新工科背景下自動化專業(yè)多學(xué)科交叉融合升級路徑探析

田思慶 杜云明 侯艷

摘? ? 要：針對新工科背景下自動化專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位和專業(yè)發(fā)展，文章從自動化專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀中發(fā)現(xiàn)問題，從新工科發(fā)展優(yōu)勢中獲得思路，通過制定“自動化+”專業(yè)課程體系，建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育平臺、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，以及改進(jìn)教學(xué)模式，尋求自動化專業(yè)多學(xué)科交叉融合升級路徑，旨在培養(yǎng)擁有多學(xué)科知識的自動化專業(yè)復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：新工科;自動化專業(yè);多學(xué)科交叉;路徑探索

中圖分類號：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2023）10-0053-03

一、引言

“中國制造2025”、“人工智能”和新工科建設(shè)給傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造升級帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。新工科建設(shè)要在工程學(xué)科的基礎(chǔ)上突出新的要求，賦予新的定義。所謂“新”是相對于“舊”而言，是在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上的改革、創(chuàng)新與發(fā)展。高等學(xué)校如何突破學(xué)科壁壘實(shí)現(xiàn)專業(yè)互融共建，如何在傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)上建設(shè)新工科、新專業(yè)，這些問題迫使高等學(xué)校更新觀念，通過教學(xué)改革走出一條適合自身發(fā)展的特色之路。

佳木斯大學(xué)于2020年獲批國家第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目，自動化專業(yè)于2020年獲批黑龍江省一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。自動化專業(yè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、電子信息等專業(yè)相互融合，其新工科建設(shè)符合國家和學(xué)校的發(fā)展戰(zhàn)略，也為學(xué)校新工科建設(shè)起到了引領(lǐng)示范作用，因此，探索自動化專業(yè)創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義[1-2]。

二、自動化專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

自動化專業(yè)包含自動化、軌道交通與信號等7個專業(yè)。隨著各學(xué)科的交叉融合，自動化專業(yè)將與新興、交叉學(xué)科融合發(fā)展。目前，佳木斯大學(xué)自動化專業(yè)包含自動化專業(yè)和機(jī)器人工程專業(yè)。盡管專業(yè)建設(shè)一直在路上，但受傳統(tǒng)辦學(xué)理念束縛，自動化專業(yè)建設(shè)還存在著很多問題。

（一）人才培養(yǎng)定位和培養(yǎng)目標(biāo)不明確

高校人才培養(yǎng)定位關(guān)系到人才培養(yǎng)的“出口”和就業(yè)等問題。各專業(yè)在人才培養(yǎng)定位上思想不統(tǒng)一，存在著好高騖遠(yuǎn)等錯誤辦學(xué)思想。盡管佳木斯大學(xué)某些學(xué)科有博士和碩士研究生一級學(xué)科點(diǎn)，但學(xué)校主要服務(wù)于地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從學(xué)校的人才培養(yǎng)定位和培養(yǎng)目標(biāo)來看，學(xué)校部分專業(yè)應(yīng)以應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)為主。

（二）課程內(nèi)容陳舊，落后于智能時代要求

傳統(tǒng)自動化專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)今科技革命和產(chǎn)業(yè)變革對人才培養(yǎng)的需求，不利于培養(yǎng)既學(xué)有專攻，又具有創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才。智能控制技術(shù)已是未來自動化專業(yè)的發(fā)展趨勢，現(xiàn)有專業(yè)培養(yǎng)方案中人工智能在控制技術(shù)中的融合與拓展不足。高校應(yīng)將人工智能、信息化技術(shù)應(yīng)用到自動化專業(yè)教學(xué)中，以保證培養(yǎng)的自動化專業(yè)人才順應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新時代的發(fā)展。

（三）重視理論方法，忽視工藝及硬件設(shè)備

在自動化專業(yè)理論教學(xué)中存在著重視理論和控制算法，輕視控制技術(shù)及其硬件設(shè)備等問題。學(xué)術(shù)界一般以“實(shí)際系統(tǒng)簡化為抽象的數(shù)學(xué)模型”為研究對象。優(yōu)秀的控制算法與模型應(yīng)以實(shí)際系統(tǒng)為對象得以實(shí)現(xiàn)，未經(jīng)過實(shí)際系統(tǒng)或?qū)ο篁?yàn)證的算法意義不大。從目前自動化專業(yè)教學(xué)效果看，存在前后課程與相應(yīng)理論和實(shí)際系統(tǒng)聯(lián)系不緊密等問題。專業(yè)課教師只完成理論授課內(nèi)容，對涉及的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)聯(lián)系不足，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對專業(yè)背景的了解，很難建立起控制系統(tǒng)的概念。

（四）人才需求不對接，不能滿足市場需求

現(xiàn)代化企業(yè)與自動化技術(shù)分不開，自動化設(shè)備復(fù)雜、種類繁多，尤其對于現(xiàn)代化工業(yè)流程，不僅要求專業(yè)技術(shù)人員懂自動化技術(shù)，同時還要懂工藝流程和生產(chǎn)系統(tǒng)。隨著社會對自動化專業(yè)人才的需求量增大，一般工科院校和綜合型高校都開設(shè)了自動化專業(yè)，但是，高校行業(yè)背景不明顯，自動化專業(yè)人才與行業(yè)對接不足，剛畢業(yè)的學(xué)生很難在短時間內(nèi)熟悉企業(yè)生產(chǎn)工藝及其自動化系統(tǒng)，很難承擔(dān)起專業(yè)工程師的職責(zé)。自動化技術(shù)發(fā)展快和教學(xué)內(nèi)容更新慢的矛盾，造成人才培養(yǎng)難以適應(yīng)企業(yè)的技術(shù)更新與發(fā)展。

（五）實(shí)踐環(huán)節(jié)分散，綜合性不強(qiáng)

目前，自動化專業(yè)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐等環(huán)節(jié)完全依賴于“理論化”教學(xué)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，綜合與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少。高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備和系統(tǒng)與企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的裝備和工藝不完全相符，學(xué)生對實(shí)際工程問題的復(fù)雜性與差異性了解不夠深入，存在著實(shí)踐環(huán)節(jié)與生產(chǎn)實(shí)際交叉融合性不夠、個性化不明顯、綜合性不強(qiáng)等問題。高校教師企業(yè)工作經(jīng)歷少，雖然承擔(dān)了一些科研項(xiàng)目和課題，但教師偏重于理論研究，對于工程實(shí)踐指導(dǎo)存在著經(jīng)驗(yàn)不足等問題。

三、自動化專業(yè)多學(xué)科交叉融合升級路徑探索

佳木斯大學(xué)作為黑龍江省東部地區(qū)省屬重點(diǎn)高校，結(jié)合新工科建設(shè)和培養(yǎng)需求，以新工科建設(shè)和工程認(rèn)證為抓手，圍繞區(qū)域產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，打破學(xué)科專業(yè)壁壘，緊跟時代和新技術(shù)的發(fā)展，推進(jìn)教育教學(xué)改革。基于OBE（Outcome Based Education，成果導(dǎo)向教育）教學(xué)理念反向思維設(shè)計(jì)課程體系，積極探索多學(xué)科交叉融合升級的新路徑，形成了“工+工”“工+理”“工+醫(yī)”的新工科辦學(xué)特色。新工科實(shí)施過程如圖1所示。

佳木斯大學(xué)自動化專業(yè)一直承擔(dān)著為黑龍江省東部地區(qū)培養(yǎng)自動化專業(yè)人才和支持區(qū)域企業(yè)自動化運(yùn)行的重任。作為傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科，同時也需要為傳統(tǒng)自動化專業(yè)注入新的技術(shù)和活力，即實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科的改造和升級。學(xué)校近年來新開設(shè)了生物醫(yī)學(xué)工程、機(jī)器人工程和智能制造工程等新工科專業(yè)，將自動化、計(jì)算機(jī)和電子信息等技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)專業(yè)中，借助口腔種植手術(shù)機(jī)器人等一批省級、校級科研項(xiàng)目培養(yǎng)了醫(yī)工交叉結(jié)合的學(xué)科優(yōu)秀人才。

（一）建立“自動化+”專業(yè)課程體系

在現(xiàn)有自動化專業(yè)課程體系中融入計(jì)算機(jī)和機(jī)器人等新技術(shù)課程，集自動化傳統(tǒng)專業(yè)知識、新工科專業(yè)知識、綜合實(shí)踐能力于一體，形成了佳木斯大學(xué)“自動化+”的新專業(yè)課程體系[3-4]。

課程體系按照“通識課→專業(yè)基礎(chǔ)課→專業(yè)主干課→實(shí)踐環(huán)節(jié)”遞進(jìn)，采取中小班授課。在課程選修與知識學(xué)習(xí)方面，學(xué)生可按意愿選擇運(yùn)動控制方向（傳統(tǒng)專業(yè)知識群1）或者過程控制方向（傳統(tǒng)專業(yè)知識群2），同時，還需選修計(jì)算機(jī)和機(jī)器人新技術(shù)課程（新工科專業(yè)知識群），自動化專業(yè)課程體系如圖2所示。

自動化專業(yè)課程體系的改造與升級：縮減原有課程學(xué)時，將“微機(jī)原理”“單片機(jī)”和“嵌入式”課程整合為“微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)”課程;將“電機(jī)拖動”和“運(yùn)動控制”課程合并為“運(yùn)動控制系統(tǒng)”課程;將“自動控制原理”與“現(xiàn)代控制理論”課程合并為1門課程;新開設(shè)“現(xiàn)代檢測技術(shù)”和“智能控制”課程。

加入計(jì)算機(jī)學(xué)科課程：“數(shù)值分析與算法”“系統(tǒng)操作原理”“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”“人工智能導(dǎo)論”等。

新增計(jì)算機(jī)和機(jī)器人新技術(shù)課程：“機(jī)器人原理”“機(jī)器學(xué)習(xí)”“機(jī)器人控制技術(shù)”“系統(tǒng)建模與動力學(xué)分析”等。

加強(qiáng)專題實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐：檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)、PLC控制實(shí)驗(yàn)、機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)和智能車綜合設(shè)計(jì)等。

在傳統(tǒng)自動化專業(yè)改造升級后，學(xué)校又新開設(shè)了機(jī)器人工程專業(yè)。機(jī)器人工程專業(yè)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、控制工程和機(jī)械工程等學(xué)科的理論和新技術(shù)，研究機(jī)器人的感知、控制和人機(jī)交互等。該專業(yè)自2020年招生以來，深受廣大考生青睞，說明新工科、新專業(yè)具有強(qiáng)大的市場和吸引力[5]。

（二）依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育平臺，突出學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)

2017年，教育部頒布了《新工科建設(shè)指南》，要求創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿高校育人全過程，即將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)課程體系和實(shí)踐教學(xué)中。

結(jié)合新工科建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，教師在教授完理論課程之后，集中時間開展專題性實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐;配合各級電子設(shè)計(jì)大賽，大四學(xué)生在第一學(xué)期完成智能車綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目，通過項(xiàng)目組織、設(shè)計(jì)、調(diào)試、演示和答辯等環(huán)節(jié)提高學(xué)生電子硬件設(shè)計(jì)和軟件編程能力;帶領(lǐng)和指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、西門子全國自動化設(shè)計(jì)大賽和醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新大賽等。

建設(shè)和擴(kuò)大綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心和省級實(shí)驗(yàn)室。佳木斯大學(xué)為新工科建設(shè)投入了大量資金，建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)樓，新增加了運(yùn)動控制綜合實(shí)驗(yàn)室、電力電子與電力傳動綜合實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心、生物醫(yī)學(xué)工程綜合實(shí)驗(yàn)室、電子信息綜合實(shí)驗(yàn)室，改造了公共計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中心和電工電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心。

畢業(yè)設(shè)計(jì)題目體現(xiàn)新知識、新工科方向，具有一定的挑戰(zhàn)度。智能無人機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器視覺、人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、智慧農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)療等方向已成為自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。有關(guān)新工科畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文的完成，提高了新工科人才的基本技能和就業(yè)能力，為拓寬學(xué)生就業(yè)方向和繼續(xù)求學(xué)深造奠定了基礎(chǔ)。

（三）創(chuàng)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，實(shí)施產(chǎn)教融合、協(xié)同育人

在新工科背景下，學(xué)校、行業(yè)和企業(yè)應(yīng)創(chuàng)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，尋找突破口，打造學(xué)校與企業(yè)共贏機(jī)制，強(qiáng)化實(shí)踐平臺，推進(jìn)校企合作，資源共享。

以學(xué)校為載體，運(yùn)用行業(yè)和企業(yè)現(xiàn)有資源，通過搭建知識體系模塊、建設(shè)師資隊(duì)伍和實(shí)訓(xùn)基地，發(fā)揮企業(yè)主體作用，形成實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、責(zé)任感強(qiáng)的“三位一體”的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)體系。

協(xié)同育人機(jī)制和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院的建立保證了高校教師與企業(yè)之間的橫向聯(lián)系;推進(jìn)了學(xué)校與企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作;提高了高校教師工程實(shí)踐能力和科研水平;提高了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。教師和學(xué)生深入企業(yè)，有的放矢，學(xué)生對授課內(nèi)容看得見、摸得著，由從前的“看書本被動學(xué)習(xí)”發(fā)展為現(xiàn)在的“解決問題主動學(xué)習(xí)”。

協(xié)同創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式加強(qiáng)了學(xué)校、企業(yè)之間的產(chǎn)學(xué)研合作，以及校際之間的合作交流，教師人才資源與網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)室等設(shè)備資源也得到了充分利用。協(xié)同創(chuàng)新保證了學(xué)校、企業(yè)各方優(yōu)勢互補(bǔ)、相互促進(jìn)、相互提高，有效推動了科研與教學(xué)工作的合作和成果轉(zhuǎn)化。

近年來，佳木斯大學(xué)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人工作取得了豐碩成果。學(xué)校與黑龍江建龍鋼鐵有限公司建立的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目獲批黑龍江省首批現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，智能機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目獲批黑龍江省工業(yè)和信息化廳“專精特新”產(chǎn)業(yè)學(xué)院，自動化專業(yè)入選第八屆恰佩克獎中國高校產(chǎn)教融合50強(qiáng)等。

（四）利用國家智慧教育公共服務(wù)平臺改進(jìn)教學(xué)模式

新工科建設(shè)不僅要求高校更新教學(xué)內(nèi)容，同時也要更新教學(xué)模式和教學(xué)方法，打破傳統(tǒng)課堂授課單一模式，拓寬學(xué)生知識獲取渠道，充分運(yùn)用信息化教學(xué)技術(shù)和手段，豐富教學(xué)內(nèi)容和內(nèi)涵，有效實(shí)現(xiàn)高校與高校之間、企業(yè)與高校之間的資源共享。

自動化、計(jì)算機(jī)和機(jī)器人技術(shù)更新發(fā)展快，高校應(yīng)借助國家智慧教育公共服務(wù)平臺，共享國內(nèi)高水平大學(xué)教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力，跟蹤高科技和新技術(shù)的變化發(fā)展。

四、結(jié)束語

新工科建設(shè)任重道遠(yuǎn)，專業(yè)課教師要緊跟時代科技發(fā)展，秉承協(xié)同育人理念，推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，做好理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的融合與創(chuàng)新，不斷提高專業(yè)技術(shù)和育人能力。

新工科背景下的專業(yè)教學(xué)改革不是一勞永逸的，而是不斷探索、不斷總結(jié)、不斷優(yōu)化的過程。文章針對自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，研究和探索了新工科背景下自動化專業(yè)多學(xué)科交叉融合升級的路徑。高校對傳統(tǒng)自動化專業(yè)進(jìn)行改造與升級，培養(yǎng)的自動化專業(yè)復(fù)合創(chuàng)新型人才將會適應(yīng)國家的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、技術(shù)改造及其發(fā)展戰(zhàn)略的需求。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2023-02-11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修回日期：2023-03-08

作者簡介：田思慶（1965—），男，黑龍江佳木斯人，佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)樽詣踊?/p>

通信作者：侯艷

基金項(xiàng)目：2023年度黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題“基于智慧教學(xué)平臺的混合式教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)施策略研究”

（GJB1423137）、“工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下地方一流本科自動化專業(yè)建設(shè)研究”（GJB1423134）;2022年黑龍江省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“新工科建設(shè)背景下地方高校人才培養(yǎng)模式研究”（GJB1422670）;2018年黑龍江省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新工科背景下電氣信息類多專業(yè)交叉融合升級的路徑探索與實(shí)踐”（SJGY20180514）