面向大系統工程的多學科交叉創新人才培養模式研究
——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 先進制造工程學院，400065）

0 引言

由于全球范圍內高新科技競爭的加劇和新一輪科技革命、產業變革、新經濟的不斷發展，催生了大量基于交叉學科、新興學科的大系統工程為基礎的學科和產業[1]，比如機器人工程、智能汽車（為移動機器人）等。這些學科都是多領域交叉融合的前沿學科，多學科通過相互滲透、融合而形成的一種新的綜合學科體系。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合，通過彌補單一學科知識的欠缺，形成大系統工程知識[2]，該方向需具有解決大系統工程問題的能力[3]。

大系統工程的多學科交叉融合面向國家戰略性新興產業和產業轉型升級需求，以培養具有綜合創新能力的高素質人才為目標，以滿足高新科技企業和新興產業發展對創新人才的迫切需求。由于培養目標、培養體系、師資隊伍等方面的不足，目前高校無法按照多學科交叉創新人才培養目標去合理安排創新人才的培養課程體系，很難根據實際的企業研發和升學深造需求完成對學生有針對性的實踐和訓練體系，這就制約了各個學科之間的交叉融合與以大工程為導向的多學科交叉創新人才培養。

1 培養模式改革的必要性和思路

“中國制造2025”強國戰略的提出，國家制造業紛紛抓住機遇轉型，而重慶作為全國的工業基地，以汽車、機器人為代表的制造業發展對地方經濟及國家制造業的發展舉足輕重。通過對長安汽車、機電集團和中冶賽迪等大型重點企業的調研發現，這些企業目前普遍存在人才缺乏的現象，尤其對面向大系統工程的多學科交叉創新人才的需求旺盛，而目前高校缺乏面向大系統工程的多學科交叉創新人才培養模式，高校培養的多學科交叉創新人才必須滿足新的人才需求。

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

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

2 人才培養模式改革措施

2.1 專業課程體系構建

大系統工程類專業需要構建多學科融合的課程體系，既要強化通識、大類專業基礎，同時也要注重學科交叉、前沿探索、多學科協同的綜合知識。機器人工程、智能汽車工程是典型的多學科交叉“大系統”，是技術創新發展最活躍的領域，其包括機械工程、計算機、自動化等學科。學校統籌優化學科研究方向和專業基礎知識體系，融入大系統需要的新知識，形成了以機器人工程（智能汽車）為代表的大系統工程為導向的多學科交叉融合課程體系（圖1）。其中有注重數學物理理論的通識基礎，注重機器人本體和運動規律的機械類知識，注重數據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上，有進一步讓機器人自動運行起來的多學科交叉課程，培養學生能從大系統工程角度掌握必備的多學科交叉知識和基礎。

圖1 大系統工程為導向的多學科交叉融合課程體系

2.2 專業實踐教學體系構建

構建大系統工程為導向的多學科融合課程體系屬于創新人才培養中的理論知識學習部分，在學習理論知識的同時，創新人才應該具備較強的實踐能力能將理論創新轉化為實踐和產品創新，所以針對大系統工程學科還要制定合理的實踐教學體系。實踐教學體系基于企業需求同時又要制定高于企業需求的培養目標，所培養學生能服務于企業，緊密結合工程應用，又能服務于開發研究和升學深造。在構建大系統工程的實踐教學體系過程中，結合行業特色注重學生個性化培養，通過校企緊密合作，將多學科交叉融合作為項目執行的主要手段，著力提升學生的大工程教育觀、工程素養和創新實踐能力，重構多階段、多層次、多環節的新工科培養實踐教學體系，為機器人工程（智能汽車）產業培養創新人才。

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

圖2 以大系統工程為導向的實踐教學體系

2.3 以需求為導向的校企合作

以機器人工程（智能汽車）為代表的大系統工程作為主要生產形式的企業，有豐富的平臺資源，但缺乏重大技術攻關急需的拔尖創新型人才。高校以學術為主，有前沿基礎優勢但人才培養條件不能有效支撐面向大系統工程的多學科交叉創新人才培養。高校培養的人才與企業的急需不匹配，企業仍需要對招聘的人才進行較長實踐能力培訓和適應性訓練，加長了人才的培養時間，影響人才盡早發揮作用。

學校從校企各自的優勢和企業需求入手，構建校企聯合創新利益關系，集高校學術前沿優勢和企業技術、工程平臺優勢，以大系統工程創新研發為牽引形成資源共享機制。構建校企聯合人才培養團隊，把企業的核心技術研發需求以項目形式落實在人才培養，既解決企業技術攻關難題，又提高高校人才培養的針對性和實效性，最大程度上實現了共贏。重慶郵電大學在機器人工程、智能汽車等領域與長安汽車、中國汽車研究院、重慶機電集團等建立了長期的合作關系，學校借助科研優勢和高水平科研創新，以培養學生的創新精神、創業意識和創造能力為核心，推動面向大系統工程的多學科交叉創新融入專業教育。以企業實際科研需求為基礎，加強創新教育實踐環節，構建多學科交叉創新人才培養的合作關系。

重慶郵電大學和企業共同簽署聯合培養協議，應聘經驗豐富的企業工程師為企業導師，由學校學術導師指導理論知識，由企業導師指導具體技術研發和實際問題的解決。

2.4 科研促進學生創新能力

與用于課堂教學的實踐項目比較，學生參與的科研項目具有真實性和復雜性。通過參與這些真實復雜工程問題的研究，學生能夠潛移默化地掌握工程概念和工程原理，學會用工程思維方法分析和研究復雜工程問題，獲得復雜工程系統和現代工業產品開發設計、培養實踐創新能力。這些實踐創新能力在傳統的課堂教學中是難以得到全面地培養，正是科研這種培養方式能夠彌補課程教學對學生解決復雜問題能力培養的嚴重不足。

在引導學生選擇課題的過程中，根據學生的興趣，將專業理論知識與工程實踐相結合，開展相應的創新科研活動。導師與學生相互探討、啟發，轉變傳統單學科培養模式為多學科交叉融合培養模式，充分利用多學科的導師指導，啟發和提高學生的創新能力。鼓勵學生與不同專業、不同學校的研究領域相近的同學進行交流，開闊學生的視野。

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

2.5 加強多學科交叉的師資隊伍建設

師資隊伍是高素質人才培養的核心要素，也是提高辦學質量的重要保證[7]。由于面向大系統工程的多學科交叉融合專業涉及的知識較多，這就要求教師具備深厚的理論基礎、廣闊的創新視野、前瞻的探索能力、理論聯系實踐的綜合素質，教師在理論教學、實踐教學、學術指導中展現這些基本能力和素質，為學生樹立良好的榜樣，潛移默化地培養學生這些能力和素質，在多學科交叉人才培養中達到潤物細無聲的效果。

一般面向大系統工程的多學科交叉專業都是新設專業，專業師資缺乏，需要人才引進提升師資隊伍數量和質量。在此過程中，根據學校專業特色和學科建設的需求，引進不同專業、不同層次的高素質人才，使師資隊伍的科研特色鮮明、研究領域聚焦、梯隊合理，從而實現科研團隊的協同可持續發展。

根據教師的研究方向和特點，重慶郵電大學的機器人工程專業將師資組成具有特色的導師群和學習方向。

3 結語

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