多元驅(qū)動下新工科本科專業(yè)人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建

曾凱　　錢俊磊 　　陳波　　何茜　　張琦

［摘 要］隨著教育部提出新工科建設(shè)的新需求，以課堂為主的理論教學已不能滿足工科專業(yè)的培養(yǎng)要求。為了提高學生的培養(yǎng)質(zhì)量，文章提出多元驅(qū)動自動化專業(yè)本科教學、實踐模式，以課堂理論教學、實驗教學為基礎(chǔ)，以學科競賽、創(chuàng)新大賽為載體，以生產(chǎn)實習、企業(yè)實習為輔助，以導(dǎo)師科研為提升手段，帶動學生了解專業(yè)前沿、交叉學科知識，構(gòu)建知識體系，實現(xiàn)以科研和工程為導(dǎo)向的培養(yǎng)目標。

［關(guān)鍵詞］多元驅(qū)動；自動化；新工科；競賽；實習；科研

［中圖分類號］ G64 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）11-0074-03

工科專業(yè)在高等教育中承擔著服務(wù)國家戰(zhàn)略需求和行業(yè)企業(yè)需求的重任。為深化工程教育改革，推進新工科的建設(shè)與發(fā)展，2017年，教育部高等教育司發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》。新工科的建設(shè)應(yīng)緊隨國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展，符合國家產(chǎn)業(yè)升級的整體規(guī)劃，主動對接人工智能、新基建、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興行業(yè)的人才需求，培養(yǎng)具備工程創(chuàng)新能力的多元化人才。

為探索新工科背景下工科類專業(yè)的新型人才培養(yǎng)模式，筆者結(jié)合自動化專業(yè)特點、專業(yè)培養(yǎng)方案以及應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，研究了一套多元驅(qū)動的人才培養(yǎng)模式，從教學、競賽、實習、科研等多方面培養(yǎng)學生以工程和科研為導(dǎo)向的將理論與實踐相結(jié)合的能力。

一、多元驅(qū)動培養(yǎng)模式

自動化專業(yè)是以工學為主，包含數(shù)學、電子、信息、計算機、網(wǎng)絡(luò)、機械等多專業(yè)課程的交叉學科專業(yè)。自動化專業(yè)相關(guān)實踐能力包括控制系統(tǒng)建模、設(shè)計、集成以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等，此外，隨著科技的快速發(fā)展，新知識不斷出現(xiàn)，因此要求專業(yè)教師和學生及時關(guān)注專業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)。學校配置的實驗、課程設(shè)計偏重于基礎(chǔ)知識應(yīng)用，認識實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的理論設(shè)計比較多，與實際的工程項目、專業(yè)前沿融合不足。因此，本文提出基于教學、競賽、實習、科研等的多元驅(qū)動人才培養(yǎng)體系。

構(gòu)建多元驅(qū)動人才培養(yǎng)體系首先要求以專業(yè)為單位制定明確的培養(yǎng)目標，確定實現(xiàn)培養(yǎng)目標所需要的支撐課程、實踐方式以及預(yù)計達成度。以自動化專業(yè)為例，目標是培養(yǎng)具有工程設(shè)計、實施、調(diào)試能力的工程師，核心課程包括自動控制原理、運動控制系統(tǒng)、電力電子器件、過程控制工程、可編程控制器、自動檢測技術(shù)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等，覆蓋工程設(shè)計中被控對象建模、被控參數(shù)檢測、控制系統(tǒng)設(shè)計、控制參數(shù)整定以及系統(tǒng)集成的完整過程。傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)包括實驗教學、認識實習、生產(chǎn)實習以及畢業(yè)實習，但是這幾個環(huán)節(jié)并不能使學生獲得從分析項目需求、完成項目設(shè)計到項目實施或者模擬實施的完整流程體驗，也不能很好地讓學生接觸專業(yè)前沿。

新培養(yǎng)體系課堂教學以理論教學為主，課程實驗用以輔助鞏固課堂知識，學科競賽用以驗證課堂學習效果，實習項目用以提升工程設(shè)計能力，導(dǎo)師科研方向有助開闊學生專業(yè)視野，學生畢業(yè)時能夠初步具備工程設(shè)計、實施以及研發(fā)能力，實現(xiàn)與企業(yè)無縫接軌。學生充分發(fā)揮主動性，發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻、分析問題，通過實驗、競賽和實習驗證解決問題的方案，之后總結(jié)經(jīng)驗并上升到理論成果即畢業(yè)設(shè)計。最后，學生對大學期間的學習和實踐過程進行評價，形成本培養(yǎng)體系的反饋數(shù)據(jù)，用于進一步對培養(yǎng)體系做出精細化調(diào)整。

（一）學科競賽驅(qū)動培養(yǎng)模塊

學科競賽可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊合作能力。以“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽為例，該挑戰(zhàn)賽包含分析工藝流程、撰寫項目方案、被控過程建模、總結(jié)被控參數(shù)、編寫控制程序、整定控制器參數(shù)、模擬項目實施和生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)，全程仿真模擬一個控制工程的實施過程。比賽覆蓋的專業(yè)課程包括自動控制原理、過程控制工程、自動檢測技術(shù)、可編程控制器等，有能力的學生適當加入智能控制內(nèi)容會有助于取得好成績。比賽以用實際的控制系統(tǒng)控制模擬被控對象的形式完成，真實反映實際項目的設(shè)計過程，以系統(tǒng)自動評分評價學生對系統(tǒng)的控制效果。比賽過程實現(xiàn)讓學生鞏固課堂理論知識、理論聯(lián)系實際、體驗真實的工程設(shè)計的目的。

除了“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，適合自動化專業(yè)學生參加的比賽還包括電子設(shè)計大賽、智能車大賽等，學生可以根據(jù)興趣選擇參加。學科競賽經(jīng)歷對學生后續(xù)在考研、就業(yè)、創(chuàng)業(yè)等方面有明顯幫助。

（二）跨學科競賽驅(qū)動培養(yǎng)模塊

隨著教育部對新工科的推進，新的培養(yǎng)方案鼓勵學生在學好自己專業(yè)的同時了解或者掌握本專業(yè)之外的知識和技能。除了學科競賽，學生還可以基于興趣參加中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。比賽需要學生根據(jù)興趣自主組建團隊，確定參賽內(nèi)容。團隊成員可以是不同專業(yè)、不同年級的學生，每位學生有不同的定位?？萍紕?chuàng)新團隊需要針對跨學科的課題進行規(guī)劃、設(shè)計和協(xié)調(diào)，一方面可建設(shè)學生的跨學科知識結(jié)構(gòu)，另一方面可培養(yǎng)學生的組織協(xié)調(diào)能力。創(chuàng)業(yè)團隊需要關(guān)注科技前沿，同時掌握創(chuàng)業(yè)所需要的研發(fā)、銷售、財務(wù)管理等技能，多方面拓展自身的技術(shù)和能力。

與學科競賽相比，跨學科競賽更注重學生個人能力的全面發(fā)展，有助于增強學生對各種社會角色的適應(yīng)性。

（三）實習驅(qū)動培養(yǎng)模塊

實習驅(qū)動培養(yǎng)模塊中包括認識實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習，認識實習和生產(chǎn)實習安排在開始專業(yè)課學習之后，畢業(yè)實習安排在畢業(yè)設(shè)計之前。

認識實習主要是參觀具有專業(yè)代表性且有一定規(guī)模和特色的研發(fā)、生產(chǎn)基地，目的是讓學生認識專業(yè)相關(guān)研發(fā)和生產(chǎn)的設(shè)備與器件、生產(chǎn)流程與控制過程。除了實地參觀，學校部分網(wǎng)絡(luò)資源或者多媒體資源也可以幫助學生了解典型生產(chǎn)過程和專業(yè)發(fā)展前沿。網(wǎng)絡(luò)資源除了用于認識實習，還可用于給低年級學生做專業(yè)導(dǎo)論、前沿介紹等。認識實習能夠讓學生在進入專業(yè)課學習時對本專業(yè)有一個初步認識，對未來將要學習的知識有感性認識，為未來的生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習做鋪墊。

生產(chǎn)實習是讓學生以實際項目的流程完成一個工程項目的設(shè)計、實施、調(diào)試和驗收過程，比如柔性制造生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)、流程工業(yè)一個工序的仿真控制，或者一個嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)等。與認識實習比較，生產(chǎn)實習更偏重于讓學生用自己所學知識參與設(shè)計和動手操作，這個過程是進入專業(yè)課學習之后的階段性驗收過程。

畢業(yè)實習包括“卓越工程師”校企融合培養(yǎng)階段的企業(yè)頂崗實習和畢業(yè)設(shè)計前學生自主聯(lián)系進入企業(yè)的生產(chǎn)實習?！白吭焦こ處煛逼髽I(yè)頂崗實習階段時長為3～4個月，學生真正介入企業(yè)的工程項目中。自動化專業(yè)學生在企業(yè)頂崗實習中的實習內(nèi)容包括方案設(shè)計、設(shè)備選型、軟件編程、硬件接線測試、系統(tǒng)安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，以結(jié)果為導(dǎo)向完成工程項目。在實習過程中，學生通過實踐鞏固在學校學習的專業(yè)知識，學習工程設(shè)計、生產(chǎn)標準以及在工廠工作的安全常識，完成從學校到企業(yè)的平滑過渡。

（四）導(dǎo)師科研驅(qū)動培養(yǎng)模塊

導(dǎo)師科研驅(qū)動是產(chǎn)、學、研的結(jié)合點，指學生在學習專業(yè)基礎(chǔ)課一段時間后，對專業(yè)有了初步了解，可以選擇進入導(dǎo)師的科研課題。進入課題的方式可以是參與項目設(shè)計，也可以是參與科技論文寫作。

工科專業(yè)高校教師的研究方向和科研課題對于本科生而言難度較大，但通過適當?shù)囊龑?dǎo)和幫助，學生也可以找到相應(yīng)的工作進入導(dǎo)師的課題，比如項目設(shè)計需求總結(jié)、子程序編寫、硬件選型對比、資料檢索、系統(tǒng)測試等工作。這些工作能幫助學生了解產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計和實施的流程和內(nèi)容，也能幫助學生找到自身的興趣點以及優(yōu)勢，在未來考研選擇研究方向或者選擇就業(yè)的工作領(lǐng)域時做到有的放矢，避免盲目考研或者選錯研究方向。

科技論文寫作對于本科生而言有一定難度，但是在論文寫作過程中也有本科生力所能及的工作，比如實驗數(shù)據(jù)采集和處理、文獻檢索、算法測試等。學生在參與科技論文寫作的過程中，能初步了解科研項目的內(nèi)容、深度和完成流程，有助于尋找未來讀研的研究方向，同時縮短未來讀研后進入課題的過渡時間。

二、多元驅(qū)動的協(xié)同性和可持續(xù)性

工科專業(yè)多元驅(qū)動培養(yǎng)模式的不同驅(qū)動方式之間具有協(xié)同性和可持續(xù)性。如圖1所示，外圍四個框分別表示教學、競賽、實習、科研四個模塊，中間圓圈表示對學生的提升作用。四個方面的培養(yǎng)方式嵌入工科學生的學習過程，互相滲透、循序漸進、協(xié)同發(fā)展。

教學作為所有培養(yǎng)方式的基礎(chǔ)，是學生進入大學以后最早接觸的培養(yǎng)方式。學生對所有課程最早的接觸都是從理論教學開始的。課堂教學與實驗教學分別實現(xiàn)對基礎(chǔ)理論知識的講授和驗證。

從數(shù)學建模大賽開始，工科專業(yè)學生，尤其是自動化專業(yè)學生開始進入與學科相關(guān)的最早的學科競賽，為將來進入專業(yè)課學習之后要開展的被控對象建模打下良好基礎(chǔ)。隨著專業(yè)課學習的深入，與專業(yè)相關(guān)的學科競賽逐漸豐富，學生通過選擇參加不同的競賽發(fā)現(xiàn)自身的興趣、挖掘自身的潛力。

進入大學三年級，學生在學習專業(yè)基礎(chǔ)課之后正式轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學習，認識實習、生產(chǎn)實習作為所學專業(yè)知識的驗證和補充，有利于對專業(yè)知識作前沿設(shè)計，為跨學科競賽打下知識基礎(chǔ)。

大學四年級的畢業(yè)設(shè)計，是對大學階段學習的總結(jié)和對未來進一步深造的展望，畢業(yè)設(shè)計課題是導(dǎo)師帶領(lǐng)學生進入科研項目或者工程設(shè)計的臺階，也是檢驗學生四年學習效果的手段。不管是即將進入研究生階段學習的學生還是即將走上工作崗位的學生，其選擇的畢業(yè)設(shè)計課題均可一直延續(xù)到未來的學習或者工作中，具有良好的協(xié)同性和可持續(xù)性。

三、多元驅(qū)動促進產(chǎn)學研結(jié)合

高等教育與基礎(chǔ)教育最大的區(qū)別是需要直接面對社會需求，尤其對于工科專業(yè)而言，其培養(yǎng)目標之一是學生畢業(yè)以后能滿足企業(yè)需求。以需求為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體系，要根據(jù)畢業(yè)需求制定培養(yǎng)目標、根據(jù)培養(yǎng)目標配置多元驅(qū)動的課程體系。政府、高校和企業(yè)三方應(yīng)共建產(chǎn)學研合作平臺，探索多元驅(qū)動產(chǎn)教融合、協(xié)同育人的培養(yǎng)模式，實現(xiàn)三方資源共享、優(yōu)勢互補、互相促進。

培養(yǎng)方案把學生作為產(chǎn)、學、研結(jié)合的中心，注重知識、素質(zhì)、能力的結(jié)合。課程體系以知識為基礎(chǔ)、以素質(zhì)為目標，將能力培養(yǎng)貫穿始終，將工科學生培養(yǎng)成為能夠應(yīng)用基本理論分析和解決復(fù)雜工程問題的全能人才。

多元驅(qū)動教學要求教師向教學與科研并重型發(fā)展，在多元驅(qū)動教學過程中以不同的角色指導(dǎo)學生，一方面提升理論科研水平，另一方面有能力轉(zhuǎn)化科研成果并向企業(yè)推廣應(yīng)用，實現(xiàn)把科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

四、結(jié)語

本文通過對多元驅(qū)動下新工科本科專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究，構(gòu)建教學、競賽、實習、科研互相滲透且相輔相成的培養(yǎng)模式，促進學生對基礎(chǔ)知識、工程經(jīng)驗、專業(yè)前沿、科研項目的掌握，實現(xiàn)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的提升。多元驅(qū)動培養(yǎng)模式能夠在提高學生綜合能力的同時，實現(xiàn)對教師教學水平的評價，是一套有助于不斷完善專業(yè)培養(yǎng)目標的人才培養(yǎng)體系。

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［責任編輯：周侯辰］