丁德銳，梁 艷

(1.上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院；2.上海理工大學(xué)管理學(xué)院，上海200093)

1 新工科的時代背景

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、新能源等新興科技的快速發(fā)展與相互融合促使了新一輪工業(yè)革命的萌芽。我國于2015年正式提出“中國制造2025”重大戰(zhàn)略，為制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供了新機遇、注入了新動力。

在這一輪新技術(shù)變革中，始終貫穿著體現(xiàn)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化這一主線。未來5-15年是傳統(tǒng)工業(yè)化與新型工業(yè)化相互交織、交替的轉(zhuǎn)換期，是工業(yè)化與信息化相互深度融合的過渡期[1]。

新工科既指新興工科專業(yè)，如人工智能、智能制造、機器人等原來沒有的專業(yè)，又包括傳統(tǒng)工科與其他學(xué)科交叉融合的新工科專業(yè)及其傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造[2]。教育部高教司2017年推出“新工科”計劃，并先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”、“北京指南”等指導(dǎo)性文件[3]。新工科研究與實踐涵蓋了工程教育理念、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量、分類發(fā)展體現(xiàn)等五大方面，是對新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)模式下人才培養(yǎng)內(nèi)容、培養(yǎng)方式、培養(yǎng)目標(biāo)的探索[4-5]。自動化專業(yè)在這一輪的新工科建設(shè)和發(fā)展過程起到承上啟下的關(guān)鍵作用，不僅僅涉及傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，更是諸如智能制造、機器人等科技創(chuàng)新的重要支撐。

2 傳統(tǒng)自動化專業(yè)面臨的新沖擊

自動化專業(yè)是以自動控制理論為主要理論基礎(chǔ)，以電子技術(shù)、計算機信息技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)等為主要技術(shù)手段，對各種自動化裝置和系統(tǒng)實施控制的一門專業(yè)。具有“控(制)管(理)結(jié)合，強(電)弱(電)并重，軟(件)硬(件)兼施”的鮮明特點。

目前，自動化關(guān)注的是局部機器智能、系統(tǒng)論及其控制論，主要的目標(biāo)對象是較為單一的機器系統(tǒng)，服務(wù)于自動化機械設(shè)備、自動化生產(chǎn)線、自動化加工等一系列工業(yè)活動。在工業(yè)4.0、中國制造2025的引領(lǐng)下，各學(xué)科之間的交叉與融合在未來的制造業(yè)必將更加廣泛，具有扎實的專業(yè)技術(shù)和復(fù)合型知識背景的人將是企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的核心競爭力之一，這必然促使傳統(tǒng)的自動化人才培養(yǎng)模式向具備“工程+信息+計算機+人工智能+自動化”的多學(xué)科交叉滲透的人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變[6-7]。因此，需要打破傳統(tǒng)條塊分割式的人才專業(yè)結(jié)構(gòu)及培養(yǎng)模式的壁壘，建立一專多精、多專多精的復(fù)合型人才培養(yǎng)理念和與之相適應(yīng)的培養(yǎng)體系。換句話說，傳統(tǒng)的自動化專業(yè)不僅要積極地汲取人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前端成果，實現(xiàn)傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，更需要充分認(rèn)識新工科建設(shè)理念，探索新的思維模式、新的體制機制、全面創(chuàng)新工程教育，同時賦予自動化專業(yè)新的內(nèi)涵和歷史使命，培養(yǎng)更為優(yōu)秀的創(chuàng)新人才，以達(dá)到支撐和引領(lǐng)新經(jīng)濟發(fā)展的目的。

3 新工科理念下自動化專業(yè)人才培養(yǎng)探索

3.1 課程體系革新

自動化專業(yè)的目標(biāo)在于適應(yīng)新時代要求，培養(yǎng)具備計算機應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、電氣與電子技術(shù)、控制理論與工程、自動檢測與信息處理技術(shù)、電力電子技術(shù)等領(lǐng)域的理論和工程技術(shù)基礎(chǔ)及專業(yè)知識，具有工程實際與創(chuàng)新能力的寬口徑復(fù)合型技術(shù)創(chuàng)新人才。專業(yè)課程分為四個模塊：專業(yè)核心課程、專業(yè)拓展課程(與專業(yè)方向掛鉤)、專業(yè)實踐課程(與專業(yè)方向掛鉤)、實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計。例如，上海理工大學(xué)嵌入式系統(tǒng)方向的專業(yè)拓展課程有：控制系統(tǒng)仿真、虛擬儀器技術(shù)、DSP原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)；工業(yè)過程控制系統(tǒng)方向的專業(yè)拓展課程有：傳感器檢測技術(shù)、PLC技術(shù)、電力拖動自動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。

近來，各大高校以社會需求為導(dǎo)向不斷調(diào)整和完善自動化專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，主要做法有：①強化學(xué)生控制理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，在傳統(tǒng)自動控制原理和現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)科特色有針對性的增加最優(yōu)化理論、自適應(yīng)控制、系統(tǒng)辨識以及智能控制等知識內(nèi)容，完善控制理論課程鏈；②提高計算機控制技術(shù)的知識比例，順應(yīng)制造業(yè)信息化發(fā)展趨勢，相繼開設(shè)了現(xiàn)場總線技術(shù)、數(shù)據(jù)庫原理、DSP原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)理論等，增加計算機與信息技術(shù)體系的寬度和廣度；③深挖高校的行業(yè)特色，實現(xiàn)差異化發(fā)展和面向市場的專業(yè)定位，融入相關(guān)行業(yè)知識如樓宇自動化、機器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，搭建了高校理論學(xué)習(xí)與社會專業(yè)人才需求的橋梁。

調(diào)整在一定程度上適應(yīng)了社會對專業(yè)人才的需求。但總的來說還是知識內(nèi)容的線性式的單項補充。首先，專業(yè)課程的知識結(jié)構(gòu)設(shè)計漸趨科學(xué)化、體系化，但很多課程之間彼此獨立、內(nèi)容未能很多的滲透與交叉，仍然明顯有傳統(tǒng)條塊分割式專業(yè)模塊設(shè)計，對學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解形成了障礙；其次，各專業(yè)方向內(nèi)，課程與課程之間內(nèi)容銜接較差、部分課程的內(nèi)容存在著重復(fù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)精力造成了一定的影響，無形中增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)；再者，知識內(nèi)容的設(shè)計雖然不斷調(diào)整，但更新速度落后于社會科技的發(fā)展速度，專業(yè)課程無法及時跟上物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、新能源等新興領(lǐng)域?qū)ψ詣踊瞬诺呐囵B(yǎng)需求，學(xué)生的綜合素質(zhì)很難適應(yīng)科技創(chuàng)新的發(fā)展需求；又再者，現(xiàn)階段的自動化專業(yè)人才的知識和技能素養(yǎng)要求越來越多，學(xué)生所需要學(xué)習(xí)掌握的知識點越來越多，極大地消減了專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的精力與時間。最后，課程教學(xué)更注重傳統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容，具有工程應(yīng)用導(dǎo)向的知識點過少，即使是新增設(shè)的樓宇自動化、機器人技術(shù)等新興課程內(nèi)容，依然未能展現(xiàn)科技的最前沿。

自動化專業(yè)的課程體系應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式和體系，設(shè)計出符合一專多精、多專多精的復(fù)合型人才培養(yǎng)的教學(xué)培養(yǎng)體系。首先，在現(xiàn)有的“課程群”體系基礎(chǔ)上，合并“相似的專業(yè)課程”，進(jìn)一步顯化專業(yè)培養(yǎng)課程鏈；其次，以發(fā)展的眼光對傳統(tǒng)知識合理取舍，精簡知識要點，既要保證科學(xué)研究夠?qū)?，又要滿足工程實踐夠用，形成符合未來人才培養(yǎng)要求的新課程；再者，面對其他新工科專業(yè)，如“機器人工程”等人工智能專業(yè)，自動化專業(yè)需要結(jié)合中國制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃重新設(shè)定人才培養(yǎng)定位，彰顯自己的專業(yè)特色，并建立與之配套的課題體系。

2．2 實踐教學(xué)升級

實踐教學(xué)作為連接理論與應(yīng)用的橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的切入點[5-6]。只有將智能制造、大數(shù)據(jù)技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求切實地引入實踐教學(xué)過程當(dāng)中，才能真正打通實踐教學(xué)的“最后一公里”[8]。目前，受制于實驗經(jīng)費和實驗條件，大多數(shù)高校自動化專業(yè)的實踐教學(xué)主要以課內(nèi)實驗為主，以驗證性實驗居多，設(shè)計性的實驗偏少。此外，也有不少高校配置了少量的諸如PLC過程控制系統(tǒng)、儀表測試系統(tǒng)、機器視覺與圖像處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)等高階實驗平臺，但多數(shù)為研究生在操作，僅有少數(shù)參與開放性實驗課題的本科學(xué)生從事了相對高階的實驗設(shè)計和功能開發(fā)工作，遠(yuǎn)未達(dá)到中國制造2025科技創(chuàng)新戰(zhàn)略對復(fù)合型人才的需求。

《普通高等學(xué)校自動化專業(yè)規(guī)范》[9]的專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容明確給出了各個類型的自動化專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容的要求和目標(biāo)，劃出了人才培養(yǎng)的底線。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能這些掌控“中國制造2025”實施命脈的新科技、新理念并未能很好的貫徹到實踐教學(xué)過程當(dāng)中。究其原因：一方面作為指導(dǎo)性文件，它無法全面的概括所有高校自動化專業(yè)的特色和相應(yīng)的軟硬件設(shè)備；另一方面這些專業(yè)實踐教學(xué)依托的依然是傳統(tǒng)、經(jīng)典的專業(yè)課程，致使實踐環(huán)節(jié)很難打破傳統(tǒng)知識體系的束縛、及時銜接最新的智能化、信息化的自動控制新技術(shù)的進(jìn)展。更為突出的是，最新的實踐教學(xué)可能會因為缺乏經(jīng)典的實驗流程、成熟的實驗指導(dǎo)材料以及有經(jīng)驗的實踐指導(dǎo)教師，當(dāng)然也可能學(xué)生的綜合能力也有所不逮，很難達(dá)到理想的實驗教學(xué)目的。

為了改善這一狀況，順應(yīng)新工科建設(shè)的理念，急需深化實踐教學(xué)的內(nèi)容和方式。首先，需要集中來自于工程、計算機、自動化相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)教師，以中國制造2025、新工科等為指導(dǎo)原則，撰寫具有傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用背景的實驗教程，如室內(nèi)無線傳感器定位跟蹤、多機械臂運動控制、圖像識別與智能檢測、智慧小車編隊控制、智慧小車設(shè)計與開發(fā)、工業(yè)數(shù)據(jù)處理等適合自動化本科學(xué)生的實踐教學(xué)材料。其次，加大本科學(xué)生自主設(shè)計實訓(xùn)的力度，搭建理論知識與實踐應(yīng)用的橋梁，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力以及培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際工程問題的綜合應(yīng)用能力。再者，依托自動化相關(guān)專業(yè)的研究生，加大本科生實踐創(chuàng)新的投入力度，并從政策上給予傾斜，提高學(xué)生的探索興趣以及實踐能力，并在此基礎(chǔ)上培育出更多的本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。再次，實施校企聯(lián)合培養(yǎng)機制，依托企業(yè)專業(yè)的研發(fā)與實踐平臺，充分利用其工程技術(shù)人員的指導(dǎo)能力，擴大學(xué)生實踐教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，高?？梢酝恍﹥?yōu)秀企業(yè)搭建實踐教學(xué)基地和場所，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、資源合理利用，促進(jìn)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的優(yōu)化。最后，積極鼓勵成績優(yōu)秀的學(xué)生積極參加全國以及省市級各種相關(guān)競賽，通過參加比賽增長見識，拓寬視野，提高水平，鍛煉才干。

3.3 師資隊伍跨界整合

為了充分貫徹新工科的發(fā)展和建設(shè)理念，必須擁有一支與培養(yǎng)方案相適應(yīng)的教師隊伍。由于我國教育體制的特色，很難快速的改變師資隊伍的年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)源結(jié)構(gòu)、知識結(jié)構(gòu)，從而致使師資隊伍與學(xué)科專業(yè)不能完美匹配。例如，前些年我國很多高校實現(xiàn)了升格，很多師范類、綜合類院校在傳統(tǒng)學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展了自動化、電子信息工程等一大批順應(yīng)社會發(fā)展的新學(xué)科專業(yè)。然而，新專業(yè)的師資力量未能及時有效的提升更新，使得專業(yè)課程、專業(yè)實踐課程的教學(xué)浮于表面很難達(dá)到社會對專業(yè)人才的需求。

為了突破這個困局，可以多頭并進(jìn)：①鼓勵中青年骨干教師假期時間利用各種渠道，如訪問其他成熟高校的學(xué)科團隊，參加各種行業(yè)會議和研討會，讓具有國際理念的高水平教師或優(yōu)秀教師赴國外進(jìn)修等策略加速了解新興信息技術(shù)知識和專業(yè)理念；②聘請相關(guān)企業(yè)的一線科研人員擔(dān)任自動化專業(yè)課程或?qū)嵺`課程的主講教師，充分發(fā)揮其專業(yè)性、實踐性和工程性；③學(xué)校學(xué)院各層面根據(jù)中國制造2025對符合型人才的需求，建立更為豐富的跨專業(yè)選修課程，鼓勵優(yōu)秀學(xué)生跨專業(yè)選課，在一定程度上打破師資院系限制的壁壘，實現(xiàn)專業(yè)師資的虛擬聯(lián)盟；④充分利用各級政府所倡導(dǎo)的合作育人機制與政策支持，建立符合新工科建設(shè)理念下的自動化專業(yè)的合作育人項目，充分整合企業(yè)和高校的教育資源，使專業(yè)教育與新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)緊密融合，并搭建更為優(yōu)越的師資平臺。