曾凱　　錢俊磊 　　陳波　　何茜　　張琦

［摘 要］隨著教育部提出新工科建設(shè)的新需求，以課堂為主的理論教學(xué)已不能滿足工科專業(yè)的培養(yǎng)要求。為了提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，文章提出多元驅(qū)動自動化專業(yè)本科教學(xué)、實踐模式，以課堂理論教學(xué)、實驗教學(xué)為基礎(chǔ)，以學(xué)科競賽、創(chuàng)新大賽為載體，以生產(chǎn)實習(xí)、企業(yè)實習(xí)為輔助，以導(dǎo)師科研為提升手段，帶動學(xué)生了解專業(yè)前沿、交叉學(xué)科知識，構(gòu)建知識體系，實現(xiàn)以科研和工程為導(dǎo)向的培養(yǎng)目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］多元驅(qū)動；自動化；新工科；競賽；實習(xí)；科研

［中圖分類號］ G64 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）11-0074-03

工科專業(yè)在高等教育中承擔(dān)著服務(wù)國家戰(zhàn)略需求和行業(yè)企業(yè)需求的重任。為深化工程教育改革，推進新工科的建設(shè)與發(fā)展，2017年，教育部高等教育司發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》。新工科的建設(shè)應(yīng)緊隨國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展，符合國家產(chǎn)業(yè)升級的整體規(guī)劃，主動對接人工智能、新基建、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興行業(yè)的人才需求，培養(yǎng)具備工程創(chuàng)新能力的多元化人才。

為探索新工科背景下工科類專業(yè)的新型人才培養(yǎng)模式，筆者結(jié)合自動化專業(yè)特點、專業(yè)培養(yǎng)方案以及應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，研究了一套多元驅(qū)動的人才培養(yǎng)模式，從教學(xué)、競賽、實習(xí)、科研等多方面培養(yǎng)學(xué)生以工程和科研為導(dǎo)向的將理論與實踐相結(jié)合的能力。

一、多元驅(qū)動培養(yǎng)模式

自動化專業(yè)是以工學(xué)為主，包含數(shù)學(xué)、電子、信息、計算機、網(wǎng)絡(luò)、機械等多專業(yè)課程的交叉學(xué)科專業(yè)。自動化專業(yè)相關(guān)實踐能力包括控制系統(tǒng)建模、設(shè)計、集成以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等，此外，隨著科技的快速發(fā)展，新知識不斷出現(xiàn)，因此要求專業(yè)教師和學(xué)生及時關(guān)注專業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)。學(xué)校配置的實驗、課程設(shè)計偏重于基礎(chǔ)知識應(yīng)用，認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的理論設(shè)計比較多，與實際的工程項目、專業(yè)前沿融合不足。因此，本文提出基于教學(xué)、競賽、實習(xí)、科研等的多元驅(qū)動人才培養(yǎng)體系。

構(gòu)建多元驅(qū)動人才培養(yǎng)體系首先要求以專業(yè)為單位制定明確的培養(yǎng)目標(biāo)，確定實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)所需要的支撐課程、實踐方式以及預(yù)計達成度。以自動化專業(yè)為例，目標(biāo)是培養(yǎng)具有工程設(shè)計、實施、調(diào)試能力的工程師，核心課程包括自動控制原理、運動控制系統(tǒng)、電力電子器件、過程控制工程、可編程控制器、自動檢測技術(shù)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等，覆蓋工程設(shè)計中被控對象建模、被控參數(shù)檢測、控制系統(tǒng)設(shè)計、控制參數(shù)整定以及系統(tǒng)集成的完整過程。傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)包括實驗教學(xué)、認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)以及畢業(yè)實習(xí)，但是這幾個環(huán)節(jié)并不能使學(xué)生獲得從分析項目需求、完成項目設(shè)計到項目實施或者模擬實施的完整流程體驗，也不能很好地讓學(xué)生接觸專業(yè)前沿。

新培養(yǎng)體系課堂教學(xué)以理論教學(xué)為主，課程實驗用以輔助鞏固課堂知識，學(xué)科競賽用以驗證課堂學(xué)習(xí)效果，實習(xí)項目用以提升工程設(shè)計能力，導(dǎo)師科研方向有助開闊學(xué)生專業(yè)視野，學(xué)生畢業(yè)時能夠初步具備工程設(shè)計、實施以及研發(fā)能力，實現(xiàn)與企業(yè)無縫接軌。學(xué)生充分發(fā)揮主動性，發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻、分析問題，通過實驗、競賽和實習(xí)驗證解決問題的方案，之后總結(jié)經(jīng)驗并上升到理論成果即畢業(yè)設(shè)計。最后，學(xué)生對大學(xué)期間的學(xué)習(xí)和實踐過程進行評價，形成本培養(yǎng)體系的反饋數(shù)據(jù)，用于進一步對培養(yǎng)體系做出精細(xì)化調(diào)整。

（一）學(xué)科競賽驅(qū)動培養(yǎng)模塊

學(xué)科競賽可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊合作能力。以“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽為例，該挑戰(zhàn)賽包含分析工藝流程、撰寫項目方案、被控過程建模、總結(jié)被控參數(shù)、編寫控制程序、整定控制器參數(shù)、模擬項目實施和生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)，全程仿真模擬一個控制工程的實施過程。比賽覆蓋的專業(yè)課程包括自動控制原理、過程控制工程、自動檢測技術(shù)、可編程控制器等，有能力的學(xué)生適當(dāng)加入智能控制內(nèi)容會有助于取得好成績。比賽以用實際的控制系統(tǒng)控制模擬被控對象的形式完成，真實反映實際項目的設(shè)計過程，以系統(tǒng)自動評分評價學(xué)生對系統(tǒng)的控制效果。比賽過程實現(xiàn)讓學(xué)生鞏固課堂理論知識、理論聯(lián)系實際、體驗真實的工程設(shè)計的目的。

除了“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，適合自動化專業(yè)學(xué)生參加的比賽還包括電子設(shè)計大賽、智能車大賽等，學(xué)生可以根據(jù)興趣選擇參加。學(xué)科競賽經(jīng)歷對學(xué)生后續(xù)在考研、就業(yè)、創(chuàng)業(yè)等方面有明顯幫助。

（二）跨學(xué)科競賽驅(qū)動培養(yǎng)模塊

隨著教育部對新工科的推進，新的培養(yǎng)方案鼓勵學(xué)生在學(xué)好自己專業(yè)的同時了解或者掌握本專業(yè)之外的知識和技能。除了學(xué)科競賽，學(xué)生還可以基于興趣參加中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。比賽需要學(xué)生根據(jù)興趣自主組建團隊，確定參賽內(nèi)容。團隊成員可以是不同專業(yè)、不同年級的學(xué)生，每位學(xué)生有不同的定位?？萍紕?chuàng)新團隊需要針對跨學(xué)科的課題進行規(guī)劃、設(shè)計和協(xié)調(diào)，一方面可建設(shè)學(xué)生的跨學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，另一方面可培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力。創(chuàng)業(yè)團隊需要關(guān)注科技前沿，同時掌握創(chuàng)業(yè)所需要的研發(fā)、銷售、財務(wù)管理等技能，多方面拓展自身的技術(shù)和能力。

與學(xué)科競賽相比，跨學(xué)科競賽更注重學(xué)生個人能力的全面發(fā)展，有助于增強學(xué)生對各種社會角色的適應(yīng)性。

（三）實習(xí)驅(qū)動培養(yǎng)模塊

實習(xí)驅(qū)動培養(yǎng)模塊中包括認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)，認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)安排在開始專業(yè)課學(xué)習(xí)之后，畢業(yè)實習(xí)安排在畢業(yè)設(shè)計之前。

認(rèn)識實習(xí)主要是參觀具有專業(yè)代表性且有一定規(guī)模和特色的研發(fā)、生產(chǎn)基地，目的是讓學(xué)生認(rèn)識專業(yè)相關(guān)研發(fā)和生產(chǎn)的設(shè)備與器件、生產(chǎn)流程與控制過程。除了實地參觀，學(xué)校部分網(wǎng)絡(luò)資源或者多媒體資源也可以幫助學(xué)生了解典型生產(chǎn)過程和專業(yè)發(fā)展前沿。網(wǎng)絡(luò)資源除了用于認(rèn)識實習(xí)，還可用于給低年級學(xué)生做專業(yè)導(dǎo)論、前沿介紹等。認(rèn)識實習(xí)能夠讓學(xué)生在進入專業(yè)課學(xué)習(xí)時對本專業(yè)有一個初步認(rèn)識，對未來將要學(xué)習(xí)的知識有感性認(rèn)識，為未來的生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)做鋪墊。

生產(chǎn)實習(xí)是讓學(xué)生以實際項目的流程完成一個工程項目的設(shè)計、實施、調(diào)試和驗收過程，比如柔性制造生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)、流程工業(yè)一個工序的仿真控制，或者一個嵌入式控制系統(tǒng)的開發(fā)等。與認(rèn)識實習(xí)比較，生產(chǎn)實習(xí)更偏重于讓學(xué)生用自己所學(xué)知識參與設(shè)計和動手操作，這個過程是進入專業(yè)課學(xué)習(xí)之后的階段性驗收過程。

畢業(yè)實習(xí)包括“卓越工程師”校企融合培養(yǎng)階段的企業(yè)頂崗實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計前學(xué)生自主聯(lián)系進入企業(yè)的生產(chǎn)實習(xí)?！白吭焦こ處煛逼髽I(yè)頂崗實習(xí)階段時長為3～4個月，學(xué)生真正介入企業(yè)的工程項目中。自動化專業(yè)學(xué)生在企業(yè)頂崗實習(xí)中的實習(xí)內(nèi)容包括方案設(shè)計、設(shè)備選型、軟件編程、硬件接線測試、系統(tǒng)安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，以結(jié)果為導(dǎo)向完成工程項目。在實習(xí)過程中，學(xué)生通過實踐鞏固在學(xué)校學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，學(xué)習(xí)工程設(shè)計、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及在工廠工作的安全常識，完成從學(xué)校到企業(yè)的平滑過渡。

（四）導(dǎo)師科研驅(qū)動培養(yǎng)模塊

導(dǎo)師科研驅(qū)動是產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合點，指學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課一段時間后，對專業(yè)有了初步了解，可以選擇進入導(dǎo)師的科研課題。進入課題的方式可以是參與項目設(shè)計，也可以是參與科技論文寫作。

工科專業(yè)高校教師的研究方向和科研課題對于本科生而言難度較大，但通過適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和幫助，學(xué)生也可以找到相應(yīng)的工作進入導(dǎo)師的課題，比如項目設(shè)計需求總結(jié)、子程序編寫、硬件選型對比、資料檢索、系統(tǒng)測試等工作。這些工作能幫助學(xué)生了解產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計和實施的流程和內(nèi)容，也能幫助學(xué)生找到自身的興趣點以及優(yōu)勢，在未來考研選擇研究方向或者選擇就業(yè)的工作領(lǐng)域時做到有的放矢，避免盲目考研或者選錯研究方向。

科技論文寫作對于本科生而言有一定難度，但是在論文寫作過程中也有本科生力所能及的工作，比如實驗數(shù)據(jù)采集和處理、文獻檢索、算法測試等。學(xué)生在參與科技論文寫作的過程中，能初步了解科研項目的內(nèi)容、深度和完成流程，有助于尋找未來讀研的研究方向，同時縮短未來讀研后進入課題的過渡時間。

二、多元驅(qū)動的協(xié)同性和可持續(xù)性

工科專業(yè)多元驅(qū)動培養(yǎng)模式的不同驅(qū)動方式之間具有協(xié)同性和可持續(xù)性。如圖1所示，外圍四個框分別表示教學(xué)、競賽、實習(xí)、科研四個模塊，中間圓圈表示對學(xué)生的提升作用。四個方面的培養(yǎng)方式嵌入工科學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，互相滲透、循序漸進、協(xié)同發(fā)展。

教學(xué)作為所有培養(yǎng)方式的基礎(chǔ)，是學(xué)生進入大學(xué)以后最早接觸的培養(yǎng)方式。學(xué)生對所有課程最早的接觸都是從理論教學(xué)開始的。課堂教學(xué)與實驗教學(xué)分別實現(xiàn)對基礎(chǔ)理論知識的講授和驗證。

從數(shù)學(xué)建模大賽開始，工科專業(yè)學(xué)生，尤其是自動化專業(yè)學(xué)生開始進入與學(xué)科相關(guān)的最早的學(xué)科競賽，為將來進入專業(yè)課學(xué)習(xí)之后要開展的被控對象建模打下良好基礎(chǔ)。隨著專業(yè)課學(xué)習(xí)的深入，與專業(yè)相關(guān)的學(xué)科競賽逐漸豐富，學(xué)生通過選擇參加不同的競賽發(fā)現(xiàn)自身的興趣、挖掘自身的潛力。

進入大學(xué)三年級，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課之后正式轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)，認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)作為所學(xué)專業(yè)知識的驗證和補充，有利于對專業(yè)知識作前沿設(shè)計，為跨學(xué)科競賽打下知識基礎(chǔ)。

大學(xué)四年級的畢業(yè)設(shè)計，是對大學(xué)階段學(xué)習(xí)的總結(jié)和對未來進一步深造的展望，畢業(yè)設(shè)計課題是導(dǎo)師帶領(lǐng)學(xué)生進入科研項目或者工程設(shè)計的臺階，也是檢驗學(xué)生四年學(xué)習(xí)效果的手段。不管是即將進入研究生階段學(xué)習(xí)的學(xué)生還是即將走上工作崗位的學(xué)生，其選擇的畢業(yè)設(shè)計課題均可一直延續(xù)到未來的學(xué)習(xí)或者工作中，具有良好的協(xié)同性和可持續(xù)性。

三、多元驅(qū)動促進產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

高等教育與基礎(chǔ)教育最大的區(qū)別是需要直接面對社會需求，尤其對于工科專業(yè)而言，其培養(yǎng)目標(biāo)之一是學(xué)生畢業(yè)以后能滿足企業(yè)需求。以需求為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體系，要根據(jù)畢業(yè)需求制定培養(yǎng)目標(biāo)、根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)配置多元驅(qū)動的課程體系。政府、高校和企業(yè)三方應(yīng)共建產(chǎn)學(xué)研合作平臺，探索多元驅(qū)動產(chǎn)教融合、協(xié)同育人的培養(yǎng)模式，實現(xiàn)三方資源共享、優(yōu)勢互補、互相促進。

培養(yǎng)方案把學(xué)生作為產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的中心，注重知識、素質(zhì)、能力的結(jié)合。課程體系以知識為基礎(chǔ)、以素質(zhì)為目標(biāo)，將能力培養(yǎng)貫穿始終，將工科學(xué)生培養(yǎng)成為能夠應(yīng)用基本理論分析和解決復(fù)雜工程問題的全能人才。

多元驅(qū)動教學(xué)要求教師向教學(xué)與科研并重型發(fā)展，在多元驅(qū)動教學(xué)過程中以不同的角色指導(dǎo)學(xué)生，一方面提升理論科研水平，另一方面有能力轉(zhuǎn)化科研成果并向企業(yè)推廣應(yīng)用，實現(xiàn)把科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

四、結(jié)語

本文通過對多元驅(qū)動下新工科本科專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究，構(gòu)建教學(xué)、競賽、實習(xí)、科研互相滲透且相輔相成的培養(yǎng)模式，促進學(xué)生對基礎(chǔ)知識、工程經(jīng)驗、專業(yè)前沿、科研項目的掌握，實現(xiàn)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的提升。多元驅(qū)動培養(yǎng)模式能夠在提高學(xué)生綜合能力的同時，實現(xiàn)對教師教學(xué)水平的評價，是一套有助于不斷完善專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的人才培養(yǎng)體系。

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［責(zé)任編輯：周侯辰］