新工科形势下自动化专业的人才培养

丁德锐，梁 艳

(1.上海理工大学光电信息与计算机工程学院；2.上海理工大学管理学院，上海200093)

1 新工科的时代背景

物联网、大数据、人工智能、新能源等新兴科技的快速发展与相互融合促使了新一轮工业革命的萌芽。我国于2015年正式提出“中国制造2025”重大战略，为制造业创新发展提供了新机遇、注入了新动力。

在这一轮新技术变革中，始终贯穿着体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化这一主线。未来5-15年是传统工业化与新型工业化相互交织、交替的转换期，是工业化与信息化相互深度融合的过渡期[1]。

新工科既指新兴工科专业，如人工智能、智能制造、机器人等原来没有的专业，又包括传统工科与其他学科交叉融合的新工科专业及其传统工科专业的升级改造[2]。教育部高教司2017年推出“新工科”计划，并先后形成了“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”等指导性文件[3]。新工科研究与实践涵盖了工程教育理念、学科专业结构、人才培养模式、教育教学质量、分类发展体现等五大方面，是对新经济、新产业模式下人才培养内容、培养方式、培养目标的探索[4-5]。自动化专业在这一轮的新工科建设和发展过程起到承上启下的关键作用，不仅仅涉及传统工科专业的升级改造，更是诸如智能制造、机器人等科技创新的重要支撑。

2 传统自动化专业面临的新冲击

自动化专业是以自动控制理论为主要理论基础，以电子技术、计算机信息技术、传感器与检测技术等为主要技术手段，对各种自动化装置和系统实施控制的一门专业。具有“控(制)管(理)结合，强(电)弱(电)并重，软(件)硬(件)兼施”的鲜明特点。

目前，自动化关注的是局部机器智能、系统论及其控制论，主要的目标对象是较为单一的机器系统，服务于自动化机械设备、自动化生产线、自动化加工等一系列工业活动。在工业4.0、中国制造2025的引领下，各学科之间的交叉与融合在未来的制造业必将更加广泛，具有扎实的专业技术和复合型知识背景的人将是企业创新发展的核心竞争力之一，这必然促使传统的自动化人才培养模式向具备“工程+信息+计算机+人工智能+自动化”的多学科交叉渗透的人才培养模式转变[6-7]。因此，需要打破传统条块分割式的人才专业结构及培养模式的壁垒，建立一专多精、多专多精的复合型人才培养理念和与之相适应的培养体系。换句话说，传统的自动化专业不仅要积极地汲取人工智能、工业互联网、大数据等前端成果，实现传统工科专业的升级改造，更需要充分认识新工科建设理念，探索新的思维模式、新的体制机制、全面创新工程教育，同时赋予自动化专业新的内涵和历史使命，培养更为优秀的创新人才，以达到支撑和引领新经济发展的目的。

3 新工科理念下自动化专业人才培养探索

3.1 课程体系革新

自动化专业的目标在于适应新时代要求，培养具备计算机应用技术、网络与通信技术、电气与电子技术、控制理论与工程、自动检测与信息处理技术、电力电子技术等领域的理论和工程技术基础及专业知识，具有工程实际与创新能力的宽口径复合型技术创新人才。专业课程分为四个模块：专业核心课程、专业拓展课程(与专业方向挂钩)、专业实践课程(与专业方向挂钩)、实习与毕业设计。例如，上海理工大学嵌入式系统方向的专业拓展课程有：控制系统仿真、虚拟仪器技术、DSP原理及应用、嵌入式系统；工业过程控制系统方向的专业拓展课程有：传感器检测技术、PLC技术、电力拖动自动控制系统、过程控制系统等。

近来，各大高校以社会需求为导向不断调整和完善自动化专业的教学内容，主要做法有：①强化学生控制理论基础的学习，在传统自动控制原理和现代控制理论基础上，根据学科特色有针对性的增加最优化理论、自适应控制、系统辨识以及智能控制等知识内容，完善控制理论课程链；②提高计算机控制技术的知识比例，顺应制造业信息化发展趋势，相继开设了现场总线技术、数据库原理、DSP原理及应用、嵌入式系统理论等，增加计算机与信息技术体系的宽度和广度；③深挖高校的行业特色，实现差异化发展和面向市场的专业定位，融入相关行业知识如楼宇自动化、机器人技术、物联网技术、传感器网络等，搭建了高校理论学习与社会专业人才需求的桥梁。

调整在一定程度上适应了社会对专业人才的需求。但总的来说还是知识内容的线性式的单项补充。首先，专业课程的知识结构设计渐趋科学化、体系化，但很多课程之间彼此独立、内容未能很多的渗透与交叉，仍然明显有传统条块分割式专业模块设计，对学生的学习和理解形成了障碍；其次，各专业方向内，课程与课程之间内容衔接较差、部分课程的内容存在着重复，对学生的学习精力造成了一定的影响，无形中增加了学生的学习负担；再者，知识内容的设计虽然不断调整，但更新速度落后于社会科技的发展速度，专业课程无法及时跟上物联网、大数据、人工智能、新能源等新兴领域对自动化人才的培养需求，学生的综合素质很难适应科技创新的发展需求；又再者，现阶段的自动化专业人才的知识和技能素养要求越来越多，学生所需要学习掌握的知识点越来越多，极大地消减了专业基础课程学习的精力与时间。最后，课程教学更注重传统基础内容，具有工程应用导向的知识点过少，即使是新增设的楼宇自动化、机器人技术等新兴课程内容，依然未能展现科技的最前沿。

自动化专业的课程体系应当进一步打破了传统的教学模式和体系，设计出符合一专多精、多专多精的复合型人才培养的教学培养体系。首先，在现有的“课程群”体系基础上，合并“相似的专业课程”，进一步显化专业培养课程链；其次，以发展的眼光对传统知识合理取舍，精简知识要点，既要保证科学研究够专，又要满足工程实践够用，形成符合未来人才培养要求的新课程；再者，面对其他新工科专业，如“机器人工程”等人工智能专业，自动化专业需要结合中国制造2025战略规划重新设定人才培养定位，彰显自己的专业特色，并建立与之配套的课题体系。

2．2 实践教学升级

实践教学作为连接理论与应用的桥梁，是培养学生创新能力的切入点[5-6]。只有将智能制造、大数据技术、工业物联网技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求切实地引入实践教学过程当中，才能真正打通实践教学的“最后一公里”[8]。目前，受制于实验经费和实验条件，大多数高校自动化专业的实践教学主要以课内实验为主，以验证性实验居多，设计性的实验偏少。此外，也有不少高校配置了少量的诸如PLC过程控制系统、仪表测试系统、机器视觉与图像处理系统、网络化控制系统等高阶实验平台，但多数为研究生在操作，仅有少数参与开放性实验课题的本科学生从事了相对高阶的实验设计和功能开发工作，远未达到中国制造2025科技创新战略对复合型人才的需求。

《普通高等学校自动化专业规范》[9]的专业实践教学内容明确给出了各个类型的自动化专业实践教学内容的要求和目标，划出了人才培养的底线。工业物联网、工业大数据、人工智能这些掌控“中国制造2025”实施命脉的新科技、新理念并未能很好的贯彻到实践教学过程当中。究其原因：一方面作为指导性文件，它无法全面的概括所有高校自动化专业的特色和相应的软硬件设备；另一方面这些专业实践教学依托的依然是传统、经典的专业课程，致使实践环节很难打破传统知识体系的束缚、及时衔接最新的智能化、信息化的自动控制新技术的进展。更为突出的是，最新的实践教学可能会因为缺乏经典的实验流程、成熟的实验指导材料以及有经验的实践指导教师，当然也可能学生的综合能力也有所不逮，很难达到理想的实验教学目的。

为了改善这一状况，顺应新工科建设的理念，急需深化实践教学的内容和方式。首先，需要集中来自于工程、计算机、自动化相关领域的专业教师，以中国制造2025、新工科等为指导原则，撰写具有传感器网络、工业机器人、人工智能、大数据、工业物联网等应用背景的实验教程，如室内无线传感器定位跟踪、多机械臂运动控制、图像识别与智能检测、智慧小车编队控制、智慧小车设计与开发、工业数据处理等适合自动化本科学生的实践教学材料。其次，加大本科学生自主设计实训的力度，搭建理论知识与实践应用的桥梁，培养学生动手能力和创新能力以及培养学生利用所学知识解决实际工程问题的综合应用能力。再者，依托自动化相关专业的研究生，加大本科生实践创新的投入力度，并从政策上给予倾斜，提高学生的探索兴趣以及实践能力，并在此基础上培育出更多的本科生创新创业项目。再次，实施校企联合培养机制，依托企业专业的研发与实践平台，充分利用其工程技术人员的指导能力，扩大学生实践教学内容的深度和广度，高校可以同一些优秀企业搭建实践教学基地和场所，实现优势互补、资源合理利用，促进学生实践能力培养的优化。最后，积极鼓励成绩优秀的学生积极参加全国以及省市级各种相关竞赛，通过参加比赛增长见识，拓宽视野，提高水平，锻炼才干。

3.3 师资队伍跨界整合

为了充分贯彻新工科的发展和建设理念，必须拥有一支与培养方案相适应的教师队伍。由于我国教育体制的特色，很难快速的改变师资队伍的年龄结构、学源结构、知识结构，从而致使师资队伍与学科专业不能完美匹配。例如，前些年我国很多高校实现了升格，很多师范类、综合类院校在传统学科的基础上发展了自动化、电子信息工程等一大批顺应社会发展的新学科专业。然而，新专业的师资力量未能及时有效的提升更新，使得专业课程、专业实践课程的教学浮于表面很难达到社会对专业人才的需求。

为了突破这个困局，可以多头并进：①鼓励中青年骨干教师假期时间利用各种渠道，如访问其他成熟高校的学科团队，参加各种行业会议和研讨会，让具有国际理念的高水平教师或优秀教师赴国外进修等策略加速了解新兴信息技术知识和专业理念；②聘请相关企业的一线科研人员担任自动化专业课程或实践课程的主讲教师，充分发挥其专业性、实践性和工程性；③学校学院各层面根据中国制造2025对符合型人才的需求，建立更为丰富的跨专业选修课程，鼓励优秀学生跨专业选课，在一定程度上打破师资院系限制的壁垒，实现专业师资的虚拟联盟；④充分利用各级政府所倡导的合作育人机制与政策支持，建立符合新工科建设理念下的自动化专业的合作育人项目，充分整合企业和高校的教育资源，使专业教育与新经济、新产业紧密融合，并搭建更为优越的师资平台。