智能时代背景下的自动化新工科人才培养模式研究与实践
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作者:熊伟丽 陶洪峰 刘艳君 谢莉
［摘 要］随着以智能化为主要特征的新一代技术变革时代的到来，以及工程教育理念和新工科建设的不断深入，自动化专业的人才培养模式需要在智能时代需求驱动下进行重构和优化。基于江南大学自动化专业建设的实际情况，文章通过阐述其新工科人才培养模式的构建思路和具体实施内容，为助力新工科建设和相关专业人才的培养提供新思路。
［关键词］智能时代；新工科；自动化专业；培养模式
［中图分类号］ G640 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）10-0228-03
一、概述
在以“新技术、新产业、新模式、新业态”为特征的新经济背景下，以人工智能、智能制造、物联网大数据等为代表的智能信息技术已上升至抢占国际竞争制高点的国家战略层面，智能信息技术正在引领社会产业的巨大变革，预示着全球已正式迈入智能时代。
在智能时代新一轮科技革命的挑战中，人才的培养、储备已成为关键所在，培养更多满足新经济发展需求的、掌握智能信息技术的新工科人才迫在眉婕。新工科专业建设不仅需要创设一批如人工智能、大数据和机器人等新兴专业，更需要对自动化等传统工科专业进行改造、升级和转型，以适应相关产业的智能化发展需求，更快更好地适应新经济发展对人才培养质量和规模的需求。
本文基于江南大学的自动化专业，以培养具有知识融合、集成创新和国际视野的，高素质、复合创新型、自动化新工科人才为目标，阐述在智能时代背景下，自动化新工科人才培养模式的构建思路，进行新工科人才培养模式的研究与探索。
二、新工科人才培养模式的国内外现状与分析
（一）国外新工科发展概况
自美国的互联网发展和德国的“工业4.0”战略提出以来，新技术的迅猛发展使得新产业对高质量工程技术人才的需求更为迫切。“技术―人才―产业”的高度融合已成为经济和社会发展的新模式，世界各国无不把培养一流的复合创新型工程技术人才放在重要地位，主动调整专业布局，探索工程教育转型发展路径，在培养人才的类型、要求、培养理念等方面均取得了一些值得借鉴的经验。
美国康奈尔大学等高校最早联合开展工程教育改革，一方面对传统学科专业进行改造升级，形成新的学科专业，另一方面通过不同工程学科交叉或由工程学科与其他学科交叉产生新专业，以跨学科研究中心等形式存在。2017年，MIT启动了“新工程教育转型”计划，旨在重构工程教育教学体系，培养能够引领未来产业界和社会发展的领导型工程人才。德国慕尼黑工业大学等高校主动对接新经济领域，在“工业4.0”的发展背景下将信息技术融入传统工科专业，更新课程体系内容，同时在高校内部组织结构上进行调整，以此整合优势学科资源，支撑工科专业转型发展。英国高校的“三明治”工程教育模式明确要求各个专业通过调整课程内容、创新教学方式等手段满足英国社会和行业的新发展，其产教融合校企合作的模式和类型丰富多样。伦敦大学学院实施“综合工程项目”，明确人才培养必须适应行业发展的新需求。法国巴黎综合理工大学等高校在对工程人才的培养中，综合考虑自身定位、区域经济、行业需求、国际发展趋势等诸多因素，分别采取不同的工程教育模式，实现不同学科专业之间的交叉融合，注重培养工程人才的跨界思维。
（二）国内新工科建设及发展
为应对新业态挑战，在基于新工科视角的工程教育改革讨论日渐激烈的形势下，教育部积极推进新工科建设，形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”三部曲，这对高校在学科专业结构、人才培养模式等方面的创新上起到了指导作用。近年来，南京大学、复旦大学等高校通过组建人工智能学院和大数据学院，开设了智能系统与应用等新专业，同时也有许多高校依托自身办学特色及优势学科，主动对接行业和企业，成立未来技术学院等，这些高校通过全面调整工科专业建设思路，融合信息技术，拓展多学科交叉领域等，进行了一系列创新型工程人才培养的教育研究与实践，建设了满足智能时代社会发展的新型工科专业。
但目前国内新工科人才培养仍存在一些问题，首先是工程创新人才的培养过程系统性不够，课程设置和实践教学等方式未实现高效融合，多是通过简单的“做加法”的方式，在培养方案中增加新课，缺乏柔性融合和整体性突破；其次是具有多学科知识实践背景的师资数量和能力在短期内都有不足，且多是独立开展教学工作；再次是工程创新人才实践平台的特色不明显，综合性、交叉性、创新性、前沿性不够，缺乏解决新产业复杂工程问题的有效方案；最后是深层次的产教融合协同育人合作有待加强，形式也有待进一步丰富。
三、自动化新工科人才培养模式构建的思路和主要内容
新工科建设中最关键的是人才培养模式的改革与创新，人才培养模式的构建对人才培养的最终效果有着重要影响。专业人才培养模式的更新，需要结合新经济发展、社会进步对人才的需求。
以笔者所在的江南大学自动化专业为例，自动化新工科人才培养模式的构建思路为学校在人工智能、智能制造、物联网和大数据等新技术驱动的新经济发展背景下，发挥所在区域的物联网、智能制造新经济发展优势，集聚学校优质办学资源，通过“学科―专业”资源的一体化交叉融合、协同共享等途径，以提升学生创新力为核心，以工程教育专业认证为标准，贯彻立德树人要求，从人才培养方案、基层教学组织、实践教学平台和质量评价体系等方面，进行“学科融合、专业交叉、行业统筹”的协同育人模式的研究与构建，培养具有知识融合、集成创新和国际视野的高素质复合创新型自动化新工科人才。
（一）以“知识―能力―素质”要求为主线，重构模块化专业人才培养新方案
面向智能产业需求，优化新工科专业培养方案的知识新结构。专业课程主要包括通识课程、学科平台课程、专业课程、集中实践环节、专业自主课程和创新创业环节等模块。在电路电子和程序设计基础等学科平台课程中加入智能电路设计、Python语言等专题内容，侧重在基础知识获取的同时普及新技术概念；增设人工智能、物联网技术应用等课程，侧重于学科资源和办学特色，开展专业特色教育；在专业自主课程中考虑智能信息技术的应用广泛性，通过科研反哺教学的方式，更新教学内容和教材，增设智能制造与工业感知、复杂数据处理技术等课程，学生根据职业规划或d趣进行自由选择；通过多学科深度融合的知识讲授，提高学生的知识能力和学术素养。
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面向复杂工程问题，满足新工科专业培养方案的能力新要求。提升校内实验实践内容的高阶性和挑战度，在集中性实践环节利用“虚实结合”的智能制造仿真平台开展解决复杂工程问题的综合性实验；在毕业设计环节增加与人工智能、物联网、智能制造等内容交叉的课题比例，同时打破专业间壁垒，允许学生在学院专业间交叉选题。在校内，学生和教师可通过大学生创新项目等开展课外实践；在校外，学生可通过卓越工程师培养计划等形式在新经济企业中开展综合实践和生产实习。强调多学科知识的综合应用，突出自动化新工科人才的知识能力、技术能力以及社会能力等工程素质的培养。
面向智能时代发展，提升新工科专业培养方案的素质新要求。考虑到人工智能、智能制造、物联网和大数据等新技术对社会和经济管理模式的巨大影响，学校在通识教育课程模块增加了社会人文类和管理类课程比重，突出了环境和过程育人的理念。通过多学科知识综合的课程思政教育和实践教学过程，开展“三全”教育，强化学生对工程伦理和职业道德的认识，提升其国际视野和跨文化交流、组织管理、竞争合作以及终身学习等能力，强调新工科人才的个人效能与社会能力培养。
（二）以“产―教―研”多层次深度融合为手段，构建贯通式工程实践教学平台
建立多层次的实践平台，丰富工程教研和创新创业情境。针对人才培养方案特点，依托国家和省级实践平台载体，在课内外开展学生的基础技能培训；依托校内校企联合创新实验室和校外卓越工程师联合培养基地开展工程实际项目实践；依托学科重点实验室和国际联合实验室开展国内外前沿科研项目实践。构建“人工智能大数据处理仿真中心”“智能制造运动控制仿真实验室”和“智慧城市物联网技术应用仿真平台”等虚实结合的实验环境和实验对象，并依托校企联合培训基地等平台开展多专业综合性案例实践教学和科技竞赛，全面加强对学生解决新经济产业复杂工程问题的创新能力的培养。
完善校企合作长效机制，提升优势互补的产教融合质量。加强与新经济行业领军企业的产教研合作，依托市校共建的智能制造协同创新中心，鼓励具有人工智能、物联网和大数据等技术的企业建立联合研发实验室，吸引多学科、多专业、多层级学生参与研发项目；同时鼓励企业在学校的大学生创新实践基地建立人工智能、智能机器人俱乐部等，并在校外建立卓越工程师企业实践基地，由校内外导师联合指导学生开展创新活动。开展产教融合过程管理和质量评价，完善校内外实验室和企业实践基地的运行与管理制度，制订学校、企业和学生的多元评价方案，根据综合评价结果构建联合实验室、俱乐部和实践基地的淘汰与激励机制，保证校企合作产教融合过程的技术前沿性与人才培养质量。
（三）以“优势学科―优质专业”师资队伍为核心，组建协同式基层教学组织
以人才培养需求为导向，组建优势学科专业资源融合的教学团队。针对自动化专业新工科培养方案的知识模块特点，依托教育部工程研究中心、教育部重点实验室、省级创新团队、省青蓝工程教学团队，打造学科交叉、知识融合的新工科教学团队，组建新工科专业课程群和教学团队等教学组织。根据基层教学组织建设情况，构建退出与建设激励机制，推动教师间的知识交叉和合作学习，引导学生进行知识重构。通过跨专业指导学生开展毕业设计、创新创业实践和学科竞赛，推荐优秀本科生提前进入科研团队等举措，培养学生的跨学科协同创新思维与技能。
以产学研合作为纽带，组建多专业混合实践的教学双导师团队。依托地域优势，加强与人工智能、智能制造和物联网等新经济企业的产学研合作，一方面鼓励校内教师自发组建多学科融合的科研团队、提升工程实践能力，并通过科研反哺教学的方式将知识转化为新工科课程的教学内容；另一方面吸纳企业优秀工程师参与专业培养计划的制订，同时作为卓越工程师计划、学生毕业设计的校外兼职导师，将新经济企业部分实际研发需求转化为大学生创新创业项目，以项目驱动的方式推进跨专业学生间的交流、学习与合作。
以国际合作平台为载体，组建专业学科交叉的国际化教学团队。依托工业过程智能控制“111”国家创新引智基地，邀请海外学术大师开设国际名师讲座和短期课程，组建国际化师资队伍；支持教师进行国际教学研讨与交流，提升国际化视野，并通过开设全英文/双语课程和指导学生参加国际科技竞赛等形式，强化教师的国际化教学能力；依托国际联合实验室师资队伍开展国际合作大学生科学创新项目研究，推行国内―国外教学资源统筹的协同育人国际化模式，培养国际化创新人才。
（四）以“工程认证―创新能力”为目标，完善多元化人才培养质量评价体系
瞄准工程教育专业认证，多维度全方位评价创新能力达成情况。围绕国际工程教育认证和本科专业类教学质量国家标准，基于学校定位和自动化新工科专业建设的办学特色，邀请自动化、人工智能、物联网和智能制造等行（企）业、在校生、毕业生和教师代表参加新工科人才培养方案的修订，以学生为中心，立足学生学习效果和教师教学效果两个维度，全方位评价新工科专业人才培养在多学科知识融合、创新实践能力和人文科学素养方面的达成度。
构建全面质量保障体系，多目标全过程监控本科教学质量。在校级宏观监控与二级学院自我约束机制相结合的教学管理保证制度下，为保证多学科多专业融合下本专业的建设成效和效率，学校设立由教师卓越分中心、多学科多专业教师构成的本科教学与专业建设工作组，推动培养方案制订、课程大纲修订、教师教学能力提升、教学改革研究、教学质量考核与评价等工作的有效开展。将多目标考核与评价结果用于新工科专业建设的持续改进和教师激励中，形成全过程反馈调节的新工科人才培养质量监控保障体系。
四、结语
智能时代驱动下，人才培养模式的重构需要从根本上转变教与学的思路、理念，不仅仅是在形式上，更重要的是要贯彻于教育教学的全过程。文章中的模式研究与多项举措均是基于笔者所在学院的自动化专业进行的初步探索与实践，具体的效果有待于进一步的实施和总结探究。
［ 参 考 文 献 ］
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［6] 熊伟丽，陶洪峰，刘艳君，等. 新工科背景下自动化专业工程实践教学体系的建设与思考[J]. 高教W刊，2019（12）：62-64.
［责任编辑：苏t颖］
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