基础学科，其学科领域特性决定了其在实践中更多关注的是一个特定封闭系统的稳定、可靠和优化控制。基于此，高校自动化专业相应开设了自动控制原理、电气控制技术、运动控制系统、过程控制系统、计算机控制系统等相关课程，这些课程为学生掌握自动化专业领域基本技能奠定了良好基础。然而物联网、传感器网络、移动互联网的普及，云计算、大数据技术的应用给自动化领域提出了新的挑战，同样也给高校自动化专业的教学提出了新的要求和机遇。
1.1 数据信息联网的要求
在工业实践中，自动化专业所研究对象多为封闭系统，系统的控制规律、性能优化等工作多在实验室内完成，其数据的获取与展现多在控制设备本地完成。即使在大规模生产领域构建了工业控制总线等通信手段，其对于控制设备数据的管理也仍局限在生产基地局部区域。然而，物联网、传感器网络的普及应用，迫切需要将自动化设备的控制参数、工作状态等数据信息进行集中管理，这就需要构建大型的传输网络、数据仓库、信息系统进行上述数据信息的网络传输、集中存储以及分析展现。
1.2 控制理论受到新技术的挑战
控制论作为信息社会最为基础的理论体系，也是推动自动化专业发展的源动力。在工业实践中，对于控制设备性能、控制规律的制定即在基础控制理论的基础上，针对特定控制对象进行特定化研究完成的。然而，云计算、大数据分析的时代，对大量相同工业设备运行状态参数的获取、云端集中海量存储，并借助大数据分析技术，往往能够获得对单一设备进行控制优化研究所不能获知的更多的设备运行规律，并借此制定出更适合特定设备的控制规律。这就给传统的控制理论提出了新的挑战，同时也给控制理论的发展引导了方向。 1.3 复合型人才培养的需求
自动化传统教学中以自动化相关理论为基础，重点讲解自动控制原理、电气控制、过程控制等相关理论、行业应用知识，学生个人应用能力的培养也多集中于单片机、嵌入式系统、数字信号处理等相关硬件系统。然而，面对物联网、大数据、云计算等新技术应用趋势，上述课程结构所培养的人才能力过于局限，无法满足实际工作中对于复合型人才的迫切需求，同时也在一定程度上使得培养的学生在后期竞争中处于劣势。
1.4 高校自动化专业发展的良好机遇
挑战也就意味着机遇，计算机技术、信息技术的发展为自动化理论知识的深度发掘提供了源动力。从自动化专业角度讲，其具备天生与物联网、传感器网络、云计算、大数据进行联姻的基因。自动化设备作为信息生产、传输、完成控制动作的最前端，通过增设后端的信息系统，可以构建出具备海量数据获取、传输、存储以及分析应用的大型信息平台。实际工业领域的未来应用，反过来也促进了高校自动化专业信息类课程的开设。通过增设及调整部分计算机、信息技术相关课程，可以进一步完善高校自动化专业的课程体系结构，提供给学生更完备的理论、应用知识框架，同时也能够为进一步培养适应新形势、新技术发展趋势的复合型人才奠定坚实的基础。
2 信息类课程的教学目标
在新形势下，物联网、云计算、大数据的应用使得高校自动化专业信息类课程从过去辅助性、扩展性的从属地位，变成培养未来复合型人才所需知识体系架构中的重要一极。其课程体系的教学目标则是，以自动化专业控制理论基础为核心，以电气控制、过程控制等应用学科为基础，通过搭建合理的信息类课程形成层次化、阶段化、完备化的自动化专业外延，从而培养能够适应自动化未来发展趋势、能够服务国家经济建设的复合型自动化人才。概括起来，可以形成三句话：
一是“内容丰富、环环相扣”：通过设定合理的信息类课程体系结构，建立各课程之间的衔接、支撑关系，培养学生系统全面的知识体系、科学的思维方式，并且能够将各门课程进行有机结合，形成“强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”的知识能力。二是“内容新颖、重在实践”：通过建立切合实际应用的课程内容，紧密跟踪最新的信息技术，寓实践应用于课程理论教学过程中，提高课程教学过程中学生领会掌握教学知识的程度，培养学生较强的实践能力和有特色的、紧跟实践应用发展的技术能力。三是“着眼未来、扩展性强”：通过设立具有前瞻性的信息类课程教学内容，着眼未来技术发展趋势，针对有广阔应用前景的技术进行导论性讲授，重点关注通用性、共通性的课程内容，培养学生对新兴技术的敏感度，激发学生的求知欲，从而培养学生的可持续发展潜力。
3 信息类课程设置
针对物联网、云计算、大数据等新技术应用对高校自动化专业教学课程设置所提出的要求，并结合上述新形势下自动化专业信息类课程教学目标，高校自动化专业信息类课程的设置应能够体现信息化的特点，并且涵盖自动化专业研究对象的信息获取、信息传输、信息存储及处理和信息利用等四个阶段。
信息获取阶段应重点开设检测技术、传感器技术等相关课程。信息传输阶段则应重点开设计算机通信技术、计算机网络、现场总线、无线通信网络等相关课程。信息存储及处理则应重点开设数据库原理及应用、管理信息系统、模式识别、人工智能、面向对象程序设计等相关课程。而在信息利用阶段则应重点开设单片机原理及应用、嵌入式系统、虚拟仪器、机器学习、系统工程等相关课程。
上述四个阶段的课程内容相辅相成、环环相扣，充分体现了自动化专业研究对象数据信息的大范围、全过程闭环流转过程，数据信息已经不仅仅停留在研究对象的内部，而是完成了大数据的存储、云端计算，并且能够借助大数据分析满足新的应用模式对于数据价值的深度挖掘要求。从教学角度讲，上述四个阶段也充分体现了信息类课程的教学目标，构建一个“内容环环相扣、新颖并重在实践、着眼未来并易于扩展”的自动化专业信息类课程知识体系结构。
4 实践教学环节
良好的自动化专业信息类课程体系构建仅仅是完成了理论教学内容的搭建，实践教学作为理论教学的补充又是必不可少的，这尤其体现在信息类课程上，其主要由信息学科强实践性决定[2]。特别地，其在培养学生实践创新能力方面甚至超过理论教学。因此，对信息类课程的实践教学环节应重点关注以下三方面：
第一，搭建完备的综合性实验环境、实践场所。除了建立传统的自动化专业实验室，如过程控制、电气控制实验室之外，还需要考虑如何构建各实验室之间、实验设备之间的信息沟通渠道，如计算机操作实验室与专业实验室实验设备的互通，从而建立有效的数据信息的传输、存储及利用通道，做到实践过程的完备化。进一步激发实践教学过程中学生的团队合作能力、探索能力。第二，建立专门的教师科研与学生实践创新对接平台。摆脱过去照本宣科、验证性实验的教学方式，建立教师科研与学生实践创新对接机制，将科研中的强实践性问题抽象化后对接成为学生的实践创新主题，充分发挥学生实践的主观能动性，并激发解决未知问题的求知欲。第三，弱化“小”实验，重塑“大”实验。摒弃一门课程配套一组实验的传统实践设置模式，重点打造自动化专业信息类课程“大”实验。从信息类课程诠释的数据信息四个阶段出发，建立囊括四个阶段全过程的大实践体系，明确体系中的各环节内容，并将其对应映射到不同学期的不同课程中，使得学生随着学习过程的不断推进，逐步完成大实践过程的不同细节，最终完成“积木式”的信息类课程大实践。
5 结语
信息新技术的不断推广应用在颠覆式的改造传统行业，高校作为传统行业的一员，也必然会受到新技术应用的冲击，这不仅体现在教学形式上，也必然体现在教学体系的建设上。自动化专业作为距离信息技术最近的一个专业，信息类课程的建设及实践教学环节同样也受到新技术应用的引领。搭建完备的信息类课程体系结构，并且建立良好的实践教学环节不仅是各高校自动化专业迫切需要开展的工作，同时也能够为进一步激发学生的创新意识、实践热情，培养经济建设需要的复合型人才奠定重要的基石。
