新工科背景下协同育人平台的搭建探索

刘斌，江春冬，董砚，雷兆明，廖文喆

（河北工业大学，天津 300130）

1 研究背景

目前国内一些专家学者在新工科背景下进行了一些教学改革研究[1-6]。新工科建设阶段推进，需要重点把握学与教、实践与创新创业、本土化与国际化3 个任务，关键在于实现立法保障、 扩大办学自主权、改革教育评价体系3 个突破、任务，改革方向[7]。这些研究对于自动化专业人才培养都有一定的借鉴意义，该文在前人研究基础之上，结合自己学校的特点，为新工科背景下协同育人平台的搭建找寻出有效解决方案，以期能够搭建出适合校企合作、科教融合的协同育人平台。

2 自动化传统教学存在的问题

针对新工科的要求，对比该校自动化专业课程，我们梳理了一些问题，这些问题直接影响了学生能力的提升。主要问题如下所示。

2.1 理论课程设置较多，实践课时安排较少

在学校压缩学时的大背景下，专业课程学时总量较少，目前学时仅有170 学分，基础课程、思政课程课时不变，相应的专业课程学时压缩。该校自动化专业课程是课内实验模式，理论课和实践课共同构成专业课时，专业教师为了给学生们打下较好的理论基础，课堂讲授内容较多，实践课时设置较少，学生们动手锻炼机会较少，最终导致实践能力不强，遇到项目时没有解决思路、不敢上手设计。

2.2 理论课程的内容相对陈旧，没有与时俱进，更新速度不足

进入21 世纪以来，随着计算机算力提升，人工智能深入到各个领域，自动化专业迸发出了新的能量，智能采集、智慧算法、自动执行，无人化的趋势愈加明显。随之而来的出现的问题是高校教学内容相对陈旧，先进的程序语言、智能制造技术、机器视觉的模块没有体现。所以如何快速提升学生实践能力，如何迅速适应目前科学技术的发展，如何把主流技术传授给学生，解决这些问题就需要有效而又快捷的方案出台，改变现状、更新教学内容迫在眉睫。

2.3 实验课程基础验证性实验较多，开放性、探究型项目较少

目前开设的实验紧贴书本理论内容，验证性实验居多，教学设备能够满足基本教学。这种课程设置模式虽然也符合认知的一般规律，由易到难，由浅入深，循序渐进，但是目前只有简单实验，有难度的实验较少，探究性实验没有，学生解决复杂工程问题的能力没有得到训练，学生的专业技能没有深度。鉴于自动化专业的实验设备较为昂贵，学校配给的资金有限，行业快速发展与专业实验教学设备更新速度成为主要矛盾，如何让学生对高精尖设备认知、学习、进而动手操作的问题摆在我们面前，要改变现状也需要找寻有效方法。

3 培养自动化专业人才的指导思想

课程设计的指导思想需要根据目前新工科的内涵与任务设置，培养适应于目前时代发展的创新型工程人才。新工科的内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、 协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。该类人才应该是“T”型人才，“横”表示有广泛的知识体系，“竖”表示具有较为深入的专业技能。专业技能的培养需要与时俱进，继承与创新、交叉与融合是设置教学的目标。通过教学改革发现建立“校企合作”“科教融合”的协同育人平台是培养学生的有效方法。

4 搭建“校企合作”“科教融合”的协同育人平台的实施方案

搭建“校企合作”“科教融合”的协同育人平台应从以下几方面考虑，首先是厘清“科”的内容，其次是实施“教”的方法，然后利用“校企合作”模式去实现。笔者团队人员首先从理论上研究对应于自动化专业的“科”的时代内涵，在深入理解、讨论基础之上，明确了目前“大数据、云计算、物联网、移动互联”时代下自动化专业应该掌握的科学技术，也就是自动化专业面临的热点与难点问题。作为自动化专业来说“科”的来源主要从两个方面进行思考：一是企业所面临的难点痛点，也就是水平落后的生产工具与目前产业快速发展之间的矛盾。如新技术、新产品的开发，产业生产线的升级改造等都是自动化专业面临的科学问题； 二是教师根据自身知识和所认知的行业需求，提炼出来的适合于大学生的较为复杂的工程问题，典型案例有电子设计大赛的竞赛题目、西门子大赛的题目、科研基金项目等。

4.1 提炼科技内容

笔者团队人员以历届电子设计大赛、 西门子大赛、教师科研基金项目为研究对象，以无人化、智能制造为指导思想，提炼出智能车、无人机、人脸识别等具体项目，这些题目涵盖电路基础、模拟电路、数字电路、嵌入式操作系统、C 语言、电机拖动、运动控制系统、电力电子技术、自动控制、机器人、智能算法、 可编程逻辑控制器等知识，以这些项目作为载体，串联专业课程，结合自动化专业课程的层次性，依靠专业课程设计这一实践平台实施教学。还可以随着大赛的发展逐步更新题目，做到与时俱进，从而保证教学内容的先进性。这是目前适合于我校自动化专业人才培养的较为快速而又可行的方案。

4.2 线上线下的授课方式

具体以专业课程设计为载体，设置一周或者两周的时间，给出学生若干个专题项目，让学生动手去实践，团队完成提炼出来的科技题目。授课主要采取线上线下共同推进的模式： 线上教师根据提炼出的科技内容，制作出视频、文档等电子资料，通过雨课堂、QQ 等网络软件推送给学生，让学生了解项目的背景、元器件的使用方法、课程要求等；线下进行具体实验室教学。设置出基础功能模块和综合探究性模块，这类设计性题目要求每3 个学生一组，让全体学生真正动手去实践，做出具体的实物或样机。在制作过程当中，团队人员需要合作查改方案，动手进行硬件设计，焊接电路板，解决制作过程中出现的各种问题，还需要熟悉所使用的核心芯片的功能，认知所需要的传感器模块，熟悉每个管脚的功能，编写相应的软件程序，利用算法获得自己想要的实际功能。

具体教学实施过程：首先，线上给出具体的教学说明，包括课程设计的时间节点、题目内容、评分要求3 部分内容。评分要求是根据完成书面报告与样机测试功能的权重合并而成，样机测试功能包括基础层次功能与提高层次两部分内容，基础层次功能完成之后给出及格成绩，随着提高层次完成的功能越多分值越高。线下集中时间给学生们发放硬件电路板与各种传感器模块，早8 点晚10 点完全开放实验室，学生们可以在实验室焊接电路板、调试实验程序，验证结果。有问题随时通过QQ 联系教师，解决设计过程中遇到的问题。

4.3 校企合作模式

针对目前设备不足、 前沿内容较少的自动化专业面临现状而言，采用“校企融合”的方式是解决这一问题的有效方法。根据自动化专业特点，结合校友近况筛选校友所在公司，选中目标公司进行高层对接交流，从交流之中挖掘企业的需求，利用学院的办学优势去解决具体的需求。

校企合作可以为企业培养优秀毕业生，在大一的第一学期，让企业的技术总监给新生开展讲座，介绍该行业的技术需求，引导学生朝着市场需求的方向努力。每个学期都安排不同企业的技术总监给学生讲座，分析该专业的特点，介绍该专业的就业前景，讲解该专业的技术知识，不断深化学生的专业认知，从思想上接受、适应大学的学习特点，找到自己努力的方向。同时让人力总监介绍自己公司的具体需求，让学生明确什么是优秀毕业生，就业市场需要什么样的、具备何种能力的毕业生。在企业技术、人力两方面的引导下，更容易发挥学生的主观能动性，也能够使学生们很容易找到努力的方向。这种校企合作培养模式有利于学生的发展，同时也能为企业提供理想的人才，能够达到互利共赢的目的。

校企合作可以一起共同研发新的项目。高校教师的优势在于具有较高的理论水平，撰写论文的水平较高，企业的优势在于行业背景、实践能力较强，两方面结合，可以共同申请产学研的项目。在开展项目过程中可以让学生参与到项目当中来，学生一方面可以作为完成项目不可或缺的力量，另一方面在完成项目过程之中可以得到锻炼，毕业之后直接作为企业需要的人才留在公司，可以为企业定向提供高质量的研发人才。

校企合作可以为学校提供实训基地。鉴于学校资金紧张，仪器设备更新速度滞后于科学技术的发展，校企合作模式可以为学校提供实习机会。企业可以让学生参观实习，还可以接纳部分学生进行实习实训，让学生参与到具体生产环节当中去，这样操作既减轻了企业的薪酬负担，又给学生提供了实习机会，还解决了学校设备不足的难题，互惠互利的多赢局面值得精心筹划。

4.4 “校企合作”“科教融合”的协同育人平台实施效果

2019年，自动化专业开始按照协同育人的思想在4 个年级中同时开展实施。2019 级新生接受过两次现场讲座，接受过两次网上讲座，从学生的学习效果来看有一些大的变化，在同届横向与其他专业比较的话，不及格率较低，可是，在纵向比较下，不及格率比往届还有增多的趋势，分析结果不及格率应该是受到疫情的影响，大一新生自制力普遍较差导致不及格率上升，但是横向比较结果证明，校企合作还是有效果的，高分率较高，发挥了学习的主观能动性； 大二学生接受讲座较多，他们适应了大学的学习，不及格率较低，主动参加科技竞赛的人数增多，应该是起到了一定的激励作用； 大三的学生参加了课程设计，在实践过程中克服了失败的沮丧，具备了求同存异的团队理念，从伦理与全球视野的高度去创作样机，把所学的理论知识融入到作品当中，最重要的是学生们享受到了成功的喜悦，他们都有刻骨铭心的体会，认识到了知识指导实践的魅力。实验报告当中要求书写个人感受，大部分学生反馈经过课程设计的训练均有不同的收获，受益良多；大四学生接受校企合作的时间较短，到企业进行了参观实习，听了几次报告，大部分学生考研，小部分学生就业，所以校企合作效果不是很明显。由此可以估计，越早让企业介入对学生的作用越明显，大一、大二进行成功的引导，到了大三、大四就会水到渠成。

新工科建设将阶段推进，需要重点把握学与教、实践与创新创业、本土化与国际化3 个任务。笔者团队人员着重从学与教、 实践与创新创业方面进行了研究，探索了教的内容，分析了学生的需求，利用平台进行了实践能力的训练，目的就是培养学生的创新创业能力。经过一年的实施，得到了一些启发，积累了一些经验，也发现了一些问题。如何建立高校长期的校企合作还需要找到双方更为容易接受的方式，重点摸索校企合作细节。

5 结语

本科教学当中，重要的是如何培养人，尤其在新工科背景下，如何培养出与时俱进、勇于创新的人是核心所在。培养人的一个重要措施就是搭建“校企合作”“科教融合”协同育人平台，按照新工科的内涵来培养学生的创新能力。随着平台的实施，学生们锻炼了团队能力，体会了知识的力量，熟悉了该专业的前沿技术，提升了问题解决得能力。在实施过程中明显能够看出，学生们乐于开发新的样机、乐于实现新的功能，喜欢课程设计的设置模式，由此可见，搭建协同育人平台是一条正确的教学道路。在实施教学过程当中教师也会紧跟科技潮流，重构教学内容，提升教学水平，这也是教学相长的过程。今后要继续坚持“校企合作”“科教融合”的平台建设，提炼并设置不同的科技题目，找到让学生受益便于合作的模式，进一步优化评价方法，探索新工科背景下更有利于学生能力提升的培养方式。