多學(xué)科融合的新工科機(jī)電類人才培養(yǎng)模式探索

趙曉艷，劉 攀，張 虎，劉 靜

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西 太谷 030800）

1 緒論

新時(shí)代的中國提出了“中國制造2025（互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)4.0）”，智能制造需要在傳統(tǒng)的機(jī)電類專業(yè)的基礎(chǔ)上，融入人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子通信等學(xué)科，形成多學(xué)科融合的機(jī)電類專業(yè)，這就迫切需要培養(yǎng)具有多學(xué)科背景的機(jī)電類新工科人才，因此具有機(jī)電類專業(yè)的的高校應(yīng)該立刻著手進(jìn)行有針對(duì)性的人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新與改革，培養(yǎng)具有符合現(xiàn)代新工科的工程應(yīng)用人才。應(yīng)用型創(chuàng)新人才知識(shí)結(jié)構(gòu)突破學(xué)科之間的界限，實(shí)現(xiàn)機(jī)電類學(xué)科、信息類學(xué)科之間的交叉和滲透，使學(xué)生既有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)又有寬廣的知識(shí)面及一定的知識(shí)深度。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院堅(jiān)持“圍繞機(jī)器人，突出智能化”的辦學(xué)特色，在構(gòu)建機(jī)電類專業(yè)“基礎(chǔ)、應(yīng)用和創(chuàng)新、管理”四維度人才培養(yǎng)教學(xué)體系下，對(duì)多學(xué)科融合下的機(jī)電類人才培養(yǎng)模式進(jìn)行探索。

2 整合交叉課程體系，創(chuàng)建多學(xué)科融合條件

課程體系的制定不能脫離于實(shí)際，要與實(shí)際情況緊密結(jié)合，要有針對(duì)性地去了解和調(diào)研，目前各個(gè)行業(yè)、各大崗位所需何種技術(shù)人才，只有明確了技術(shù)需求，在人才培養(yǎng)方案的制定和優(yōu)化完善過程中才能緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)智能工程學(xué)院所設(shè)機(jī)電類專業(yè)有機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化、機(jī)器人七大專業(yè)，與傳統(tǒng)的機(jī)電類專業(yè)相比，新工科背景下的機(jī)電類專業(yè)呈現(xiàn)學(xué)科交叉的特點(diǎn)，機(jī)電類學(xué)科與信息化技術(shù)可進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)多學(xué)科融合的智能化人才，建立智能化人才培養(yǎng)的課程體系，為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供服務(wù)。例如，原電氣工程專業(yè)傳統(tǒng)的培養(yǎng)方案偏強(qiáng)弱電結(jié)合，培養(yǎng)方案中的課程相互聯(lián)系緊密，但缺少學(xué)科之間的融合，在課程結(jié)構(gòu)方面，新的培養(yǎng)方案體現(xiàn)出了復(fù)合式立體化的課程設(shè)置方式，提高傳統(tǒng)電氣工程基礎(chǔ)課程的同時(shí)，還開設(shè)了諸如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制理論、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等課程內(nèi)容，特別是加入了與信息技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程，也加入了一些計(jì)算機(jī)類的課程。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的課程體系中，融入單片機(jī)原理與應(yīng)用、智能制造、智能控制等課程，來豐富課程體系，也體現(xiàn)出了現(xiàn)在多學(xué)科交叉、信息技術(shù)無孔不入的現(xiàn)實(shí)需求。在選修課程的開設(shè)方面均是花了一番功夫，筆者認(rèn)為，其主要目的是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動(dòng)性，充分將課堂教學(xué)和課題研究相結(jié)合，提高課堂教學(xué)的使用應(yīng)用價(jià)值，并且通過各類專題課程拓寬研究視野，這也是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院機(jī)電類專業(yè)在制定人才培養(yǎng)方案中所必需完成的步驟，根據(jù)學(xué)校的發(fā)展定位，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為核心，多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展。

總之，在機(jī)類、電類各專業(yè)的專業(yè)必修課、選修課的設(shè)置上，都呈現(xiàn)了“覆蓋廣泛、注重基礎(chǔ)、特色鮮明、重視交叉”的特點(diǎn)。

3 引入多元教學(xué)模式，建立多學(xué)科融合路徑

采用多元化教學(xué)模式，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行自由分組形成團(tuán)隊(duì)，采用線上線下結(jié)合式教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)等方法，讓學(xué)生愛上課堂。理論實(shí)踐統(tǒng)一：創(chuàng)新教學(xué)模式，克服傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)模式學(xué)生只會(huì)考試不會(huì)應(yīng)用開發(fā)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的辯證統(tǒng)一；線上線下教學(xué)融合：拓展教學(xué)空間，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，開展線上+線下的混合式教學(xué)模式，提升學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際項(xiàng)目的能力，實(shí)現(xiàn)虛擬與實(shí)踐的辯證統(tǒng)一。

教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化。根據(jù)單片機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)，確定明確的目標(biāo)，將課程內(nèi)容嵌入項(xiàng)目中。項(xiàng)目按照“階梯式”的思路，逐漸增加項(xiàng)目難度；實(shí)踐環(huán)節(jié)工程化。在實(shí)驗(yàn)、競(jìng)賽、制作等活動(dòng)中貫穿工程意識(shí)，培養(yǎng)工程思維，綜合考慮成本、功耗、性價(jià)比、環(huán)境、人體工學(xué)等諸多因素；學(xué)習(xí)成果實(shí)物化，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生勇于實(shí)踐、大膽創(chuàng)新，與書學(xué)院的工作坊協(xié)作，為學(xué)生提供開放的工作室，將他們的成果轉(zhuǎn)化為實(shí)物，便于成果積累和傳承。

授課過程中采用項(xiàng)目工程化的教學(xué)法，將最新的智能化設(shè)計(jì)、智慧控制、人工智能等研究進(jìn)展作為案例進(jìn)行講授，因此將實(shí)踐工程項(xiàng)目分解成若干子項(xiàng)目融入到課堂教學(xué)，就能提高理論知識(shí)的時(shí)效性，使在校學(xué)生開闊創(chuàng)新思維，樹立“創(chuàng)新引路、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、學(xué)做一體、層層遞進(jìn)”的總體思路。首先，所有的課程依據(jù)因果關(guān)系、遞進(jìn)層次、難易程度等，將教學(xué)內(nèi)容按知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解；爾后，精心設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，將各知識(shí)點(diǎn)滲透到教學(xué)項(xiàng)目之中。教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要遵循由易到難、軟硬件兼顧的原則，同時(shí)盡可能使項(xiàng)目具有知識(shí)性、趣味性、實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。教學(xué)項(xiàng)目教學(xué)階段劃分為：入門、基礎(chǔ)、提高和創(chuàng)新4個(gè)層級(jí)，以方便教學(xué)實(shí)施，做到因材施教。將每個(gè)階梯項(xiàng)目分解成若干個(gè)小任務(wù)，團(tuán)隊(duì)化實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，這樣更加注重培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力。

4 開展實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，整合多學(xué)科實(shí)踐資源

在課程體系建設(shè)中，為了提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，需要加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)面臨的技術(shù)問題更加復(fù)雜，在基礎(chǔ)教育充分保障的條件下，再實(shí)踐，這樣能激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，有成就感，讓所學(xué)的知識(shí)體系相融合，在后續(xù)的動(dòng)手實(shí)踐中，使技能又能更進(jìn)一步。

設(shè)置跨學(xué)科的學(xué)生項(xiàng)目。該項(xiàng)目結(jié)合了機(jī)制、電氣、控制、信息技術(shù)的知識(shí)和技能。建設(shè)的方法是一個(gè)基于團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目，使學(xué)生能夠發(fā)展跨學(xué)科知識(shí)以及在當(dāng)今多學(xué)科的現(xiàn)代控制應(yīng)用領(lǐng)域工作所需的人際關(guān)系和溝通技巧。

根據(jù)學(xué)院機(jī)電專業(yè)特點(diǎn)，凝練出與書院的文化精神相融合的完滿類活動(dòng)，打破學(xué)生只能在課堂中吸收知識(shí)的窘局，讓學(xué)生在課外之余，不斷創(chuàng)新進(jìn)取，獲取知識(shí)，目前比較優(yōu)秀的成果，比如“單片機(jī)大賽”、“電子設(shè)計(jì)大賽”、“機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室”等等都是專業(yè)與學(xué)院結(jié)合的優(yōu)異成果。

搭建“三命題——雙參與”智能化工科大賽平臺(tái)。大賽設(shè)置3個(gè)類別競(jìng)賽科目：A類為開放式選題類，能夠提高學(xué)生多學(xué)科創(chuàng)新意識(shí)；B類為機(jī)器人類，既要讓學(xué)生動(dòng)起來，又能夠讓學(xué)生參與多學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作，解決過程中多學(xué)科的技術(shù)難題；C類為企業(yè)出題類，這類題目與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，能夠使學(xué)生更加了解現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)下知識(shí)需求及人才需求。

搭建學(xué)生和企業(yè)溝通的橋梁。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐性課程以及相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽可在企業(yè)完成，嵌入企業(yè)創(chuàng)新資源，提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的榮譽(yù)感，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)力，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化及學(xué)生創(chuàng)新就業(yè)。

5 關(guān)聯(lián)學(xué)科師資協(xié)作，建立多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)

選派青年教師參加機(jī)電類相關(guān)學(xué)術(shù)與教學(xué)研究研討會(huì)，提升教師的教學(xué)與科研能力，可以選派教師去相關(guān)企業(yè)參加調(diào)研實(shí)習(xí)，掌握專業(yè)需求最新動(dòng)態(tài)，對(duì)于教學(xué)中出現(xiàn)的問題要采取措施，及時(shí)修正。

完善培養(yǎng)培訓(xùn)制度。安排專業(yè)教師到智能化生產(chǎn)的相關(guān)企業(yè)進(jìn)行專業(yè)技能實(shí)踐，也可安排教師到科研單位進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過專業(yè)實(shí)踐，讓教師對(duì)目前智能化及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)就更加了解與熟悉，這樣教師可以在以后的教學(xué)中對(duì)相關(guān)智能化技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充；請(qǐng)企業(yè)中技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高教師應(yīng)用新技術(shù)的能力。

組建多學(xué)科優(yōu)秀教師教學(xué)團(tuán)隊(duì)。對(duì)于多學(xué)科交叉的課程或相關(guān)聯(lián)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)資料共享，共同備課，相互學(xué)習(xí)。這樣既對(duì)所帶課程教學(xué)有利，避免課程之間有重復(fù)內(nèi)容，協(xié)作發(fā)展，共同進(jìn)步。還能提升整個(gè)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)水平及多學(xué)科之間的相互融合。

6 結(jié)論

新工科理念強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)具備跨界整合能力與知識(shí)融合的人才培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)對(duì)工程人才的需求，學(xué)校結(jié)合自身的辦學(xué)特色和優(yōu)勢(shì)，將現(xiàn)行的機(jī)電類學(xué)科整合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，建成一批跨學(xué)科、跨界的新工科專業(yè)，優(yōu)化升級(jí)傳統(tǒng)的工科專業(yè)，以新工科的新理念與新模式著力培養(yǎng)有信息技術(shù)專業(yè)背景的復(fù)合型機(jī)電類人才。