新工科背景下学科竞赛驱动的自动化专业实践教学创新模式探索

刘伟，万书佳，程艺苑，郑扬冰，王兴

摘要：新工科建设背景下，创新型人才培养机制的优化和改革对于提高人才培养质量具有重要意义。以南阳师范学院自动化专业为例，分别从实践教学、人才培养和课程体系、创新型师资队伍建设等方面探讨了立足新工科背景下的学科竞赛实践教学创新模式。通过改革实践表明，该模式能够为地方高校的应用转型发展和自动化专业的新工科建设提供一定的借鉴意义。

关键词：新工科;学科竞赛;自动化

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）34-0159-02

当前，现代信息技术快速发展，尤其是自动化技术作为信息产业的基石，是衡量一个国家高科技实力的标志之一。在这股潮流的推动下，南阳师范学院（以下简称“我校”） 确立了转型发展、内涵发展的新思路，加快了应用型大学建设步伐，在新型人才培养模式的改革中[1]，适时地以自动化、机械电子专业为主体，成立了新的机电工程学院，优化了学科平台建设。在我校这类地方师范院校里，工科开设的历史并不长，师资、教学资源、校企合作等方面均不能和重点高校相比。近年来随着传统工业智能化改造的持续深入开展，以“新技术、新产业、新业态和新模式”为特征的新经济逐渐成形，这对于新工科建设和新工科人才培养提出了全新的要求[2]。为了适应国家新型工业化发展和新工科背景下的创新驱动发展需求，同时实现超越性发展，我校自动化专业开展了依托学科竞赛驱动的实践教学创新模式探索，在教学、学科、专业建设等方面均取得了显著的成效。本文拟在此基础上，结合我校自动化专业实际办学特色及发展定位，分别从实践教学、人才培养和课程体系、创新型师资队伍建设等方面探讨立足新工科背景下的学科竞赛实践教学创新模式，为地方高校的应用转型发展和新工科建设提供实践探索案例。

1 新工科建设对自动化专业人才培养的要求

由复旦共识、天大行动和北京指南奏响的“三部曲”，开拓了新工科建设的改革新路径[3]。如何促进传统工科专业的升级改革，培养理论与工程实践结合、综合素质高的新型应用型人才，对于响应国家创新发展战略和提高综合竞争力具有重要的意义。在这种背景下，新工科建设对于自动化专业的人才培养提出了许多新要求。

1）高素质复合型人才。自动化是典型的多学科交叉宽口径工科专业。传统经济模式下高校自动化专业多以过程控制、工业控制等某个领域为特色开展偏重通识教育的人才培养[4]，没有与新经济模式下企业人才需求与时俱进。在“新工科”背景下，逐步兴起的智能制造是一项多学科前沿技术综合应用的升级产业，具有较强实践能力的复合型人才是未来这些新产业发展人才需求的方向。

2）创新型工科人才。从当今的经济发展形态能够看出，我国经济增长的新动能已经转换为了产业转型升级和创新驱动发展[5]。在这种新的变化下，高校需要培养出具有跨界整合能力、面向未来新兴领域和面向新工业体系，具有创新思维和开拓能力的工科人才，以持续满足经济发展的需求。而地方高校自动化专业仍然以传统的课堂教学为基础，在实验实践教学方面对创新型人才的培养能力仍显不足。

3）德才兼备人才。近年来高校一直强调立德树人、德学兼修。我校作为省应用转型发展试点高校，通过课堂思政、党史学习教育等多种形式，强化工科学生的工程伦理意识、国际视野、爱国情怀和法治意识等，努力培养“精益求精、追求卓越”的卓越工程师。创新型工程教育理念能够提升学生工程科技创新、创造能力;综合化工程教育理念能够推进学科交叉培养;全周期工程教育理念能够优化人才培养全过程、各环节，培养学生终身学习、发展以及适应时代要求的关键能力。

2 以“学科竞赛”为依托的新工科背景下自動化专业人才培养模式改革措施

2.1设立创新实训平台开展自动化专业课程教学新模式

在传统学科竞赛模式中，竞赛相关的理论课程和中后期实践教学由多个分散的教学实验环节完成。理论课时往往远高于实践课时，理论和实践脱节也较为严重，难以达到良好的教学效果。为了改变这一现状，我校自动化专业从课程教学基本模式入手，通过设立如图1所示的创新实训平台体系开展依托“学科竞赛”的人才培养新模式。自动化创新实训平台包含机器人和西门子两个创新实训室，对应我校自动化专业的两个特色方向。通过第二课堂的形式开展集中系统的理论基础教学、设备调试、技术指导等环节培训，参与学生会有充足的时间进行实践学习。学生参与的学科竞赛主要包括：机器人创新实训室牵头的中国工程机器人大赛、中国教育机器人大赛;西门子创新实训室牵头的西门子杯中国智能挑战赛;以及两个实训室共同参与的挑战杯、互联网+等其他创新创业大赛。以中国工程机器人大赛为例，从年前报名到年后参赛时间周期持续近半年，参与学生经过创新实训室的系统学习培训后，在不影响常规教学的前提下，不仅充分保证了实践工作量的提高，而且以课程设计的形式把C语言编程、单片机控制、机器人学等多个相关课程贯穿起来，能够引导学生按照工程思维利用相关知识去解决竞赛中遇到的各种技术难题，寻找到最优设计方案，这对学生的培养具有重要的实践意义。

2.2构建依托“学科竞赛”的人才培养和专业课程体系新模式

为进一步使人才培养适应新工科建设，在新的人才培养方案修订中，结合我校转型发展及实施“工业4.0”的产业发展需求，并充分考虑到我校自动化专业人才梯队及科研平台建设情况，提出了人才培养“两个定位”融合“两化”的2+2发展规划。如图2所示，在工业4.0的大背景下，对自动化学科发展提出了两大任务，其一是继续探索前沿，向着更高级的人工智能化发展;其二对庞大的传统工业进行信息化升级改造，推动智能制造为主导的第四次工业革命。为此，我们的人才培养也突出两个特色——先进机器人应用和制造业信息化。围绕这两个方面，人才培养方案也着力打造成两个模块和课程集群。在人才培养方案中，我们还设计了一种学科竞赛体系全覆盖的“1+1”模式，即指导教师根据竞赛内容开设1学分相关实践课程，学生四年获得校级以上竞赛奖项获得1学分。在两个分类培养模块中，分别由机器人创新实训室和西门子创新实训室承担相应的教学实训环节。通过这种模式，学科竞赛在教学实践中的比重加大，基本上每位学生都能在四年中至少参加一到两次学科竞赛。另外，通过两个创新实训室的有序组织，逐步形成了高年级学生为主的指导队伍梯队。通过这种“高带低”模式，极大地提高了学生积极性和团队意识，在一个学科竞赛的筹备调试过程中，各个实训室组织的学生项目团队主导比赛项目的分析、方案设计及实施等全过程，指导教师负责参赛动员、专题讲座讨论、技术难题指导、周例会总结等关键环节。

2.3加强自动化专业实践型师资队伍建设

“学科竞赛”的指导教师队伍是非常重要的，需要有相应的工程实践能力。为此，我校自动化专业实施了“走出去、引进来”创新实践型师资队伍建设体系。如图3所示，一方面，针对青年教师大多是刚毕业的博士，存在重理论轻工程实践的情况，通过校级“能力提升工程”和省博士服务团，鼓励青年教师“走出去”深入企业或科研院所参与项目研发。同时学校出台了相关政策，鼓励青年教师通过企业实习提高实践能力，并对这部分教师在工作量上给予一定减免，这样在提高了青年教师的工程实践能力的同时还充分调动了他们的积极性，能够使他们在学科竞赛指导上游刃有余。另一方面，通过校外大学生实践基地或者校企合作项目，将行业技术专家“引进来”指导学生参与更多的企业项目研发，参与学科竞赛，直接在竞赛指导中培养学生的工程意识。

3 结束语

我校自动化专业从2016年开始逐步在实践教学体系、人才培养和课程模式、创新型师资队伍建设等方面开展了新工科背景下学科竞赛驱动的自动化专业实践教学创新模式探索，取得了较为显著的成效，具体表现在：

1）学科竞赛成绩突出，学生实践创新能力显著增强。学生在“互联网+”“挑战杯”等创新创业大赛及中国工程机器人大赛、中国教育机器人大赛、西门子杯中国智能挑战赛等各类国家、省部级学科竞赛中累计获奖230余人次，其中含特等奖、一等奖以上各类奖项35项，为推动我校新工科专业的超越性发展探索出了一条崭新的道路。同时，参赛学生通过学科竞赛锻炼的能力得到较好体现，在就业与考研复试过程中更加受到企业或者硕士生导师的青睐。

2）通过课程体系和培养模式的调整，促进了新工科建设和专业发展。在这种学科竞赛人才培养模式的带动下，我校自动化专业获批了省级重点建设学科，承担了我校唯一的省新工科研究與实践项目，自动化教研室获批省级优秀基层教学组织，还新增了河南省焊接机器人工程技术研究中心。

新工科建设是一个动态的发展过程，我校自动化专业实施的学科竞赛驱动模式仍然需要调整优化，在课程体系、培养模式等方面不断探索和实践，真正体现出新工科教育理念，以实现我校转型发展的战略目标和自动化专业建设一流专业一流学科的长远规划。

参考文献：

[1] 黄荣杰， 李根全， 宋金璠， 等.地方高校电气信息类专业“一线工程师”人才培养模式的探索与实践[J]. 南阳师范学院学报， 2012，11（12）： 91-94.

[2] 赵磊， 郭一军， 胡娟， 等. 面向新工科的控制理论课程群建设与教学改革[J]. 教育教学论坛， 2020（50）： 184-186.

[3] 纪振平， 吴东升， 杨青， 等. 面向新工科的地方高校自动化专业培养模式改革与实践[J]. 大学教育， 2020（9）： 25-27.

[4] 曹立佳， 熊兴中， 曾慧敏， 等. 面向新工科的自动化专业改革升级探索与实践[J]. 高教学刊， 2020（28）： 89-91.

[5] 丁军航， 于海生. 新工科背景下地方院校自动化专业人才培养机制研究[J]. 教育教学论坛， 2020 （51）： 359-360.

【通联编辑：王力】