多元驱动下新工科本科专业人才培养模式的构建

曾凯　　钱俊磊 　　陈波　　何茜　　张琦

［摘 要］随着教育部提出新工科建设的新需求，以课堂为主的理论教学已不能满足工科专业的培养要求。为了提高学生的培养质量，文章提出多元驱动自动化专业本科教学、实践模式，以课堂理论教学、实验教学为基础，以学科竞赛、创新大赛为载体，以生产实习、企业实习为辅助，以导师科研为提升手段，带动学生了解专业前沿、交叉学科知识，构建知识体系，实现以科研和工程为导向的培养目标。

［关键词］多元驱动；自动化；新工科；竞赛；实习；科研

［中图分类号］ G64 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）11-0074-03

工科专业在高等教育中承担着服务国家战略需求和行业企业需求的重任。为深化工程教育改革，推进新工科的建设与发展，2017年，教育部高等教育司发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》。新工科的建设应紧随国内外技术发展，符合国家产业升级的整体规划，主动对接人工智能、新基建、“互联网+”等新兴行业的人才需求，培养具备工程创新能力的多元化人才。

为探索新工科背景下工科类专业的新型人才培养模式，笔者结合自动化专业特点、专业培养方案以及应用型人才的培养目标，研究了一套多元驱动的人才培养模式，从教学、竞赛、实习、科研等多方面培养学生以工程和科研为导向的将理论与实践相结合的能力。

一、多元驱动培养模式

自动化专业是以工学为主，包含数学、电子、信息、计算机、网络、机械等多专业课程的交叉学科专业。自动化专业相关实践能力包括控制系统建模、设计、集成以及嵌入式系统开发等，此外，随着科技的快速发展，新知识不断出现，因此要求专业教师和学生及时关注专业发展前沿技术。学校配置的实验、课程设计偏重于基础知识应用，认识实习、生产实习和毕业设计等环节的理论设计比较多，与实际的工程项目、专业前沿融合不足。因此，本文提出基于教学、竞赛、实习、科研等的多元驱动人才培养体系。

构建多元驱动人才培养体系首先要求以专业为单位制定明确的培养目标，确定实现培养目标所需要的支撑课程、实践方式以及预计达成度。以自动化专业为例，目标是培养具有工程设计、实施、调试能力的工程师，核心课程包括自动控制原理、运动控制系统、电力电子器件、过程控制工程、可编程控制器、自动检测技术、工业控制网络等，覆盖工程设计中被控对象建模、被控参数检测、控制系统设计、控制参数整定以及系统集成的完整过程。传统实践环节包括实验教学、认识实习、生产实习以及毕业实习，但是这几个环节并不能使学生获得从分析项目需求、完成项目设计到项目实施或者模拟实施的完整流程体验，也不能很好地让学生接触专业前沿。

新培养体系课堂教学以理论教学为主，课程实验用以辅助巩固课堂知识，学科竞赛用以验证课堂学习效果，实习项目用以提升工程设计能力，导师科研方向有助开阔学生专业视野，学生毕业时能够初步具备工程设计、实施以及研发能力，实现与企业无缝接轨。学生充分发挥主动性，发现问题、查阅文献、分析问题，通过实验、竞赛和实习验证解决问题的方案，之后总结经验并上升到理论成果即毕业设计。最后，学生对大学期间的学习和实践过程进行评价，形成本培养体系的反馈数据，用于进一步对培养体系做出精细化调整。

（一）学科竞赛驱动培养模塊

学科竞赛可以培养学生的创新能力和团队合作能力。以“西门子杯”中国智能制造挑战赛为例，该挑战赛包含分析工艺流程、撰写项目方案、被控过程建模、总结被控参数、编写控制程序、整定控制器参数、模拟项目实施和生产过程等环节，全程仿真模拟一个控制工程的实施过程。比赛覆盖的专业课程包括自动控制原理、过程控制工程、自动检测技术、可编程控制器等，有能力的学生适当加入智能控制内容会有助于取得好成绩。比赛以用实际的控制系统控制模拟被控对象的形式完成，真实反映实际项目的设计过程，以系统自动评分评价学生对系统的控制效果。比赛过程实现让学生巩固课堂理论知识、理论联系实际、体验真实的工程设计的目的。

除了“西门子杯”中国智能制造挑战赛，适合自动化专业学生参加的比赛还包括电子设计大赛、智能车大赛等，学生可以根据兴趣选择参加。学科竞赛经历对学生后续在考研、就业、创业等方面有明显帮助。

（二）跨学科竞赛驱动培养模块

随着教育部对新工科的推进，新的培养方案鼓励学生在学好自己专业的同时了解或者掌握本专业之外的知识和技能。除了学科竞赛，学生还可以基于兴趣参加中国“互联网+”大学生创新创业大赛等。比赛需要学生根据兴趣自主组建团队，确定参赛内容。团队成员可以是不同专业、不同年级的学生，每位学生有不同的定位。科技创新团队需要针对跨学科的课题进行规划、设计和协调，一方面可建设学生的跨学科知识结构，另一方面可培养学生的组织协调能力。创业团队需要关注科技前沿，同时掌握创业所需要的研发、销售、财务管理等技能，多方面拓展自身的技术和能力。

与学科竞赛相比，跨学科竞赛更注重学生个人能力的全面发展，有助于增强学生对各种社会角色的适应性。

（三）实习驱动培养模块

实习驱动培养模块中包括认识实习、生产实习和毕业实习，认识实习和生产实习安排在开始专业课学习之后，毕业实习安排在毕业设计之前。

认识实习主要是参观具有专业代表性且有一定规模和特色的研发、生产基地，目的是让学生认识专业相关研发和生产的设备与器件、生产流程与控制过程。除了实地参观，学校部分网络资源或者多媒体资源也可以帮助学生了解典型生产过程和专业发展前沿。网络资源除了用于认识实习，还可用于给低年级学生做专业导论、前沿介绍等。认识实习能够让学生在进入专业课学习时对本专业有一个初步认识，对未来将要学习的知识有感性认识，为未来的生产实习和毕业实习做铺垫。

生产实习是让学生以实际项目的流程完成一个工程项目的设计、实施、调试和验收过程，比如柔性制造生产线的控制系统、流程工业一个工序的仿真控制，或者一个嵌入式控制系统的开发等。与认识实习比较，生产实习更偏重于让学生用自己所学知识参与设计和动手操作，这个过程是进入专业课学习之后的阶段性验收过程。

毕业实习包括“卓越工程师”校企融合培养阶段的企业顶岗实习和毕业设计前学生自主联系进入企业的生产实习。“卓越工程师”企业顶岗实习阶段时长为3～4个月，学生真正介入企业的工程项目中。自动化专业学生在企业顶岗实习中的实习内容包括方案设计、设备选型、软件编程、硬件接线测试、系统安装调试等环节，以结果为导向完成工程项目。在实习过程中，学生通过实践巩固在学校学习的专业知识，学习工程设计、生产标准以及在工厂工作的安全常识，完成从学校到企业的平滑过渡。

（四）导师科研驱动培养模块

导师科研驱动是产、学、研的结合点，指学生在学习专业基础课一段时间后，对专业有了初步了解，可以选择进入导师的科研课题。进入课题的方式可以是参与项目设计，也可以是参与科技论文写作。

工科专业高校教师的研究方向和科研课题对于本科生而言难度较大，但通过适当的引导和帮助，学生也可以找到相应的工作进入导师的课题，比如项目设计需求总结、子程序编写、硬件选型对比、资料检索、系统测试等工作。这些工作能帮助学生了解产品研发、工程设计和实施的流程和内容，也能帮助学生找到自身的兴趣点以及优势，在未来考研选择研究方向或者选择就业的工作领域时做到有的放矢，避免盲目考研或者选错研究方向。

科技论文写作对于本科生而言有一定难度，但是在论文写作过程中也有本科生力所能及的工作，比如实验数据采集和处理、文献检索、算法测试等。学生在参与科技论文写作的过程中，能初步了解科研项目的内容、深度和完成流程，有助于寻找未来读研的研究方向，同时缩短未来读研后进入课题的过渡时间。

二、多元驱动的协同性和可持续性

工科专业多元驱动培养模式的不同驱动方式之间具有协同性和可持续性。如图1所示，外围四个框分别表示教学、竞赛、实习、科研四个模块，中间圆圈表示对学生的提升作用。四个方面的培养方式嵌入工科学生的学习过程，互相渗透、循序渐进、协同发展。

教学作为所有培养方式的基础，是学生进入大学以后最早接触的培养方式。学生对所有课程最早的接触都是从理论教学开始的。课堂教学与实验教学分别实现对基础理论知识的讲授和验证。

从数学建模大赛开始，工科专业学生，尤其是自动化专业学生开始进入与学科相关的最早的学科竞赛，为将来进入专业课学习之后要开展的被控对象建模打下良好基础。随着专业课学习的深入，与专业相关的学科竞赛逐渐丰富，学生通过选择参加不同的竞赛发现自身的兴趣、挖掘自身的潜力。

进入大学三年级，学生在学习专业基础课之后正式转向专业课学习，认识实习、生产实习作为所学专业知识的验证和补充，有利于对专业知识作前沿设计，为跨学科竞赛打下知识基础。

大学四年级的毕业设计，是对大学阶段学习的总结和对未来进一步深造的展望，毕业设计课题是导师带领学生进入科研项目或者工程设计的台阶，也是检验学生四年学习效果的手段。不管是即将进入研究生阶段学习的学生还是即将走上工作岗位的学生，其选择的毕业设计课题均可一直延续到未来的学习或者工作中，具有良好的协同性和可持续性。

三、多元驱动促进产学研结合

高等教育与基础教育最大的区别是需要直接面对社会需求，尤其对于工科专业而言，其培养目标之一是学生毕业以后能满足企业需求。以需求为导向的人才培养体系，要根据毕业需求制定培养目标、根据培养目标配置多元驱动的课程体系。政府、高校和企业三方应共建产学研合作平台，探索多元驱动产教融合、协同育人的培养模式，实现三方资源共享、优势互补、互相促进。

培养方案把学生作为产、学、研结合的中心，注重知识、素质、能力的结合。课程体系以知识为基础、以素质为目标，将能力培养贯穿始终，将工科学生培养成为能够应用基本理论分析和解决复杂工程问题的全能人才。

多元驱动教学要求教师向教学与科研并重型发展，在多元驱动教学过程中以不同的角色指导学生，一方面提升理论科研水平，另一方面有能力转化科研成果并向企业推广应用，实现把科技转化为生产力。

四、结语

本文通过对多元驱动下新工科本科专业人才培养模式的研究，构建教学、竞赛、实习、科研互相渗透且相辅相成的培养模式，促进学生对基础知识、工程经验、专业前沿、科研项目的掌握，实现学生实践能力和创新能力的提升。多元驱动培养模式能够在提高学生综合能力的同时，实现对教师教学水平的评价，是一套有助于不断完善专业培养目标的人才培养体系。

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［责任编辑：周侯辰］