新工科背景下協同育人平臺的搭建探索

劉斌，江春冬，董硯，雷兆明，廖文喆

（河北工業大學，天津 300130）

1 研究背景

目前國內一些專家學者在新工科背景下進行了一些教學改革研究[1-6]。新工科建設階段推進，需要重點把握學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化3 個任務，關鍵在于實現立法保障、 擴大辦學自主權、改革教育評價體系3 個突破、任務，改革方向[7]。這些研究對于自動化專業人才培養都有一定的借鑒意義，該文在前人研究基礎之上，結合自己學校的特點，為新工科背景下協同育人平臺的搭建找尋出有效解決方案，以期能夠搭建出適合校企合作、科教融合的協同育人平臺。

2 自動化傳統教學存在的問題

針對新工科的要求，對比該校自動化專業課程，我們梳理了一些問題，這些問題直接影響了學生能力的提升。主要問題如下所示。

2.1 理論課程設置較多，實踐課時安排較少

在學校壓縮學時的大背景下，專業課程學時總量較少，目前學時僅有170 學分，基礎課程、思政課程課時不變，相應的專業課程學時壓縮。該校自動化專業課程是課內實驗模式，理論課和實踐課共同構成專業課時，專業教師為了給學生們打下較好的理論基礎，課堂講授內容較多，實踐課時設置較少，學生們動手鍛煉機會較少，最終導致實踐能力不強，遇到項目時沒有解決思路、不敢上手設計。

2.2 理論課程的內容相對陳舊，沒有與時俱進，更新速度不足

進入21 世紀以來，隨著計算機算力提升，人工智能深入到各個領域，自動化專業迸發出了新的能量，智能采集、智慧算法、自動執行，無人化的趨勢愈加明顯。隨之而來的出現的問題是高校教學內容相對陳舊，先進的程序語言、智能制造技術、機器視覺的模塊沒有體現。所以如何快速提升學生實踐能力，如何迅速適應目前科學技術的發展，如何把主流技術傳授給學生，解決這些問題就需要有效而又快捷的方案出臺，改變現狀、更新教學內容迫在眉睫。

2.3 實驗課程基礎驗證性實驗較多，開放性、探究型項目較少

目前開設的實驗緊貼書本理論內容，驗證性實驗居多，教學設備能夠滿足基本教學。這種課程設置模式雖然也符合認知的一般規律，由易到難，由淺入深，循序漸進，但是目前只有簡單實驗，有難度的實驗較少，探究性實驗沒有，學生解決復雜工程問題的能力沒有得到訓練，學生的專業技能沒有深度。鑒于自動化專業的實驗設備較為昂貴，學校配給的資金有限，行業快速發展與專業實驗教學設備更新速度成為主要矛盾，如何讓學生對高精尖設備認知、學習、進而動手操作的問題擺在我們面前，要改變現狀也需要找尋有效方法。

3 培養自動化專業人才的指導思想

課程設計的指導思想需要根據目前新工科的內涵與任務設置，培養適應于目前時代發展的創新型工程人才。新工科的內涵是：以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、 協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。該類人才應該是“T”型人才，“橫”表示有廣泛的知識體系，“豎”表示具有較為深入的專業技能。專業技能的培養需要與時俱進，繼承與創新、交叉與融合是設置教學的目標。通過教學改革發現建立“校企合作”“科教融合”的協同育人平臺是培養學生的有效方法。

4 搭建“校企合作”“科教融合”的協同育人平臺的實施方案

搭建“校企合作”“科教融合”的協同育人平臺應從以下幾方面考慮，首先是厘清“科”的內容，其次是實施“教”的方法，然后利用“校企合作”模式去實現。筆者團隊人員首先從理論上研究對應于自動化專業的“科”的時代內涵，在深入理解、討論基礎之上，明確了目前“大數據、云計算、物聯網、移動互聯”時代下自動化專業應該掌握的科學技術，也就是自動化專業面臨的熱點與難點問題。作為自動化專業來說“科”的來源主要從兩個方面進行思考：一是企業所面臨的難點痛點，也就是水平落后的生產工具與目前產業快速發展之間的矛盾。如新技術、新產品的開發，產業生產線的升級改造等都是自動化專業面臨的科學問題； 二是教師根據自身知識和所認知的行業需求，提煉出來的適合于大學生的較為復雜的工程問題，典型案例有電子設計大賽的競賽題目、西門子大賽的題目、科研基金項目等。

4.1 提煉科技內容

筆者團隊人員以歷屆電子設計大賽、 西門子大賽、教師科研基金項目為研究對象，以無人化、智能制造為指導思想，提煉出智能車、無人機、人臉識別等具體項目，這些題目涵蓋電路基礎、模擬電路、數字電路、嵌入式操作系統、C 語言、電機拖動、運動控制系統、電力電子技術、自動控制、機器人、智能算法、 可編程邏輯控制器等知識，以這些項目作為載體，串聯專業課程，結合自動化專業課程的層次性，依靠專業課程設計這一實踐平臺實施教學。還可以隨著大賽的發展逐步更新題目，做到與時俱進，從而保證教學內容的先進性。這是目前適合于我校自動化專業人才培養的較為快速而又可行的方案。

4.2 線上線下的授課方式

具體以專業課程設計為載體，設置一周或者兩周的時間，給出學生若干個專題項目，讓學生動手去實踐，團隊完成提煉出來的科技題目。授課主要采取線上線下共同推進的模式： 線上教師根據提煉出的科技內容，制作出視頻、文檔等電子資料，通過雨課堂、QQ 等網絡軟件推送給學生，讓學生了解項目的背景、元器件的使用方法、課程要求等；線下進行具體實驗室教學。設置出基礎功能模塊和綜合探究性模塊，這類設計性題目要求每3 個學生一組，讓全體學生真正動手去實踐，做出具體的實物或樣機。在制作過程當中，團隊人員需要合作查改方案，動手進行硬件設計，焊接電路板，解決制作過程中出現的各種問題，還需要熟悉所使用的核心芯片的功能，認知所需要的傳感器模塊，熟悉每個管腳的功能，編寫相應的軟件程序，利用算法獲得自己想要的實際功能。

具體教學實施過程：首先，線上給出具體的教學說明，包括課程設計的時間節點、題目內容、評分要求3 部分內容。評分要求是根據完成書面報告與樣機測試功能的權重合并而成，樣機測試功能包括基礎層次功能與提高層次兩部分內容，基礎層次功能完成之后給出及格成績，隨著提高層次完成的功能越多分值越高。線下集中時間給學生們發放硬件電路板與各種傳感器模塊，早8 點晚10 點完全開放實驗室，學生們可以在實驗室焊接電路板、調試實驗程序，驗證結果。有問題隨時通過QQ 聯系教師，解決設計過程中遇到的問題。

4.3 校企合作模式

針對目前設備不足、 前沿內容較少的自動化專業面臨現狀而言，采用“校企融合”的方式是解決這一問題的有效方法。根據自動化專業特點，結合校友近況篩選校友所在公司，選中目標公司進行高層對接交流，從交流之中挖掘企業的需求，利用學院的辦學優勢去解決具體的需求。

校企合作可以為企業培養優秀畢業生，在大一的第一學期，讓企業的技術總監給新生開展講座，介紹該行業的技術需求，引導學生朝著市場需求的方向努力。每個學期都安排不同企業的技術總監給學生講座，分析該專業的特點，介紹該專業的就業前景，講解該專業的技術知識，不斷深化學生的專業認知，從思想上接受、適應大學的學習特點，找到自己努力的方向。同時讓人力總監介紹自己公司的具體需求，讓學生明確什么是優秀畢業生，就業市場需要什么樣的、具備何種能力的畢業生。在企業技術、人力兩方面的引導下，更容易發揮學生的主觀能動性，也能夠使學生們很容易找到努力的方向。這種校企合作培養模式有利于學生的發展，同時也能為企業提供理想的人才，能夠達到互利共贏的目的。

校企合作可以一起共同研發新的項目。高校教師的優勢在于具有較高的理論水平，撰寫論文的水平較高，企業的優勢在于行業背景、實踐能力較強，兩方面結合，可以共同申請產學研的項目。在開展項目過程中可以讓學生參與到項目當中來，學生一方面可以作為完成項目不可或缺的力量，另一方面在完成項目過程之中可以得到鍛煉，畢業之后直接作為企業需要的人才留在公司，可以為企業定向提供高質量的研發人才。

校企合作可以為學校提供實訓基地。鑒于學校資金緊張，儀器設備更新速度滯后于科學技術的發展，校企合作模式可以為學校提供實習機會。企業可以讓學生參觀實習，還可以接納部分學生進行實習實訓，讓學生參與到具體生產環節當中去，這樣操作既減輕了企業的薪酬負擔，又給學生提供了實習機會，還解決了學校設備不足的難題，互惠互利的多贏局面值得精心籌劃。

4.4 “校企合作”“科教融合”的協同育人平臺實施效果

2019年，自動化專業開始按照協同育人的思想在4 個年級中同時開展實施。2019 級新生接受過兩次現場講座，接受過兩次網上講座，從學生的學習效果來看有一些大的變化，在同屆橫向與其他專業比較的話，不及格率較低，可是，在縱向比較下，不及格率比往屆還有增多的趨勢，分析結果不及格率應該是受到疫情的影響，大一新生自制力普遍較差導致不及格率上升，但是橫向比較結果證明，校企合作還是有效果的，高分率較高，發揮了學習的主觀能動性； 大二學生接受講座較多，他們適應了大學的學習，不及格率較低，主動參加科技競賽的人數增多，應該是起到了一定的激勵作用； 大三的學生參加了課程設計，在實踐過程中克服了失敗的沮喪，具備了求同存異的團隊理念，從倫理與全球視野的高度去創作樣機，把所學的理論知識融入到作品當中，最重要的是學生們享受到了成功的喜悅，他們都有刻骨銘心的體會，認識到了知識指導實踐的魅力。實驗報告當中要求書寫個人感受，大部分學生反饋經過課程設計的訓練均有不同的收獲，受益良多；大四學生接受校企合作的時間較短，到企業進行了參觀實習，聽了幾次報告，大部分學生考研，小部分學生就業，所以校企合作效果不是很明顯。由此可以估計，越早讓企業介入對學生的作用越明顯，大一、大二進行成功的引導，到了大三、大四就會水到渠成。

新工科建設將階段推進，需要重點把握學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化3 個任務。筆者團隊人員著重從學與教、 實踐與創新創業方面進行了研究，探索了教的內容，分析了學生的需求，利用平臺進行了實踐能力的訓練，目的就是培養學生的創新創業能力。經過一年的實施，得到了一些啟發，積累了一些經驗，也發現了一些問題。如何建立高校長期的校企合作還需要找到雙方更為容易接受的方式，重點摸索校企合作細節。

5 結語

本科教學當中，重要的是如何培養人，尤其在新工科背景下，如何培養出與時俱進、勇于創新的人是核心所在。培養人的一個重要措施就是搭建“校企合作”“科教融合”協同育人平臺，按照新工科的內涵來培養學生的創新能力。隨著平臺的實施，學生們鍛煉了團隊能力，體會了知識的力量，熟悉了該專業的前沿技術，提升了問題解決得能力。在實施過程中明顯能夠看出，學生們樂于開發新的樣機、樂于實現新的功能，喜歡課程設計的設置模式，由此可見，搭建協同育人平臺是一條正確的教學道路。在實施教學過程當中教師也會緊跟科技潮流，重構教學內容，提升教學水平，這也是教學相長的過程。今后要繼續堅持“校企合作”“科教融合”的平臺建設，提煉并設置不同的科技題目，找到讓學生受益便于合作的模式，進一步優化評價方法，探索新工科背景下更有利于學生能力提升的培養方式。