多学科融合的新工科机电类人才培养模式探索

2020-12-16赵晓艳

农业技术与装备 2020年3期

赵晓艳，刘攀，张虎，刘静

（山西农业大学信息学院，山西太谷 030800）

1 绪论

新时代的中国提出了“中国制造2025（互联网+工业4.0）”，智能制造需要在传统的机电类专业的基础上，融入人工智能技术、物联网技术、电子通信等学科，形成多学科融合的机电类专业，这就迫切需要培养具有多学科背景的机电类新工科人才，因此具有机电类专业的的高校应该立刻着手进行有针对性的人才培养模式创新与改革，培养具有符合现代新工科的工程应用人才。应用型创新人才知识结构突破学科之间的界限，实现机电类学科、信息类学科之间的交叉和渗透，使学生既有扎实的基础理论知识又有宽广的知识面及一定的知识深度。山西农业大学信息学院坚持“围绕机器人，突出智能化”的办学特色，在构建机电类专业“基础、应用和创新、管理”四维度人才培养教学体系下，对多学科融合下的机电类人才培养模式进行探索。

2 整合交叉课程体系，创建多学科融合条件

课程体系的制定不能脱离于实际，要与实际情况紧密结合，要有针对性地去了解和调研，目前各个行业、各大岗位所需何种技术人才，只有明确了技术需求，在人才培养方案的制定和优化完善过程中才能紧跟时代发展的步伐。

山西农业大学智能工程学院所设机电类专业有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、电气工程及其自动化、电子信息工程、通信工程、自动化、机器人七大专业，与传统的机电类专业相比，新工科背景下的机电类专业呈现学科交叉的特点，机电类学科与信息化技术可进行联合培养多学科融合的智能化人才，建立智能化人才培养的课程体系，为优质、高产、高效生产提供服务。例如，原电气工程专业传统的培养方案偏强弱电结合，培养方案中的课程相互联系紧密，但缺少学科之间的融合，在课程结构方面，新的培养方案体现出了复合式立体化的课程设置方式，提高传统电气工程基础课程的同时，还开设了诸如计算机网络、控制理论、物联网、人工智能等课程内容，特别是加入了与信息技术相关的专业课程，也加入了一些计算机类的课程。在机械设计制造及其自动化专业的课程体系中，融入单片机原理与应用、智能制造、智能控制等课程，来丰富课程体系，也体现出了现在多学科交叉、信息技术无孔不入的现实需求。在选修课程的开设方面均是花了一番功夫，笔者认为，其主要目的是为了提高学生学习的自主能动性，充分将课堂教学和课题研究相结合，提高课堂教学的使用应用价值，并且通过各类专题课程拓宽研究视野，这也是山西农业大学信息学院机电类专业在制定人才培养方案中所必需完成的步骤，根据学校的发展定位，以应用型人才培养为核心，多学科协调发展。

总之，在机类、电类各专业的专业必修课、选修课的设置上，都呈现了“覆盖广泛、注重基础、特色鲜明、重视交叉”的特点。

3 引入多元教学模式，建立多学科融合路径

采用多元化教学模式，在传统教学的基础上，可以对学生进行自由分组形成团队，采用线上线下结合式教学、项目驱动式教学等方法，让学生爱上课堂。理论实践统一：创新教学模式，克服传统的“填鸭式”教学模式学生只会考试不会应用开发的缺点，实现理论与实践的辩证统一；线上线下教学融合：拓展教学空间，充分利用网络资源，开展线上+线下的混合式教学模式，提升学生应用理论知识解决实际项目的能力，实现虚拟与实践的辩证统一。

教学内容项目化。根据单片机课程标准，确定明确的目标，将课程内容嵌入项目中。项目按照“阶梯式”的思路，逐渐增加项目难度；实践环节工程化。在实验、竞赛、制作等活动中贯穿工程意识，培养工程思维，综合考虑成本、功耗、性价比、环境、人体工学等诸多因素；学习成果实物化，坚持以学生为中心，鼓励学生勇于实践、大胆创新，与书学院的工作坊协作，为学生提供开放的工作室，将他们的成果转化为实物，便于成果积累和传承。

授课过程中采用项目工程化的教学法，将最新的智能化设计、智慧控制、人工智能等研究进展作为案例进行讲授，因此将实践工程项目分解成若干子项目融入到课堂教学，就能提高理论知识的时效性，使在校学生开阔创新思维，树立“创新引路、项目驱动、学做一体、层层递进”的总体思路。首先，所有的课程依据因果关系、递进层次、难易程度等，将教学内容按知识点进行分解；尔后，精心设计教学项目，将各知识点渗透到教学项目之中。教学项目设计要遵循由易到难、软硬件兼顾的原则，同时尽可能使项目具有知识性、趣味性、实用性，激发学生的兴趣和求知欲。教学项目教学阶段划分为：入门、基础、提高和创新4个层级，以方便教学实施，做到因材施教。将每个阶梯项目分解成若干个小任务，团队化实现项目，这样更加注重培养学生分析解决实际问题的能力。

4 开展实践创新创业，整合多学科实践资源

在课程体系建设中，为了提高学生的实践操作能力，需要加强实践环节的设计，应用型人才的培养面临的技术问题更加复杂，在基础教育充分保障的条件下，再实践，这样能激发学习的兴趣、主动性和创造性，有成就感，让所学的知识体系相融合，在后续的动手实践中，使技能又能更进一步。

设置跨学科的学生项目。该项目结合了机制、电气、控制、信息技术的知识和技能。建设的方法是一个基于团队的项目，使学生能够发展跨学科知识以及在当今多学科的现代控制应用领域工作所需的人际关系和沟通技巧。

根据学院机电专业特点，凝练出与书院的文化精神相融合的完满类活动，打破学生只能在课堂中吸收知识的窘局，让学生在课外之余，不断创新进取，获取知识，目前比较优秀的成果，比如“单片机大赛”、“电子设计大赛”、“机器人实验室”等等都是专业与学院结合的优异成果。

搭建“三命题——双参与”智能化工科大赛平台。大赛设置3个类别竞赛科目：A类为开放式选题类，能够提高学生多学科创新意识；B类为机器人类，既要让学生动起来，又能够让学生参与多学科团队合作，解决过程中多学科的技术难题；C类为企业出题类，这类题目与生产实践相结合，能够使学生更加了解现代经济下知识需求及人才需求。

搭建学生和企业沟通的桥梁。学生的实验、课程设计、实习等实践性课程以及相关学科竞赛可在企业完成，嵌入企业创新资源，提升学生创新实践的荣誉感，激发学生创新动力，促进成果转化及学生创新就业。