新工科背景下科教融合培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的探索與實踐

李冰 張妍 賈俊菊

[摘 要] 針對新工科背景下科教融合協(xié)同育人理念在自動化專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應(yīng)用進行了探索與實踐研究。結(jié)合電力行業(yè)背景特點以及電力行業(yè)對自動化專業(yè)人才創(chuàng)新能力的需求，通過調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)方案、將科研項目與教學(xué)過程相融合、進行課程教學(xué)方法改革、改進課程考核方式等，促進科教融合協(xié)同育人在自動化專業(yè)人才培養(yǎng)中的實踐，鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生參與科研，并通過科教融合提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 新工科;科教融合;協(xié)同育人;創(chuàng)新型人才

[中圖分類號]G642 ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2021） 09-0092-03

以人工智能等新技術(shù)為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在改變國際產(chǎn)業(yè)格局，為了應(yīng)對新工業(yè)革命帶來的挑戰(zhàn)，我國在2015年部署實施了“中國制造2025”戰(zhàn)略計劃，并明確提出要發(fā)展新工科。2017年2月的“復(fù)旦共識”明確了新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑選擇;2017年4月的“天大行動”探討了我國新工科發(fā)展的目標和工科發(fā)展新范式;2017年6月的“北京指南”提出了新工科建設(shè)的指導(dǎo)意見。新工科教育“三部曲”奠定了新工科教育的基本格局?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出，高等教育要“牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位，支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，促進科研與教學(xué)互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合，著力提高學(xué)生服務(wù)國家服務(wù)人民的社會責任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力”。國務(wù)院《統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》中指出：“加快推進人才培養(yǎng)模式改革，推進科教協(xié)同育人，完善高水平科研支撐拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制?！薄毒V要》和《方案》都明確提出了將科研與教學(xué)相結(jié)合，充分發(fā)揮科學(xué)研究在高等教育育人中的重要功能。教師通過將科研項目與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，將科學(xué)研究服務(wù)于教學(xué)，將學(xué)科和專業(yè)發(fā)展前沿貫穿至日常教學(xué)，將企業(yè)在發(fā)展過程遇到的科技難題及解決方案融入教學(xué)內(nèi)容中，激發(fā)學(xué)生思考問題、解決問題的興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

新工科建設(shè)背景下創(chuàng)新人才的培養(yǎng)對應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，筆者所在的華北電力大學(xué)科技學(xué)院是一所具有電力行業(yè)特色的應(yīng)用型本科院校，學(xué)院畢業(yè)生主要在電力行業(yè)及與電力行業(yè)緊密相關(guān)的企業(yè)就業(yè)。從電力行業(yè)及相關(guān)企業(yè)對人才的需求來看，對具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型畢業(yè)生尤為看重。按照我院培養(yǎng)“實基礎(chǔ)、重實踐、強能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才”的總體要求和“培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實、專業(yè)知識系統(tǒng)、實踐能力與創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的復(fù)合應(yīng)用創(chuàng)新型人才”的培養(yǎng)目標，筆者所在的自動化專業(yè)在科教融合協(xié)同育人和創(chuàng)新人才培養(yǎng)中也進行了相應(yīng)的探索和實踐，不斷探索具有較強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的人才培養(yǎng)模式。

一、修訂人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建科教融合的育人機制

根據(jù)學(xué)院辦學(xué)定位和電力行業(yè)對自動化專業(yè)人才需求特點，按照《自動化類教學(xué)質(zhì)量國家標準》，修訂并形成了2018版人才培養(yǎng)方案。在人才培養(yǎng)方案修訂過程中，先后走訪了五大發(fā)電集團下屬的多個電廠，向電廠的技術(shù)專工咨詢電廠對自動化專業(yè)人才在專業(yè)技能、創(chuàng)新能力等方面的需求;向在電力行業(yè)就業(yè)的畢業(yè)生征詢學(xué)校在人才培養(yǎng)方面尚存在的薄弱環(huán)節(jié);邀請相關(guān)企業(yè)專家對自動化人才培養(yǎng)方案提出建議。在2018版人才培養(yǎng)方案修訂過程中，一方面根據(jù)“科教融合協(xié)同育人”的人才培養(yǎng)理念，加大實踐教學(xué)環(huán)節(jié)比重，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力;另一方面通過增設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。

在人才培養(yǎng)方案中，確定了自動化專業(yè)人才專業(yè)培養(yǎng)的基本要求：具備較好的工程知識、具備一定的問題分析能力、具有一定的科學(xué)研究能力、能夠基于工程相關(guān)背景知識進行合理分析，能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決自動化領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。確定了以自動控制原理、微機原理與嵌入式系統(tǒng)、檢測技術(shù)與儀表、過程控制系統(tǒng)為核心的專業(yè)核心課程，基于專業(yè)核心課程以及相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)程度，構(gòu)建了以不同核心課程為中心的“專業(yè)課程群”，并根據(jù)課程群設(shè)置綜合實踐環(huán)節(jié)，如控制系統(tǒng)綜合實踐、微機原理與嵌入式系統(tǒng)綜合實踐等。每個實踐環(huán)節(jié)的實踐周數(shù)3周，采用“類工程項目管理方法”管理，以工程項目的管理方法，對需求分析、整體項目設(shè)計、項目分解、硬件軟件設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試、資料管理、文檔建立等一系列環(huán)節(jié)按工程項目訓(xùn)練。學(xué)生通過對一個小型項目的實現(xiàn)過程，能夠了解項目研究的流程，有助于促進科教融合理念在理論教學(xué)和實踐教學(xué)過程中的探索，滿足了對學(xué)生專業(yè)能力培養(yǎng)的要求，實現(xiàn)了培養(yǎng)目標。

（一）科研項目融入課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣

擔任專業(yè)課的教師大部分都參與或承擔科研項目，所承擔的科研項目既有國家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等縱向項目，也有與國家電網(wǎng)、各大發(fā)電集團發(fā)電廠簽訂的解決電廠運行過程中實際問題的科技服務(wù)項目，每位老師在授課過程中將自己的優(yōu)秀科研成果和學(xué)科前沿、企業(yè)所遇到的實際問題及解決方案進行梳理后，融入課堂教學(xué)。一方面可以對教學(xué)內(nèi)容進行更新和補充，拓展學(xué)生的知識面，開闊學(xué)生的專業(yè)視野，另一方面通過對電力企業(yè)實際問題進行分析，使學(xué)生了解所學(xué)專業(yè)內(nèi)容在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。教師將科研過程中的方法、思路以及所采用的新技術(shù)、新算法和新模型融入課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和運用新技術(shù)、新方法的能力，提高學(xué)生從不同角度思考問題、提出解決問題方法的能力，提升學(xué)生的科研自信、保持對新事物、新方法的好奇心。教師將科研項目中與所授課程緊密相關(guān)的內(nèi)容進行拆分后，設(shè)計成課程內(nèi)容實驗和課程設(shè)計題目，將其轉(zhuǎn)化為課程教學(xué)內(nèi)容，豐富和優(yōu)化了課程實驗和實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

目前我院自動化專業(yè)開設(shè)有“火電廠自動化專題”“單片機與嵌入式系統(tǒng)”“傳感器原理”“機器人工程”等與電廠運行、電網(wǎng)巡檢及實際工程應(yīng)用相關(guān)的專業(yè)課程，如“火電廠自動化專題”課程由8位資深教師授課，其中3位教師為博士生導(dǎo)師，其余5位為碩士生導(dǎo)師，各位教師在授課過程中結(jié)合自己的科研項目和科研成果，通過實際的企業(yè)案例來介紹目前火力發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，在豐富教學(xué)內(nèi)容的同時也提高了學(xué)生的聽課興趣和聽課效率。在筆者擔任的“單片機與嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)過程中，通過與學(xué)生分享筆者在不同科研項目中承擔的科研任務(wù)和取得的成果圖片及視頻，向?qū)W生介紹與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)部分在解決實際問題時的具體應(yīng)用，將該課程的教學(xué)過程與在實際生產(chǎn)中“到底有什么用”相結(jié)合，提升了學(xué)生的學(xué)習效果。2019年，自動化專業(yè)5名同學(xué)參加了藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽（單片機設(shè)計與開發(fā)），其中2名同學(xué)獲得省級一等獎。

（二）成立興趣小組，基于科教融合打造第二課堂

學(xué)生根據(jù)不同教師的研究方向和個人興趣，組成興趣學(xué)習小組，并由不同指導(dǎo)教師根據(jù)項目內(nèi)容對小組同學(xué)進行指導(dǎo)，通過將課堂所學(xué)理論知識與科研項目實際應(yīng)用結(jié)合，真正實現(xiàn)科教融合，激發(fā)學(xué)生參與科研的熱情。指導(dǎo)教師將正在進行和預(yù)研的項目、課題拆分成若干子課題，每個小組根據(jù)各自興趣針對某一子課題參與研究工作，指導(dǎo)教師根據(jù)子課題內(nèi)容布置研究內(nèi)容，并指導(dǎo)學(xué)生需要采用的研究方法和策略，小組同學(xué)根據(jù)教師指導(dǎo)逐步實現(xiàn);課題組進行例會時，邀請興趣小組同學(xué)參加并匯報小組研究進展情況和學(xué)習心得，對興趣小組的工作進行評價、指導(dǎo)和鼓勵，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣;指導(dǎo)學(xué)生參與各種與專業(yè)相關(guān)的競賽（如中國機器人大賽暨國際公開賽、藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽等）、進行實用新型/發(fā)明專利申請、撰寫發(fā)表學(xué)術(shù)論文等，通過多種形式的科研成果提升學(xué)生的科研自信。

以教師團隊在2019年承擔的某公司“自動焊接控制系統(tǒng)”項目為例，在項目研究過程中，主要涉及系統(tǒng)硬件設(shè)計、圖像處理、自動焊接控制三方面的內(nèi)容，因此成立了三個興趣小組，每個興趣小組3-5人，工作主要包括：硬件設(shè)計、圖像處理算法、PLC自動控制系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)成員興趣自由結(jié)組并選擇一個方向開展研究工作。通過定期指導(dǎo)、匯報、實驗等，每個小組對所研究內(nèi)容進行文獻檢索、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀分析、確定應(yīng)采取的技術(shù)策略、對實驗過程中出現(xiàn)的問題及原因進行分析等，通過大量的實驗，對研究方法和研究方案不斷進行改進，在項目結(jié)題時都取得了一定的進展和結(jié)果。并在此基礎(chǔ)上進行了專利申請、學(xué)術(shù)論文投稿和科技競賽等，其中PLC自動控制系統(tǒng)設(shè)計小組參加了2019年“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，并取得了河北省三等獎的優(yōu)異成績。

（三）進行課程教學(xué)方法改革，強化科教融合育人效果

為了進一步加強科教融合在專業(yè)課程教學(xué)過程中的運用，提高教學(xué)質(zhì)量，近年來各專業(yè)教師在課堂教學(xué)過程中不斷進行改革，將優(yōu)質(zhì)的科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，針對不同課程提出了不同的教學(xué)改革方案。如在“單片機與嵌入式系統(tǒng)”課程中提出了“項目化教學(xué)改革方案”，以模擬電廠“汽包水位控制”項目為載體，以不同控制任務(wù)為驅(qū)動，將理論學(xué)習與實踐操作相結(jié)合，使學(xué)生在項目任務(wù)進行過程中逐漸掌握該課程的理論知識和技術(shù)技能。同時在項目化教學(xué)過程中，參照項目工程管理方法，使學(xué)生在學(xué)習過程中同時得到工程鍛煉。在項目化教學(xué)改革過程中，還根據(jù)不同科研項目設(shè)計了相關(guān)的工程任務(wù)，將科研過程與教學(xué)過程融合，豐富課程教學(xué)資源，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力?！白詣涌刂圃怼焙汀坝嬎銠C控制與系統(tǒng)”課程理論性較強，理論推導(dǎo)和公式較多，學(xué)生學(xué)習效果較差，因此將MATLAB仿真系統(tǒng)引入到教學(xué)中，教師在教學(xué)過程中，通過設(shè)計與實際項目應(yīng)用相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容、實驗內(nèi)容以及課程設(shè)計內(nèi)容，將項目應(yīng)用中的理論問題通過仿真系統(tǒng)圖像進行展示，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。

二、基于科教融合理念的考核評價機制

科教融合模式既要注重對學(xué)生基礎(chǔ)理論知識的傳授，又要注重學(xué)生“分析問題、解決問題”能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此在對學(xué)生進行考核應(yīng)改變傳統(tǒng)考核方式中“一考定結(jié)果”的考核方式。

科教融合模式下，對學(xué)生的考核包括學(xué)生基礎(chǔ)理論知識考核、學(xué)生學(xué)習過程考核、學(xué)生能力考核等多個方面，通過對多個方面的成績進行綜合后作為學(xué)生考核成績。對于學(xué)生基礎(chǔ)理論知識考核，主要采用閉卷、開卷、大作業(yè)等形式進行;過程考核主要通過學(xué)生出勤、提交作業(yè)、課堂參與互動表現(xiàn)等形式實現(xiàn);能力考核主要通過課堂討論時學(xué)生能否提出問題、提出解決問題的思路和方法、從不同角度對問題進行解讀等以及在興趣小組中的貢獻等進行;同時對學(xué)生在進行課程實驗、課程設(shè)計等環(huán)節(jié)中提出的具有創(chuàng)新性的思路和方法也作為能力考核的重要參考，激發(fā)學(xué)生參與科研活動的興趣和信心。

總之，新工科背景下，將科研項目和科研過程融入人才培養(yǎng)過程，有利于提高學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，有利于提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，同時也有利于人才培養(yǎng)的質(zhì)量。通過在我院自動化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的探索與實踐，深入貫徹科教融合理念，優(yōu)化設(shè)置人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建以核心課程為中心的課程群體系，將科研項目融入課堂教學(xué)，進行項目化驅(qū)動的課程教學(xué)改革，建立與科教融合相適應(yīng)的考核機制等，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合，努力培養(yǎng)更多具有較強科研能力和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。

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（責任編輯：王義祥）