面向工程素养教育的应用型本科电气自动化专业学生培养模式探究

［摘 要］基于当代大学生兴趣广泛和智能水平比较高的特点，文章以STEM教育理念中的工程素养与技术能力培养理念为指导，运用STEM教育理念中的趣味性与实践性等原则，提出面向工程素养教育的应用型本科电气自动化工程专业技术人才“兴趣→专心于实践→责任心→事业心→勇敢精神”递进式培养模式。该培养模式利用电气自动化工科专业学生对丰富多彩的实践活动感兴趣的心理，运用心理学的兴趣迁移原理引导学生建立电气自动化工程技术专业兴趣；通过层次化教育实践活动，促进学生对工程技术新知识的专心学习与实践；在知识运用实践中培养学生的责任心，使学生逐步树立事业心，并且在走向社会时具有勇敢精神。

［关键词］STEM教育理念；工程素养；电气自动化专业；应用型本科；课程目标

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）22-0127-05

在全球化竞争中，STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics，科学、技术、工程和数学）教育理念是国际上认可的通过教育来提高国家政治与经济竞争力以及创新力的战略思想。STEM教育理念与充分结合学生的兴趣特点开展项目式教学的理念不谋而合，适用于工科专业大学生实践教育活动[1]。

工程素养教育源自STEM的科学素养、技术能力和工程水准的内涵，包括工程科学素养和工程专业素养培育，可以培养学生在各种情境中对遇到的问题进行有意识的探究、有方向性的预见和科学解决问题的能力，能够激发应用型大学的学生从事工程专业技术工作的兴趣，引导学生形成工程科学的严谨思维和作风[2]。

一、应用型本科电气自动化专业学生培养要求

现代社会沿着全面“电气化→自动化→数字化→智能化”方向发展，电气自动化作为人才需求量很大的一类专业，要求毕业生具有电子技术、电工技术、自动检测与仪表、控制理论、系统工程、信息处理、计算机技术与应用、网络技术等比较宽广的领域的工程技术基础与专业知识[3]。

我国自动控制学科由钱学森等科学家在50年代提出并创建，学科发展后与大量的工科行业相结合，产生了自动化、电气工程及其自动化、建筑工程及其自动化、机械工程及其自动化等与自动化密切相关的专业。我国在2004年正式推出自动化系统工程师职业资格认证制度，进一步规范了电气自动化类人才培养过程。2017年以来，教育部结合相关理科基础学科积极推进新工科建设。新工科建设的目的是适应当今科学技术的飞速发展。新工科工程技术型人才的特征之一是具有较强的解决工程实际新问题的能力。应用型本科电气自动化专业人才直接面向工程，需要能够解决工程实际问题，这决定了其需要有较强的工程实践动手能力。因此，应用型本科电气自动化专业的人才培养目标是使学生成为电气自动化专业技能突出、实践动手能力强、吃苦耐劳、勇于奉献的高素质应用型人才。

电气自动化专业的学生走向社会后，将成为在工业过程控制、运动控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术等领域从事系统运行、系统设计与分析、科技开发等工作的工程技术人才。新工科应用型电气自动化人才的培养，适合运用STEM教育理念中的“工程科学+工程专业”素养培育的方法进行。工程素养教育十分注重对学生专业实践技能的培养和提升，对于工科类专业而言，实质就是培养技术工程师的工程素养，需要引导学生从新工科的视角，用工程科学的方法思考问题，用工程专业的方法解决问题[4-5]。

二、基于层次化教学活动的培养模式

实践活动由于形式多样、内容丰富、参与者的获得感强而受到工科专业大学生的欢迎，其教学宜以STEM教育理念的情境性与团队协作性贯穿。笔者在电气自动化专业的教学活动中，构建了教学活动的层次化结构，以本科二年级以上学生为主体构建为三个层次，即基础层→提高层→创新层，层层提高与深入，目的是让学生夯实基础、提高水平、获得创新能力。基础层包含课程作业、课程实验、案例学习等，提高层包含课程设计、社会与企业实践活动、技能大赛等，创新层包含大学生创新实践项目、相关专业设计竞赛、科技竞赛、本科毕业设计以及与硕士、博士研究的衔接等。

基于该层次结构，本文提出面向工程素养教育的应用型本科电气自动化专业学生培养模式，即“兴趣→专心于实践→责任心→事业心→勇敢精神”的递进式工程技术大学生培养模式。基础层注重学生的兴趣培养，提高层建立学生的责任心并使学生专心于实践，创新层磨炼大学生的事业心，使学生逐步树立勇敢精神。该模式指导学生学习电气自动化工程技术知识、参加各类科技比赛直至毕业走向社会。

三、培养模式实施问题探讨

“基础层→提高层→创新层”各层次教学活动要求逐步提高，最高的“创新层”活动涉及各个学科知识的综合运用。下面探讨“兴趣→专心于实践→责任心→事业心→勇敢精神”培养模式主要环节如何实施的问题。

（一）培养学生的工程技术专业兴趣

基于STEM教育理念的趣味性与实践性原则，以丰富多彩的工程实践活动为载体，从工科专业学生对技术实践活动的外部特征易产生直接兴趣着手，培养学生对工程技术的直接兴趣；运用心理学的兴趣迁移原理，引导学生将该直接兴趣迁移到对活动的结果及其重要意义有明确认识的间接兴趣，逐渐地专心于实践，从而培养学生的工程技术专业兴趣。例如，在当今社会的数字化浪潮下，学生对数字产品有着浓厚的兴趣，因此可结合导师组活动与相关课程教学，培养学生数字控制系统方面的兴趣，开展具有应用型高校特色的数字控制装置制作活动，让学生通过动手完成有特色的数字控制装置获得成就感，从而增强工程技术专业兴趣。

（二）提高学生解决新问题的能力

基于STEM教育理念的变化性与综合性原则，结合当代大学生具有较高智能水平的特点，在学生产生工程技术专业兴趣的基础上，引导学生通过专业知识学习，掌握工程技术知识，培养举一反三的能力、创新应用专业知识的能力；培养学生的工程科学思维，使学生能够专心于实践活动，提高解决新问题的能力，增强责任心。例如，在学生对数字化装置有浓厚兴趣的基础上，结合课程设计、毕业设计、科创活动和科技竞赛活动，鼓励学生将学到的专业知识运用于实践活动；引导学生以今后工作需求为目标进行新型数字自动化控制装置与方法的设计实践，开动脑筋运用学到的知识完成有趣的数字化装置与方法的设计与应用。

（三）培养学生的责任心与事业心

毕业班学生的学习不再是单一学科知识的学习，而是需要逐步将多学科知识进行融合，综合地应用于某个实践项目。工科大学生通过积极参与科学实践探究活动，运用工程专业知识，能够进一步地提升综合能力和社会责任感，包括运用知识和能力服务社会的精神、科学严谨的态度和作风、团队合作协同的能力和意识等。通过实践教育活动，可以提升学生的问题意识、创新精神、主动探究能力和工程动手能力，使学生在形成责任心的基础上，形成事业心，最终树立勇敢精神，形成正确的世界观与人生观。例如，可以在毕业设计和企业实习等创新活动中，针对出现的困难与问题，以及学生遇到的挫折，耐心帮助学生分析问题所在和主客观原因等；面对困难，进行技术指导与心理疏导，鼓励学生发挥主观能动性；引导学生不以一时的得失论成败，树立正确的人生观与价值观，磨炼意志，热爱专业，勇敢地面对走向社会进行就业带来的挑战。

人才培养是一项十分复杂而繁重的工作，需考虑当代大学生个性比较强的特性，结合学生具体个性特点开展教学活动，这样效果会更好。

四、培养模式在课程教学中的定量评价

依托现代大学教育具备的组织与考核体系，在培养工科专业大学生的知识传授与实践相结合的课程中，运用“兴趣→专心于实践→责任心→事业心→勇敢精神”培养模式进行教学。以电气工程及其自动化专业的虚拟仪器及其程序设计课程为例，其任务是以LabVIEW软件学习为载体，使学生掌握数据采集与分析等测控方面的软件编程开发技术。根据该专业的工程教育认证要求[6]，基于STEM的工程素养与技术能力培养理念，设立“知识、能力和素质”三方面课程目标。

课程目标1：学习知识。要求学生能够应用虚拟仪器知识，掌握运用虚拟仪器软硬件构建测试分析装置的方法，掌握虚拟仪器程序的创建、编辑和调试技术，产生兴趣并能专心于软件设计实践。

课程目标2：培养能力。培养学生运用虚拟仪器技术分析电气领域的复杂工程问题的能力，通过将虚拟仪表与真实实验装置相结合，增强学生在电气自动化领域从事开发工作的能力，培养学生的责任心和事业心。

课程目标3：提高素质。通过课程的学习，培养学生的社会责任感，提升学生的电气自动化岗位职业道德、责任担当与勇敢精神，培养学生实事求是与科学严谨的工作态度。

课程教学在微机网络教室进行。LabVIEW软件具有丰富的人机界面，学生对此兴趣较浓。教师讲授虚拟仪器知识并演示仪器丰富的功能，激发学生的直接兴趣；让学生在微机网络教室进行软件编程，将直接兴趣迁移到虚拟仪器软件编程实践的间接兴趣，学习组态软件的高效率软件编程与开发技术；在软件编程开发调试中，指导学生实现虚拟仪器的数据采集与分析功能，并写出相关的技术报告，逐渐使学生树立在工程技术运用中的责任心；通过多次对学生开发软件的指导与对学生写出的技术报告的评价，磨炼学生的事业心；通过期末考核与总结等使学生初步树立勇敢精神。

在该培养模式的应用中，结合工程教育认证的教学过程考核，对学生是否达成三方面课程目标进行定量分析和评价。具体计分比例为课程目标1占30%、课程目标2占60%、课程目标3占10%。其中，学生平时学业水平评价包含每周完成编程写出的报告、出勤和互动等平时成绩，比例为70%，即平时1占20%、平时2占40%、平时3占10%；期末考核环节成绩计分比例为30%，即考核1占10%、考核2占20%，以课程结束完成编程写出的报告计分；按目标1、2、3计分，对班级每一位学生的学习情况进行定量评价考核计分，统计分析该课程的目标达成情况，得出该班级的三个课程目标达成均值（数据见表1）。

分析课程目标2综合2，得到统计数据（见图2），某些学生课程目标2的综合分值低于平均综合分值50.46（图2中虚线），需要对这些学生在课程目标2方面进行针对性辅导。

分析课程目标3综合3，得到统计数据（见图3），各位学生的课程目标3综合分值接近平均分值8.97（图3中虚线），说明学生在课程目标3方面做得比较好。

课程目标1、2、3的达成度、未达成度、平均达成度数据比较如图4所示。课程目标1的未达成度较高，超过0.5，主要是在课程初期，学生在编程类课程中在“专心于实践”与责任心方面需要加强；课程目标2的未达成度较高，超过0.6，说明学生对复杂工程问题的分析能力、技术解决方案的设计创新能力与事业心需要加强；课程目标3的未达成度低，小于0.05，说明学生对上机编程学习相关技术有浓厚的兴趣。因此，该班级学生的培养需要在教学中增加复杂工程问题的分析、系统设计案例学习，加强编程类课程“专心于实践”和责任心方面的培养，加强对复杂问题解决能力的培养，直至学生形成事业心。

五、应用型工科大学生需要培养勇敢精神

应用型本科电气自动化专业涉及自动化控制工程、电气工程、信息工程、计算机技术等诸多领域，专业的实践性很强，又由于具有强弱电、电工与电子、机械与电气、元件与系统和计算机软硬件相互结合等特点，需要培养学生对电气自动化工程技术问题善于质疑、勇于实践、敢于创新的勇敢精神。现代社会向着电气化、信息化与数字化方向发展，各行各业对应用型电气自动化人才的需求量非常大。目前，从专业培养目标——“专业技能突出、实践动手能力强、吃苦耐劳、勇于奉献”以及学生步入社会后的工作情况来分析，学生要真正成为具有电气自动化工程技术能力的工程师，需要有勇敢精神支撑。

应用型本科高校是我国高等教育体系不可或缺的重要组成部分。在应用型工科大学生培养中，教师需思考如何将学生从“兴趣广泛”引导到对工程技术专业产生浓厚的兴趣；如何开发学生的智能，使学生解决工程专业技术新问题的能力得到提高；如何培养当代大学生的责任心与事业心，最终使其具有勇敢精神。

六、结语

应用型大学能够为地方经济建设及其发展提供大量应用型创新人才，与区域经济的密切关系必然体现在其办学方式上，成为其办学特色。上海海事大学结合上海国际航运中心建设，以航运科技创新人才培养为特色，其工科专业学生培养需要运用基于STEM的面向工程素养教育的人才培养模式，并依托丰富多彩的实践活动开展教学，培养学生的工科专业兴趣、开发学生的智能，从而使学生具有较强的专业技术能力。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 刘元永， 宋国良. 关于STEM教育理念的科学实践活动探究[J]. 科技经济导刊， 2020，28（16）：158.

[2］ 郭小凡. 基于STEM教育理念的应用型本科教学探究：以电子商务本科教学为例[J].高教学刊， 2019（11）：123-125.

[3］ 田燕， 宦键. 新工科背景下高校电气自动化技术专业人才培养研究[J]. 现代职业教育， 2024（3）：165-168.

[4］ 陈玲辉， 靳玉乐. 具身认知理论视域下工程素养的培育[J]. 高等工程教育研究， 2023（5）：195-200.

[5］ 吕哲，周艳文.工程素养视角下金属材料教学改革研究[J].现代职业教育， 2020（32）：90-91.

[6］ 聂如松， 阮波. 基于工程教育认证的土力学课程目标达成度计算与评价[J]. 大学教育， 2024（2）：61-65.

［责任编辑：周侯辰］