自動化類專業創新創業人才培養實踐教學體系構建與實施路徑

許德新，趙玉新，劉志林

（哈爾濱工程大學 智能科學與工程學院，黑龍江哈爾濱 150001）

全球高等工程教育引領者麻省理工學院啟動“新工程教育轉型”（NEET 計劃），其目標是培養能夠引領未來產業界和社會發展的領導型工程人才，實現工程教育由面向現在向引領未來的轉變，從單向度思維向多向度思維的發展。我國需要能站在國際技術發展前沿，了解我國國情，適應和引領新技術、新產業，具有創新創業能力、系統思維、高素質的交叉復合型人才[1-2]。

智能科技作為新一輪科技革命和產業變革的核心驅動力，正在重塑經濟社會運行模式，改變人類生產和生活方式，促進社會發展的整體躍升。據預測，2030 年我國人工智能核心產業規模將超過10 000億元[3]。新一輪技術創新，代表著人工智能、先進傳感、機器人、5G 網絡、大數據等領域的發展，正推動全球產業結構的升級和優化，加速第四次工業革命的進程。這也要求高等教育界培養出具有創新力和競爭力，能夠對未來社會產生重要影響的智能科技領域里的高素質創新創業人才[4]。

工程教育專業認證在我國高校實施多年，對創新創業實踐能力的培養高度重視，但目前我國一些高校部分學生創新實踐能力偏弱、不具備高效解決復雜工程問題的能力，與社會及行業對創新實踐人才的需求脫節[5]。部分大四學生在進行畢業設計時計算機程序設計能力較弱，不能熟練使用軟硬件開發及工具軟件，在工程實踐中系統設計和實施能力有所欠缺，論文撰寫和匯報總結能力不足，創新創業潛力較弱。

《教育部 2021 年工作要點》指出：“建設國家產教融合聯合培養基地。……推進大眾創業、萬眾創新向縱深發展，促進產學研用深度融合。……強化綜合實踐育人，積極開展研學實踐、志愿服務等綜合實踐教育。”[6]由此可見，為了在大學教育中提升大學生的創新創業實踐能力，開展融合產學研實踐的創新創業教育成為一項重要任務。

經過廣泛調研和文獻查閱，國內高校對創新創業實踐能力培養方案的研究多從宏觀角度開展，提出了現狀的不足和解決的方向，深入學科專業角度進行機制、舉措的研究相對較少[7]。很多研究主要著眼于工程教育專業認證，設計了旨在解決復雜工程問題的創新實踐課程體系，但在實踐課程的質量監控和評價反饋方面缺乏深入落實。此外，一些高校過于強調課外競賽活動，無法覆蓋并輻射所有學生，學生對創新創業教育內涵理解不深入，導致“雙創”成果質量不高。當前，我國高校創新創業教育不足之處主要體現在資源配備及機制方面，未能充分實現“‘雙創’導師、項目庫、資源條件、實踐平臺”一體化建設。因此，以哈爾濱工程大學自動化類專業為例，教師進行了實踐教學體系的重塑，構建了智能特色、產教融合、科教一體、“專創融合”、“思創結合”的實踐教學體系。

1 創新創業實踐能力培養存在的問題

當前，大學生能力的培養已經轉變為以通識教育為基礎、以競賽活動為平臺、以實踐技能為導向的全面教育體系，不再局限于簡單的理論知識掌握和實踐能力培養。然而，在競賽與人工智能相關教學相結合的創新創業教育領域，教育方式與理念的更新仍不及時。人工智能教學課程體系與模式單一，未制定適合創新創業人才培養的差異化培養目標，缺乏科學合理的頂層設計，人工智能實踐教學平臺缺乏，實踐教學訓練不夠，實踐教學機制不健全。將教學理念提升、創新創業實踐課程設計、人工智能平臺打造、師資隊伍建設、教學制度設計等多個維度匯集成有機整體，形成能夠推廣的創新創業教育實踐體系，還需不斷摸索[8]。

在自動化向智能化發展的時代背景下，如何建立以智能為核心的技術實踐平臺和創新創業實踐教學體系，成了亟待解決的核心問題。廣大科技人員在創新創業過程中多依賴國外軟硬件開發平臺，推廣自主可控的國產軟硬件開發平臺開展創新創業實踐教育和人才培養是發展趨勢，“教育部—華為”智能基座產教融合協同育人基地建設尚未全面普及，例如東北區域僅有5 所試點高校。多學科和跨界領導力成了新工科人才培養的重要目標，單一的學科平臺不能完全適應與新工科專業相關的新產業對卓越工程科技人才的需求，如何建設面向未來科技前沿和產業需求的多學科交叉融合平臺，成了擺在面前的現實問題[9]。

創新創業人才的培養需要樹立技術產品全周期系統工程觀，需要依托產學研合作實踐平臺來實現。當前校企合作與新興產業的結合度不夠，與企業合作的契合度不高，產教融合的緊密度不足，學生還不能完整樹立產品、系統和過程全生命周期的系統工程觀[10]。

2 解決方案與實施路徑

2.1 面向智能科技前沿和新技術產業，一流企業助力創新創業實踐

針對創新創業過程中多依賴國外軟硬件開發平臺的問題，以“教育部—華為”智能基座產教融合協同育人基地建設為契機，全面普及Mindspore深度學習框架、鴻蒙操作系統、昇騰鯤鵬國產人工智能基礎軟硬件，利用牽頭建設黑龍江省新工科教育聯盟、實踐教學改革國家級虛擬教研室的優勢，將智能基座計劃的影響力輻射至黑龍江省乃至東北區域。

依托牽頭落實建設的龍江工程師學院和高端智能裝備產教融合育人聯盟，協同智能科技領域龍頭企業，踐行產教深度融合，集聚一流創新創業教學資源。構建多元化實踐體系，和華為等科技龍頭企業深度合作，從理論到實踐，探索教學活動關鍵環節，實現學生“學以致用”。以新思維、新模式、新機制推動校企產教深度融合、校地區域深度融合，有效地將企業提供的軟硬件資源融入人工智能創新創業實踐教學體系，調整和改進現有的創新創業實踐教學體系，無縫銜接企業的技術和平臺資源。

聯合華為公司，通過“訓練類、競賽類、實習類”三類實踐活動，層層深入，構建多元化實踐體系，培養產業創新人才。根據當前人才培養需求，聯合建設以華為鯤鵬、昇騰為代表的開源創新實踐課，開展MindSpore、OpenEuler、OpenGauss 國產深度學習框架及操作系統、數據庫基礎軟件應用研究，在學生學習過程中，基于華為提供的沙箱實驗、技術沙龍等訓練類活動，提升學生創新實踐能力；在培養學生創新能力的過程中，鼓勵學生參加華為軟件精英挑戰賽、開發者大賽等競賽類活動，激發學生創新思維；在學生實踐的過程中，充分利用華為提供的全國24 個鯤鵬昇騰生態創新中心實習機會、開源社區項目參與機會等實習類活動，使學生積累項目實戰經驗，開展的產教融合實踐項目和資源如圖1 所示。

圖1 產教深度融合的實踐項目和資源

2.2 人工智能系列競賽課賽結合，一流課程及典型案例助力創新創業實踐

開展以激勵學生參加智能類競賽帶動理論知識學習的教學新模式。在基礎理論準備階段，通過線上MOOC 預習知識，在線下教學中充分發揮項目教學、案例研討和翻轉課堂等方法[11]，重點結合項目開發，提升學生團隊協作、創新設計的能力，課程項目設置答辯環節。鼓勵學生參加創新創業類大賽，如中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國大學生智能汽車競賽、海洋目標感知國際挑戰賽等，將競賽賽題轉換為多個課程項目，融入課程教學，形成賽課一體的閉環。通過在創新創業教學體系中突出競賽和課程項目的驅動和引領作用，激發學生興趣。把智能相關競賽的必要知識點無縫融入課程大綱和知識體系中；改進現有課程大綱，使學生通過課程學習可以參加智能領域相關競賽。研究競賽和項目牽引的實踐創新，形成競賽與教學相促進的特色育人模式。探索競賽類型的多樣化，與多學科課程緊密融合，形成“智能+”的賽課結合特色。

以學生參加和完成實際項目并提升能力為導向，帶動理論知識點學習，貫徹工程教育專業認證理念，提高學生創新以及解決復雜工程問題的能力[12]。以“智能+”典型課程，如人工智能導論、模式識別、數字圖像處理等為教學研究載體，研究自主可控的人工智能開發平臺與軟硬件框架。在充分利用國內一流企業提供的硬件算力和軟件開發環境的基礎上，開發“智能+”課程的特色教學案例，探索具有特色的項目案例設計，形成可以推廣到全國高校的案例庫。

2.3 師資隊伍與課程體系建設保障，助力創新創業實踐教學

在創新創業實踐師資隊伍建設上，構建校內外創新創業導師團隊（如華為企業導師和校內課程導師共同指導學生完成創新實踐項目），完善高校創新創業教育體系管理團隊和師資結構，完善實踐保障環境和師資獎勵機制，健全教師創新創業能力評價體系。在構建創新創業實踐課程體系時，借助有效的課程載體，將創新創業實踐教育融入人才培養計劃，優化“智能+”課程教學方法，形成閉環教學流程。

依托學校骨干教師，選擇具有創新創業精神和相關經驗的中青年教師，組建創新創業教育團隊。將相關行業領袖、創業成功者、企業家和資本運營專家聘為客座教授，以擴充創新創業教師隊伍，提升創新實踐指導水平。舉辦“雙創”沙龍等經驗交流分享會，進一步提升創新創業教師的授課能力。在創新創業課程體系上，依托船舶導航與控制國家級實驗教學示范中心，從課內到課外，從通識選修課到創新創業綜合實踐課，從全面普及、興趣引導的系列活動，到對標一流、追求卓越的高層次學科競賽，形成“多元開放、多層次、模塊化、課內外一體、‘雙創’結合”的實踐教學體系。在從通識選修課到“雙創”項目實踐和競賽的一系列教育活動中充分體現以智能為核心的多學科交叉融合。

在受眾廣泛的“智能+”通識課程（如人工智能導論、數字圖像處理等）中，有效融入創新創業教育理念和項目實踐。將企業（如華為）提供的自主研發的教學案例項目融入理論知識學習和實踐中，激發學生對創新創業的熱情以及對智能科學和技術的興趣。探索通過實際應用激發學生對課程知識的學習興趣，使項目與理論知識緊密融合，學生在實際項目中學透理論知識，結合企業需求把理論知識活學活用，形成新型教學模式。

利用黑龍江省教育教學改革重點課題的支持，推動新工科實踐類課程“雙融合雙負責人”思政育人模式的探索與實踐。建立專業課與思政課教師深度合作、融合教研制度，推行課程思政“雙負責人制”和“結對子”機制，以提升教學質量和教師協作效能，推動新工科課程思政體系建設[13]，使各新工科專業課程與思政課程同向同行、形成協同效應，推動知識傳授、能力培養和價值塑造融合統一，培養新時代適應未來新興產業需要、滿足新經濟需求、具備國際競爭力的多元化新興新工科人才。

2.4 學科交叉實踐及共享型創新實踐“云平臺”建設

單一的學科平臺不能完全適應與新工科專業相關的新產業對卓越工程科技人才創新創業能力的需求[14]，因此，應打通數學學科、計算機學科、信通學科、控制學科與智能學科的壁壘，建設面向未來科技前沿和產業需求的多學科交叉融合平臺，培養學生多學科融合能力和跨界領導力。

針對自動化向智能化發展的時代背景，建立以智能為核心的技術實踐平臺和創新創業實踐教學體系。以開放共享型人工智能創新實踐“云平臺”建設為契機，建設人工智能軟件庫、計算池、網絡池、資源池，結合課內外一體的模塊化“雙創”融合實踐教學體系建設，結合人工智能、機器人工程等新工科專業的建設，形成一流軟硬件平臺資源和一流課程資源，滿足“智能+”課程實踐和實驗環節對于人工智能算力的需求和學生參加創新創業訓練計劃及各類競賽算力的需求。在智能科技領域，“雙創”人才培養起到引領示范作用。

目前，以大數據驅動的智能科學對于硬件算力和可微分智能軟件框架有著迫切需求，是創新創業實踐教學的基礎保障。開展對多學科共享的“云計算”平臺建設方案的研究，打造服務全校師生的創新實踐“云平臺”，提供實時的人工智能實驗“云平臺”，使師生通過終端設備遠程登錄云服務器工作和學習。構建華為云服務和學校私有云服務協同方案，教師和學生在創新實踐過程中，通過終端設備連接遠程的龐大計算資源，完成模型的訓練和學習，進一步部署到嵌入式移動端，從而保障以智能為核心的創新創業教育實踐活動和研究的順利開展。

通過對教學環節進行深入梳理，尋找與創新創業緊密銜接的關鍵點。教師不僅在教學大綱中引入思政案例，還將創新創業案例和模塊寫入課程教學大綱，以確保在教學過程中引入創新創業元素。此外，教師還著重建設并完善數字化資源，并與高等教育科技型企業“智慧樹”等展開深度合作。制定課程數字化計劃并設置工作室，計劃將全部實驗和實踐項目數字化并上線運行。此外，教師還制定遠期目標規劃，基于課程開展知識圖譜建設和數字資源開發，積極推進實踐教學AI 課程，以幫助學生熟練掌握工程實踐項目相關的知識點和技能。通過積極構建遠程實驗實踐平臺，建設實踐教學數字化資源，讓學生“隨時隨地可實踐、循序漸進做創新”。圖2 為基于GPU 集群的人工智能創新實踐云平臺。

圖2 基于GPU 集群的人工智能創新實踐云平臺

3 建設成效

依托船舶導航與控制國家級實驗教學示范中心，以“智能”為核心，以“目標牽引、組織保障、機制驅動、成果導向”為建設思路，以“學科交叉、思創結合、科教協同、產教融合”為中心特色，以“敢想敢拼、主動作為、集團作戰、引領示范”作為中心文化，從課內到課外，從通識選修課到創新創業綜合實踐課，從全面普及、興趣引導的系列活動，到對標一流、追求卓越的高層次學科競賽，形成“多元開放、多層次、模塊化、課內外一體、‘雙創’結合”的實踐教學體系，建設面向科技前沿和產業需求的創新創業產教融合“智能+”“云平臺”，培訓一流“智能+”創新創業師資，助力黑龍江“雙創”人才培養和產業轉型升級。

基于創新創業實踐人才培養的探索與改革，目前依托船舶導航與控制實驗教學示范中心，獲批教育部新工科研究與實踐項目1 項，實踐教學改革國家級虛擬教研室1 個，全國高校黃大年式教師團隊1 個，工業和信息化部研究型教學創新團隊1 個，支撐學校獲批國家級創新創業教育實踐基地、全國首批深化創新創業教育改革示范高校、全國創新創業典型經驗高校。學生在國際水下機器人競賽、世界大學生水下機器人大賽中多次獲得冠軍，在“挑戰杯”“互聯網+”等學科競賽中捧杯。教師連續三屆獲得全國高校自制實驗教學儀器大賽一等獎，多門虛擬仿真、社會實踐課程獲評黑龍江省一流本科課程。圖3 為課內外一體的創新創業實踐育人體系。

圖3 課內外一體的創新創業實踐育人體系

4 結束語

針對當前校企合作與新興產業結合度不夠、與企業合作契合度不高、產教融合緊密度不足的問題，哈爾濱工程大學智能科學與工程學院利用校企聯合實驗室、協同育人基地、教育部校企合作協同育人項目建設等，與華為、百度等人工智能領域基礎軟硬件優勢企業進行深度合作、校企協同，以學校牽頭的龍江工程師學院建設為契機，以服務黑龍江產業結構轉型升級為目標，與黑龍江省大型國有制造企業、高新技術企業團結協作，使智能科技領域的創新創業人才聯合培養、創新創業企業聯合孵化等工作縱深開展，協同智能科技領域龍頭企業，踐行產教深度融合，集聚一流創新創業教學資源。

本文關注國內高校在培養學生創新創業能力方面的現狀和存在的問題，從哈爾濱工程大學自動化類專業學生培養的實踐中汲取經驗，圍繞機制建設、課堂教學、課程體系和資源供給等方面進行梳理，提出了關于新工科背景下的大學生創新創業能力培養解決方案。強調在培養過程中突出智能特色，確保機制建設涵蓋全體教師，面向全體學生，從而實現全過程、全方位的人才培養。在融合科教資源和產業資源方面，重視科研團隊優勢師資的引入，發揮科教及產教平臺在“雙創”教育中的作用，實現科教一體、產教融合。同時，重視課堂教學的關鍵作用，將“雙創”教育納入人才培養方案并深入實施，促進專業建設與創新創業教育深度融合。此外，特別強調專業教師與思政教師的合作，推動思政與創新創業有機結合。本文提出的方案和解決路徑從課程建設、產教融合、科教融合、“思創融合”、師資隊伍、平臺創建等多維度出發，既考慮學生創新實踐能力和創業能力的培養，又強調管理、協作、職業素養等非技術因素能力的培養，經過實踐，證明其具有理想的實施效果。