新工科背景下基于工工交叉的人才培養(yǎng)模式研究與實踐
——以北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院為例

劉偉，譚苗苗，劉冰冰，王淑芳，張建成

（北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院，北京 100020）

新工科人才培養(yǎng)必須破除原有的專業(yè)分割壁壘，通過產(chǎn)教融合、校企合作，建立協(xié)同育人生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人才供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，這是新工科建設(shè)的重要方面，也是工程教育主動適應(yīng)新經(jīng)濟發(fā)展要求的重要途徑[1]。因此，教育部大力推進新工科建設(shè)，強調(diào)學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合[2，3]。

新經(jīng)濟本身是一個跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的概念，對人才的知識、能力和素質(zhì)要求更加綜合，培養(yǎng)適應(yīng)未來新經(jīng)濟發(fā)展需要的新工科人才需不斷進行探索與實踐，采用多學(xué)科專業(yè)交叉融合方式是一種趨勢[4]，然而在實施過程中也面臨著以下問題：

一是專業(yè)課程設(shè)置不合理：地方高校中傳統(tǒng)的專業(yè)課程體系往往是根據(jù)單一學(xué)科設(shè)置，不能滿足新產(chǎn)業(yè)對新工科人才提出的“通寬性、前瞻性、交叉性、開放性、實踐性”要求，新工科人才要求畢業(yè)生的知識結(jié)構(gòu)和能力素質(zhì)更加全面，因此需要更科學(xué)的課程體系。

二是缺乏資源共建與共享：各專業(yè)建設(shè)與發(fā)展相互孤立、缺少交集，一方面各專業(yè)的師資與課程資源等不能互通有無；另一方面校內(nèi)外實踐條件建設(shè)也是各自獨立開展，導(dǎo)致資源分散、重復(fù)建設(shè)、特色不突出等問題，對培養(yǎng)新工科人才的支撐力度不足。

三是教師知識結(jié)構(gòu)不完備：具有多學(xué)科知識背景的教師缺乏，現(xiàn)有教師大部分知識結(jié)構(gòu)單一，需要整體建設(shè)規(guī)劃并加強激勵機制來促進教學(xué)隊伍的建設(shè)。

針對上述問題，本文以北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院為例，圍繞機器人領(lǐng)域的人才培養(yǎng)，探索按照機器人領(lǐng)域共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)需求構(gòu)建專業(yè)群，以及與之相適應(yīng)的課程群體系、教學(xué)隊伍和教學(xué)模式的路徑。

一、打破基于學(xué)科的專業(yè)設(shè)置方式，構(gòu)建跨學(xué)科工工交叉的專業(yè)群

根據(jù)機器人研發(fā)的共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，可將人才需求劃分為“動力機械、運動控制、環(huán)境感知、智能決策、人機交互”五個模塊。按照五個人才需求模塊，建立“崗位類型-人才需求-專業(yè)支撐”關(guān)系矩陣，如表1所示，每個模塊的人才需求以及每個崗位類型均無法通過單個專業(yè)的培養(yǎng)得到充分滿足，復(fù)合型的知識和能力結(jié)構(gòu)需要多學(xué)科專業(yè)交叉融合培養(yǎng)。

表1 “崗位類型-人才需求-專業(yè)支撐”關(guān)系矩陣

按照表1的支撐關(guān)系重設(shè)傳統(tǒng)工科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，分主次涵蓋多學(xué)科專業(yè)的知識和能力要求，從而提升專業(yè)內(nèi)涵。

增設(shè)新興專業(yè)，針對需求模塊中未涵蓋的新技術(shù)開辦新興專業(yè)，使專業(yè)群的學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)布局不斷完善，更好地滿足產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和就業(yè)需求。

打造微專業(yè)，拓寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生同時學(xué)習(xí)其他專業(yè)的核心知識。如開設(shè)“人工智能”微專業(yè)，通過輔修使其他專業(yè)的學(xué)生同時具備人工智能知識結(jié)構(gòu)。

二、打破按專業(yè)建設(shè)課程的方式，構(gòu)建跨學(xué)科工工交叉的課程群體系

綜合考慮五個人才需求模塊與專業(yè)間的支撐關(guān)系，保留專業(yè)基礎(chǔ)、兼顧專業(yè)特色，整合內(nèi)容相近或技術(shù)關(guān)聯(lián)度較高的課程和訓(xùn)練項目組建理論課程群和實踐專題群，增設(shè)新技術(shù)課程群，授課對象面向多個專業(yè)學(xué)生，鼓勵學(xué)生跨專業(yè)組隊完成實踐任務(wù)，實現(xiàn)跨學(xué)科專業(yè)合作學(xué)習(xí)。

建立多專業(yè)共享的理論課程群，梳理支撐各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的知識要素，構(gòu)建“素質(zhì)通識、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)拓展”3個層次的理論課程平臺，實現(xiàn)跨專業(yè)知識學(xué)習(xí)。對接各專業(yè)新的畢業(yè)要求，設(shè)定不同專業(yè)的課程教學(xué)目標(biāo)，同名課程應(yīng)有所區(qū)分；優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，融入所需相關(guān)專業(yè)的知識和能力要求；增設(shè)新技術(shù)課程群，拓寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，如機器人技術(shù)課程群，人工智能技術(shù)課程群，可開設(shè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)、機器學(xué)習(xí)等課程。

建立多專業(yè)共享的實踐專題群，梳理支撐各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的能力要素，構(gòu)建“基礎(chǔ)型、進階型、高階型”3個層次的實踐專題平臺，對復(fù)雜性、綜合性、創(chuàng)新性的要求逐層遞增，專題涵蓋多學(xué)科專業(yè)知識，鼓勵通過項目任務(wù)的逐步添加，使不同層次的專題項目具有一定的連續(xù)性，逐步提升學(xué)生的工程實踐能力，形成遞進式、跨學(xué)科、跨專業(yè)的工程實踐能力培養(yǎng)。

三、打破按專業(yè)建設(shè)實踐環(huán)境的方式，建立跨學(xué)科工工交叉的工程實踐條件

人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)按照基礎(chǔ)、核心、應(yīng)用、創(chuàng)新4種能力劃分，設(shè)計縱貫大學(xué)四年的遞進式能力培養(yǎng)鏈條。合作企業(yè)能夠以不同方式全程參與人才培養(yǎng)，例如，培養(yǎng)方案的制訂、課程教學(xué)的實施、育人環(huán)境的建設(shè)、師資隊伍的建設(shè)、實踐教材的建設(shè)、課外競賽的指導(dǎo)等，形成以課程思政為引領(lǐng)，以解決復(fù)雜工程問題能力為導(dǎo)向，以項目驅(qū)動為教學(xué)方法，嵌入式多維度產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的人才培養(yǎng)模式。如圖1所示。

圖1 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式

跨界整合搭建工程綜合實踐平臺，校內(nèi)跨學(xué)科專業(yè)整合實驗室等實踐資源，校外聯(lián)合企業(yè)研發(fā)各種服務(wù)機器人、特種機器人等工程實踐載體，滿足學(xué)生實施跨學(xué)科、跨專業(yè)的綜合性工程項目。產(chǎn)教融合建設(shè)綜合性校外實踐基地，拓展實習(xí)實踐資源，支持學(xué)生進行跨學(xué)科、跨專業(yè)的認(rèn)識與實踐活動。

四、實施面向跨學(xué)科專業(yè)群的教學(xué)改革

根據(jù)專業(yè)群所面向的特定“服務(wù)域”，明確各專業(yè)之間的依賴關(guān)系，深入分析專業(yè)群內(nèi)核心專業(yè)與相關(guān)專業(yè)和課程的共性與差異性，圍繞人才需求構(gòu)建專業(yè)群核心課程，體現(xiàn)“交叉性、高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”，通過科教融合、產(chǎn)教融合等多種途徑將多學(xué)科前沿知識、產(chǎn)業(yè)新技術(shù)有機融入教學(xué)內(nèi)容，形成公共平臺與多個專業(yè)方向彼此聯(lián)系、相互滲透、共享開放的課程體系。以保證專業(yè)群的基本規(guī)格和全面發(fā)展的共性要求的“平臺”課程和實現(xiàn)不同專業(yè)或?qū)I(yè)方向人才培養(yǎng)的“模塊”課程為主要形式，按照由簡單到綜合、由易到難，分級別開發(fā)的原則，進行核心課程群的整體設(shè)計。通過課程群的底層共享，中層分立，高層互選，凸顯專業(yè)群的適應(yīng)性，發(fā)揮專業(yè)群在拓展新專業(yè)或?qū)I(yè)方向方面的集群優(yōu)勢。根據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)組織教學(xué)內(nèi)容，并運用BLOOM教學(xué)目標(biāo)分類法明晰學(xué)生學(xué)習(xí)課程后所獲得的成果。

以O(shè)BE教育理念為指導(dǎo)，參照CDIO模式，通過項目設(shè)計將整個課程體系有機而系統(tǒng)地結(jié)合起來。首先確定課程群的能力目標(biāo)和知識目標(biāo)，借鑒CDIO標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計和規(guī)劃培養(yǎng)方案和教學(xué)要求；接著進行項目設(shè)計，CDIO項目按規(guī)模和范圍可劃分為三級：精心規(guī)劃貫穿課程群的一級項目，是學(xué)習(xí)完該課程群所要達(dá)到的最終目標(biāo)；再根據(jù)課程之間的聯(lián)系設(shè)計二級項目；然后在每門課程里設(shè)計三級項目。通過項目的實施培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

設(shè)計評價方式，以檢測課程學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度為導(dǎo)向，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣為著力點，注重學(xué)習(xí)成果的形成性評價，設(shè)計與多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)和跨專業(yè)合作學(xué)習(xí)相適應(yīng)的考核方式與評價標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)科專業(yè)的相同課程應(yīng)有所區(qū)別。

建立改進機制，課程進行中，關(guān)注不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)成果，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和策略；課程結(jié)束后，依據(jù)課程目標(biāo)達(dá)成度、針對不同專業(yè)對比分析教學(xué)中的問題并制定相應(yīng)的解決措施。

五、構(gòu)建基于專業(yè)群的教學(xué)組織模式和管理運行機制

改變傳統(tǒng)的組織模式，采用矩陣式結(jié)構(gòu)，橫向以專業(yè)為教學(xué)組織主體，縱向以課程群為教學(xué)組織主體，形成雙主體組織模式，如表2所示。矩陣式結(jié)構(gòu)可加強專業(yè)間的溝通，促進各專業(yè)資源的整合與共享。

表2 矩陣式結(jié)構(gòu)的教學(xué)組織模式

制定并逐漸完善與專業(yè)群組織模式相匹配的管理制度，確保專業(yè)群組織模式的有效實施及建設(shè)成效，如專業(yè)群聯(lián)席會議制度、課程群負(fù)責(zé)人制度、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督與反饋制度等。

建立并優(yōu)化一系列運行機制，保證專業(yè)群組織模式的可持續(xù)發(fā)展和質(zhì)量提升，包括靈活的課程群準(zhǔn)入與退出機制、課程群團隊首席主講教師機制、專業(yè)負(fù)責(zé)人與課程群負(fù)責(zé)人定期溝通機制、專業(yè)對課程群的反饋機制等。

六、結(jié)束語

北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院經(jīng)過專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，目前有機械工程、自動化、軟件工程、電子信息工程和機器人工程5個本科專業(yè)和一個人工智能微專業(yè)，各專業(yè)均服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)，涵蓋機器人領(lǐng)域核心技術(shù)，形成了面向機器人產(chǎn)業(yè)的特色專業(yè)群，并打破原有的組織模式，構(gòu)建了跨學(xué)科工工交叉的課程群體系。學(xué)院以輪式機器人、服務(wù)機器人等為應(yīng)用載體，在教學(xué)活動中以科學(xué)任務(wù)帶動人才培養(yǎng)，開展多專業(yè)交叉融合的教育教學(xué)改革創(chuàng)新。同時注重產(chǎn)教融合、科教融合、校地融合，在探索并實踐新工科教育和人才培養(yǎng)方面取得了豐富的成果和寶貴的經(jīng)驗。