地方應(yīng)用型本科高校自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系改革

劉毅華，鐘偉紅，王媛媛，崔家林，李英道，李園

（浙大寧波理工學(xué)院 自動(dòng)化系，浙江 寧波）

一 引言

國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）提出：要適應(yīng)國家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，不斷優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模?！爸袊逃F(xiàn)代化2035”進(jìn)一步提出：要持續(xù)推動(dòng)地方本科高等學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展，強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力、合作能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在國家對(duì)應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才需求不斷增長的形勢(shì)下，如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力已成為全國應(yīng)用型本科高校面臨的首要問題。對(duì)于地方應(yīng)用型本科院校而言，更應(yīng)科學(xué)定位、立足地方、特色發(fā)展、服務(wù)地方，落實(shí)“主要為地方培養(yǎng)人才”的辦學(xué)根本任務(wù)[1]。

我校前身為成立于2001年6月的浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，2020年1月教育部發(fā)文更名為浙大寧波理工學(xué)院，是一所經(jīng)教育部批準(zhǔn)，由浙江省人民政府管理、寧波市人民政府舉辦、浙江大學(xué)支持辦學(xué)的全日制公辦普通本科高校。自動(dòng)化專業(yè)是我校最早設(shè)立的工程技術(shù)類專業(yè)之一，前期以化工自動(dòng)化為主要專業(yè)方向，后期加入了電機(jī)控制等相關(guān)內(nèi)容，是浙江省“十二五”“十三五”普通本科高校新興特色專業(yè)，并于2019年入選教育部省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。進(jìn)入“十四五”，專業(yè)根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)自動(dòng)化人才的新需求，根據(jù)中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)所提出的培養(yǎng)學(xué)生解決“復(fù)雜工程問題”能力的標(biāo)準(zhǔn)要求[2-3]，探討專業(yè)人才所必需具備的知識(shí)能力素質(zhì)，科學(xué)定位培養(yǎng)目標(biāo)，基于OBE工程教育理念，構(gòu)建浙大寧波理工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)體系。

二 改革思路

立足我校市屬省管地方普通本科高校的學(xué)校性質(zhì)，通過分析寧波、浙江乃至長三角地區(qū)產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，參照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，正確界定符合浙大寧波理工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)要求的“復(fù)雜工程問題”，總結(jié)本校自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生解決“復(fù)雜工程問題”應(yīng)具有的能力特征指標(biāo)，構(gòu)建我校自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)體系。

圖1 地方應(yīng)用型本科自動(dòng)化專業(yè)凝練解決復(fù)雜工程問題能力的路徑

1.區(qū)域產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展特色

中國已成為全球最大工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國，作為我國對(duì)外開放、對(duì)內(nèi)輻射龍頭的長三角區(qū)域，其機(jī)器人產(chǎn)能已占到全國的50%以上。

浙江省人民政府制定了浙江省“機(jī)器人+”行動(dòng)計(jì)劃，大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。

作為長三角南翼經(jīng)濟(jì)中心和全國重要的先進(jìn)制造業(yè)基地，寧波的區(qū)位優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)日顯突出，是首個(gè)試點(diǎn)示范城市；目前已引進(jìn)建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院，圍繞“智能制造”+“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，寧波開始打造未來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)軍城市。

2.自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

基于區(qū)域產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，我校自動(dòng)化專業(yè)調(diào)整了人才培養(yǎng)方向，將“智能機(jī)器人及其控制”和“智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”作為專業(yè)人才培養(yǎng)的兩個(gè)重點(diǎn)方向，以基于人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楫a(chǎn)業(yè)背景，面向智能制造裝備行業(yè)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，面向智能自動(dòng)化應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，具備扎實(shí)的自然科學(xué)與工程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、優(yōu)良的人文綜合素養(yǎng)、管理科學(xué)基礎(chǔ)和國際視野、求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)、良好的溝通協(xié)作和終生學(xué)習(xí)能力，具備自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等多學(xué)科知識(shí)的交叉應(yīng)用能力，能從事智能機(jī)器人及其控制、智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域工作，具備“寬厚、復(fù)合、創(chuàng)新”特征的自動(dòng)化領(lǐng)域高質(zhì)量應(yīng)用型創(chuàng)新人才。

3.學(xué)生解決專業(yè)復(fù)雜工程問題應(yīng)具備的能力

根據(jù)工程認(rèn)證專家的意見，基于區(qū)域產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展特色，結(jié)合浙大寧波理工學(xué)院人才培養(yǎng)定位、自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)符合我校自動(dòng)化專業(yè)的“復(fù)雜工程問題”及學(xué)生應(yīng)具備的解決復(fù)雜工程問題的能力進(jìn)行了總結(jié)凝練。

圖2 具有區(qū)域產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展特色和自動(dòng)化專業(yè)特色的學(xué)生能力特征指標(biāo)體系

三 自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

基于OBE反向設(shè)計(jì)思想，從培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力出發(fā)，科學(xué)合理地構(gòu)建我校自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，由第一課堂拓展到二、三、四課題，涵蓋校內(nèi)、校外、國內(nèi)、國外，從系統(tǒng)的、綜合性的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練到自助式開放實(shí)踐活動(dòng)，貫穿校內(nèi)學(xué)習(xí)全過程的專業(yè)素質(zhì)能力拓展訓(xùn)練并與校外實(shí)習(xí)實(shí)踐相結(jié)合，重視社會(huì)實(shí)踐，突出工程技術(shù)實(shí)踐，注重畢業(yè)設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)等綜合實(shí)踐。

圖3 浙大寧波理工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系框圖

四 主要改革措施

1.調(diào)整課程設(shè)置，進(jìn)一步增加集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)

集中性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是指學(xué)生在一段時(shí)間內(nèi)集中解決某個(gè)特定的“復(fù)雜工程問題”的相關(guān)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，具體包括實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）以及創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等。通過集中性實(shí)踐活動(dòng)，能夠切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)解決“復(fù)雜工程問題”的能力[4]。在總結(jié)前期工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在新一輪自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案（2021-2024級(jí)）中進(jìn)一步增大了“集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)”的學(xué)分和學(xué)時(shí)數(shù)。

表1 浙大寧波理工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)置安排表

2.貫徹因材施教理念，深化本科生導(dǎo)師制度

發(fā)源于英國牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)的高校本科生導(dǎo)師制對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性精神具有重要的作用[5]。自動(dòng)化專業(yè)從2016級(jí)學(xué)生起就在大二學(xué)生中實(shí)施本科生導(dǎo)師制度。學(xué)生根據(jù)個(gè)人的特長、興趣、愛好結(jié)合專業(yè)導(dǎo)師的教學(xué)科研方向，通過雙向選擇機(jī)制確定專業(yè)導(dǎo)師。學(xué)生在專業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)下制定課程學(xué)習(xí)計(jì)劃和實(shí)踐訓(xùn)練計(jì)劃，參與導(dǎo)師的科研項(xiàng)目、學(xué)科競賽、創(chuàng)新實(shí)踐等各類項(xiàng)目，定期向?qū)焻R報(bào)項(xiàng)目進(jìn)展情況。

在總結(jié)前期相關(guān)工作的基礎(chǔ)上，專門出臺(tái)了“開展本科生導(dǎo)師制工作的實(shí)施方案（2020年修訂版）”，在工作機(jī)制體制上進(jìn)行了規(guī)范，從制度上引導(dǎo)專業(yè)導(dǎo)師因材施教，確保每一位學(xué)生都能得到個(gè)性化的培養(yǎng)，獲得充分的發(fā)展。

3.在理論教學(xué)中倡導(dǎo)學(xué)以致用，以用促學(xué)

應(yīng)用型人才應(yīng)以“用”為核心：“用”的本質(zhì)是學(xué)以致用，“用”的基礎(chǔ)是掌握相關(guān)理論知識(shí)與技術(shù)方法[6]。大學(xué)生的理論學(xué)習(xí)積極性與實(shí)踐學(xué)習(xí)積極性存在著相互促進(jìn)的關(guān)系，其中大學(xué)生的理論學(xué)習(xí)積極性對(duì)其專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力與相關(guān)素質(zhì)的促進(jìn)作用更大，而大學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)積極性則對(duì)其非專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力與相關(guān)素質(zhì)的促進(jìn)作用更大[7]。專業(yè)在加強(qiáng)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，還積極倡導(dǎo)教師在理論教學(xué)過程中，采用課程設(shè)計(jì)大作業(yè)等實(shí)踐形式引導(dǎo)學(xué)生將課程所學(xué)理論知識(shí)用于分析和解決工程實(shí)際問題，培養(yǎng)和提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。例如，在自動(dòng)化專業(yè)核心理論基礎(chǔ)課程“自動(dòng)控制理論”的教學(xué)過程中，任課教師基于課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)貫穿課程理論知識(shí)的課程設(shè)計(jì)大作業(yè)，要求學(xué)生自行組隊(duì)，在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，在生產(chǎn)生活中選取一個(gè)實(shí)際閉環(huán)控制系統(tǒng)，運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)對(duì)所選的實(shí)際閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)理分析、系統(tǒng)建模、時(shí)域分析、根軌跡分析、頻域分析、系統(tǒng)校正綜合等工作，提交研究報(bào)告，并進(jìn)行答辯，通過學(xué)以致用，以用促學(xué)。

4.持續(xù)改進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)流程

借鑒CDIO工程教育模式[8]，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證有關(guān)“持續(xù)改進(jìn)”的要求，自動(dòng)化專業(yè)構(gòu)建CDIOFI教學(xué)模式，通過構(gòu)思（Conceive）-設(shè)計(jì)（Design）-實(shí)施（Implement）-運(yùn)行（Operation）-評(píng)價(jià)（Assessment）-改進(jìn)(improvement) 6個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的持續(xù)改進(jìn)。

圖4 自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)、改進(jìn)及其支撐體系

五 取得的成果

我校自動(dòng)化專業(yè)是教育部省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，目前正在積極申報(bào)國家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，歷經(jīng)3年多的建設(shè)，完成了面向解決“復(fù)雜工程問題”能力培養(yǎng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施。

表2 浙大寧波理工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)成果統(tǒng)計(jì)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)化專業(yè)約有50%～60%的畢業(yè)生在寧波大市范圍內(nèi)就業(yè)，有20%～30%的畢業(yè)生在杭州就業(yè)，真正做到人才培養(yǎng)主要為地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)的辦學(xué)目標(biāo)。

圖5 自動(dòng)化專業(yè)歷屆畢業(yè)生就業(yè)率和國內(nèi)外深造率

六 結(jié)語

本文參照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，基于長三角區(qū)域產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位以及自動(dòng)化專業(yè)特色，構(gòu)建了我校自動(dòng)化專業(yè)的新一輪實(shí)踐教學(xué)體系，切實(shí)強(qiáng)化了專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置的針對(duì)性、科學(xué)性和有效性。

提出了基于OBE理念和CDIOFI教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系和人才培養(yǎng)流程，有效提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)質(zhì)量。