新工科背景下自动化专业多学科交叉融合升级路径探析

田思庆 杜云明 侯艳

摘    要：针对新工科背景下自动化专业人才培养存在的问题，结合学校办学定位和专业发展，文章从自动化专业人才培养现状中发现问题，从新工科发展优势中获得思路，通过制定“自动化+”专业课程体系，建立创新创业教育平台、现代产业学院，以及改进教学模式，寻求自动化专业多学科交叉融合升级路径，旨在培养拥有多学科知识的自动化专业复合型人才。

关键词：新工科;自动化专业;多学科交叉;路径探索

中图分类号：G640      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）10-0053-03

一、引言

“中国制造2025”、“人工智能”和新工科建设给传统工科专业的改造升级带来了机遇和挑战。新工科建设要在工程学科的基础上突出新的要求，赋予新的定义。所谓“新”是相对于“旧”而言，是在传统基础上的改革、创新与发展。高等学校如何突破学科壁垒实现专业互融共建，如何在传统工科基础上建设新工科、新专业，这些问题迫使高等学校更新观念，通过教学改革走出一条适合自身发展的特色之路。

佳木斯大学于2020年获批国家第二批新工科研究与实践项目，自动化专业于2020年获批黑龙江省一流专业建设点。自动化专业与计算机技术、人工智能、电子信息等专业相互融合，其新工科建设符合国家和学校的发展战略，也为学校新工科建设起到了引领示范作用，因此，探索自动化专业创新复合型人才的培养具有十分重要的现实和战略意义[1-2]。

二、自动化专业人才培养现状

自动化专业包含自动化、轨道交通与信号等7个专业。随着各学科的交叉融合，自动化专业将与新兴、交叉学科融合发展。目前，佳木斯大学自动化专业包含自动化专业和机器人工程专业。尽管专业建设一直在路上，但受传统办学理念束缚，自动化专业建设还存在着很多问题。

（一）人才培养定位和培养目标不明确

高校人才培养定位关系到人才培养的“出口”和就业等问题。各专业在人才培养定位上思想不统一，存在着好高骛远等错误办学思想。尽管佳木斯大学某些学科有博士和硕士研究生一级学科点，但学校主要服务于地方区域经济发展，从学校的人才培养定位和培养目标来看，学校部分专业应以应用技术型人才培养为主。

（二）课程内容陈旧，落后于智能时代要求

传统自动化专业人才培养课程体系已经不适应现今科技革命和产业变革对人才培养的需求，不利于培养既学有专攻，又具有创新思维的复合型人才。智能控制技术已是未来自动化专业的发展趋势，现有专业培养方案中人工智能在控制技术中的融合与拓展不足。高校应将人工智能、信息化技术应用到自动化专业教学中，以保证培养的自动化专业人才顺应新技术、新产业和新时代的发展。

（三）重视理论方法，忽视工艺及硬件设备

在自动化专业理论教学中存在着重视理论和控制算法，轻视控制技术及其硬件设备等问题。学术界一般以“实际系统简化为抽象的数学模型”为研究对象。优秀的控制算法与模型应以实际系统为对象得以实现，未经过实际系统或对象验证的算法意义不大。从目前自动化专业教学效果看，存在前后课程与相应理论和实际系统联系不紧密等问题。专业课教师只完成理论授课内容，对涉及的生产工艺系统联系不足，导致学生缺乏对专业背景的了解，很难建立起控制系统的概念。

（四）人才需求不对接，不能满足市场需求

现代化企业与自动化技术分不开，自动化设备复杂、种类繁多，尤其对于现代化工业流程，不仅要求专业技术人员懂自动化技术，同时还要懂工艺流程和生产系统。随着社会对自动化专业人才的需求量增大，一般工科院校和综合型高校都开设了自动化专业，但是，高校行业背景不明显，自动化专业人才与行业对接不足，刚毕业的学生很难在短时间内熟悉企业生产工艺及其自动化系统，很难承担起专业工程师的职责。自动化技术发展快和教学内容更新慢的矛盾，造成人才培养难以适应企业的技术更新与发展。

（五）实践环节分散，综合性不强

目前，自动化专业实验和实践等环节完全依赖于“理论化”教学，验证性实验多，综合与创新性实验少。高校实验设备和系统与企业实际应用的装备和工艺不完全相符，学生对实际工程问题的复杂性与差异性了解不够深入，存在着实践环节与生产实际交叉融合性不够、个性化不明显、综合性不强等问题。高校教师企业工作经历少，虽然承担了一些科研项目和课题，但教师偏重于理论研究，对于工程实践指导存在着经验不足等问题。

三、自动化专业多学科交叉融合升级路径探索

佳木斯大学作为黑龙江省东部地区省属重点高校，结合新工科建設和培养需求，以新工科建设和工程认证为抓手，围绕区域产业经济发展需求，打破学科专业壁垒，紧跟时代和新技术的发展，推进教育教学改革。基于OBE（Outcome Based Education，成果导向教育）教学理念反向思维设计课程体系，积极探索多学科交叉融合升级的新路径，形成了“工+工”“工+理”“工+医”的新工科办学特色。新工科实施过程如图1所示。

佳木斯大学自动化专业一直承担着为黑龙江省东部地区培养自动化专业人才和支持区域企业自动化运行的重任。作为传统优势学科，同时也需要为传统自动化专业注入新的技术和活力，即实现对传统优势学科的改造和升级。学校近年来新开设了生物医学工程、机器人工程和智能制造工程等新工科专业，将自动化、计算机和电子信息等技术应用到医学专业中，借助口腔种植手术机器人等一批省级、校级科研项目培养了医工交叉结合的学科优秀人才。

（一）建立“自动化+”专业课程体系

在现有自动化专业课程体系中融入计算机和机器人等新技术课程，集自动化传统专业知识、新工科专业知识、综合实践能力于一体，形成了佳木斯大学“自动化+”的新专业课程体系[3-4]。

课程体系按照“通识课→专业基础课→专业主干课→实践环节”递进，采取中小班授课。在课程选修与知识学习方面，学生可按意愿选择运动控制方向（传统专业知识群1）或者过程控制方向（传统专业知识群2），同时，还需选修计算机和机器人新技术课程（新工科专业知识群），自动化专业课程体系如图2所示。

自动化专业课程体系的改造与升级：缩减原有课程学时，将“微机原理”“单片机”和“嵌入式”课程整合为“微机原理与嵌入式系统”课程;将“电机拖动”和“运动控制”课程合并为“运动控制系统”课程;将“自动控制原理”与“现代控制理论”课程合并为1门课程;新开设“现代检测技术”和“智能控制”课程。

加入计算机学科课程：“数值分析与算法”“系统操作原理”“面向对象程序设计”“人工智能导论”等。

新增计算机和机器人新技术课程：“机器人原理”“机器学习”“机器人控制技术”“系统建模与动力学分析”等。

加强专题实验与实践：检测技术实验、PLC控制实验、机器人控制实验和智能车综合设计等。

在传统自动化专业改造升级后，学校又新开设了机器人工程专业。机器人工程专业综合运用计算机、控制工程和机械工程等学科的理论和新技术，研究机器人的感知、控制和人机交互等。该专业自2020年招生以来，深受广大考生青睐，说明新工科、新专业具有强大的市场和吸引力[5]。

（二）依托创新创业教育平台，突出学生实践能力培养

2017年，教育部颁布了《新工科建设指南》，要求创新创业教育贯穿高校育人全过程，即将创新创业教育融入专业课程体系和实践教学中。

结合新工科建设和创新创业教育，教师在教授完理论课程之后，集中时间开展专题性实验与实践;配合各级电子设计大赛，大四学生在第一学期完成智能车综合设计项目，通过项目组织、设计、调试、演示和答辩等环节提高学生电子硬件设计和软件编程能力;带领和指导学生申报“互联网+”大学生创新创业大赛、西门子全国自动化设计大赛和医工结合创新大赛等。

建设和扩大综合实验实训中心和省级实验室。佳木斯大学为新工科建设投入了大量资金，建设综合实验楼，新增加了运动控制综合实验室、电力电子与电力传动综合实验室、机器人实验实训中心、生物医学工程综合实验室、电子信息综合实验室，改造了公共计算机网络实验中心和电工电子技术基础实验中心。

毕业设计题目体现新知识、新工科方向，具有一定的挑战度。智能无人机系统、机器视觉、人工智能与机器学习、物联网、大数据与云计算、智慧农业、智慧医疗等方向已成为自动化专业毕业设计的热点。有关新工科毕业设计和毕业论文的完成，提高了新工科人才的基本技能和就业能力，为拓宽学生就业方向和继续求学深造奠定了基础。

（三）创建现代产业学院，实施产教融合、协同育人

在新工科背景下，学校、行业和企业应创建现代产业学院，寻找突破口，打造学校与企业共赢机制，强化实践平台，推进校企合作，资源共享。

以学校为载体，运用行业和企业现有资源，通过搭建知识体系模块、建设师资队伍和实训基地，发挥企业主体作用，形成实践能力强、创新能力强、责任感强的“三位一体”的自动化专业人才培养体系。

协同育人机制和现代产业学院的建立保证了高校教师与企业之间的横向联系;推进了学校与企业的产学研合作;提高了高校教师工程实践能力和科研水平;提高了学生的创新创业能力。教师和学生深入企业，有的放矢，学生对授课内容看得见、摸得着，由从前的“看书本被动学习”发展为现在的“解决问题主动学习”。

协同创新人才培养模式加强了学校、企业之间的产学研合作，以及校际之间的合作交流，教师人才资源与网络、实验室等设备资源也得到了充分利用。协同创新保证了学校、企业各方优势互补、相互促进、相互提高，有效推动了科研与教学工作的合作和成果转化。

近年来，佳木斯大学产学研协同育人工作取得了丰硕成果。学校与黑龙江建龙钢铁有限公司建立的产学研项目获批黑龙江省首批现代产业学院，智能机器人产学研项目获批黑龙江省工业和信息化厅“专精特新”产业学院，自动化专业入选第八届恰佩克奖中国高校产教融合50强等。

（四）利用国家智慧教育公共服务平台改进教学模式

新工科建设不仅要求高校更新教学内容，同时也要更新教学模式和教学方法，打破传统课堂授课单一模式，拓宽学生知识获取渠道，充分运用信息化教学技术和手段，丰富教学内容和内涵，有效实现高校与高校之间、企业与高校之间的资源共享。

自动化、计算机和机器人技术更新发展快，高校应借助国家智慧教育公共服务平台，共享国内高水平大学教学资源，培养学生网络学习能力，跟踪高科技和新技术的变化发展。

四、结束语

新工科建设任重道远，专业课教师要紧跟时代科技发展，秉承协同育人理念，推进创新创业教育，做好理论教学和实践教学的融合与创新，不断提高专业技术和育人能力。

新工科背景下的专业教学改革不是一劳永逸的，而是不断探索、不断总结、不断优化的过程。文章针对自动化专业人才培养的现状，研究和探索了新工科背景下自动化专业多学科交叉融合升级的路径。高校对传统自动化专业进行改造与升级，培养的自动化专业复合创新型人才将会适应国家的产业转型、技术改造及其发展战略的需求。

参考文献：

[1]  顾佩华.新工科建设发展与深化的思考[J].中国大学教学，2019（9）：12.

[2]  蒋正锋，韦舰晶.新工科背景下地方本科院校计算机科学与技术专业改造升级探索[J].黑龙江教育（理论与实践），2022，76（11）：63.

[3]  梁军，侯迪波，张光新.新工科背景下自动化专业课程教学体系的优化重构[J].中国大学教学，2019（9）：17.

[4]  孙宁，李鹏，毛伟民，等.新工科背景下自动化人才培养的探索与实践[J].科技风，2021（28）：147.

[5]  曹建福，曹雯.工業4.0背景自动化新工科建设及教改思考[J].电气电子教学学报，2021，43（3）：3.

收稿日期：2023-02-11                                                          修回日期：2023-03-08

作者简介：田思庆（1965—），男，黑龙江佳木斯人，佳木斯大学信息电子技术学院教授，研究方向为自动化。

通信作者：侯艳

基金项目：2023年度黑龙江省教育科学规划重点课题“基于智慧教学平台的混合式教学模式构建与实施策略研究”

（GJB1423137）、“工程教育专业认证背景下地方一流本科自动化专业建设研究”（GJB1423134）;2022年黑龙江省教育科学“十四五”规划重点课题“新工科建设背景下地方高校人才培养模式研究”（GJB1422670）;2018年黑龙江省高等教育教学改革研究项目“新工科背景下电气信息类多专业交叉融合升级的路径探索与实践”（SJGY20180514）