人工智能时代背景下自动化专业创新人才培养模式研究

王晓红 周 蒙 于庆浩 张 云

（1.山东交通学院,山东 济南 250357；2.国网山东省电力公司郓城县供电公司,山东 郓城 274700；3.青岛地铁集团运营有限公司,山东 青岛 266400）

工程教育认证的理念和方法要求我们逐步构建起以“学生为中心”，以成果导向教育（outcome based education，OBE）理念为导向的闭环反馈机制。目前，山东交通学院自动化专业探索并建立了基于OBE理念的教学团队运行管理制度，明确团队发展方向，瞄准行业对人才培养的需求，开展集体研讨、课程体系及课程质量标准、课程教学评价体系、教学质量保障机制等团队建设工作，体现“一切以学生为本”的教育理念。自动化专业的研究方向涉及计算机科学与技术、信息与通信工程、人工智能、网络空间信息安全、电子科学与技术、微电子学、机械工程、电气工程等多个学科领域，研究内容从传统的控制理论、工业控制系统到信息物理融合系统，以及计算机视觉、自动驾驶、数据挖掘等，是一个典型的多学科交叉渗透的专业。传统教学模式很难适应人工智能时代背景下自动化专业创新人才的培养需要。

传统教学模式中，教师在课堂教学中发挥着主导作用，而学生被动接受教师讲解的知识。这种模式的缺点是学生的主观能动性受到压制，而且在一定程度上不利于培养学生的创新能力。因此，基于工程教育认证要求，在人工智能时代背景下，本文探索大学本科教育阶段自动化专业的创新人才培养模式研究极具现实意义。

1 国内外研究现状

人工智能技术本身无法直接解决企业业务需求，需要根据具体的业务场景和目标，形成可规模化落地的产品和服务。因此，高校探索自动化专业的创新人才培养模式就显得极具现实意义。

徐墨瑄等（2019）提出了人工智能创新人才标准[1]，认为人工智能创新人才需要具有精细的专业知识；较强的知识迁移能力和较强的适应能力。一些学者在新工科背景下，针对创新人才培养开展了相关的研究，如高贵兵（2020）的《新工科建设背景下创新型IE人才培养对策研究》[2]；钟石根等（2018）的《新工科创新创业教育的目标与课程体系探索》[3]。有些学者在工程教育背景下，针对创新人才的培养开展了相关的研究，如王越男等（2020）的《“工程教育”背景下自动化专业应用型创新人才培养模式实践》[4]。

由于人工智能技术的发展瞬息万变，且“智能产业”这个概念提出得较晚，所以目前基于智能产业创新人才培养的研究较少，而且原有针对人工智能创新人才培养的研究，主要针对研究生教育。因此，探索以工程教育认证为导向的智能产业创新人才培养模式势在必行。

2 人工智能时代背景下自动化专业创新人才培养模式探索

人工智能时代背景下，结合工程教育认证的要求，本文从以下七个方面探讨自动化专业创新人才培养模式。

2.1 确立自动化专业创新人才培养目标

国务院印发的《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》提出：“坚持立德树人，突出人才培养的核心地位，着力培养具有历史使命感和社会责任心，富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才”。在人工智能时代背景下，应该坚持在立德树人的基础上，培养在“人工智能+X”方向上掌握坚实的基础理论与系统的专门知识，具有从事科学研究、独立担负专门技术工作能力和创新精神的专门人才。

工程教育认证也要求真正实现产学研的协作创新，人工智能大背景下从感知智能到行动智能技术的演进和应用场景产业智能化的发展等都是值得关注的几大方向。在学校“人工智能+交通”升级改造的推动下，自动化系全体教师不断探索和努力，紧跟时代发展步伐，推进自动驾驶专业方向的人才培养模式的创新研究，促进专业建设朝着标准化、规范化、国际化方向发展。

学院多次组织相关专家和教师对学生进行科技创新活动方面的指导，帮助学生建立了创新理念，拓展了学科视野。

研究团队近年来的调查结果显示，许多企事业单位对学生的非智力品质提出严格的要求，都要求学生具备较强的环境适应能力，具备吃苦耐劳、踏实、敬业、拼搏、合作等精神因此，社会、家庭及学校应对学生的品质教育给予足够重视。

2.2 制订符合自动化专业特殊性的人才培养计划

山东交通学院自动化专业从2005年开始招生，2015年前先后设置过船舶电气、嵌入式系统、工业自动化等专业。自2015年以来，山东交通学院结合轨道交通行业，将“轨道交通自动控制”专业作为一个重要的方向，并取得了较好的效果，主要表现在：济南轨道交通集团有限公司在山东交通学院自动化2015级设置了订单班；毕业生在济南地铁、青岛地铁、杭州地铁、成都地铁、昆明铁路局等单位就业人数约占总人数的20%～30%（为山东交通学院自动化专业招生以来，学生在各类行业就业占比最高的行业）。无论从行业就业单位数量，还是行业就业人数与总毕业生的占比，山东交通学院自动化专业已经逐步形成了鲜明的轨道行业特色。

山东交通学院自动化专业下设轨道交通自动控制和自动驾驶两个子专业。在新增“自动驾驶”前，山东交通学院做了大量的专业调研工作，例如，与北京理工大学等高校相关专业的教师进行交流探讨，在网上搜索相关文献，多次举办论证会，前往企事业单位开展实地调研，等等。从社会岗位需求、就业去向、课程设置、实验室建设，到校企融合基地建设等各项工作，具体到课程内容的授课环节，逐一进行分析、反复推敲论证，制订符合学校实际的自动驾驶人才培养计划。

具体实施路径是以通才教育为基础，以分类教学为引导，加强基础、拓宽口径、强化应用、重视实践，积极深化人才培养机制改革，切实提高人才培养质量。

2.3 设计符合自动化专业创新人才培养要求的课程体系

课程体系设置上体现“融”与“新”，突出“人工智能+X”的学科融合。课程设置强调人工智能专业知识与应用领域的交叉与融合，注重知识累积的循序渐进，突出学科最新交叉应用成果和发展动向，课程体系力求内容新颖，能够激发学生的学习兴趣。

努力构建“职业能力本位”技能课程体系。从满足行业发展需求出发，分析合格人才的能力体系，进而构建该专业的技能课程体系。因此，按能力体系、岗位结构设置课程模块。

基于人工智能大背景，自动驾驶专业目前已经构建了自动驾驶核心课程包括机器人操作系统、Python语言程序设计、自动驾驶环境感知、自动驾驶控制系统、自动驾驶认知实习、智能感知系统课程设计、自动驾驶控制系统设计等，探索出符合自动化专业特殊性的人才培养计划，并结合教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》进行适当修订。

学院和专业教师团队还一直认真总结工科学生的成长成才规律和用人单位对毕业生的要求，总结归纳出不同年级学生的发展需求，通过加强培养学生的动手能力、沟通能力等，提升学生的综合素质，以胜任未来工作。

2.4 持续提高教师的执教能力和创新能力

持续提高在职教师的执教能力和创新能力，是解决智能产业师资问题的可行方法。由于人工智能产业发展迅速，教师只有不断丰富自己的知识储备，提升执教能力和创新能力，才能更好地胜任教学工作。

近年来，学院全体教师参加了多场人工智能、自动驾驶相关的讲座和业务培训，比如基于MATLAB/Simulink-ROS的机电系统开发、移动机器人开发等在线课程；协作机械臂伺服驱动关键技术和实战课程；利用Apollo嵌入式低速自动驾驶解决方案实现快速部署；强化学习及其在机器人中的应用在线课程；“机器人自主系统的技术构建：感知、决策和执行”线上研讨会，等等。

在应用型人才培养过程中，要注重高级技能型师资的培养，构建理论与实践并重的双师型师资队伍，目前双师型教师比例高于70%；落实教师的培养和梯队建设，有计划地开展骨干教师、教学名师和优秀青年教师的培养；聘请了来自上海申通地铁股份有限公司、济南铁路局、中铁十四局、北京全路通信信号研究设计院集团有限公司（通号院）、北京交通大学、西南交通大学等单位的业务骨干和研究人员为客座教授、兼职教授或培训实习讲师，从事学院专业建设指导、专题讲座、学生授课、实践指导任务等工作，有力地促进了学校轨道交通自动化专业的发展，确保了人才培养质量。

教学能力建设方面，在全校积极开展人才培养改革的过程中，学院领导高度重视教师队伍建设，落实教师的培养和梯队建设，有计划地开展骨干教师、教学名师和优秀青年教师的培养。建立了合理有效的团队运行制度：自动化专业团队重视质量管理和内涵发展，建立了同事间督导、评估、激励机制。紧跟学校办学指导思想，在严格进行课程体系及标准的建设过程中，对部分重点专业基础课实行集体备课、教案资源共享、每学期开展5次公开课评议评分活动，让所有教师积极进行经验交流。在探索教学团队的运行管理制度的过程中，集思广益，充分调动团队成员的积极性。制定自动化专业的教学团队的学习培训制度，紧跟轨道交通行业发展趋势，定期组织团队深入企业学习。学校鼓励教师参加各级各类教学比赛。经常开展教学改革研讨会，全面提升教师教学水平。学院要求自动化专业教师在项目实施过程中，通过科研促学生实践能力提升、科研促实验室建设、指导学生自制实验设备等形式，实现科研促教学，把科研课题深度融入教学内容中。

改造在部分科研项目实施过程中设计和制造的设备、装置或平台，形成适合学生的开放实验平台或科技创新平台。做到创新培养的真正实现和知识的落地。

2.5 基于工程教育认证的课程建设方面人才培养模式研究

基于OBE理念，积极开展课程建设，对课程体系进行改革与创新，优化课程设置，构建以“应用”为目标、创新为特征的理论教学体系。依据学科、行业、岗位三维设计的思路构建课程体系。

2.5.1 公共基础课程模块

数学类、计算机类、外语类、科学素质拓展类以及政治思想类课程，可帮助学生牢固掌握自然科学基础知识，具备较强的外语、计算机应用能力，以及文字表达能力。

2.5.2 共用专业课程模块

学生从大三开始分专业方向学习相关课程，两个方向的课程含有一个“共用模块”，该模块课程主要包括电路原理、数字电子技术、模拟电子技术、电子技术实验、自动控制原理、电力电子技术、单片机原理、传感器技术、轨道交通概论、轨道交通设备等，是轨道交通自动化专业必学的学科基础理论。通过对该模块课程的学习，学生可掌握电子电路的分析、设计等专业基本知识和技能，了解轨道交通行业必备的通识技能，形成良好的轨道交通行业素养。

2.5.3 专业课程模块

轨道交通学院自动化学生就业主要面向轨道交通电气施工单位以及轨道交通运营单位，从事轨道交通接触网和牵引变电所电力设备安装、维修、维护等工作，轨道交通自动控制方向主要专业课有轨道交通信号系统、轨道交通设备系统、轨道交通综合监控；自动驾驶方向：Python语言程序设计、自动驾驶环境感知、自动驾驶控制系统。必修课有区间信号控制技术、轨道交通列车控制技术、车站自动控制技术等。比如自动驾驶方向的机器人操作系统、计算机视觉等课程就涵盖较多的人工智能元素，这都是适应人工智能时代发展趋势，增强学生工程能力和技术管理水平，提升学生综合素质的体现。

在以上的课程中，取2～3门课程进行双语教学，运用国际教育环境和实践教育资源，使学生的业务能力和综合素养更加贴近行业国际发展要求。

加强课程内容的研究和开发，积极开发适合轨道交通自动化人才培养要求的立体化教材，建设精品课程、双语示范改革课程。

2.6 在人才培养计划中把创新理念深度嵌入到实践教学改革中

深度改革实验、课程设计、毕业设计和各种实习等实践教学环节。打破原有的考核制度，增加设计型、创新型实践环节的比重，积极争取政府的实验室建设经费投入，加大实验室建设资金的申报工作，利用中央与地方共建等国家性政策，把握机会，获取资金资助，加大建设规模。通过企业联合，引进资金，广泛联系自动化设备厂家，特别是国际知名的具有大学援助计划的厂家，建立校企共建的实验室，解决实验室建设经费不足问题，并做好相关设备的二次开发工作。

鼓励教师加大课程设计、毕业设计、实习实训等集中实践环节的经费投入，逐步增加集中环节中“真题真做”内容的比重，使学生能够在接近工程实际的情境中实现创新能力的提升，也可以把人工智能的思想融入某个实践教学环节中，增强其工程实践能力和解决实际问题的能力。

创新源于实践。近年来，山东交通学院通过对生产第一线毕业生的实际动手能力和工作表现的跟踪调查，主动了解、收集用人单位对毕业生的评价以及社会对人才培养工作的意见与建议，为提升学院教学质量提供客观依据。为了鼓励专业特色下的创新实践，强化技能训练，在课程体系调整中，除了增加实践课程的课时之外，还注重“理实一体”，培养学生具有知识迁移、深度学习的能力。

2.7 人工智能时代背景下引领学生就业去向

根据多方反馈，自动驾驶专业的就业前景非常广阔。例如自动驾驶高级研发工程，自动驾驶软件（包括算法模块和底层OS）系统集成的设计、开发和调试，德尔福等研究单位雷达设备的研制，图像、视觉设备的维护、物流业无人化的研发工作等。毕业生可以就业的单位包括青岛新松机器人自动化有限公司、济南重工股份有限公司、山东中科先进技术研究院有限公司、山东德晟机器人股份有限公司、山东时代新纪元机器人有限公司等。轨道交通自动控制专业的学生主要在铁路局、轨道交通运营公司、通信信号公司等单位从事轨道交通信号与控制、通信工程等领域的运用、维护、研发设计与技术管理工作。

3 结语

在人工智能时代背景下，如何真正实施工程教育认证要求的“以成果为导向”？如何培养创新型人才？需要学院把学生放在第一位，目前学院定期让学生到企业进行实习实训，发挥企业技术人员现场经验丰富的优势，聘请企业专业技术人员作为学生实习培训的导师；请企业专家为兼职教授，为学生授课或做专业学术报告和讲座；为实现创新聘请企业专家参与人才培养方案的制定及课程体系的建设。

党的十八大提出，用信息化和工业化两化深度融合来引领和带动整个制造业的发展。自动化为工业化的基础，信息化与工业化的结合是自动化专业发展的趋势，我国向“制造强国”的转变需要大量的自动化方面的人才。自动化专业涉及内容多、范围广。工程教育认证前提下，随着人工智能为核心的第四次工业革命的发展，生活、生产相关的自动化产品需求逐年增加，这会使从事自动化相关产业的企业扩大生产和研发规模，随之自动化专业创新人才的需求会大幅提升。培养具有创新能力、快速学习能力的智能产业专业人才，需要树立正确的人才培养理念。