人工智能時代背景下自動化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)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(wǎng)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(gòu)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(huán)反饋機制。目前，山東交通學院自動化專業(yè)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(fā)展方向，瞄準行業(yè)對人才培養(yǎng)的需求，開展集體研討、課程體系及課程質(zhì)量標準、課程教學評價體系、教學質(zhì)量保障機制等團隊建設工作，體現(xiàn)“一切以學生為本”的教育理念。自動化專業(yè)的研究方向涉及計算機科學與技術(shù)、信息與通信工程、人工智能、網(wǎng)絡空間信息安全、電子科學與技術(shù)、微電子學、機械工程、電氣工程等多個學科領(lǐng)域，研究內(nèi)容從傳統(tǒng)的控制理論、工業(yè)控制系統(tǒng)到信息物理融合系統(tǒng)，以及計算機視覺、自動駕駛、數(shù)據(jù)挖掘等，是一個典型的多學科交叉滲透的專業(yè)。傳統(tǒng)教學模式很難適應人工智能時代背景下自動化專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要。

傳統(tǒng)教學模式中，教師在課堂教學中發(fā)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(yǎng)學生的創(chuàng)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(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究極具現(xiàn)實意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

人工智能技術(shù)本身無法直接解決企業(yè)業(yè)務需求，需要根據(jù)具體的業(yè)務場景和目標，形成可規(guī)?；涞氐漠a(chǎn)品和服務。因此，高校探索自動化專業(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式就顯得極具現(xiàn)實意義。

徐墨瑄等（2019）提出了人工智能創(chuàng)新人才標準[1]，認為人工智能創(chuàng)新人才需要具有精細的專業(yè)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(chuàng)新人才培養(yǎng)開展了相關(guān)的研究，如高貴兵（2020）的《新工科建設背景下創(chuàng)新型IE人才培養(yǎng)對策研究》[2]；鐘石根等（2018）的《新工科創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(chuàng)新人才的培養(yǎng)開展了相關(guān)的研究，如王越男等（2020）的《“工程教育”背景下自動化專業(yè)應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式實踐》[4]。

由于人工智能技術(shù)的發(fā)展瞬息萬變，且“智能產(chǎn)業(yè)”這個概念提出得較晚，所以目前基于智能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究較少，而且原有針對人工智能創(chuàng)新人才培養(yǎng)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(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式勢在必行。

2 人工智能時代背景下自動化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索

人工智能時代背景下，結(jié)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(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

2.1 確立自動化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標

國務院印發(fā)的《統(tǒng)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(yǎng)的核心地位，著力培養(yǎng)具有歷史使命感和社會責任心，富有創(chuàng)新精神和實踐能力的各類創(chuàng)新型、應用型、復合型優(yōu)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(yǎng)在“人工智能+X”方向上掌握堅實的基礎理論與系統(tǒng)的專門知識，具有從事科學研究、獨立擔負專門技術(shù)工作能力和創(chuàng)新精神的專門人才。

工程教育認證也要求真正實現(xiàn)產(chǎn)學研的協(xié)作創(chuàng)新，人工智能大背景下從感知智能到行動智能技術(shù)的演進和應用場景產(chǎn)業(yè)智能化的發(fā)展等都是值得關(guān)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(fā)展步伐，推進自動駕駛專業(yè)方向的人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新研究，促進專業(yè)建設朝著標準化、規(guī)范化、國際化方向發(fā)展。

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

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

2.2 制訂符合自動化專業(yè)特殊性的人才培養(yǎng)計劃

山東交通學院自動化專業(yè)從2005年開始招生，2015年前先后設置過船舶電氣、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)自動化等專業(yè)。自2015年以來，山東交通學院結(jié)合軌道交通行業(yè)，將“軌道交通自動控制”專業(yè)作為一個重要的方向，并取得了較好的效果，主要表現(xiàn)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(yè)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(yè)人數(shù)約占總?cè)藬?shù)的20%～30%（為山東交通學院自動化專業(yè)招生以來，學生在各類行業(yè)就業(yè)占比最高的行業(yè)）。無論從行業(yè)就業(yè)單位數(shù)量，還是行業(yè)就業(yè)人數(shù)與總畢業(yè)生的占比，山東交通學院自動化專業(yè)已經(jīng)逐步形成了鮮明的軌道行業(yè)特色。

山東交通學院自動化專業(yè)下設軌道交通自動控制和自動駕駛兩個子專業(yè)。在新增“自動駕駛”前，山東交通學院做了大量的專業(yè)調(diào)研工作，例如，與北京理工大學等高校相關(guān)專業(yè)的教師進行交流探討，在網(wǎng)上搜索相關(guān)文獻，多次舉辦論證會，前往企事業(yè)單位開展實地調(diào)研，等等。從社會崗位需求、就業(yè)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(nèi)容的授課環(huán)節(jié)，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?cè)瞬排囵B(yǎng)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(yǎng)機制改革，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2.3 設計符合自動化專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求的課程體系

課程體系設置上體現(xiàn)“融”與“新”，突出“人工智能+X”的學科融合。課程設置強調(diào)人工智能專業(yè)知識與應用領(lǐng)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(fā)展動向，課程體系力求內(nèi)容新穎，能夠激發(fā)學生的學習興趣。

努力構(gòu)建“職業(yè)能力本位”技能課程體系。從滿足行業(yè)發(fā)展需求出發(fā)，分析合格人才的能力體系，進而構(gòu)建該專業(yè)的技能課程體系。因此，按能力體系、崗位結(jié)構(gòu)設置課程模塊。

基于人工智能大背景，自動駕駛專業(yè)目前已經(jīng)構(gòu)建了自動駕駛核心課程包括機器人操作系統(tǒng)、Python語言程序設計、自動駕駛環(huán)境感知、自動駕駛控制系統(tǒng)、自動駕駛認知實習、智能感知系統(tǒng)課程設計、自動駕駛控制系統(tǒng)設計等，探索出符合自動化專業(yè)特殊性的人才培養(yǎng)計劃，并結(jié)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(yè)教師團隊還一直認真總結(jié)工科學生的成長成才規(guī)律和用人單位對畢業(yè)生的要求，總結(jié)歸納出不同年級學生的發(fā)展需求，通過加強培養(yǎng)學生的動手能力、溝通能力等，提升學生的綜合素質(zhì)，以勝任未來工作。

2.4 持續(xù)提高教師的執(zhí)教能力和創(chuàng)新能力

持續(xù)提高在職教師的執(zhí)教能力和創(chuàng)新能力，是解決智能產(chǎn)業(yè)師資問題的可行方法。由于人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，教師只有不斷豐富自己的知識儲備，提升執(zhí)教能力和創(chuàng)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(guān)的講座和業(yè)務培訓，比如基于MATLAB/Simulink-ROS的機電系統(tǒng)開發(fā)、移動機器人開發(fā)等在線課程；協(xié)作機械臂伺服驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)和實戰(zhàn)課程；利用Apollo嵌入式低速自動駕駛解決方案實現(xiàn)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(tǒng)的技術(shù)構(gòu)建：感知、決策和執(zhí)行”線上研討會，等等。

在應用型人才培養(yǎng)過程中，要注重高級技能型師資的培養(yǎng)，構(gòu)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(yǎng)和梯隊建設，有計劃地開展骨干教師、教學名師和優(yōu)秀青年教師的培養(yǎng)；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(yè)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(yè)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(yè)的發(fā)展，確保了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

教學能力建設方面，在全校積極開展人才培養(yǎng)改革的過程中，學院領(lǐng)導高度重視教師隊伍建設，落實教師的培養(yǎng)和梯隊建設，有計劃地開展骨干教師、教學名師和優(yōu)秀青年教師的培養(yǎng)。建立了合理有效的團隊運行制度：自動化專業(yè)團隊重視質(zhì)量管理和內(nèi)涵發(fā)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(yè)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(jīng)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(diào)動團隊成員的積極性。制定自動化專業(yè)的教學團隊的學習培訓制度，緊跟軌道交通行業(yè)發(fā)展趨勢，定期組織團隊深入企業(yè)學習。學校鼓勵教師參加各級各類教學比賽。經(jīng)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(yè)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(xiàn)科研促教學，把科研課題深度融入教學內(nèi)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(chuàng)新平臺。做到創(chuàng)新培養(yǎng)的真正實現(xiàn)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(yǎng)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(chuàng)新，優(yōu)化課程設置，構(gòu)建以“應用”為目標、創(chuàng)新為特征的理論教學體系。依據(jù)學科、行業(yè)、崗位三維設計的思路構(gòu)建課程體系。

2.5.1 公共基礎課程模塊

數(shù)學類、計算機類、外語類、科學素質(zhì)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(yè)課程模塊

學生從大三開始分專業(yè)方向?qū)W習相關(guān)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(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、電子技術(shù)實驗、自動控制原理、電力電子技術(shù)、單片機原理、傳感器技術(shù)、軌道交通概論、軌道交通設備等，是軌道交通自動化專業(yè)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(yè)基本知識和技能，了解軌道交通行業(yè)必備的通識技能，形成良好的軌道交通行業(yè)素養(yǎng)。

2.5.3 專業(yè)課程模塊

軌道交通學院自動化學生就業(yè)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(wǎng)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(yè)課有軌道交通信號系統(tǒng)、軌道交通設備系統(tǒng)、軌道交通綜合監(jiān)控；自動駕駛方向：Python語言程序設計、自動駕駛環(huán)境感知、自動駕駛控制系統(tǒng)。必修課有區(qū)間信號控制技術(shù)、軌道交通列車控制技術(shù)、車站自動控制技術(shù)等。比如自動駕駛方向的機器人操作系統(tǒng)、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(fā)展趨勢，增強學生工程能力和技術(shù)管理水平，提升學生綜合素質(zhì)的體現(xiàn)。

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(huán)境和實踐教育資源，使學生的業(yè)務能力和綜合素養(yǎng)更加貼近行業(yè)國際發(fā)展要求。

加強課程內(nèi)容的研究和開發(fā)，積極開發(fā)適合軌道交通自動化人才培養(yǎng)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(yǎng)計劃中把創(chuàng)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(yè)設計和各種實習等實踐教學環(huán)節(jié)。打破原有的考核制度，增加設計型、創(chuàng)新型實踐環(huán)節(jié)的比重，積極爭取政府的實驗室建設經(jīng)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(guī)模。通過企業(yè)聯(lián)合，引進資金，廣泛聯(lián)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(jīng)費不足問題，并做好相關(guān)設備的二次開發(fā)工作。

鼓勵教師加大課程設計、畢業(yè)設計、實習實訓等集中實踐環(huán)節(jié)的經(jīng)費投入，逐步增加集中環(huán)節(jié)中“真題真做”內(nèi)容的比重，使學生能夠在接近工程實際的情境中實現(xiàn)創(chuàng)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(huán)節(jié)中，增強其工程實踐能力和解決實際問題的能力。

創(chuàng)新源于實踐。近年來，山東交通學院通過對生產(chǎn)第一線畢業(yè)生的實際動手能力和工作表現(xiàn)的跟蹤調(diào)查，主動了解、收集用人單位對畢業(yè)生的評價以及社會對人才培養(yǎng)工作的意見與建議，為提升學院教學質(zhì)量提供客觀依據(jù)。為了鼓勵專業(yè)特色下的創(chuàng)新實踐，強化技能訓練，在課程體系調(diào)整中，除了增加實踐課程的課時之外，還注重“理實一體”，培養(yǎng)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(lǐng)學生就業(yè)去向

根據(jù)多方反饋，自動駕駛專業(yè)的就業(yè)前景非常廣闊。例如自動駕駛高級研發(fā)工程，自動駕駛軟件（包括算法模塊和底層OS）系統(tǒng)集成的設計、開發(fā)和調(diào)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(yè)無人化的研發(fā)工作等。畢業(yè)生可以就業(yè)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(shù)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(yè)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(lǐng)域的運用、維護、研發(fā)設計與技術(shù)管理工作。

3 結(jié)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(yǎng)創(chuàng)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(yè)進行實習實訓，發(fā)揮企業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場經(jīng)驗豐富的優(yōu)勢，聘請企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員作為學生實習培訓的導師；請企業(yè)專家為兼職教授，為學生授課或做專業(yè)學術(shù)報告和講座；為實現(xiàn)創(chuàng)新聘請企業(yè)專家參與人才培養(yǎng)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(yè)化兩化深度融合來引領(lǐng)和帶動整個制造業(yè)的發(fā)展。自動化為工業(yè)化的基礎，信息化與工業(yè)化的結(jié)合是自動化專業(yè)發(fā)展的趨勢，我國向“制造強國”的轉(zhuǎn)變需要大量的自動化方面的人才。自動化專業(yè)涉及內(nèi)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(yè)革命的發(fā)展，生活、生產(chǎn)相關(guān)的自動化產(chǎn)品需求逐年增加，這會使從事自動化相關(guān)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)擴大生產(chǎn)和研發(fā)規(guī)模，隨之自動化專業(yè)創(chuàng)新人才的需求會大幅提升。培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、快速學習能力的智能產(chǎn)業(yè)專業(yè)人才，需要樹立正確的人才培養(yǎng)理念。