人工智能時代背景下自動化專業創新人才培養模式研究

王曉紅 周 蒙 于慶浩 張 云

（1.山東交通學院,山東 濟南 250357；2.國網山東省電力公司鄆城縣供電公司,山東 鄆城 274700；3.青島地鐵集團運營有限公司,山東 青島 266400）

工程教育認證的理念和方法要求我們逐步構建起以“學生為中心”，以成果導向教育（outcome based education，OBE）理念為導向的閉環反饋機制。目前，山東交通學院自動化專業探索并建立了基于OBE理念的教學團隊運行管理制度，明確團隊發展方向，瞄準行業對人才培養的需求，開展集體研討、課程體系及課程質量標準、課程教學評價體系、教學質量保障機制等團隊建設工作，體現“一切以學生為本”的教育理念。自動化專業的研究方向涉及計算機科學與技術、信息與通信工程、人工智能、網絡空間信息安全、電子科學與技術、微電子學、機械工程、電氣工程等多個學科領域，研究內容從傳統的控制理論、工業控制系統到信息物理融合系統，以及計算機視覺、自動駕駛、數據挖掘等，是一個典型的多學科交叉滲透的專業。傳統教學模式很難適應人工智能時代背景下自動化專業創新人才的培養需要。

傳統教學模式中，教師在課堂教學中發揮著主導作用，而學生被動接受教師講解的知識。這種模式的缺點是學生的主觀能動性受到壓制，而且在一定程度上不利于培養學生的創新能力。因此，基于工程教育認證要求，在人工智能時代背景下，本文探索大學本科教育階段自動化專業的創新人才培養模式研究極具現實意義。

1 國內外研究現狀

人工智能技術本身無法直接解決企業業務需求，需要根據具體的業務場景和目標，形成可規模化落地的產品和服務。因此，高校探索自動化專業的創新人才培養模式就顯得極具現實意義。

徐墨瑄等（2019）提出了人工智能創新人才標準[1]，認為人工智能創新人才需要具有精細的專業知識；較強的知識遷移能力和較強的適應能力。一些學者在新工科背景下，針對創新人才培養開展了相關的研究，如高貴兵（2020）的《新工科建設背景下創新型IE人才培養對策研究》[2]；鐘石根等（2018）的《新工科創新創業教育的目標與課程體系探索》[3]。有些學者在工程教育背景下，針對創新人才的培養開展了相關的研究，如王越男等（2020）的《“工程教育”背景下自動化專業應用型創新人才培養模式實踐》[4]。

由于人工智能技術的發展瞬息萬變，且“智能產業”這個概念提出得較晚，所以目前基于智能產業創新人才培養的研究較少，而且原有針對人工智能創新人才培養的研究，主要針對研究生教育。因此，探索以工程教育認證為導向的智能產業創新人才培養模式勢在必行。

2 人工智能時代背景下自動化專業創新人才培養模式探索

人工智能時代背景下，結合工程教育認證的要求，本文從以下七個方面探討自動化專業創新人才培養模式。

2.1 確立自動化專業創新人才培養目標

國務院印發的《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》提出：“堅持立德樹人，突出人才培養的核心地位，著力培養具有歷史使命感和社會責任心，富有創新精神和實踐能力的各類創新型、應用型、復合型優秀人才”。在人工智能時代背景下，應該堅持在立德樹人的基礎上，培養在“人工智能+X”方向上掌握堅實的基礎理論與系統的專門知識，具有從事科學研究、獨立擔負專門技術工作能力和創新精神的專門人才。

工程教育認證也要求真正實現產學研的協作創新，人工智能大背景下從感知智能到行動智能技術的演進和應用場景產業智能化的發展等都是值得關注的幾大方向。在學校“人工智能+交通”升級改造的推動下，自動化系全體教師不斷探索和努力，緊跟時代發展步伐，推進自動駕駛專業方向的人才培養模式的創新研究，促進專業建設朝著標準化、規范化、國際化方向發展。

學院多次組織相關專家和教師對學生進行科技創新活動方面的指導，幫助學生建立了創新理念，拓展了學科視野。

研究團隊近年來的調查結果顯示，許多企事業單位對學生的非智力品質提出嚴格的要求，都要求學生具備較強的環境適應能力，具備吃苦耐勞、踏實、敬業、拼搏、合作等精神因此，社會、家庭及學校應對學生的品質教育給予足夠重視。

2.2 制訂符合自動化專業特殊性的人才培養計劃

山東交通學院自動化專業從2005年開始招生，2015年前先后設置過船舶電氣、嵌入式系統、工業自動化等專業。自2015年以來，山東交通學院結合軌道交通行業，將“軌道交通自動控制”專業作為一個重要的方向，并取得了較好的效果，主要表現在：濟南軌道交通集團有限公司在山東交通學院自動化2015級設置了訂單班；畢業生在濟南地鐵、青島地鐵、杭州地鐵、成都地鐵、昆明鐵路局等單位就業人數約占總人數的20%～30%（為山東交通學院自動化專業招生以來，學生在各類行業就業占比最高的行業）。無論從行業就業單位數量，還是行業就業人數與總畢業生的占比，山東交通學院自動化專業已經逐步形成了鮮明的軌道行業特色。

山東交通學院自動化專業下設軌道交通自動控制和自動駕駛兩個子專業。在新增“自動駕駛”前，山東交通學院做了大量的專業調研工作，例如，與北京理工大學等高校相關專業的教師進行交流探討，在網上搜索相關文獻，多次舉辦論證會，前往企事業單位開展實地調研，等等。從社會崗位需求、就業去向、課程設置、實驗室建設，到校企融合基地建設等各項工作，具體到課程內容的授課環節，逐一進行分析、反復推敲論證，制訂符合學校實際的自動駕駛人才培養計劃。

具體實施路徑是以通才教育為基礎，以分類教學為引導，加強基礎、拓寬口徑、強化應用、重視實踐，積極深化人才培養機制改革，切實提高人才培養質量。

2.3 設計符合自動化專業創新人才培養要求的課程體系

課程體系設置上體現“融”與“新”，突出“人工智能+X”的學科融合。課程設置強調人工智能專業知識與應用領域的交叉與融合，注重知識累積的循序漸進，突出學科最新交叉應用成果和發展動向，課程體系力求內容新穎，能夠激發學生的學習興趣。

努力構建“職業能力本位”技能課程體系。從滿足行業發展需求出發，分析合格人才的能力體系，進而構建該專業的技能課程體系。因此，按能力體系、崗位結構設置課程模塊。

基于人工智能大背景，自動駕駛專業目前已經構建了自動駕駛核心課程包括機器人操作系統、Python語言程序設計、自動駕駛環境感知、自動駕駛控制系統、自動駕駛認知實習、智能感知系統課程設計、自動駕駛控制系統設計等，探索出符合自動化專業特殊性的人才培養計劃，并結合教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》進行適當修訂。

學院和專業教師團隊還一直認真總結工科學生的成長成才規律和用人單位對畢業生的要求，總結歸納出不同年級學生的發展需求，通過加強培養學生的動手能力、溝通能力等，提升學生的綜合素質，以勝任未來工作。

2.4 持續提高教師的執教能力和創新能力

持續提高在職教師的執教能力和創新能力，是解決智能產業師資問題的可行方法。由于人工智能產業發展迅速，教師只有不斷豐富自己的知識儲備，提升執教能力和創新能力，才能更好地勝任教學工作。

近年來，學院全體教師參加了多場人工智能、自動駕駛相關的講座和業務培訓，比如基于MATLAB/Simulink-ROS的機電系統開發、移動機器人開發等在線課程；協作機械臂伺服驅動關鍵技術和實戰課程；利用Apollo嵌入式低速自動駕駛解決方案實現快速部署；強化學習及其在機器人中的應用在線課程；“機器人自主系統的技術構建：感知、決策和執行”線上研討會，等等。

在應用型人才培養過程中，要注重高級技能型師資的培養，構建理論與實踐并重的雙師型師資隊伍，目前雙師型教師比例高于70%；落實教師的培養和梯隊建設，有計劃地開展骨干教師、教學名師和優秀青年教師的培養；聘請了來自上海申通地鐵股份有限公司、濟南鐵路局、中鐵十四局、北京全路通信信號研究設計院集團有限公司（通號院）、北京交通大學、西南交通大學等單位的業務骨干和研究人員為客座教授、兼職教授或培訓實習講師，從事學院專業建設指導、專題講座、學生授課、實踐指導任務等工作，有力地促進了學校軌道交通自動化專業的發展，確保了人才培養質量。

教學能力建設方面，在全校積極開展人才培養改革的過程中，學院領導高度重視教師隊伍建設，落實教師的培養和梯隊建設，有計劃地開展骨干教師、教學名師和優秀青年教師的培養。建立了合理有效的團隊運行制度：自動化專業團隊重視質量管理和內涵發展，建立了同事間督導、評估、激勵機制。緊跟學校辦學指導思想，在嚴格進行課程體系及標準的建設過程中，對部分重點專業基礎課實行集體備課、教案資源共享、每學期開展5次公開課評議評分活動，讓所有教師積極進行經驗交流。在探索教學團隊的運行管理制度的過程中，集思廣益，充分調動團隊成員的積極性。制定自動化專業的教學團隊的學習培訓制度，緊跟軌道交通行業發展趨勢，定期組織團隊深入企業學習。學校鼓勵教師參加各級各類教學比賽。經常開展教學改革研討會，全面提升教師教學水平。學院要求自動化專業教師在項目實施過程中，通過科研促學生實踐能力提升、科研促實驗室建設、指導學生自制實驗設備等形式，實現科研促教學，把科研課題深度融入教學內容中。

改造在部分科研項目實施過程中設計和制造的設備、裝置或平臺，形成適合學生的開放實驗平臺或科技創新平臺。做到創新培養的真正實現和知識的落地。

2.5 基于工程教育認證的課程建設方面人才培養模式研究

基于OBE理念，積極開展課程建設，對課程體系進行改革與創新，優化課程設置，構建以“應用”為目標、創新為特征的理論教學體系。依據學科、行業、崗位三維設計的思路構建課程體系。

2.5.1 公共基礎課程模塊

數學類、計算機類、外語類、科學素質拓展類以及政治思想類課程，可幫助學生牢固掌握自然科學基礎知識，具備較強的外語、計算機應用能力，以及文字表達能力。

2.5.2 共用專業課程模塊

學生從大三開始分專業方向學習相關課程，兩個方向的課程含有一個“共用模塊”，該模塊課程主要包括電路原理、數字電子技術、模擬電子技術、電子技術實驗、自動控制原理、電力電子技術、單片機原理、傳感器技術、軌道交通概論、軌道交通設備等，是軌道交通自動化專業必學的學科基礎理論。通過對該模塊課程的學習，學生可掌握電子電路的分析、設計等專業基本知識和技能，了解軌道交通行業必備的通識技能，形成良好的軌道交通行業素養。

2.5.3 專業課程模塊

軌道交通學院自動化學生就業主要面向軌道交通電氣施工單位以及軌道交通運營單位，從事軌道交通接觸網和牽引變電所電力設備安裝、維修、維護等工作，軌道交通自動控制方向主要專業課有軌道交通信號系統、軌道交通設備系統、軌道交通綜合監控；自動駕駛方向：Python語言程序設計、自動駕駛環境感知、自動駕駛控制系統。必修課有區間信號控制技術、軌道交通列車控制技術、車站自動控制技術等。比如自動駕駛方向的機器人操作系統、計算機視覺等課程就涵蓋較多的人工智能元素，這都是適應人工智能時代發展趨勢，增強學生工程能力和技術管理水平，提升學生綜合素質的體現。

在以上的課程中，取2～3門課程進行雙語教學，運用國際教育環境和實踐教育資源，使學生的業務能力和綜合素養更加貼近行業國際發展要求。

加強課程內容的研究和開發，積極開發適合軌道交通自動化人才培養要求的立體化教材，建設精品課程、雙語示范改革課程。

2.6 在人才培養計劃中把創新理念深度嵌入到實踐教學改革中

深度改革實驗、課程設計、畢業設計和各種實習等實踐教學環節。打破原有的考核制度，增加設計型、創新型實踐環節的比重，積極爭取政府的實驗室建設經費投入，加大實驗室建設資金的申報工作，利用中央與地方共建等國家性政策，把握機會，獲取資金資助，加大建設規模。通過企業聯合，引進資金，廣泛聯系自動化設備廠家，特別是國際知名的具有大學援助計劃的廠家，建立校企共建的實驗室，解決實驗室建設經費不足問題，并做好相關設備的二次開發工作。

鼓勵教師加大課程設計、畢業設計、實習實訓等集中實踐環節的經費投入，逐步增加集中環節中“真題真做”內容的比重，使學生能夠在接近工程實際的情境中實現創新能力的提升，也可以把人工智能的思想融入某個實踐教學環節中，增強其工程實踐能力和解決實際問題的能力。

創新源于實踐。近年來，山東交通學院通過對生產第一線畢業生的實際動手能力和工作表現的跟蹤調查，主動了解、收集用人單位對畢業生的評價以及社會對人才培養工作的意見與建議，為提升學院教學質量提供客觀依據。為了鼓勵專業特色下的創新實踐，強化技能訓練，在課程體系調整中，除了增加實踐課程的課時之外，還注重“理實一體”，培養學生具有知識遷移、深度學習的能力。

2.7 人工智能時代背景下引領學生就業去向

根據多方反饋，自動駕駛專業的就業前景非常廣闊。例如自動駕駛高級研發工程，自動駕駛軟件（包括算法模塊和底層OS）系統集成的設計、開發和調試，德爾福等研究單位雷達設備的研制，圖像、視覺設備的維護、物流業無人化的研發工作等。畢業生可以就業的單位包括青島新松機器人自動化有限公司、濟南重工股份有限公司、山東中科先進技術研究院有限公司、山東德晟機器人股份有限公司、山東時代新紀元機器人有限公司等。軌道交通自動控制專業的學生主要在鐵路局、軌道交通運營公司、通信信號公司等單位從事軌道交通信號與控制、通信工程等領域的運用、維護、研發設計與技術管理工作。

3 結語

在人工智能時代背景下，如何真正實施工程教育認證要求的“以成果為導向”？如何培養創新型人才？需要學院把學生放在第一位，目前學院定期讓學生到企業進行實習實訓，發揮企業技術人員現場經驗豐富的優勢，聘請企業專業技術人員作為學生實習培訓的導師；請企業專家為兼職教授，為學生授課或做專業學術報告和講座；為實現創新聘請企業專家參與人才培養方案的制定及課程體系的建設。

黨的十八大提出，用信息化和工業化兩化深度融合來引領和帶動整個制造業的發展。自動化為工業化的基礎，信息化與工業化的結合是自動化專業發展的趨勢，我國向“制造強國”的轉變需要大量的自動化方面的人才。自動化專業涉及內容多、范圍廣。工程教育認證前提下，隨著人工智能為核心的第四次工業革命的發展，生活、生產相關的自動化產品需求逐年增加，這會使從事自動化相關產業的企業擴大生產和研發規模，隨之自動化專業創新人才的需求會大幅提升。培養具有創新能力、快速學習能力的智能產業專業人才，需要樹立正確的人才培養理念。