多元驅動下新工科本科專業人才培養模式的構建

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的新需求，以課堂為主的理論教學已不能滿足工科專業的培養要求。為了提高學生的培養質量，文章提出多元驅動自動化專業本科教學、實踐模式，以課堂理論教學、實驗教學為基礎，以學科競賽、創新大賽為載體，以生產實習、企業實習為輔助，以導師科研為提升手段，帶動學生了解專業前沿、交叉學科知識，構建知識體系，實現以科研和工程為導向的培養目標。

［關鍵詞］多元驅動；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

工科專業在高等教育中承擔著服務國家戰略需求和行業企業需求的重任。為深化工程教育改革，推進新工科的建設與發展，2017年，教育部高等教育司發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》。新工科的建設應緊隨國內外技術發展，符合國家產業升級的整體規劃，主動對接人工智能、新基建、“互聯網+”等新興行業的人才需求，培養具備工程創新能力的多元化人才。

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

一、多元驅動培養模式

自動化專業是以工學為主，包含數學、電子、信息、計算機、網絡、機械等多專業課程的交叉學科專業。自動化專業相關實踐能力包括控制系統建模、設計、集成以及嵌入式系統開發等，此外，隨著科技的快速發展，新知識不斷出現，因此要求專業教師和學生及時關注專業發展前沿技術。學校配置的實驗、課程設計偏重于基礎知識應用，認識實習、生產實習和畢業設計等環節的理論設計比較多，與實際的工程項目、專業前沿融合不足。因此，本文提出基于教學、競賽、實習、科研等的多元驅動人才培養體系。

構建多元驅動人才培養體系首先要求以專業為單位制定明確的培養目標，確定實現培養目標所需要的支撐課程、實踐方式以及預計達成度。以自動化專業為例，目標是培養具有工程設計、實施、調試能力的工程師，核心課程包括自動控制原理、運動控制系統、電力電子器件、過程控制工程、可編程控制器、自動檢測技術、工業控制網絡等，覆蓋工程設計中被控對象建模、被控參數檢測、控制系統設計、控制參數整定以及系統集成的完整過程。傳統實踐環節包括實驗教學、認識實習、生產實習以及畢業實習，但是這幾個環節并不能使學生獲得從分析項目需求、完成項目設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前沿。

新培養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計能力，導師科研方向有助開闊學生專業視野，學生畢業時能夠初步具備工程設計、實施以及研發能力，實現與企業無縫接軌。學生充分發揮主動性，發現問題、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，之后總結經驗并上升到理論成果即畢業設計。最后，學生對大學期間的學習和實踐過程進行評價，形成本培養體系的反饋數據，用于進一步對培養體系做出精細化調整。

（一）學科競賽驅動培養模塊

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

除了“西門子杯”中國智能制造挑戰賽，適合自動化專業學生參加的比賽還包括電子設計大賽、智能車大賽等，學生可以根據興趣選擇參加。學科競賽經歷對學生后續在考研、就業、創業等方面有明顯幫助。

（二）跨學科競賽驅動培養模塊

隨著教育部對新工科的推進，新的培養方案鼓勵學生在學好自己專業的同時了解或者掌握本專業之外的知識和技能。除了學科競賽，學生還可以基于興趣參加中國“互聯網+”大學生創新創業大賽等。比賽需要學生根據興趣自主組建團隊，確定參賽內容。團隊成員可以是不同專業、不同年級的學生，每位學生有不同的定位。科技創新團隊需要針對跨學科的課題進行規劃、設計和協調，一方面可建設學生的跨學科知識結構，另一方面可培養學生的組織協調能力。創業團隊需要關注科技前沿，同時掌握創業所需要的研發、銷售、財務管理等技能，多方面拓展自身的技術和能力。

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展，有助于增強學生對各種社會角色的適應性。

（三）實習驅動培養模塊

實習驅動培養模塊中包括認識實習、生產實習和畢業實習，認識實習和生產實習安排在開始專業課學習之后，畢業實習安排在畢業設計之前。

認識實習主要是參觀具有專業代表性且有一定規模和特色的研發、生產基地，目的是讓學生認識專業相關研發和生產的設備與器件、生產流程與控制過程。除了實地參觀，學校部分網絡資源或者多媒體資源也可以幫助學生了解典型生產過程和專業發展前沿。網絡資源除了用于認識實習，還可用于給低年級學生做專業導論、前沿介紹等。認識實習能夠讓學生在進入專業課學習時對本專業有一個初步認識，對未來將要學習的知識有感性認識，為未來的生產實習和畢業實習做鋪墊。

生產實習是讓學生以實際項目的流程完成一個工程項目的設計、實施、調試和驗收過程，比如柔性制造生產線的控制系統、流程工業一個工序的仿真控制，或者一個嵌入式控制系統的開發等。與認識實習比較，生產實習更偏重于讓學生用自己所學知識參與設計和動手操作，這個過程是進入專業課學習之后的階段性驗收過程。

畢業實習包括“卓越工程師”校企融合培養階段的企業頂崗實習和畢業設計前學生自主聯系進入企業的生產實習。“卓越工程師”企業頂崗實習階段時長為3～4個月，學生真正介入企業的工程項目中。自動化專業學生在企業頂崗實習中的實習內容包括方案設計、設備選型、軟件編程、硬件接線測試、系統安裝調試等環節，以結果為導向完成工程項目。在實習過程中，學生通過實踐鞏固在學校學習的專業知識，學習工程設計、生產標準以及在工廠工作的安全常識，完成從學校到企業的平滑過渡。

（四）導師科研驅動培養模塊

導師科研驅動是產、學、研的結合點，指學生在學習專業基礎課一段時間后，對專業有了初步了解，可以選擇進入導師的科研課題。進入課題的方式可以是參與項目設計，也可以是參與科技論文寫作。

工科專業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，但通過適當的引導和幫助，學生也可以找到相應的工作進入導師的課題，比如項目設計需求總結、子程序編寫、硬件選型對比、資料檢索、系統測試等工作。這些工作能幫助學生了解產品研發、工程設計和實施的流程和內容，也能幫助學生找到自身的興趣點以及優勢，在未來考研選擇研究方向或者選擇就業的工作領域時做到有的放矢，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，比如實驗數據采集和處理、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、多元驅動的協同性和可持續性

工科專業多元驅動培養模式的不同驅動方式之間具有協同性和可持續性。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。四個方面的培養方式嵌入工科學生的學習過程，互相滲透、循序漸進、協同發展。

教學作為所有培養方式的基礎，是學生進入大學以后最早接觸的培養方式。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對基礎理論知識的講授和驗證。

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

進入大學三年級，學生在學習專業基礎課之后正式轉向專業課學習，認識實習、生產實習作為所學專業知識的驗證和補充，有利于對專業知識作前沿設計，為跨學科競賽打下知識基礎。

大學四年級的畢業設計，是對大學階段學習的總結和對未來進一步深造的展望，畢業設計課題是導師帶領學生進入科研項目或者工程設計的臺階，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，其選擇的畢業設計課題均可一直延續到未來的學習或者工作中，具有良好的協同性和可持續性。

三、多元驅動促進產學研結合

高等教育與基礎教育最大的區別是需要直接面對社會需求，尤其對于工科專業而言，其培養目標之一是學生畢業以后能滿足企業需求。以需求為導向的人才培養體系，要根據畢業需求制定培養目標、根據培養目標配置多元驅動的課程體系。政府、高校和企業三方應共建產學研合作平臺，探索多元驅動產教融合、協同育人的培養模式，實現三方資源共享、優勢互補、互相促進。

培養方案把學生作為產、學、研結合的中心，注重知識、素質、能力的結合。課程體系以知識為基礎、以素質為目標，將能力培養貫穿始終，將工科學生培養成為能夠應用基本理論分析和解決復雜工程問題的全能人才。

多元驅動教學要求教師向教學與科研并重型發展，在多元驅動教學過程中以不同的角色指導學生，一方面提升理論科研水平，另一方面有能力轉化科研成果并向企業推廣應用，實現把科技轉化為生產力。

四、結語

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

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［責任編輯：周侯辰］