新工科背景下自動化專業多學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人才培養存在的問題，結合學校辦學定位和專業發展，文章從自動化專業人才培養現狀中發現問題，從新工科發展優勢中獲得思路，通過制定“自動化+”專業課程體系，建立創新創業教育平臺、現代產業學院，以及改進教學模式，尋求自動化專業多學科交叉融合升級路徑，旨在培養擁有多學科知識的自動化專業復合型人才。

關鍵詞：新工科;自動化專業;多學科交叉;路徑探索

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

一、引言

“中國制造2025”、“人工智能”和新工科建設給傳統工科專業的改造升級帶來了機遇和挑戰。新工科建設要在工程學科的基礎上突出新的要求，賦予新的定義。所謂“新”是相對于“舊”而言，是在傳統基礎上的改革、創新與發展。高等學校如何突破學科壁壘實現專業互融共建，如何在傳統工科基礎上建設新工科、新專業，這些問題迫使高等學校更新觀念，通過教學改革走出一條適合自身發展的特色之路。

佳木斯大學于2020年獲批國家第二批新工科研究與實踐項目，自動化專業于2020年獲批黑龍江省一流專業建設點。自動化專業與計算機技術、人工智能、電子信息等專業相互融合，其新工科建設符合國家和學校的發展戰略，也為學校新工科建設起到了引領示范作用，因此，探索自動化專業創新復合型人才的培養具有十分重要的現實和戰略意義[1-2]。

二、自動化專業人才培養現狀

自動化專業包含自動化、軌道交通與信號等7個專業。隨著各學科的交叉融合，自動化專業將與新興、交叉學科融合發展。目前，佳木斯大學自動化專業包含自動化專業和機器人工程專業。盡管專業建設一直在路上，但受傳統辦學理念束縛，自動化專業建設還存在著很多問題。

（一）人才培養定位和培養目標不明確

高校人才培養定位關系到人才培養的“出口”和就業等問題。各專業在人才培養定位上思想不統一，存在著好高騖遠等錯誤辦學思想。盡管佳木斯大學某些學科有博士和碩士研究生一級學科點，但學校主要服務于地方區域經濟發展，從學校的人才培養定位和培養目標來看，學校部分專業應以應用技術型人才培養為主。

（二）課程內容陳舊，落后于智能時代要求

傳統自動化專業人才培養課程體系已經不適應現今科技革命和產業變革對人才培養的需求，不利于培養既學有專攻，又具有創新思維的復合型人才。智能控制技術已是未來自動化專業的發展趨勢，現有專業培養方案中人工智能在控制技術中的融合與拓展不足。高校應將人工智能、信息化技術應用到自動化專業教學中，以保證培養的自動化專業人才順應新技術、新產業和新時代的發展。

（三）重視理論方法，忽視工藝及硬件設備

在自動化專業理論教學中存在著重視理論和控制算法，輕視控制技術及其硬件設備等問題。學術界一般以“實際系統簡化為抽象的數學模型”為研究對象。優秀的控制算法與模型應以實際系統為對象得以實現，未經過實際系統或對象驗證的算法意義不大。從目前自動化專業教學效果看，存在前后課程與相應理論和實際系統聯系不緊密等問題。專業課教師只完成理論授課內容，對涉及的生產工藝系統聯系不足，導致學生缺乏對專業背景的了解，很難建立起控制系統的概念。

（四）人才需求不對接，不能滿足市場需求

現代化企業與自動化技術分不開，自動化設備復雜、種類繁多，尤其對于現代化工業流程，不僅要求專業技術人員懂自動化技術，同時還要懂工藝流程和生產系統。隨著社會對自動化專業人才的需求量增大，一般工科院校和綜合型高校都開設了自動化專業，但是，高校行業背景不明顯，自動化專業人才與行業對接不足，剛畢業的學生很難在短時間內熟悉企業生產工藝及其自動化系統，很難承擔起專業工程師的職責。自動化技術發展快和教學內容更新慢的矛盾，造成人才培養難以適應企業的技術更新與發展。

（五）實踐環節分散，綜合性不強

目前，自動化專業實驗和實踐等環節完全依賴于“理論化”教學，驗證性實驗多，綜合與創新性實驗少。高校實驗設備和系統與企業實際應用的裝備和工藝不完全相符，學生對實際工程問題的復雜性與差異性了解不夠深入，存在著實踐環節與生產實際交叉融合性不夠、個性化不明顯、綜合性不強等問題。高校教師企業工作經歷少，雖然承擔了一些科研項目和課題，但教師偏重于理論研究，對于工程實踐指導存在著經驗不足等問題。

三、自動化專業多學科交叉融合升級路徑探索

佳木斯大學作為黑龍江省東部地區省屬重點高校，結合新工科建設和培養需求，以新工科建設和工程認證為抓手，圍繞區域產業經濟發展需求，打破學科專業壁壘，緊跟時代和新技術的發展，推進教育教學改革。基于OBE（Outcome Based Education，成果導向教育）教學理念反向思維設計課程體系，積極探索多學科交叉融合升級的新路徑，形成了“工+工”“工+理”“工+醫”的新工科辦學特色。新工科實施過程如圖1所示。

佳木斯大學自動化專業一直承擔著為黑龍江省東部地區培養自動化專業人才和支持區域企業自動化運行的重任。作為傳統優勢學科，同時也需要為傳統自動化專業注入新的技術和活力，即實現對傳統優勢學科的改造和升級。學校近年來新開設了生物醫學工程、機器人工程和智能制造工程等新工科專業，將自動化、計算機和電子信息等技術應用到醫學專業中，借助口腔種植手術機器人等一批省級、校級科研項目培養了醫工交叉結合的學科優秀人才。

（一）建立“自動化+”專業課程體系

在現有自動化專業課程體系中融入計算機和機器人等新技術課程，集自動化傳統專業知識、新工科專業知識、綜合實踐能力于一體，形成了佳木斯大學“自動化+”的新專業課程體系[3-4]。

課程體系按照“通識課→專業基礎課→專業主干課→實踐環節”遞進，采取中小班授課。在課程選修與知識學習方面，學生可按意愿選擇運動控制方向（傳統專業知識群1）或者過程控制方向（傳統專業知識群2），同時，還需選修計算機和機器人新技術課程（新工科專業知識群），自動化專業課程體系如圖2所示。

自動化專業課程體系的改造與升級：縮減原有課程學時，將“微機原理”“單片機”和“嵌入式”課程整合為“微機原理與嵌入式系統”課程;將“電機拖動”和“運動控制”課程合并為“運動控制系統”課程;將“自動控制原理”與“現代控制理論”課程合并為1門課程;新開設“現代檢測技術”和“智能控制”課程。

加入計算機學科課程：“數值分析與算法”“系統操作原理”“面向對象程序設計”“人工智能導論”等。

新增計算機和機器人新技術課程：“機器人原理”“機器學習”“機器人控制技術”“系統建模與動力學分析”等。

加強專題實驗與實踐：檢測技術實驗、PLC控制實驗、機器人控制實驗和智能車綜合設計等。

在傳統自動化專業改造升級后，學校又新開設了機器人工程專業。機器人工程專業綜合運用計算機、控制工程和機械工程等學科的理論和新技術，研究機器人的感知、控制和人機交互等。該專業自2020年招生以來，深受廣大考生青睞，說明新工科、新專業具有強大的市場和吸引力[5]。

（二）依托創新創業教育平臺，突出學生實踐能力培養

2017年，教育部頒布了《新工科建設指南》，要求創新創業教育貫穿高校育人全過程，即將創新創業教育融入專業課程體系和實踐教學中。

結合新工科建設和創新創業教育，教師在教授完理論課程之后，集中時間開展專題性實驗與實踐;配合各級電子設計大賽，大四學生在第一學期完成智能車綜合設計項目，通過項目組織、設計、調試、演示和答辯等環節提高學生電子硬件設計和軟件編程能力;帶領和指導學生申報“互聯網+”大學生創新創業大賽、西門子全國自動化設計大賽和醫工結合創新大賽等。

建設和擴大綜合實驗實訓中心和省級實驗室。佳木斯大學為新工科建設投入了大量資金，建設綜合實驗樓，新增加了運動控制綜合實驗室、電力電子與電力傳動綜合實驗室、機器人實驗實訓中心、生物醫學工程綜合實驗室、電子信息綜合實驗室，改造了公共計算機網絡實驗中心和電工電子技術基礎實驗中心。

畢業設計題目體現新知識、新工科方向，具有一定的挑戰度。智能無人機系統、機器視覺、人工智能與機器學習、物聯網、大數據與云計算、智慧農業、智慧醫療等方向已成為自動化專業畢業設計的熱點。有關新工科畢業設計和畢業論文的完成，提高了新工科人才的基本技能和就業能力，為拓寬學生就業方向和繼續求學深造奠定了基礎。

（三）創建現代產業學院，實施產教融合、協同育人

在新工科背景下，學校、行業和企業應創建現代產業學院，尋找突破口，打造學校與企業共贏機制，強化實踐平臺，推進校企合作，資源共享。

以學校為載體，運用行業和企業現有資源，通過搭建知識體系模塊、建設師資隊伍和實訓基地，發揮企業主體作用，形成實踐能力強、創新能力強、責任感強的“三位一體”的自動化專業人才培養體系。

協同育人機制和現代產業學院的建立保證了高校教師與企業之間的橫向聯系;推進了學校與企業的產學研合作;提高了高校教師工程實踐能力和科研水平;提高了學生的創新創業能力。教師和學生深入企業，有的放矢，學生對授課內容看得見、摸得著，由從前的“看書本被動學習”發展為現在的“解決問題主動學習”。

協同創新人才培養模式加強了學校、企業之間的產學研合作，以及校際之間的合作交流，教師人才資源與網絡、實驗室等設備資源也得到了充分利用。協同創新保證了學校、企業各方優勢互補、相互促進、相互提高，有效推動了科研與教學工作的合作和成果轉化。

近年來，佳木斯大學產學研協同育人工作取得了豐碩成果。學校與黑龍江建龍鋼鐵有限公司建立的產學研項目獲批黑龍江省首批現代產業學院，智能機器人產學研項目獲批黑龍江省工業和信息化廳“專精特新”產業學院，自動化專業入選第八屆恰佩克獎中國高校產教融合50強等。

（四）利用國家智慧教育公共服務平臺改進教學模式

新工科建設不僅要求高校更新教學內容，同時也要更新教學模式和教學方法，打破傳統課堂授課單一模式，拓寬學生知識獲取渠道，充分運用信息化教學技術和手段，豐富教學內容和內涵，有效實現高校與高校之間、企業與高校之間的資源共享。

自動化、計算機和機器人技術更新發展快，高校應借助國家智慧教育公共服務平臺，共享國內高水平大學教學資源，培養學生網絡學習能力，跟蹤高科技和新技術的變化發展。

四、結束語

新工科建設任重道遠，專業課教師要緊跟時代科技發展，秉承協同育人理念，推進創新創業教育，做好理論教學和實踐教學的融合與創新，不斷提高專業技術和育人能力。

新工科背景下的專業教學改革不是一勞永逸的，而是不斷探索、不斷總結、不斷優化的過程。文章針對自動化專業人才培養的現狀，研究和探索了新工科背景下自動化專業多學科交叉融合升級的路徑。高校對傳統自動化專業進行改造與升級，培養的自動化專業復合創新型人才將會適應國家的產業轉型、技術改造及其發展戰略的需求。

參考文獻：

[1]? 顧佩華.新工科建設發展與深化的思考[J].中國大學教學，2019（9）：12.

[2]? 蔣正鋒，韋艦晶.新工科背景下地方本科院校計算機科學與技術專業改造升級探索[J].黑龍江教育（理論與實踐），2022，76（11）：63.

[3]? 梁軍，侯迪波，張光新.新工科背景下自動化專業課程教學體系的優化重構[J].中國大學教學，2019（9）：17.

[4]? 孫寧，李鵬，毛偉民，等.新工科背景下自動化人才培養的探索與實踐[J].科技風，2021（28）：147.

[5]? 曹建福，曹雯.工業4.0背景自動化新工科建設及教改思考[J].電氣電子教學學報，2021，43（3）：3.

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，佳木斯大學信息電子技術學院教授，研究方向為自動化。

通信作者：侯艷

基金項目：2023年度黑龍江省教育科學規劃重點課題“基于智慧教學平臺的混合式教學模式構建與實施策略研究”

（GJB1423137）、“工程教育專業認證背景下地方一流本科自動化專業建設研究”（GJB1423134）;2022年黑龍江省教育科學“十四五”規劃重點課題“新工科建設背景下地方高校人才培養模式研究”（GJB1422670）;2018年黑龍江省高等教育教學改革研究項目“新工科背景下電氣信息類多專業交叉融合升級的路徑探索與實踐”（SJGY20180514）