李冰 張妍 賈俊菊

[摘 要] 針對新工科背景下科教融合協(xié)同育人理念在自動化專業(yè)應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應用進行了探索與實踐研究。結(jié)合電力行業(yè)背景特點以及電力行業(yè)對自動化專業(yè)人才創(chuàng)新能力的需求，通過調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)方案、將科研項目與教學過程相融合、進行課程教學方法改革、改進課程考核方式等，促進科教融合協(xié)同育人在自動化專業(yè)人才培養(yǎng)中的實踐，鼓勵和引導學生參與科研，并通過科教融合提高學生分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。

[關鍵詞] 新工科;科教融合;協(xié)同育人;創(chuàng)新型人才

[中圖分類號]G642 ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2021） 09-0092-03

以人工智能等新技術為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在改變國際產(chǎn)業(yè)格局，為了應對新工業(yè)革命帶來的挑戰(zhàn)，我國在2015年部署實施了“中國制造2025”戰(zhàn)略計劃，并明確提出要發(fā)展新工科。2017年2月的“復旦共識”明確了新工科建設與發(fā)展的路徑選擇;2017年4月的“天大行動”探討了我國新工科發(fā)展的目標和工科發(fā)展新范式;2017年6月的“北京指南”提出了新工科建設的指導意見。新工科教育“三部曲”奠定了新工科教育的基本格局?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出，高等教育要“牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位，支持學生參與科學研究，強化實踐教學環(huán)節(jié)，促進科研與教學互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合，著力提高學生服務國家服務人民的社會責任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力”。國務院《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》中指出：“加快推進人才培養(yǎng)模式改革，推進科教協(xié)同育人，完善高水平科研支撐拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制?！薄毒V要》和《方案》都明確提出了將科研與教學相結(jié)合，充分發(fā)揮科學研究在高等教育育人中的重要功能。教師通過將科研項目與教學內(nèi)容相結(jié)合，將科學研究服務于教學，將學科和專業(yè)發(fā)展前沿貫穿至日常教學，將企業(yè)在發(fā)展過程遇到的科技難題及解決方案融入教學內(nèi)容中，激發(fā)學生思考問題、解決問題的興趣，提高學生的創(chuàng)新能力。

新工科建設背景下創(chuàng)新人才的培養(yǎng)對應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，筆者所在的華北電力大學科技學院是一所具有電力行業(yè)特色的應用型本科院校，學院畢業(yè)生主要在電力行業(yè)及與電力行業(yè)緊密相關的企業(yè)就業(yè)。從電力行業(yè)及相關企業(yè)對人才的需求來看，對具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的應用型畢業(yè)生尤為看重。按照我院培養(yǎng)“實基礎、重實踐、強能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才”的總體要求和“培養(yǎng)基礎理論扎實、專業(yè)知識系統(tǒng)、實踐能力與創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的復合應用創(chuàng)新型人才”的培養(yǎng)目標，筆者所在的自動化專業(yè)在科教融合協(xié)同育人和創(chuàng)新人才培養(yǎng)中也進行了相應的探索和實踐，不斷探索具有較強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的人才培養(yǎng)模式。

一、修訂人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建科教融合的育人機制

根據(jù)學院辦學定位和電力行業(yè)對自動化專業(yè)人才需求特點，按照《自動化類教學質(zhì)量國家標準》，修訂并形成了2018版人才培養(yǎng)方案。在人才培養(yǎng)方案修訂過程中，先后走訪了五大發(fā)電集團下屬的多個電廠，向電廠的技術專工咨詢電廠對自動化專業(yè)人才在專業(yè)技能、創(chuàng)新能力等方面的需求;向在電力行業(yè)就業(yè)的畢業(yè)生征詢學校在人才培養(yǎng)方面尚存在的薄弱環(huán)節(jié);邀請相關企業(yè)專家對自動化人才培養(yǎng)方案提出建議。在2018版人才培養(yǎng)方案修訂過程中，一方面根據(jù)“科教融合協(xié)同育人”的人才培養(yǎng)理念，加大實踐教學環(huán)節(jié)比重，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力;另一方面通過增設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。

在人才培養(yǎng)方案中，確定了自動化專業(yè)人才專業(yè)培養(yǎng)的基本要求：具備較好的工程知識、具備一定的問題分析能力、具有一定的科學研究能力、能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決自動化領域的復雜工程問題。確定了以自動控制原理、微機原理與嵌入式系統(tǒng)、檢測技術與儀表、過程控制系統(tǒng)為核心的專業(yè)核心課程，基于專業(yè)核心課程以及相關課程的關聯(lián)程度，構(gòu)建了以不同核心課程為中心的“專業(yè)課程群”，并根據(jù)課程群設置綜合實踐環(huán)節(jié)，如控制系統(tǒng)綜合實踐、微機原理與嵌入式系統(tǒng)綜合實踐等。每個實踐環(huán)節(jié)的實踐周數(shù)3周，采用“類工程項目管理方法”管理，以工程項目的管理方法，對需求分析、整體項目設計、項目分解、硬件軟件設計、開發(fā)、調(diào)試、資料管理、文檔建立等一系列環(huán)節(jié)按工程項目訓練。學生通過對一個小型項目的實現(xiàn)過程，能夠了解項目研究的流程，有助于促進科教融合理念在理論教學和實踐教學過程中的探索，滿足了對學生專業(yè)能力培養(yǎng)的要求，實現(xiàn)了培養(yǎng)目標。

（一）科研項目融入課程教學，激發(fā)學生學習興趣

擔任專業(yè)課的教師大部分都參與或承擔科研項目，所承擔的科研項目既有國家自然科學基金、河北省自然科學基金、北京市自然科學基金等縱向項目，也有與國家電網(wǎng)、各大發(fā)電集團發(fā)電廠簽訂的解決電廠運行過程中實際問題的科技服務項目，每位老師在授課過程中將自己的優(yōu)秀科研成果和學科前沿、企業(yè)所遇到的實際問題及解決方案進行梳理后，融入課堂教學。一方面可以對教學內(nèi)容進行更新和補充，拓展學生的知識面，開闊學生的專業(yè)視野，另一方面通過對電力企業(yè)實際問題進行分析，使學生了解所學專業(yè)內(nèi)容在實際生產(chǎn)中的應用，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。教師將科研過程中的方法、思路以及所采用的新技術、新算法和新模型融入課堂教學，培養(yǎng)學生的科研思維和運用新技術、新方法的能力，提高學生從不同角度思考問題、提出解決問題方法的能力，提升學生的科研自信、保持對新事物、新方法的好奇心。教師將科研項目中與所授課程緊密相關的內(nèi)容進行拆分后，設計成課程內(nèi)容實驗和課程設計題目，將其轉(zhuǎn)化為課程教學內(nèi)容，豐富和優(yōu)化了課程實驗和實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

目前我院自動化專業(yè)開設有“火電廠自動化專題”“單片機與嵌入式系統(tǒng)”“傳感器原理”“機器人工程”等與電廠運行、電網(wǎng)巡檢及實際工程應用相關的專業(yè)課程，如“火電廠自動化專題”課程由8位資深教師授課，其中3位教師為博士生導師，其余5位為碩士生導師，各位教師在授課過程中結(jié)合自己的科研項目和科研成果，通過實際的企業(yè)案例來介紹目前火力發(fā)電領域發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在豐富教學內(nèi)容的同時也提高了學生的聽課興趣和聽課效率。在筆者擔任的“單片機與嵌入式系統(tǒng)”課程教學過程中，通過與學生分享筆者在不同科研項目中承擔的科研任務和取得的成果圖片及視頻，向?qū)W生介紹與嵌入式系統(tǒng)相關的技術部分在解決實際問題時的具體應用，將該課程的教學過程與在實際生產(chǎn)中“到底有什么用”相結(jié)合，提升了學生的學習效果。2019年，自動化專業(yè)5名同學參加了藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽（單片機設計與開發(fā)），其中2名同學獲得省級一等獎。

（二）成立興趣小組，基于科教融合打造第二課堂

學生根據(jù)不同教師的研究方向和個人興趣，組成興趣學習小組，并由不同指導教師根據(jù)項目內(nèi)容對小組同學進行指導，通過將課堂所學理論知識與科研項目實際應用結(jié)合，真正實現(xiàn)科教融合，激發(fā)學生參與科研的熱情。指導教師將正在進行和預研的項目、課題拆分成若干子課題，每個小組根據(jù)各自興趣針對某一子課題參與研究工作，指導教師根據(jù)子課題內(nèi)容布置研究內(nèi)容，并指導學生需要采用的研究方法和策略，小組同學根據(jù)教師指導逐步實現(xiàn);課題組進行例會時，邀請興趣小組同學參加并匯報小組研究進展情況和學習心得，對興趣小組的工作進行評價、指導和鼓勵，培養(yǎng)學生的科研興趣;指導學生參與各種與專業(yè)相關的競賽（如中國機器人大賽暨國際公開賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽等）、進行實用新型/發(fā)明專利申請、撰寫發(fā)表學術論文等，通過多種形式的科研成果提升學生的科研自信。

以教師團隊在2019年承擔的某公司“自動焊接控制系統(tǒng)”項目為例，在項目研究過程中，主要涉及系統(tǒng)硬件設計、圖像處理、自動焊接控制三方面的內(nèi)容，因此成立了三個興趣小組，每個興趣小組3-5人，工作主要包括：硬件設計、圖像處理算法、PLC自動控制系統(tǒng)設計，根據(jù)成員興趣自由結(jié)組并選擇一個方向開展研究工作。通過定期指導、匯報、實驗等，每個小組對所研究內(nèi)容進行文獻檢索、國內(nèi)外技術現(xiàn)狀分析、確定應采取的技術策略、對實驗過程中出現(xiàn)的問題及原因進行分析等，通過大量的實驗，對研究方法和研究方案不斷進行改進，在項目結(jié)題時都取得了一定的進展和結(jié)果。并在此基礎上進行了專利申請、學術論文投稿和科技競賽等，其中PLC自動控制系統(tǒng)設計小組參加了2019年“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，并取得了河北省三等獎的優(yōu)異成績。

（三）進行課程教學方法改革，強化科教融合育人效果

為了進一步加強科教融合在專業(yè)課程教學過程中的運用，提高教學質(zhì)量，近年來各專業(yè)教師在課堂教學過程中不斷進行改革，將優(yōu)質(zhì)的科研資源轉(zhuǎn)化為教學資源，針對不同課程提出了不同的教學改革方案。如在“單片機與嵌入式系統(tǒng)”課程中提出了“項目化教學改革方案”，以模擬電廠“汽包水位控制”項目為載體，以不同控制任務為驅(qū)動，將理論學習與實踐操作相結(jié)合，使學生在項目任務進行過程中逐漸掌握該課程的理論知識和技術技能。同時在項目化教學過程中，參照項目工程管理方法，使學生在學習過程中同時得到工程鍛煉。在項目化教學改革過程中，還根據(jù)不同科研項目設計了相關的工程任務，將科研過程與教學過程融合，豐富課程教學資源，提高學生的創(chuàng)新能力。“自動控制原理”和“計算機控制與系統(tǒng)”課程理論性較強，理論推導和公式較多，學生學習效果較差，因此將MATLAB仿真系統(tǒng)引入到教學中，教師在教學過程中，通過設計與實際項目應用相結(jié)合的教學內(nèi)容、實驗內(nèi)容以及課程設計內(nèi)容，將項目應用中的理論問題通過仿真系統(tǒng)圖像進行展示，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了課程的教學質(zhì)量。

二、基于科教融合理念的考核評價機制

科教融合模式既要注重對學生基礎理論知識的傳授，又要注重學生“分析問題、解決問題”能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此在對學生進行考核應改變傳統(tǒng)考核方式中“一考定結(jié)果”的考核方式。

科教融合模式下，對學生的考核包括學生基礎理論知識考核、學生學習過程考核、學生能力考核等多個方面，通過對多個方面的成績進行綜合后作為學生考核成績。對于學生基礎理論知識考核，主要采用閉卷、開卷、大作業(yè)等形式進行;過程考核主要通過學生出勤、提交作業(yè)、課堂參與互動表現(xiàn)等形式實現(xiàn);能力考核主要通過課堂討論時學生能否提出問題、提出解決問題的思路和方法、從不同角度對問題進行解讀等以及在興趣小組中的貢獻等進行;同時對學生在進行課程實驗、課程設計等環(huán)節(jié)中提出的具有創(chuàng)新性的思路和方法也作為能力考核的重要參考，激發(fā)學生參與科研活動的興趣和信心。

總之，新工科背景下，將科研項目和科研過程融入人才培養(yǎng)過程，有利于提高學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，有利于提高學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，同時也有利于人才培養(yǎng)的質(zhì)量。通過在我院自動化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的探索與實踐，深入貫徹科教融合理念，優(yōu)化設置人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建以核心課程為中心的課程群體系，將科研項目融入課堂教學，進行項目化驅(qū)動的課程教學改革，建立與科教融合相適應的考核機制等，將科研與教學緊密結(jié)合，努力培養(yǎng)更多具有較強科研能力和創(chuàng)新能力的應用型人才。

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（責任編輯：王義祥）