“产-学-研-用-赛”五位一体的轮机工程专业创新人才培养模式研究与实践——以《机器人概论与实践》课程为例

徐敏义，杜太利，王宝军，赵俊豪，付先平，瞿荣泽，石丽红

（1.大连海事大学，辽宁大连 116026；2.大连中远海运川崎船舶工程有限公司，辽宁大连 116052）

当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革迅猛发展。创新人才培养是国家面向未来、提高国际竞争能力的重要战略，党的十九届五中全会也提出了坚持创新在我国现代化建设中的核心地位。高等教育在人才培养中占据着极其重要的地位，在高水平创新人才培养上担负着重大使命。高校人才培养主要以专业分类开展，因此高校人才的培养最终应落实到专业人才培养。笔者主要从事轮机工程专业的教育教学研究工作，由于其专业特殊性，轮机工程专业课程主要是基于STCW 公约设置[1]，以往传统教学主要强调专业技能训练和职业技能训练，而在学生创新能力、探究精神的培养方面有所欠缺[2]，而这也无法适应当今社会的科技发展。基于上述问题，笔者所在团队在新工科教育背景下[3]，秉承“以学为中心”“产出导向”的教育理念，以所承担的《机器人概论与实践》课程为研究对象，开创了“产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养模式，实现了轮机工程专业学生在生产、学习、科研、实践和竞赛等过程中理论知识、科研能力、实践能力、竞争能力和管理能力的全面提高，为培养服务海洋强国和交通强国战略的创新型、复合型人才提供了一种新途径。

1 创新人才培养面临的问题

高等教育人才培养主要分为学校、专业、课程三个维度，人才培养要符合学校的办学定位、专业的培养目标，并最终落实到人才培养的课程中。教育部高等教育司吴岩司长表示“课程作为教育最微观的问题，但解决的却是教育最根本的问题，也是中国大学带有普遍性的短板、瓶颈、关键问题”[4]，笔者深以为然。因此，教学团队秉承“学生中心”“成果导向”“持续改进”的教育理念，在所承担的《机器人概论与实践》课程教学过程中进行了一系列的改革与实践，以期能够推广应用，助力轮机工程专业创新人才的培养。为此，教学团队梳理了目前人才培养过程面临的重点问题，主要包括：（1）专业课程教学内容以理论知识为主，与学生创新创业环节、产业链条脱节，限制了学生创新创业能力、工程实践能力和科研能力的提高。（2）传统课程教学方式多以课堂教学为主，主要侧重于教师讲授，存在形式单一、课程教学效果不佳等问题。（3）课程评价方式以考试为主，注重考查专业知识掌握程度，未进行有效的能力考查。（4）原有课程思政主要依赖教师个人阅历，未深度融合行业实践中蕴含的交通强国、节能环保、工匠精神等思政元素，育人效果有待提高。

2 创新人才培养模式的构建

2.1 课程目标设定

为符合学校的办学定位、支撑专业培养目标，教学团队梳理了课程在人才培养方案中的作用和毕业要求支撑情况，努力找准课程定位，为达成“知识传授、能力培养、价值塑造”的有机统一，设定了知识、能力、价值三方面的教学目标。知识目标：认识机器人，了解机器人的发展历程，阐述机器人在航运业的应用、功能、原理和设计要点；分析工业机器人发展的新技术；掌握航运用机器人所需的机械设计、编程控制、组装等多学科知识。能力目标：在实践过程中发现机器人的应用前景；设计符合行业需求的机器人；根据实际需求设计并制作机器人；培养学生学科交叉融合、科研、工程实践、综合分析和创新能力。价值目标：在社会实践过程中树立服务交通强国、海运强国意识；强化安全环保意识；具备大国工匠精神；提高行业认同感和自豪感。

2.2 培养模式融合创新体系

“产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养模式是教学团队在新工科建设背景下，立足国家战略内需，聚焦“卡脖子”关键核心技术，以“四个面向”为导向构建的一种着眼于人才培养模式变革的融合创新体系（见图1）。

图1 “产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养模式

该创新人才培养模式的内涵主要包括：产：教学团队深入调研企业、行业需求，找准行业重点用户的实际需求和行业痛点，尤其是行业内关键、共性的亟待解决的问题，学校与企业组建产学研团队；学：行业、企业为人才培养提供实践基地，资深行业导师走进课堂教学或开展现场实践教学；学校针对行业问题着重培养学生理论知识和跨学科思维，并负责组织学生和科研团队赴行业、企业开展实践交流；研：学生针对行业、企业中的关键问题，利用所学理论知识实际参与实践和研究，参与研发行业亟待技术及成果产业化过程，教学团队带领学生将研发产品应用于实际生产过程；用：行业、企业在产学研合作基础上，对学生参与的科研成果及学生的实践情况进行综合评价，提出反馈意见，以进一步完善实践流程及升级产业化成果；赛：在上述基础上，教学团队还通过主办或组织学生参加各级各类创新创业竞赛，检验和展示学生创新创业成果，激发学生的自主学习的积极性。在此期间，企业和学校对学生创新创业项目给予支持和保障，指导学生项目各阶段发展。此外，在整个创新人才培养模式实施过程中，教学团队还注重挖掘了学校、企业、行业的思政元素并切实融入教学的全过程。由此，该“产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养体系改变了传统学校与行业、学校与企业之间人才培养脱节的问题，将生产、学习、科研、实践和竞赛深度融合，形成了立体化的育人体系。

3 创新人才培养模式的实施

人才培养模式成功与否，关键在于如何高质量的实施。“产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养模式的实施主要包含高质量教师队伍的建设、课程内容与资源的建设、教学方式的改革与实践、创新能力评价体系以及育人与育才相统一的课程思政体系等。

3.1 高质量教师队伍建设

教师在人才培养过程中起到了至关重要的作用，高质量的教师队伍是人才培养过程中重要且基础的一环。在学生创新创业能力培养的过程中，传统教学以学校理论课教师传授为主的方式显然已经不适应学生创新能力、实践能力的培养[5]。为此，在实施创新人才培养模式的过程中，构建学校、行业或企业、创新创业等深度融合的教师队伍建设机制，组建了由学校、企业、研究中心的理论课教师，创新创业导师，总工程师等组成的联合教师团队。理论课教师由不同学校、不同学科的教师组成，充分发挥科研能力优势、深入企业实践，储备专业技能、提升实践能力，主要负责指导学生理论学习。学校聘请行业、企业骨干人才发挥技术优势，参与人才实践能力培养过程，指导实践学习。其他知名高校教师作为客座教授，将交叉学科知识融入人才创新能力培养过程。创新船业导师在学生TRIZ 训练、创新创业比赛方面提供全方位指导。在实施教学过程中，由教师和学生共同总结教学过程中存在的问题，实现“教学相长”，并在实际生产过程中检验机器人应用效果，促使学生在理论、实践及创新创业比赛中掌握机器人理论、提出创新方法、培养创新思维、提高创新能力。这样，通过不同背景教师、企业一线骨干、创新创业导师等融合产生的化学反应，建成一支高素质“多师型”教师队伍，为全面提高创新人才培养质量提供强有力的师资支撑。

3.2 教学内容与资源建设

为解决课程内容与社会发展及技术进步脱节，课程资源主要来源于纸质教材、更新较慢等问题，教学团队充分利用大连中远海运川崎和辽宁省水下机器人工程中心等实践基地的行业前沿优势，将理论与实践紧密结合，使学生通过理论和实践学习，了解机器人在航运业发展过程中的应用前景，根据行业需求设计不同类型机器人，并参与创新创业比赛，提高其多学科知识交叉应用能力和创新能力。教学团队充分分析行业需求，在编著的《机器人引论》教材基础上，引入国家级线上一流课程，深入行业一线挖掘需求，不断更新教学内容。教学内容分为理论和实践两个方面，理论学习为8 学时，教学内容以机器人的历史、功能、原理、设计、控制、组装、调试和检验学生学习成果为主，同时包括实践报告、参赛材料准备、参赛答辩展示等内容，主要来源于《机器人引论》教材、国家级一流课程《魅力机器人》及《创新创业理论研究与实践》杂志。实践环节安排24 学时，教学内容包括在大连中远海运川崎船舶工程有限公司、辽宁省水下机器人工程中心两个实践基地的行业需求搜集，工业机器人在航运业智能制造中的功能和作用，典型机器人的原理、设计、调试，机器人的结构设计、安装、控制、组装，各级机器人大赛的准备和参赛，机器人的实际应用等环节，以及在实践中实地感受航运在交通强国中的作用、船舶机器人的节能环保理念、实践基地蕴含的工匠精神等，把社会实践、理论学习和课程思政内容结合起来，多维度助力社会主义接班人和建设者的培养。

3.3 教学方式改革与实践

人才培养贵在执行，这更多地体现在课程教学方式上，按照课程目标设置、课程内容安排，教学团队通过合理解构针对不同类型教学内容采取了不同的教学方法及不同的评价体系，如图2所示。该课程体系改变传统传授为主的理论教学，将课程讲在实践基地、讲到比赛现场、讲向行业发展，为专业人才实践能力、创新能力和科研能力的培养提供了“有机土壤”。

图2 教学方式方法

3.3.1 理论教学

理论是实践的基础，受到前修课、课时的制约，理论教学很难达到理想状态。特别是，传统的教学大多都是讲授式，教师在课堂上传授知识，学生被动式接受知识。随着第四次信息革命时代的到来，教学资源更加丰富，知识更新速度日新月异，获取知识的途径也不再单一依赖于纸质教材。因此，教学团队整合多种资源，充分发挥各自优势，打通学科壁垒以达到理想教学效果[6]。针对《机器人概论与实践》课程，结合新工科人才培养要求，考虑到轮机工程专业学生的特点，理论教学主要依托智慧教室和慕课平台，形成“课前-课中-课后”全时空混合式教学体系，通过翻转课堂提高学生参与度。通过设计探究型课堂，以项目为基础，教师开展引导式教学，充分调动学生的主观能动性、锻炼其团队协作能力。教师主要承担推荐解决问题的相关资源，提供解决问题思路，加强对各环节的指导等任务。学生的理论学习也不再集中于课堂集中教学，而是通过智慧教室、智慧教学工具及慕课平台推广至全时空教学体系中。

3.3.2 实践教学

实践能力培养是创新人才培养中重要的组成部分，实践环节教学主要以团队形式开展，根据学生不同特点，组建学习团队，团队各成员根据学科、能力、年龄不同各自承担不同的角色[7]。安排学生到培养基地开展实践活动和定期组织科研团队与企业技术人员开展技术交流。企业为学校学生推荐专业实践指导教师。本课程的实践教学主要在大连中远海运川崎工程有限公司、辽宁省水下机器人工程研究中心两大实践基地开展。企业利用其智能制造机器人开展实践教学，学生通过实地参观、学生讨论等了解行业需求，开阔视野，增加其工程实践的创新性思维。企业导师走进课堂开展现场教学，企业协助学校完成实践类课程的教学环节、学位论文开题等工作，教学环节由企业导师和学校导师共同指导。根据学生在行业中了解到的最新需求，教学团队在辽宁省水下机器人工程研究中心专门开辟特定区域成立创新实验室，为学生有针对性的设计和制作相关机器人提供场地和技术支持。同时，企业导师和学校导师共同指导学生撰写学术论文和申请专利，实践结束后，学生提交实践报告并进行成果汇报。企业导师和学校教师还负责学生在培养基地期间的日常管理、业务指导和学习考核；整合各实践环节的教学资源，更新实践教学内容；对新知识点进行训练与完善；充分地利用各实践环节的实验资源，打通所有实践环节，提高学生的自主学习与创新能力。

3.3.3 比赛教学

以赛促学，激发学生的学习兴趣[8]。通过举办第十一届国际水下机器人大赛、水下智能装备创新设计大赛、全国智能无人艇搜救大赛暨智能无人艇技术高峰论坛等大赛，组织学生参加各类创新创业比赛，以检验实践期间的创新创业成果。企业导师和学校导师共同指导学生参与创新创业比赛。学生通过参加机器人创新创业比赛，检验学习效果，在校内形成最广泛的应用实践参与氛围，提升广大学生的应用实践能力。比赛中，学生相互切磋技艺、交流经验、改进技能，并得到专家对参赛选手的指导和点评，切实达到“以赛促学、以学促用、学用结合”的良好效果。最后，通过比赛，教师和学生共同总结教学过程中存在的问题，并在实际生产过程中检验机器人应用效果，促使学生在实践中掌握机器人理论、提出创新方法、培养创新思维、提高创新能力。

3.4 课程评价体系

传统课程评价主要依赖于终结性期末考试，而且侧重于理论知识的考查，忽略了能力的评价。为真正实现学生能力的有效评价，教学团队通过对诸如托兰斯创造性思维测验（TTCT）、芝加哥大学创造力测验等能力评价方法的研究，建立了包括理论、实践、比赛在内的全方位的创新能力评价体系，其中，评价主要分为：理论知识考核20%，主要考查学生对机器人理论知识的掌握程度；实践基地学习考核30%，主要包括在大连中远海运川崎的现场实践考核和在辽宁省水下机器人工程中心的制作考核，以现场考评和机器人制作考核为主；比赛准备及参加比赛考核20%，主要通过典型机器人制作、比赛准备、答辩、演示、比赛成绩等进行考查；汇报演示考核30%，主要通过学生针对比赛过程中出现的问题进行改进并在最后一次课进行现场演示进行考查。这样就使得评价由终结性评价向过程性评价转变、由单一评价向全面评价转变，切实支撑了培养模式，达成了创新能力考核目标[9]。

3.5 课程思政

价值目标的实现主要依靠课程思政，而课程思政实现要求育人与育才有机统一，这也是立德树人根本任务的重要实现路径[10]。为实现知识传授、能力培养和价值塑造的有机统一，课程团队充分利用实践基地、实习船等载体，通过实地参观学习、先进典型宣讲、亲身感受产业发展等融入航运报国、中国智造、节能环保、工匠精神等思政元素，持续深化“三全育人”格局，将课程思政在课程育人、实践育人、科研育人、文化育人中深入实施，做到润物细无声，创建了全方位、立体化的育人新模式。

4 创新人才培养模式实施的效果

海事院校与高新技术船舶公司合作，培养海洋强国所需人才，激发行业活力。培养学生走出校园，积极参加创新创业活动，成果丰硕。该模式运行至今取得了丰硕的成果，已通过本课程的实施，累计派出数十名学生至大连中远海运川崎船舶工程有限公司进行实践实习和技术交流。学生以实际生产和科研项目为背景撰写论文和专利60 余项；荣获全国挑战杯、国际水中机器人大赛、“互联网+”等比赛特等奖、一等奖等荣誉30 余项；参加国内外学术会议10 余次；孵化科技创新公司2 个；针对6 个应用场景开发了百余台机器人产品，获得第21 届高新技术成果交易会优秀产品奖，学生开发的机器人也已成功应用于船舶智能制造；多位优秀本科生通过创新创业比赛获奖等途径破格保送至清华、北大等著名高校继续深造。除学生能力的提升外，教师也获得了一定的成果，教学团队获得辽宁省高水平创新团队、辽宁省教学名师、辽宁省教学成果奖等省部级荣誉和奖励10 余项。通过深度融合产学需求、多学科知识、科研成果、以赛促学等内容，以《机器人概论与实践》课程为重要组成部分打造完成了轮机工程专业“产-学-研-用-赛”五位一体的培养模式，该模式入选中国高等教育学会“校企合作，双百计划”典型案例，在中国高等教育院校中推广应用。

5 结语

笔者所在的教学团队针对传统轮机工程专业人才培养过程中创新能力有待提高的问题，从代表教育最微观问题的课程出发，以《机器人概论与实践》课程为例，打造了“产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养模式，在创新人才培养模式构建和实施方面做了一定的研究和探索。“产-学-研-用-赛”五位一体的创新人才培养模式注重行业需求与教学科研对接，培养学生实践能力、创新能力和竞争力，全面提升学生专业技能水平，充分利用同行评议和市场竞争机制锤炼创新创业成果。校企共同扶持学生项目，助力学生发展，培养服务于海洋强国和交通强国的创新型、复合型人才，极大地提升了创新转化为生产力的能力水平和速度。此模式具有可复制性，教学模式和教学成果的推广将更好的助力更多学生创新能力的培养。