新工科背景下智能科學與技術專業課程體系研究

黃繼海 劉秋菊 張子洋 夏征

摘 要：隨著智能科學技術的快速發展，智能科學與技術專業應運而生，按照新工科建設需要，構建面向應用的課程體系應服務于當地經濟發展。以鄭州工程技術學院智能科學與技術專業為例，以鄭州市區域性經濟社會發展對人才的需求為導向，結合學校的優勢專業和優秀師資，以項目驅動為主線，給出了如何確定專業定位、漸進式實踐教學體系、校企深度合作培養模式的理論課程體系及實踐教學體系。

關鍵詞：新工科;地方性大學;智能科學與技術;課程體系;產教融合

DOI：10. 11907/rjdk. 201983??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G436 ?? 文獻標識碼：A?????????????????????????????? 文章編號：1672-7800（2020）011-0252-04

Research on the construction of Curriculum System of Intelligent Science and

Technology under the Background of New Engineering

HUANG Ji-hai，LIU Qiu-ju，ZHANG Zi-yang，XIA Zheng

（Information Engineering College， Zhengzhou University of Technology，Zhengzhou 450000，China）

Abstract： With the rapid development of intelligent science and technology， intelligent science and technology came into being. According to the needs of new engineering construction， the construction of application-oriented curriculum system should serve the local economic development. This article takes the intelligent science and technology major of Zhengzhou University of Technology as an example， takes the demand for talents in the regional economic and social development of Zhengzhou as the guidance， combines the universitys superior majors and excellent teachers， and takes the project-driven as the main line， and gives suggestions on how to determine the major positioning， progressive practical teaching system， theoretical curriculum system and practical teaching system of school-enterprise in-depth cooperation training model.

Key Words：new engineering; local University; intelligent science and technology; curriculum system; integration of industry and education

0 引言

互聯網極大地推動了科技產業變革，各行各業也發生著巨大變化。教育部于2016年提出“建設新工科”理念，2017年在復旦大學和天津大學召開新工科建設研討會，提出“復旦共識”及“天大行動”。為了更好地建設新工科，我國教育部相繼批準了網絡空間安全、大數據、人工智能等新一系列工科專業，并通過校、政、行、企的協同創新機制，為傳統工科專業建設和發展提供了新思路。

目前，國家大力提倡創新驅動社會經濟發展，先后提出“互聯網+”、“絲綢之路經濟帶”、“中國制造2025”等重大國家戰略。為促進我國在經濟全球化浪潮中激流勇進，利用新的科技為行業注入活力，催生新業態和新發展模式，培養具有創新思維的高素質復合型工程科技人才，加快工程教育方面的改革創新迫在眉睫[1-3]。計算機類專業是我國比較傳統的工科專業，多年以來一直在創新人才培養模式、提高人才培養質量等諸多方面與新工科的要求存在一定差距。因而，高校如何面向新需求，助推現有工科升級更新存量，以戰略性新興產業實際需求為驅動，以課程、教材和實踐教學體系變革為核心，從而轉型為新型工科迫在眉睫。

智能科學與技術專業具有跨學科的交叉復合性，對技術革新和實踐運用要求較高，是信息學科的新興專業。鄭州工程技術學院作為鄭州市的地方應用型本科高校，在2019年以人工智能和認知科學為基礎，圍繞智能科學技術領域，為了培養能夠綜合運用計算機、自動化交叉學科知識進行智能系統研究和設計的創新型人才，申請了智能科學與技術專業，對鄭州地方高校的人才培養模式進行創新性研究，不斷地探索跨學科的智能科學與技術人才培養新模式，在人才培養體系中融入“問產業需求進行專業建設，問技術發展進行課程內容改革，問學生興趣改變教學方法，問學校主體推進教育改革”的理念[4-5]。

1 課程體系構建面臨的問題

隨著互聯網時代對新一輪科技產業變革的挑戰，服務創新驅動發展的新局面基本形成，計算機行業對人才的實際需求也發生了較大變化，傳統的人才培養模式已難以滿足該行業轉型發展需求。鄭州工程技術學院作為鄭州市市屬高校，是鄭州市首屈一指的綜合性人才培養基地，其緊緊結合區域經濟對計算機行業應用型人才培養以及工業4.0對計算機行業轉型升級發展需求，從人才培養模式、人才資源需求配置、人才培養機制創新等多方面進行改革[5-7]。智能科學與技術具有跨學科的交叉復合性特點，對技術革新和實踐運用要求較高，可以將認知科學與人工智能科學技術作為研究基礎，綜合運用腦科學、智能控制、傳感器等交叉學科知識。智能科學與技術專業是信息技術領域的一個新發展方向，以數學和自然科學知識為基礎，深入研究智能科學與技術的基本理論、方法和技能，使學生掌握計算機技術、傳感信息處理、自動化控制等交叉學科知識與技能，同時具有一定的科學研究、開發設計、工程應用、決策管理等能力[8-10]。智能科學與技術專業課程體系構建主要面臨以下兩個問題：

（1）專業特色不明顯，專業優勢沒有得到很好發揮。新工科理念要求高校在進行人才培養時，應根據所設立專業的特點及發展方向，有針對性、有步驟地培養學生的創新思維和創新實踐能力，提高學生綜合素養。

（2）教學與產業發展結合不夠緊密，無法很好地將教學中的理論與實際需求進行融合，創新地解決行業發展過程中遇到的問題。學校與企業合作的深度和廣度需要加強，教學模式也需進一步優化，應為學生創造更多的實踐機會，通過社會生產實踐，促進教學效果和教學質量提升。

2 課程體系構建路徑

2.1 以產業需求確定專業定位

課程體系構建要首先對相關行業、產業需求進行調研、分析;然后，根據行業產業崗位確定學生從事相關工作所需的核心能力，由核心能力確定核心課程;最后，優化核心課程及重構課程內容，形成符合新工科人才需求的智能科學與技術專業課程體系。

在調研河南省內外地方高校人才培養方案及成效，走訪用人單位了解畢業生遇到的問題和用人單位需求的前提下，鄭州工程技術學院對相關調研數據進行了匯總和分析，有針對性地修改人才培養方案，不斷完善人才培養各要素，構建“融合資源”課程體系。

（1）根據經濟社會發展需要，打通學科專業壁壘，依托多個學院，增加土木工程專業、建筑電氣工程技術專業、電子信息工程技術專業、信息安全與管理專業、電氣工程與智能控制等專業交叉課程，形成智能科學與技術課程群。

（2）以鄭州市區域性經濟社會發展對人才的需求為導向，結合學校優勢專業和優秀師資，修改人才培養方案，以項目驅動為主線，設計循序漸漸的專業課程體系和實踐教學體系，形成理論教學、工程實踐、創新能力共同提高的創新培養機制。以需求為導向，設計理論課程體系，深入調研各高校人才培養模式，通過實地走訪了解鄭州市區域性發展對人才的需求，以市場需求為引領，結合學校辦學特色和教師組成結構，依托優勢專業，確定合適的課程方向（比如智能信息處理方向、智能機器人方向、智能傳感器方向等）進行課程設置，設計一套合理的理論課程體系，如圖1所示。

利用設計好的課程體系，借助搭積木的模塊化思想將課程劃分為多個主題模塊，采用“通識+平臺+模塊+方向”的模式進行推進和建設，“通識+平臺”類課程旨在培養學生基礎專業知識習得能力，“模塊+方向”類課程主要培養學生專業核心能力或專業遷移能力，條件允許的情況下每個模塊的課程可以設置不同的難易度，以滿足學習者的層次教學需要，根據學生特點因材施教，培養學生們的興趣愛好，為學生未來職業發展作準備。目前，數字電路、模擬電路、單片機原理與應用、傳感器原理與應用、RFID原理與應用課程正在向模塊化單元組織開發建設[12-14]。

2.2 強化面向應用

（1）構建階梯式實踐教學體系，如圖2所示。智能科學與技術專業的跨學科復合性較強，主要培養能綜合運用計算機和自動化交叉學科知識，進行智能系統研究的應用型人才。合理地在第2-3學期開設課程設計，在第4-7學期開設專業方向實訓課程，保證實踐內容不斷線。同時，將縱橫科研項目、企業項目移植到實踐體系中，全方面提升學生綜合應用能力。將企業項目分模塊穿插到實踐課程，理論聯系實際，在實踐課程中提出新問題、新思路，提升學生學以致用、舉一反三的能力。在專業教師的指導下參加校企合作的科技創新項目或各類大賽，學校安排學生進行合作企業或培訓公司的暑期實訓、企業實習等，為學生提供多方位的學習資源和實訓機會。同時，將學生的階段性表現和成果也納入考核的一部分，提高學生積極性。

（2）根據課程內容和課程標準要求，對教學方式進行改革，采用靈活多樣的教學方式激發教師和學生的積極性，提高課堂效率。可以使用翻轉課堂，教師成為課堂教學的引導者，將學生的“被動學”轉變為“主動學”。對于一些實踐性較強的課程（比如智能機器人課程）理論和實踐課都安排在實驗室，教師使用控屏軟件進行案例講解，讓學生直觀地邊學案例邊操作;對于一些較為前沿的擴展性課程，學?？梢灾苯悠刚堅谝痪€進行開發實踐的企業工程師或設計師到學校以講座或頭腦風暴的形式進行講解。

2.3 產教深度融合

實現專業特色發展，在教學實踐過程中，由教師引導，讓學生參與企業合作項目（醫用智能配藥機項目、共享電動汽車運營管理平臺、基于生物電子標識的城市養犬管理數據平臺、自行車運動員機能狀態數據采集及分析平臺等）研發，在學生實踐過程中提升他們的創新實踐能力，當遇到疑難時，由教師予以指導。教師指導學生參加大學生各類設計大賽、機器人大賽等，通過各種競賽提高學生的創新實踐能力，從而體現專業特色。與合作企業深入開展專業建設、人才培養、課程建設、實驗室和實踐基地建設等，包括共建產業學院。目前，該專業與中原鯤鵬生態創新中心共建了鄭州工程技術學院鯤鵬產業學院，在大數據與云計算、鯤鵬應用移植等方面進行專業共建、課程共擔，師資共享。產教深度融合必須遵循與地方區域經濟社會發展需求接軌的原則，對接區域戰略產業，這樣才能有利于專業的可持續發展和學生的高質量就業[15-16]。

為了深入開展產教融合，在課堂教學中，注重學生創新思維培養以提高學生達成度。在設計任務時結合教師參與的實際項目讓學生進行拓展訓練，項目選取課程組設計的一款智能化產品——醫用智能配藥機。目前，靜脈用藥調配中心主要靠配藥人員使用注射器配液，勞動強度大、效率低，亟需一種可以緩解勞動強度、提升工作效率的機器。基于STC15F2K60S2單片機配合上位機系統研發一套新型醫用蠕動泵配液機，該醫用智能配藥機是依據“藥品集中配置理論”模型和“靜脈用藥配置工藝標準化”概念研發而成，能夠通過無線模塊多機聯合使用，具有快速、精準、安全、輕松配藥的優點，目前已在很多三甲醫院的靜脈用藥調配中心使用。可以將項目的軟件部分提取過來讓學生進行創新訓練，該醫用配藥機的總任務框架如圖3所示。

堅持成果導向教育的教學理念，以智能科學與技術專業的人才培養目標為達成度，并創設具體的生產生活情境對教學內容進行設計，提高學生分析、提出假設、解決問題的能力，讓他們初步具備創造性思維的能力。因此，基于此情景設計智能配藥機控制系統和空中機器人等作為實訓項目案例，根據專業課程體系規劃，將相關課程中的知識點與項目進行有效融合，讓學生邊學邊做，在實踐中加深對知識的理解，綜合利用已學知識解決實際問題。在深入研究和綜合分析智能配藥機控制系統和空中機器人需要實現的相關功能所對應的知識結構后，將8個子模塊融入綜合項目中，涵蓋對應的8門課程的知識點，對所學知識進行有效擴展，鍛煉了學生綜合運用所學知識的能力，如表1所示。

對智能配藥機控制系統和空中機器人進行分析，引導學生注重身邊存在的實際需求，培養學生的創新性思維，通過程序調試、測試機器功能等過程，讓學生有滿滿的成就感，并極大激發他們自主學習的興趣和對專業知識領域的探索欲望。利用以學生為中心的課中授課，有效解決了學生的疑問，培養了學生分析問題、解決問題的思維，從而提升課程的高階性。與此同時，增加課程的創新性、實踐性、趣味性、挑戰度，讓學生通過自己動手完成實驗，從而實現對知識與技能的融會貫通[17-18]。實驗教學通過形象直觀的實驗過程，調動了學生的學習興趣，加深了學生對理論知識的理解，也培養了學生的實踐動手能力和創新思維。

2.4 多元切入，優化創新創業教育

按照新工科要求，圍繞學生的興趣、愛好，充分挖掘學生的創新創業潛力。在業余時間，學生可以宿舍為單位進行科技創新訓練，借助教師提供的或學生自己購買的耗材，通過趣味性的創客設計、實驗，通過對專業的探討、實踐、創新與分享，讓學生體驗一種親歷感，建立起合作學習的氛圍。新工科的學生實踐能力培養尤其重要，可以申請開放實驗室項目，讓學生主動走進實驗室，可以讓有成就的學長引領學生在創新創業教育中起榜樣作用，逐步形成高年級帶低年級的示范效應。也可在業余時間組織學生參加機器人或人工智能相關學科競賽，依托學校的創新創業實踐平臺，通過大學生創新創業訓練項目，引導學生積極參與教師的科研項目，增強學生的工程實踐能力，鍛煉學生的項目管理和成本控制能力，拓展學生的創新創業理念[19-20]。與校外企業進行深度項目合作，為學生校外實踐提供保障，增強創新創業意識。課程組教師帶領學生參與的“鄭州市寵物管理系統”“醫用智能配藥機項目”“自行車運動員機能狀態數據分析平臺”等項目取得了“鄭州市科技進步二等獎”“全國創新創業大賽二等獎”的成績，所帶領的學生參加2019年全國大學生電子設計競賽——智能巡線機器人項目獲得國賽二等獎1項、河南省一等獎3項的好成績。學生的學習能動性、實踐動手能力、創新創業意識都得到了提升。

3 結語

本文以智能科學與技術專業為例，對鄭州地方高校的人才培養模式進行了創新性探索。研究發現，課程體系構建要以服務地方經濟發展需求為目標，以產業定崗位，以崗位能力重構課程體系。并且，課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量，最終需將教學改革落實到課程建設上。這不僅有利于優化鄭州市地方高校人才培養方式，改變“教師滿堂灌、學生被動學習”的狀態，實現“教師為主導、學生為主體的主動學習”，提高師生各方面的積極性，而且將企業實際案例作為教學項目，使培養出來的學生更符合企業和社會需求，可有效推動各地方高校產教深度融合，進一步深化校企合作，形成互利共贏局面。下一步研究中，將主要以新工科建設為契機，以“金課”教學引領教育教學改革，創建智能科學與技術專業的一流本科課程，為創新型國家建設培養更多高素質人才。

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（責任編輯：孫 娟）