关于自动化专业电子信息类课程教学改革的探索与思考

摘要：首先从自动化专业的专业定位与学科内涵、业务培养目标与培养要求出发，分析了该专业毕业生应有的知识、能力、素质结构，进而分析了该专业教学应有的课程体系和系列课程设置。然后着重结合本校的人才培养实践和教学经验，从学科发展和教育教学规律出发，紧密围绕创新能力培养，对自动化专业课程体系中电子信息类课程特别是其硬件类课程的教学改革问题进行了探讨，提出了思考和见解。

关键词：自动化专业；电子信，息类课程；硬件类课程；教学改革

一、自动化专业的专业定位与学科内涵

按照教育部目前的专业目录及定位，自动化专业是属于工学门类中电气信息类下面的一个专业，它囊括了过去的自动控制、飞行器制导与控制、自动化、工业电气自动化等多个专业。事实上，它与目前的电气工程及其自动化、电气工程与自动化等专业在学科内涵上也是大同小异的，甚至与其他许多名称中带“及其自动化”的专业在学科内涵上也有很大的相似性。

从学科内涵看，自动化专业涉及的主干学科是控制科学与工程、电气工程和计算机科学与技术。由此决定了自动化专业的教学应遵循以下三原则：(1)以控制理论为基础；(2)以电气工程或电机工程为背景；(3)以电子计算机(或电子信息)技术为核心。

二、自动化专业的业务培养目标与培养要

求

自动化专业的业务培养目标是使学生成为具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用、网络技术等较宽广领域的工程技术基础理论和一定的专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测技术与自动化仪表装备、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。

要实现该业务培养目标，对自动化专业毕业生在业务方面的知识、能力和素质应提出以下要求：

1　具有较扎实的自然科学基础、较好的人文社会科学基础、较强的外语综合能力、较高的军政素质(靠公共基础课达到)。

2　掌握本专业领域必需的较宽广的技术基础理论知识，主要包括电路理论、电子技术、控制理论、信息处理、计算机软硬件基础及应用等。

3　较好地掌握运动控制、过程控制及自动化仪表、电力电子技术及信息处理等方面的知识，具有本专业领域1～2个专业方向的专业知识和技能，了解本专业学科前沿和发展趋势。

4　获得较好的系统分析、系统设计和系统开发方面的工程实践训练。

5　在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力，具有较强的工作适应能力。

三、自动化专业的课程体系与课程设置

基于自动化专业的学科内涵和业务培养要求，以我校自动化专业为例，除数学、物理、化学、外语、政治、军事、人文等公共基础课外，其专业基础课和专业课，按照以控制理论为基础、电机工程为背景和电子信息(或计算机)技术为核心的教学原则，分为3个课程系列，如图1所示。

由此可见，电子信息基础系列的课程比较多，而它们又分为硬件和软件两类，其中硬件类课程的分量明显更重。这是因为自动化专业相比于许多其他专业，对电工电子与计算机硬件技术方面的基础知识及能力、素质有着更高的要求。因此下面着重谈谈硬件类课程的改革与建设问题。

四、电子信息硬件类课程的改革与建设

1　硬件类课程在自动化专业培养计划中的地位、任务和要求

电子信息硬件类课程又可分为电工电子类和计算机硬件类课程，它们是自动化专业必修的主干学科基础课程群。对于培养学生的实际动手能力、工程实践能力、开发创新能力具有特殊重要的作用。

其教学任务或教学目的是：通过教学使学生掌握硬件方面比较系统扎实的基本理论、基本知识和基本技能；具有较强的电子设计能力，实践动手能力，利用硬件为主要技术思考、分析、解决自动化领域问题的能力；具备跟踪、学习、应用相关新知识、新技术，并将它们转化为实用系统的素质。

要达此目的，就要求学生深入理解概念和原理，熟练掌握方法和技术，能在综合设计性实验中灵活运用知识和技术解决实际问题。

2　电工电子类课程改革

对电工电子类课程体系与教学内容改革的思路，源于从国外名校同类课程教改中受到的启发以及我们自己多年的教学研究成果和教学改革经验。

传统课程体系包括电工技术基础(或电路分析基础)、数字电子技术和模拟电子技术几门课，主要存在的问题是：

(1)“电路分析基础”教材与“模电”、“数电”教材基本上是各行其是，缺乏必要的统筹兼顾和交叉融合。

(2)“模电”、“数电”都是从PN结和二极管、三极管、分立元件电路讲起，既累赘，又与电子技术和电子设计技术的现状脱节。

(3)EDA技术方面，现有出版物大都不是作为教材编写的，要么像PLD及应用手册，要么偏重讲VHDL语言，要么侧重介绍EDA软件工具或罗列了过多的设计实例。

我们的改革思路是：按学科发展内涵和教育教学规律，从内容上对这几门课程作出优化整合处理和改造。将“模电”和“数电”的公共基础部分与基本电路理论、基本电工原理融合到一起，构成一门“电工电子技术导论”课程，而将原来的“模电”和“数电”改为以导论课为基础，只讲基于SSI、MSI、LSI／VLSI的数字／模拟电路分析与设计，最后都归结到基于LSI的数字／模拟EDA，形成新的课程体系，如图2所示。

这样一来，既保持了本课程体系内容上的科学性、基础性、完整性，又体现了先进性、实用性，并有利于以比原来少的学时数实现这“五性”的统一。还有利于处理好本系列课程中分立与集成、模拟与数字、场与路、硬件与软件、原理与技术、理论与实际等关系，增强了教学安排的灵活性(“模电”和“数电”谁在先都可)。

“电工电子技术导论”应定位于：一门从数学、物理电学向电子工程实践过渡的课程；后续“集成数字电子技术”和“集成模拟电子技术”(或“集成电子技术”)等的前导性、入门性课程。其主要内容包括：电路基本概念与基本方法，正弦交流电路，电路的瞬态分析与频率响应，半导体器件基础，数字电路与模拟电路概述，基本逻辑运算与逻辑门和基本组态放大电路。

在具体内容的组织上，要注重各知识点的交叉融合和有机组合，注意用基本电路理论为主干、为牵引，穿插引入模电、数电中一些最基本、最重要的概念和元件，介绍一些公共的、必要的基础知识和基本电路。

“集成数字电子技术”的定位是：以数字电子技术和数字系统设计的最新发展成果为起点，以培养学生分析、设计实用数字逻辑电路的能力为目的。其主要知识单元如图3所示。

“集成模拟电子技术”的定位是：以模拟电子技术和

模拟系统设计的最新发展成果为起点，以培养学生分析、设计实用模拟电路的能力为目的。其主要知识单元如图4所示。

“EDA技术与设计实践”的定位是：作为电子类课程中以设计实践为主的课程，相当于电子技术课程设计；以初步掌握基于EDA技术的电子系统设计方法、培养实际电子工程开发能力为目的。课程的设计思想如图5所示。

EDA技术硬件基础主要介绍各种LSI可编程逻辑器件与1～2种主流PLD产品；EDA技术软件基础主要介绍1～2种目前常用的EDA工具软件和硬件描述语言VI-IDL：EDA技术应用基础主要介绍利用EDA技术设计电子系统的基本概念、设计过程与方法，以及完成设计所必需的EDA实验开发系统。

3　计算机硬件技术基础课程改革

对计算机硬件技术基础课程的改革，要高度重视嵌入式系统教学内容的引入，甚至紧紧围绕嵌入式系统来改造计算机基础课程、改革计算机基础教学。

改革方案主要有两种：

一是在现有计算机基础教学课程(“三层次”或“1+X”课程体系)的基础上，增加一门以设计实践为主、理论教学为辅的“嵌入式系统设计”类课程。

二是改造现有“计算机硬件技术基础”或“微机原理与接口技术”课程，将其主要背景机由现在的PC机改成嵌入式计算机，且更加突出从硬件与软件的结合上去讲述计算机的原理、接口与应用。

无论采用哪种方案，都要采用课内与课外紧密结合的方式来培养学生开发嵌入式系统的能力。

目前我们的改革思路是基于第一种方案，即在“计算机硬件技术基础”后面增设一门“嵌入式系统设计”课程，把它作为前者的课程设计性课程，8学时讲授，22学时自主性综合设计实践，总共30学时。与此同时，全面开放实验室，建立多个学生课外创新实践基地(如机器人创新实践基地、电子设计实践基地等)，鼓励、指导学生特别是优秀生利用课余时间去实验室和各种创新实践基地参加嵌入式系统设计，参加各级各类科技创新竞赛。通过毕业设计和吸纳高年级本科生参加教研室科研等方式，让更多学生了解嵌入式系统，掌握嵌入式系统开发技术。

4　实践教学改革

实践教学是电子信息硬件类课程教学不可缺少的重要环节，也是教学改革的重要内容之一。我们在加强课程理论教学改革的同时，也不断改革课程实践教学环节，进一步完善“课堂／课外功能认知性实验(课堂演示，课堂／课下自做)一课内自主设计性实验(强调实验的开放性、自主性、设计性)一课内课程设计(强调综合性)一课外电子设计实践(强调研究探索性)”的实践教学体系。具体体现在以下几方面：

(1)结合计算机硬件技术的最新发展特别是嵌入式技术的发展，以及自动化专业的特点，加强微机接口技术与各种执行机构和传感器的联系，改革和完善硬件实验内容，使之紧贴课程内容建设，具有自动化专业应用背景。

(2)结合现有教研和科研成果，构建以全向轮式机器人、履带式反恐机器人、两自由度遥控操作机械臂等为典型控制对象的创新实验教学平台。实现微机接口与控制类课程实验相融合，贯通计算机硬件综合设计(单片机或嵌入式系统设计)、自动化系统综合设计和机器人创新实践活动，形成一个立体的、具有自动化专业特色的计算机硬件技术综合实践教学体系。

(3)在计算机技术发展日新月异，而计算机硬件类课程理论教学时数进一步压缩的背景下，加强课程知识体系研究，改革硬件编程手段，建立与理论教学改革相配套的、基于C语言或其他高级语言编程开展微机接口与应用实践教学的硬件实践体系。

5　电子信息硬件类课程建设的进一步思考

(1)应把电工电子类课程和微机原理与接口(或计算机硬件技术基础)、单片机系统／嵌入式系统设计甚至计算机控制技术等以硬件技术为主、相关性很强的课程作为一个课程系列，放在一起统筹考虑其改革与建设。这样，更有利于相互合理衔接，避免重叠和脱节，提高教学效率和效果，实现整体优化。例如：A／D、D／A目前基本上都是作为计算机系统中模拟I／O通道的核心部件而存在的，放在“计算机硬件技术基础”课程中讲授比在“数电”课中讲授更好；“数电”课中讲各种典型数字逻辑部件时均可与计算机硬件组成相呼应；微机原理、接口与单片机原理、接口本质上没什么区别，所以完全可作统筹优化处理，讲了前者后没必要再讲后者，只需将后者作为前者的一个特例来说明其特色所在，突出其应用系统设计即可。

(2)要加强实验室建设。实验尽可能一人一组，在提高设计性、综合性、自主性实验比例的情况下，如何提高实验室的利用率和实验效率，已成为实验改革和实验室建设的重要课题。解决这一矛盾的根本出路在于建立“虚拟实验准备、网上实验预约、现场实际动手、设备自动管理、过程自动监控”的新型实验和实验室管理模式，这也是我们的做法。

(3)要努力争创优质／精品课程。优质／精品课程是长期积淀的结果，而决不是在申报时临时总结出来的。所以，关键是要重视创造和建设过程。要立足于脚踏实地的创造性工作，防止只重总结、不重过程的思想误区和浮躁心态。在此基础上，要把握精品课程的内涵，紧紧围绕“五个一流”(一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材和一流教学管理)及其具体的评价指标体系，开展教学研究、教学改革、教学建设。

近年来，我们结合自动化专业的特点，对自动化专业电子信息类课程的教学体系和教学内容进行了改革，实践证明，这些改革的效果是好的。“计算机硬件技术基础”和“计算机控制技术”先后于2006年和2010年被评为国家精品课程，以本系列课程为主体的“计算机硬件技术与控制系列课程教学团队”2008年被评为国家级教学团队。尽管如此，课程改革仍有许多不足，都有待我们进一步研究、探索和改进。

责任编辑：余大品

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