自動化專業(yè)本科生的交互式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究

張紅濤 譚 聯(lián) 吳松濤 張雨鑫

近年來，以人工智能、智能制造、機(jī)器人等為代表的新興產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，新經(jīng)濟(jì)和新產(chǎn)業(yè)對人才培養(yǎng)提出了新的要求，同時也需要大量工程實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的復(fù)合型優(yōu)秀人才[1-4]。傳統(tǒng)的高校人才培養(yǎng)模式側(cè)重于知識理論的教學(xué)而忽略了實(shí)踐能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致人才培養(yǎng)過程缺乏系統(tǒng)性的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)，無法滿足當(dāng)前社會對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。故而，應(yīng)不斷加快探索創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的進(jìn)程。

根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)自動化專業(yè)本科生的人才培養(yǎng)模式缺乏有效的信息反饋渠道，難以對培養(yǎng)方案和培養(yǎng)機(jī)制進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)調(diào)整和改進(jìn)。華北水利水電大學(xué)通過對當(dāng)前自動化專業(yè)本科生培養(yǎng)過程中存在的問題進(jìn)行分析，探討了創(chuàng)新能力構(gòu)架與創(chuàng)新型人才體系之間的內(nèi)在聯(lián)系，從培養(yǎng)機(jī)制、評價體系和科研成果轉(zhuǎn)化等方面入手，構(gòu)建并實(shí)踐了交互式創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式，為相關(guān)專業(yè)的改革提供了良好的范例。

一、自動化專業(yè)本科生人才培養(yǎng)過程中存在的問題

自動化專業(yè)具有應(yīng)用驅(qū)動、多學(xué)科交叉、跨行業(yè)、寬口徑的鮮明特點(diǎn)[5]。雖然華北水利水電大學(xué)原有的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)體系已經(jīng)比較完備，但是面對新形勢下的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，仍存在以下幾點(diǎn)問題。

第一，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)理論的可操作性不強(qiáng)。在原有的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下難以建立精準(zhǔn)的量化評價指標(biāo)，很難對學(xué)生的實(shí)踐成果評定做到量化考核，并且教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)需求相脫節(jié)，導(dǎo)致人才培養(yǎng)過程缺乏連續(xù)性、針對性和靈活性，并且在實(shí)踐過程中的可操作性不強(qiáng)，無法滿足社會對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。

第二，創(chuàng)新實(shí)踐平臺資源匱乏。創(chuàng)新實(shí)踐平臺在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中扮演著至關(guān)重要的角色。學(xué)生的創(chuàng)新能力及創(chuàng)新意識在很大程度上有賴于實(shí)踐過程中的平臺資源。然而，目前華北水利水電大學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐平臺資源匱乏、整體水平偏低，導(dǎo)致學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實(shí)踐活動相互割裂。

第三，創(chuàng)新實(shí)踐活動缺乏專業(yè)化的組織管理。原有的創(chuàng)新實(shí)踐體系缺乏專業(yè)化的組織管理，創(chuàng)新實(shí)踐的各個環(huán)節(jié)相互割裂，導(dǎo)致在創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)過程中，學(xué)生所學(xué)到的知識無法得到有效整合，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

二、交互式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建

《中國教育現(xiàn)代化2035》中明確提出了要加強(qiáng)高等學(xué)校創(chuàng)新體系建設(shè)，全面提升高等學(xué)校原始創(chuàng)新能力的新要求[6]。華北水利水電大學(xué)以自動化專業(yè)特點(diǎn)為依托，從創(chuàng)新型人才的概念著手，構(gòu)建了大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，并對培養(yǎng)體系的建立和實(shí)踐過程進(jìn)行了深入研究，搭建了從創(chuàng)新能力架構(gòu)到創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系之間的橋梁，為交互式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的建立奠定了理論基礎(chǔ)。

（一）構(gòu)建注重個性化與有序性的反饋式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式

1.合理規(guī)劃，階梯漸進(jìn)式地培養(yǎng)自動化專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力

科學(xué)的課程體系和先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容不僅可以為學(xué)生提供專業(yè)所需的完整知識結(jié)構(gòu)，同時也能滿足學(xué)生自身發(fā)展的需求，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保證[7]。因此，華北水利水電大學(xué)結(jié)合創(chuàng)新實(shí)踐活動的特點(diǎn)，綜合考慮不同階段學(xué)生的知識基礎(chǔ)和實(shí)踐需求，構(gòu)建了“基礎(chǔ)培養(yǎng)、素質(zhì)提升、創(chuàng)新實(shí)踐”的階梯漸進(jìn)式培養(yǎng)機(jī)制。在基礎(chǔ)階段以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主，教師除了講授常規(guī)的知識內(nèi)容之外，還引入了翻轉(zhuǎn)課堂，將傳統(tǒng)教學(xué)模式中的“先教后做”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葘W(xué)后做”，弱化“教”的環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)“學(xué)”的過程，突出“做”的重要性[8]。在素質(zhì)提升階段，教師引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行遷移，由知識點(diǎn)形成知識面，建立了整體的創(chuàng)新觀念。教師除了開展傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，還組織學(xué)生根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)自主擬定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識。在創(chuàng)新思維發(fā)揮階段，教師積極鼓勵學(xué)生在專業(yè)教師的指導(dǎo)下根據(jù)自身興趣參與科研創(chuàng)新項(xiàng)目，包括但不限于創(chuàng)新科技比賽和加入相關(guān)課題組等。

2.因材施教，通過個性化培養(yǎng)方案造就拔尖人才

傳統(tǒng)的自動化專業(yè)本科生培養(yǎng)方案主要采用大班教學(xué)模式對學(xué)生開展無差異化教學(xué)，學(xué)生所接受的知識層面較為寬泛且無法精于對某一知識結(jié)構(gòu)的研究，導(dǎo)致培養(yǎng)出的學(xué)生無法滿足當(dāng)前社會對創(chuàng)新型人才的需求。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的對象是學(xué)生，而學(xué)生的興趣愛好、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力存在較大的差異，因此必須避免“一刀切”的傳統(tǒng)教育理念。華北水利水電大學(xué)堅(jiān)持因材施教的教育理念，在結(jié)合學(xué)生知識基礎(chǔ)和特長的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的個人興趣設(shè)計(jì)不同的人才培養(yǎng)路線，通過制定具有針對性的個人培養(yǎng)方案培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

（二）建立系統(tǒng)性的評價體系

華北水利水電大學(xué)根據(jù)“產(chǎn)”“學(xué)”“研”三者之間的辯證關(guān)系，注重創(chuàng)新素質(zhì)和實(shí)踐能力的全面培養(yǎng)，建立了系統(tǒng)性的評價體系，通過閉環(huán)反饋的方式對個人培養(yǎng)方案和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系進(jìn)行修正與更新，力求制定的人才培養(yǎng)體系全面深入且具有針對性。具體的評價體系如圖1所示。

圖1 評價體系

培養(yǎng)方案的制定是為了提高創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，傳統(tǒng)的培養(yǎng)方式往往難以達(dá)到理想的效果，因此必須對原有的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行改進(jìn)，以真正契合學(xué)生的特點(diǎn)。華北水利水電大學(xué)以自動化專業(yè)本科生人才培養(yǎng)過程為背景，結(jié)合自動化教研室長期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了具有層級遞進(jìn)特點(diǎn)的基于評價反饋的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系：第一級為培養(yǎng)方案的制定，通過個性化培養(yǎng)模式建立具有針對性的個人培養(yǎng)方案。第二級為教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)以課程學(xué)習(xí)為主，通過創(chuàng)新實(shí)踐活動鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)。第三級為評價環(huán)節(jié)。通過構(gòu)建教師評語、學(xué)生自評、創(chuàng)新成果、考試成績、就業(yè)情況和升學(xué)情況的立體式評價體系，從知識基礎(chǔ)、實(shí)踐能力、思維意識和人文素質(zhì)四個角度全方位、綜合客觀地評價學(xué)生個人和整體的發(fā)展情況。第四級為反饋環(huán)節(jié)。構(gòu)建動態(tài)的信息反饋通道可以有助于對人才培養(yǎng)模式進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而制定出全面可行且具有針對性的培養(yǎng)計(jì)劃。

（三）科研資源與成果的轉(zhuǎn)化機(jī)制

習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中指出，“加快建設(shè)創(chuàng)新型國家”，明確“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐”。因此，為滿足社會和國家對創(chuàng)新型人才的需求，應(yīng)加快推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)改革，建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺，建立并完善創(chuàng)新科研成果向創(chuàng)新實(shí)踐平臺的轉(zhuǎn)化模式及科研資源與成果的自發(fā)轉(zhuǎn)化機(jī)制，綜合培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。華北水利水電大學(xué)自動化專業(yè)設(shè)有專業(yè)實(shí)驗(yàn)室共20 個，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地共2 個。

課題組在建立創(chuàng)新實(shí)踐平臺的過程中，保障了創(chuàng)新環(huán)節(jié)的完整性，始終將專業(yè)知識與創(chuàng)新思維放在首要位置，在實(shí)踐過程中使學(xué)生深入理解創(chuàng)新的步驟與理念。同時，課題組還引入了專業(yè)學(xué)習(xí)機(jī)制，在開展教學(xué)實(shí)踐的同時設(shè)置激勵機(jī)制，使學(xué)生之間形成良性競爭，提升學(xué)生的實(shí)踐質(zhì)量。此外，指導(dǎo)教師還與學(xué)生共同設(shè)計(jì)了理想模型，并鼓勵學(xué)生自主制定實(shí)踐計(jì)劃。華北水利水電大學(xué)對創(chuàng)新實(shí)踐能力比較突出的學(xué)生進(jìn)行了鼓勵與資助，在理論創(chuàng)新通過專業(yè)教師的評估后，學(xué)生可以通過向?qū)W校申請資源或借助平臺資源，促進(jìn)學(xué)習(xí)創(chuàng)新實(shí)踐成果的轉(zhuǎn)化。自動化專業(yè)還鼓勵相關(guān)指導(dǎo)教師利用科研經(jīng)費(fèi)資助大學(xué)生開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究活動，要求所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、各級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對參與項(xiàng)目的學(xué)生全部免費(fèi)開放，為學(xué)生開展創(chuàng)新研究提供條件保障。

（四）探索并構(gòu)建交互式創(chuàng)新實(shí)踐活動運(yùn)行模式

華北水利水電大學(xué)基于評價反饋的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案，提出并構(gòu)建了交互式創(chuàng)新實(shí)踐活動運(yùn)行模式。該創(chuàng)新實(shí)踐活動運(yùn)行模式以科技競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、科研課題為依托，結(jié)合學(xué)生的個性化培養(yǎng)方案，使學(xué)生盡可能多地參與創(chuàng)新實(shí)踐活動。在此過程中，指導(dǎo)教師主要根據(jù)學(xué)生的興趣及個性特點(diǎn)進(jìn)行引導(dǎo)與啟發(fā)，對不同層次的學(xué)生提供具有針對性的指導(dǎo)，通過互動式的教學(xué)模式使學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)踐活動的各個環(huán)節(jié)，包括課題的選擇、研究方法的確定以及解決方案的設(shè)計(jì)。教師通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑、反思與總結(jié)，可以全面提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

相較于傳統(tǒng)的創(chuàng)新實(shí)踐運(yùn)行模式，該運(yùn)行模式有效提高了創(chuàng)新實(shí)踐活動的彈性和自由度，有利于發(fā)揮學(xué)生的自主性，能最大限度地發(fā)揮學(xué)生的個性化特征和自主創(chuàng)新實(shí)踐能力。

三、教學(xué)改革成果的應(yīng)用及效果

通過不斷的研究與實(shí)踐，交互式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式日趨成熟。從開展該人才培養(yǎng)模式教學(xué)實(shí)踐以來，自動化專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得到了顯著提升：學(xué)生參與科研工作的熱情提升，以2017 屆學(xué)生為例，共有34 人不同程度地參與到課題組教師主持的國家自然科學(xué)基金等國家級項(xiàng)目中；在學(xué)生就業(yè)方面，自動化專業(yè)的本科生有22.1%的學(xué)生前往國有企業(yè)就業(yè)，有64.6%的學(xué)生參加了考研，有13.3%的學(xué)生在私有企業(yè)就業(yè)或進(jìn)行自主創(chuàng)業(yè)。華北水利水電大學(xué)的畢業(yè)生從事的工作崗位多為技術(shù)研發(fā)崗位、算法工程師崗位等核心崗位，從部分國有企業(yè)對華北水利水電大學(xué)自動化專業(yè)本科畢業(yè)生的就業(yè)反饋情況來看，81.3%的國有企業(yè)認(rèn)為華北水利水電大學(xué)的自動化專業(yè)畢業(yè)生可以妥善地完成工作任務(wù)，并且希望華北水利水電大學(xué)可以為其輸送更多優(yōu)質(zhì)人才。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果方面，華北水利水電大學(xué)積極組織學(xué)生參加全國大學(xué)生智能汽車競賽和“挑戰(zhàn)杯”等科技競賽活動，獲得國家級、省級等各層次獎項(xiàng)達(dá)34 余項(xiàng)。

綜上所述，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐的過程中，華北水利水電大學(xué)提出了交互式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。通過近五年的教學(xué)實(shí)踐，課題組不僅提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素養(yǎng)，而且也提升了教師的教學(xué)水平和人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)。雖然自動化專業(yè)交互式創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐已取得階段性成果，但是站在時代的前沿，如果要切實(shí)開發(fā)出滿足國家需要的人才培養(yǎng)體系，則需要進(jìn)行不斷的探索與實(shí)踐。因此，自動化專業(yè)的教師要以更長遠(yuǎn)的眼光做到產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，從教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)安排、研究課題、培養(yǎng)機(jī)制等方面入手，不斷完善當(dāng)前的人才培養(yǎng)模式，以更好地滿足國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。