新工科背景下學科競賽驅動的自動化專業實踐教學創新模式探索

劉偉，萬書佳，程藝苑，鄭揚冰，王興

摘要：新工科建設背景下，創新型人才培養機制的優化和改革對于提高人才培養質量具有重要意義。以南陽師范學院自動化專業為例，分別從實踐教學、人才培養和課程體系、創新型師資隊伍建設等方面探討了立足新工科背景下的學科競賽實踐教學創新模式。通過改革實踐表明，該模式能夠為地方高校的應用轉型發展和自動化專業的新工科建設提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：新工科;學科競賽;自動化

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）34-0159-02

當前，現代信息技術快速發展，尤其是自動化技術作為信息產業的基石，是衡量一個國家高科技實力的標志之一。在這股潮流的推動下，南陽師范學院（以下簡稱“我校”） 確立了轉型發展、內涵發展的新思路，加快了應用型大學建設步伐，在新型人才培養模式的改革中[1]，適時地以自動化、機械電子專業為主體，成立了新的機電工程學院，優化了學科平臺建設。在我校這類地方師范院校里，工科開設的歷史并不長，師資、教學資源、校企合作等方面均不能和重點高校相比。近年來隨著傳統工業智能化改造的持續深入開展，以“新技術、新產業、新業態和新模式”為特征的新經濟逐漸成形，這對于新工科建設和新工科人才培養提出了全新的要求[2]。為了適應國家新型工業化發展和新工科背景下的創新驅動發展需求，同時實現超越性發展，我校自動化專業開展了依托學科競賽驅動的實踐教學創新模式探索，在教學、學科、專業建設等方面均取得了顯著的成效。本文擬在此基礎上，結合我校自動化專業實際辦學特色及發展定位，分別從實踐教學、人才培養和課程體系、創新型師資隊伍建設等方面探討立足新工科背景下的學科競賽實踐教學創新模式，為地方高校的應用轉型發展和新工科建設提供實踐探索案例。

1 新工科建設對自動化專業人才培養的要求

由復旦共識、天大行動和北京指南奏響的“三部曲”，開拓了新工科建設的改革新路徑[3]。如何促進傳統工科專業的升級改革，培養理論與工程實踐結合、綜合素質高的新型應用型人才，對于響應國家創新發展戰略和提高綜合競爭力具有重要的意義。在這種背景下，新工科建設對于自動化專業的人才培養提出了許多新要求。

1）高素質復合型人才。自動化是典型的多學科交叉寬口徑工科專業。傳統經濟模式下高校自動化專業多以過程控制、工業控制等某個領域為特色開展偏重通識教育的人才培養[4]，沒有與新經濟模式下企業人才需求與時俱進。在“新工科”背景下，逐步興起的智能制造是一項多學科前沿技術綜合應用的升級產業，具有較強實踐能力的復合型人才是未來這些新產業發展人才需求的方向。

2）創新型工科人才。從當今的經濟發展形態能夠看出，我國經濟增長的新動能已經轉換為了產業轉型升級和創新驅動發展[5]。在這種新的變化下，高校需要培養出具有跨界整合能力、面向未來新興領域和面向新工業體系，具有創新思維和開拓能力的工科人才，以持續滿足經濟發展的需求。而地方高校自動化專業仍然以傳統的課堂教學為基礎，在實驗實踐教學方面對創新型人才的培養能力仍顯不足。

3）德才兼備人才。近年來高校一直強調立德樹人、德學兼修。我校作為省應用轉型發展試點高校，通過課堂思政、黨史學習教育等多種形式，強化工科學生的工程倫理意識、國際視野、愛國情懷和法治意識等，努力培養“精益求精、追求卓越”的卓越工程師。創新型工程教育理念能夠提升學生工程科技創新、創造能力;綜合化工程教育理念能夠推進學科交叉培養;全周期工程教育理念能夠優化人才培養全過程、各環節，培養學生終身學習、發展以及適應時代要求的關鍵能力。

2 以“學科競賽”為依托的新工科背景下自動化專業人才培養模式改革措施

2.1設立創新實訓平臺開展自動化專業課程教學新模式

在傳統學科競賽模式中，競賽相關的理論課程和中后期實踐教學由多個分散的教學實驗環節完成。理論課時往往遠高于實踐課時，理論和實踐脫節也較為嚴重，難以達到良好的教學效果。為了改變這一現狀，我校自動化專業從課程教學基本模式入手，通過設立如圖1所示的創新實訓平臺體系開展依托“學科競賽”的人才培養新模式。自動化創新實訓平臺包含機器人和西門子兩個創新實訓室，對應我校自動化專業的兩個特色方向。通過第二課堂的形式開展集中系統的理論基礎教學、設備調試、技術指導等環節培訓，參與學生會有充足的時間進行實踐學習。學生參與的學科競賽主要包括：機器人創新實訓室牽頭的中國工程機器人大賽、中國教育機器人大賽;西門子創新實訓室牽頭的西門子杯中國智能挑戰賽;以及兩個實訓室共同參與的挑戰杯、互聯網+等其他創新創業大賽。以中國工程機器人大賽為例，從年前報名到年后參賽時間周期持續近半年，參與學生經過創新實訓室的系統學習培訓后，在不影響常規教學的前提下，不僅充分保證了實踐工作量的提高，而且以課程設計的形式把C語言編程、單片機控制、機器人學等多個相關課程貫穿起來，能夠引導學生按照工程思維利用相關知識去解決競賽中遇到的各種技術難題，尋找到最優設計方案，這對學生的培養具有重要的實踐意義。

2.2構建依托“學科競賽”的人才培養和專業課程體系新模式

為進一步使人才培養適應新工科建設，在新的人才培養方案修訂中，結合我校轉型發展及實施“工業4.0”的產業發展需求，并充分考慮到我校自動化專業人才梯隊及科研平臺建設情況，提出了人才培養“兩個定位”融合“兩化”的2+2發展規劃。如圖2所示，在工業4.0的大背景下，對自動化學科發展提出了兩大任務，其一是繼續探索前沿，向著更高級的人工智能化發展;其二對龐大的傳統工業進行信息化升級改造，推動智能制造為主導的第四次工業革命。為此，我們的人才培養也突出兩個特色——先進機器人應用和制造業信息化。圍繞這兩個方面，人才培養方案也著力打造成兩個模塊和課程集群。在人才培養方案中，我們還設計了一種學科競賽體系全覆蓋的“1+1”模式，即指導教師根據競賽內容開設1學分相關實踐課程，學生四年獲得校級以上競賽獎項獲得1學分。在兩個分類培養模塊中，分別由機器人創新實訓室和西門子創新實訓室承擔相應的教學實訓環節。通過這種模式，學科競賽在教學實踐中的比重加大，基本上每位學生都能在四年中至少參加一到兩次學科競賽。另外，通過兩個創新實訓室的有序組織，逐步形成了高年級學生為主的指導隊伍梯隊。通過這種“高帶低”模式，極大地提高了學生積極性和團隊意識，在一個學科競賽的籌備調試過程中，各個實訓室組織的學生項目團隊主導比賽項目的分析、方案設計及實施等全過程，指導教師負責參賽動員、專題講座討論、技術難題指導、周例會總結等關鍵環節。

2.3加強自動化專業實踐型師資隊伍建設

“學科競賽”的指導教師隊伍是非常重要的，需要有相應的工程實踐能力。為此，我校自動化專業實施了“走出去、引進來”創新實踐型師資隊伍建設體系。如圖3所示，一方面，針對青年教師大多是剛畢業的博士，存在重理論輕工程實踐的情況，通過校級“能力提升工程”和省博士服務團，鼓勵青年教師“走出去”深入企業或科研院所參與項目研發。同時學校出臺了相關政策，鼓勵青年教師通過企業實習提高實踐能力，并對這部分教師在工作量上給予一定減免，這樣在提高了青年教師的工程實踐能力的同時還充分調動了他們的積極性，能夠使他們在學科競賽指導上游刃有余。另一方面，通過校外大學生實踐基地或者校企合作項目，將行業技術專家“引進來”指導學生參與更多的企業項目研發，參與學科競賽，直接在競賽指導中培養學生的工程意識。

3 結束語

我校自動化專業從2016年開始逐步在實踐教學體系、人才培養和課程模式、創新型師資隊伍建設等方面開展了新工科背景下學科競賽驅動的自動化專業實踐教學創新模式探索，取得了較為顯著的成效，具體表現在：

1）學科競賽成績突出，學生實踐創新能力顯著增強。學生在“互聯網+”“挑戰杯”等創新創業大賽及中國工程機器人大賽、中國教育機器人大賽、西門子杯中國智能挑戰賽等各類國家、省部級學科競賽中累計獲獎230余人次，其中含特等獎、一等獎以上各類獎項35項，為推動我校新工科專業的超越性發展探索出了一條嶄新的道路。同時，參賽學生通過學科競賽鍛煉的能力得到較好體現，在就業與考研復試過程中更加受到企業或者碩士生導師的青睞。

2）通過課程體系和培養模式的調整，促進了新工科建設和專業發展。在這種學科競賽人才培養模式的帶動下，我校自動化專業獲批了省級重點建設學科，承擔了我校唯一的省新工科研究與實踐項目，自動化教研室獲批省級優秀基層教學組織，還新增了河南省焊接機器人工程技術研究中心。

新工科建設是一個動態的發展過程，我校自動化專業實施的學科競賽驅動模式仍然需要調整優化，在課程體系、培養模式等方面不斷探索和實踐，真正體現出新工科教育理念，以實現我校轉型發展的戰略目標和自動化專業建設一流專業一流學科的長遠規劃。

參考文獻：

[1] 黃榮杰， 李根全， 宋金璠， 等.地方高校電氣信息類專業“一線工程師”人才培養模式的探索與實踐[J]. 南陽師范學院學報， 2012，11（12）： 91-94.

[2] 趙磊， 郭一軍， 胡娟， 等. 面向新工科的控制理論課程群建設與教學改革[J]. 教育教學論壇， 2020（50）： 184-186.

[3] 紀振平， 吳東升， 楊青， 等. 面向新工科的地方高校自動化專業培養模式改革與實踐[J]. 大學教育， 2020（9）： 25-27.

[4] 曹立佳， 熊興中， 曾慧敏， 等. 面向新工科的自動化專業改革升級探索與實踐[J]. 高教學刊， 2020（28）： 89-91.

[5] 丁軍航， 于海生. 新工科背景下地方院校自動化專業人才培養機制研究[J]. 教育教學論壇， 2020 （51）： 359-360.

【通聯編輯：王力】