面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究
——以機器人工程為例

馮明馳，李艷生，蕭紅，楊美美

（重慶郵電大學(xué) 先進制造工程學(xué)院，400065）

0 引言

由于全球范圍內(nèi)高新科技競爭的加劇和新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)變革、新經(jīng)濟的不斷發(fā)展，催生了大量基于交叉學(xué)科、新興學(xué)科的大系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)的學(xué)科和產(chǎn)業(yè)[1]，比如機器人工程、智能汽車（為移動機器人）等。這些學(xué)科都是多領(lǐng)域交叉融合的前沿學(xué)科，多學(xué)科通過相互滲透、融合而形成的一種新的綜合學(xué)科體系。如機器人工程需要將機電、計算機、自動控制等知識進行有機結(jié)合，通過彌補單一學(xué)科知識的欠缺，形成大系統(tǒng)工程知識[2]，該方向需具有解決大系統(tǒng)工程問題的能力[3]。

大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉融合面向國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求，以培養(yǎng)具有綜合創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才為目標，以滿足高新科技企業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對創(chuàng)新人才的迫切需求。由于培養(yǎng)目標、培養(yǎng)體系、師資隊伍等方面的不足，目前高校無法按照多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標去合理安排創(chuàng)新人才的培養(yǎng)課程體系，很難根據(jù)實際的企業(yè)研發(fā)和升學(xué)深造需求完成對學(xué)生有針對性的實踐和訓(xùn)練體系，這就制約了各個學(xué)科之間的交叉融合與以大工程為導(dǎo)向的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

1 培養(yǎng)模式改革的必要性和思路

“中國制造2025”強國戰(zhàn)略的提出，國家制造業(yè)紛紛抓住機遇轉(zhuǎn)型，而重慶作為全國的工業(yè)基地，以汽車、機器人為代表的制造業(yè)發(fā)展對地方經(jīng)濟及國家制造業(yè)的發(fā)展舉足輕重。通過對長安汽車、機電集團和中冶賽迪等大型重點企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些企業(yè)目前普遍存在人才缺乏的現(xiàn)象，尤其對面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才的需求旺盛，而目前高校缺乏面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，高校培養(yǎng)的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才必須滿足新的人才需求。

過去高校的人才培養(yǎng)體系和培養(yǎng)方式?jīng)]有針對面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)進行專門設(shè)計，以至于遠遠不能滿足多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新普遍存在諸多問題，主要表現(xiàn)在：（1）高校培養(yǎng)目標較為單一，設(shè)計的專業(yè)知識體系較窄；（2）實踐項目單一且固定，缺少創(chuàng)新性和綜合性的實踐項目；（3）高校培養(yǎng)目標與企業(yè)需求不匹配，浪費人才和時間；（4）師資隊伍配置不合理，交叉創(chuàng)新意識不足，沒有將教師的特色科研項目和學(xué)生的特色教育進行有效結(jié)合。

針對上述問題，本研究以面向大系統(tǒng)工程的機器人（智能汽車）為研究對象，結(jié)合現(xiàn)有培養(yǎng)體系和培養(yǎng)方式的不足，探索多學(xué)科交叉的組織模式和培養(yǎng)機制，并從實際操作可行的角度，探索多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)的課程和實踐教學(xué)體系、師資隊伍等，為我國新時代下的新工科建設(shè)提供現(xiàn)實的實踐依據(jù)。

2 人才培養(yǎng)模式改革措施

2.1 專業(yè)課程體系構(gòu)建

大系統(tǒng)工程類專業(yè)需要構(gòu)建多學(xué)科融合的課程體系，既要強化通識、大類專業(yè)基礎(chǔ)，同時也要注重學(xué)科交叉、前沿探索、多學(xué)科協(xié)同的綜合知識。機器人工程、智能汽車工程是典型的多學(xué)科交叉“大系統(tǒng)”，是技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展最活躍的領(lǐng)域，其包括機械工程、計算機、自動化等學(xué)科。學(xué)校統(tǒng)籌優(yōu)化學(xué)科研究方向和專業(yè)基礎(chǔ)知識體系，融入大系統(tǒng)需要的新知識，形成了以機器人工程（智能汽車）為代表的大系統(tǒng)工程為導(dǎo)向的多學(xué)科交叉融合課程體系（圖1）。其中有注重數(shù)學(xué)物理理論的通識基礎(chǔ)，注重機器人本體和運動規(guī)律的機械類知識，注重數(shù)據(jù)處理和編程能力的計算機類課程，注重機器人控制的控制類課程，在這些知識和課程基礎(chǔ)上，有進一步讓機器人自動運行起來的多學(xué)科交叉課程，培養(yǎng)學(xué)生能從大系統(tǒng)工程角度掌握必備的多學(xué)科交叉知識和基礎(chǔ)。

圖1 大系統(tǒng)工程為導(dǎo)向的多學(xué)科交叉融合課程體系

2.2 專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建

構(gòu)建大系統(tǒng)工程為導(dǎo)向的多學(xué)科融合課程體系屬于創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的理論知識學(xué)習(xí)部分，在學(xué)習(xí)理論知識的同時，創(chuàng)新人才應(yīng)該具備較強的實踐能力能將理論創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為實踐和產(chǎn)品創(chuàng)新，所以針對大系統(tǒng)工程學(xué)科還要制定合理的實踐教學(xué)體系。實踐教學(xué)體系基于企業(yè)需求同時又要制定高于企業(yè)需求的培養(yǎng)目標，所培養(yǎng)學(xué)生能服務(wù)于企業(yè)，緊密結(jié)合工程應(yīng)用，又能服務(wù)于開發(fā)研究和升學(xué)深造。在構(gòu)建大系統(tǒng)工程的實踐教學(xué)體系過程中，結(jié)合行業(yè)特色注重學(xué)生個性化培養(yǎng)，通過校企緊密合作，將多學(xué)科交叉融合作為項目執(zhí)行的主要手段，著力提升學(xué)生的大工程教育觀、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力，重構(gòu)多階段、多層次、多環(huán)節(jié)的新工科培養(yǎng)實踐教學(xué)體系，為機器人工程（智能汽車）產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

實踐教學(xué)體系分為課程結(jié)合實踐項目和綜合性實踐項目，課程結(jié)合實踐項目包括課程設(shè)計、課程實驗，課程設(shè)計如機械原理課程、自動控制原理課程設(shè)計等，課程實驗如電子技術(shù)實驗、微處理器原理實驗等。綜合性實踐項目包括實踐課程、課賽結(jié)合實踐項目、大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃、畢業(yè)設(shè)計等，綜合實驗課程有智能制造與機器人工程訓(xùn)練、機器人開發(fā)實踐等，課賽結(jié)合實踐項目可以跟全國大學(xué)生機器人大賽等比賽結(jié)合。學(xué)生在科研訓(xùn)練計劃中參考指導(dǎo)老師的科研項目，對感興趣的研究內(nèi)容進行深入研究，可發(fā)表論文或者專利，為學(xué)生的繼續(xù)深造打下堅實的基礎(chǔ)。具體的以大系統(tǒng)工程為導(dǎo)向的實踐教學(xué)體系如圖2。

圖2 以大系統(tǒng)工程為導(dǎo)向的實踐教學(xué)體系

2.3 以需求為導(dǎo)向的校企合作

以機器人工程（智能汽車）為代表的大系統(tǒng)工程作為主要生產(chǎn)形式的企業(yè)，有豐富的平臺資源，但缺乏重大技術(shù)攻關(guān)急需的拔尖創(chuàng)新型人才。高校以學(xué)術(shù)為主，有前沿基礎(chǔ)優(yōu)勢但人才培養(yǎng)條件不能有效支撐面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)。高校培養(yǎng)的人才與企業(yè)的急需不匹配，企業(yè)仍需要對招聘的人才進行較長實踐能力培訓(xùn)和適應(yīng)性訓(xùn)練，加長了人才的培養(yǎng)時間，影響人才盡早發(fā)揮作用。

學(xué)校從校企各自的優(yōu)勢和企業(yè)需求入手，構(gòu)建校企聯(lián)合創(chuàng)新利益關(guān)系，集高校學(xué)術(shù)前沿優(yōu)勢和企業(yè)技術(shù)、工程平臺優(yōu)勢，以大系統(tǒng)工程創(chuàng)新研發(fā)為牽引形成資源共享機制。構(gòu)建校企聯(lián)合人才培養(yǎng)團隊，把企業(yè)的核心技術(shù)研發(fā)需求以項目形式落實在人才培養(yǎng)，既解決企業(yè)技術(shù)攻關(guān)難題，又提高高校人才培養(yǎng)的針對性和實效性，最大程度上實現(xiàn)了共贏。重慶郵電大學(xué)在機器人工程、智能汽車等領(lǐng)域與長安汽車、中國汽車研究院、重慶機電集團等建立了長期的合作關(guān)系，學(xué)校借助科研優(yōu)勢和高水平科研創(chuàng)新，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)造能力為核心，推動面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉創(chuàng)新融入專業(yè)教育。以企業(yè)實際科研需求為基礎(chǔ)，加強創(chuàng)新教育實踐環(huán)節(jié)，構(gòu)建多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)的合作關(guān)系。

重慶郵電大學(xué)和企業(yè)共同簽署聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，應(yīng)聘經(jīng)驗豐富的企業(yè)工程師為企業(yè)導(dǎo)師，由學(xué)校學(xué)術(shù)導(dǎo)師指導(dǎo)理論知識，由企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)具體技術(shù)研發(fā)和實際問題的解決。

2.4 科研促進學(xué)生創(chuàng)新能力

與用于課堂教學(xué)的實踐項目比較，學(xué)生參與的科研項目具有真實性和復(fù)雜性。通過參與這些真實復(fù)雜工程問題的研究，學(xué)生能夠潛移默化地掌握工程概念和工程原理，學(xué)會用工程思維方法分析和研究復(fù)雜工程問題，獲得復(fù)雜工程系統(tǒng)和現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力。這些實踐創(chuàng)新能力在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中是難以得到全面地培養(yǎng)，正是科研這種培養(yǎng)方式能夠彌補課程教學(xué)對學(xué)生解決復(fù)雜問題能力培養(yǎng)的嚴重不足。

在引導(dǎo)學(xué)生選擇課題的過程中，根據(jù)學(xué)生的興趣，將專業(yè)理論知識與工程實踐相結(jié)合，開展相應(yīng)的創(chuàng)新科研活動。導(dǎo)師與學(xué)生相互探討、啟發(fā)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單學(xué)科培養(yǎng)模式為多學(xué)科交叉融合培養(yǎng)模式，充分利用多學(xué)科的導(dǎo)師指導(dǎo)，啟發(fā)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生與不同專業(yè)、不同學(xué)校的研究領(lǐng)域相近的同學(xué)進行交流，開闊學(xué)生的視野。

重慶郵電大學(xué)先進制造工程學(xué)院和自動化學(xué)院組建智能汽車聯(lián)合科研團隊，在平時科研中相互交流學(xué)習(xí)，在i-VISTA自動駕駛汽車挑戰(zhàn)賽取得了特等獎、一等獎等不錯的成績。同時，也要鼓勵學(xué)生撰寫成完整的學(xué)術(shù)論文，訓(xùn)練學(xué)生的縝密思維和論文撰寫能力。

2.5 加強多學(xué)科交叉的師資隊伍建設(shè)

師資隊伍是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的核心要素，也是提高辦學(xué)質(zhì)量的重要保證[7]。由于面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉融合專業(yè)涉及的知識較多，這就要求教師具備深厚的理論基礎(chǔ)、廣闊的創(chuàng)新視野、前瞻的探索能力、理論聯(lián)系實踐的綜合素質(zhì)，教師在理論教學(xué)、實踐教學(xué)、學(xué)術(shù)指導(dǎo)中展現(xiàn)這些基本能力和素質(zhì)，為學(xué)生樹立良好的榜樣，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生這些能力和素質(zhì)，在多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)中達到潤物細無聲的效果。

一般面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉專業(yè)都是新設(shè)專業(yè)，專業(yè)師資缺乏，需要人才引進提升師資隊伍數(shù)量和質(zhì)量。在此過程中，根據(jù)學(xué)校專業(yè)特色和學(xué)科建設(shè)的需求，引進不同專業(yè)、不同層次的高素質(zhì)人才，使師資隊伍的科研特色鮮明、研究領(lǐng)域聚焦、梯隊合理，從而實現(xiàn)科研團隊的協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)教師的研究方向和特點，重慶郵電大學(xué)的機器人工程專業(yè)將師資組成具有特色的導(dǎo)師群和學(xué)習(xí)方向。

3 結(jié)語

面對大系統(tǒng)工程創(chuàng)新人才的旺盛需求，目前高校的人才培養(yǎng)體系和培養(yǎng)方式?jīng)]有針對面向大系統(tǒng)工程的多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)進行專門設(shè)計，以至于遠遠不能滿足這些人才培養(yǎng)需要。本研究以機器人工程（智能汽車）為研究對象，探索多學(xué)科交叉的培養(yǎng)模式，包括構(gòu)建多學(xué)科融合人才培養(yǎng)的課程教學(xué)體系和實踐教學(xué)體系、以需求為導(dǎo)向的校企合作、科研促進人才培養(yǎng)、師資隊伍建設(shè)等方面的改進方法，為我國新時期的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供現(xiàn)實的實踐依據(jù)。