机电信息类新工科人才培养模式构建与探索

孙 洁，薛 峰，贺 红，王小利

（山东大学〔威海〕 a.机电与信息工程学院；b.教务处，山东 威海 264209）

引言

2017年，教育部提出了新工科教育理念，并形成了新工科建设“三部曲”，即“复旦共识”“天大行动”“北京指南”［1］。随后，全国各高校纷纷开展了新工科建设的研究与实践。2020年，教育部办公厅印发《未来技术学院建设指南（试行）》，在北京大学等12所高校开展未来技术学院的试点建设，促进高校的新工科建设深入推进。人工智能、大数据分析、“互联网+”、机器人与自主系统等新兴技术迫切需要具备创新创业能力、跨界整合能力强、具有国际视野的新工科人才。新工科建设具有引领性、创新性、交融性、跨界性和发展性等多个特征［2］。多学科交叉融合是指在跨学科、多学科条件下开展专业教学、学术研究、研究成果应用［3］。学科交叉融合作为新工科建设的重要特征，对于打破学科壁垒，实现学科间交叉渗透，培养跨学科创新型、复合型新工科人才具有重要意义［4-6］。

本文根据当前新工科人才的培养需求，立足于山东大学威海校区机电信息类工科专业的实际，紧紧围绕培养创新型、复合型新工科人才的目标，以多学科交叉融合为主线，构建新工科专业和人才培养课程体系，打造校企合作协同育人平台和国际化培养平台，以MOOC/SPOC+翻转课堂教学手段革新提升教学水平，以学科竞赛类项目引领学生创新创业能力的培养，以量子信息工程实验班、创新实验班试点卓越工程人才培养路径为三个抓手，即依托一条主线、两个平台、三个抓手探索研究多学科交叉融合的新工科人才培养模式，进而全面推进山东大学新工科专业建设和一流专业建设。

一、机电信息类人才培养现状及不足

机电信息类本科专业主要包括电子信息类、自动化类、计算机类、机械类等专业。电子信息类、自动化类、计算机类、机械类专业始终是工科中最“新”的，是科技革命与行业进步的“发动机”。当前诸多高校的机电信息类工科人才培养中尚存在以下不足：（1）课程体系陈旧，与新工科技术要求脱节。人工智能、大数据、云计算、“互联网+”等新兴技术促使课程体系的革新，迫切需要实现新兴技术与传统课程的交叉融合。（2）课程内容枯燥，缺少应用背景，与现实就业衔接性差。课程内容枯燥脱离现实需求、实验教学与理论教学脱离、教学方法落后于行业技术需求等问题依然存在。（3）实验教学环节壁垒明显，实践教学平台水平不高。实践教学内容需要分层次、分模块地形成体系化，具体实验教学环节需要科学设置，以利于多学科实验教学内容实现交叉融合。当前的实践教学平台水平不高、管理僵化，亟须建立一批建设水平高、管理规范化的高水平综合性实践教学基地［7］。（4）校企合作流于形式，难以达到预期效果。企业需求与学校人才培养需求有现实差距，需要改进课程体系，与企业需求相融合，逐步分层次、分步骤地与机电信息领域知名企业深入合作，共同培养创新型、复合型新工科人才［8］。

二、基于学科交叉融合的新工科人才培养模式改革

立足于国家新发展战略和新技术产业需求，构建学科交叉融合的新工科人才培养模式，结合山东大学（威海）育人实际而提出来的新工科建设与工程教育改革方向，是我校新工科建设和培养高水平新工科人才的重要切入点［9］。目前，山东大学（威海）机电与信息工程学院共有电子信息工程、软件工程、自动化、人工智能等九个工科专业。山东大学威海校区以立德树人为引领，以新理念、新模式为途径，致力于培养多学科交叉融合的创新型、复合型新工科人才，从新工科专业群和人才培养课程体系、校企合作协同育人平台和国际化培养平台、教学手段进行革新，以学科竞赛引领学生能力培养、量子信息工程实验班、创新实验班试点等方面确定了机电信息类新工科人才培养路线，如图1所示。

图1 机电信息类新工科人才培养路线

（一）多学科交叉融合的新工科专业群和人才培养课程体系构建

面向“互联网+”、人工智能、增材制造等战略性新兴产业与引领性行业需求培养人才。学院从人工智能、大数据、量子通信、增材制造等方向对自动化类、计算机类、电子信息类、机械类专业建设新工科专业群，制定更新了人才培养课程体系。

1.探索推进大类招生、平台培养、特色发展。学院按电子信息类、计算机类、自动化类和机械类四大类招收本科生，首先利用通识课平台和基础课平台对学生进行通才式培养，一年后学生再划分到具体专业进行特色发展。

2.重塑“平台基础课+特色专业课”的课程体系。在专业群的基础上，将9个专业分成计算机学科、电子信息学科、自动化学科、机械学科四个学科模块，设置模块化课程，满足个性化学习需求，促进学科交叉和资源整合。融合人工智能、大数据、量子通信、增材制造等学科需求，从建设专业群、分析课程关联性、缩减学分、建设平台课模块、建设专业课模块等方面重塑各专业课程体系。通过构建平台基础课程，对学生进行宽口径平台培养。通过开设特色专业课程，结合不同培养目标设立特色班，凸显出特色培养，构建立体化的特色专业课程体系。学院在基于与校本部培养方案保持框架一致、必修课一致的前提下，在每个专业增设2～3门新技术内容选修课，作为一个新方向的选修课组，同时加强了选课指导，对学生进行方向性培养，避免割裂方向性知识体系。

（二）校企合作协同育人平台和国际化培养平台建设

1.汇聚业界优势资源，创新校企合作协同育人平台。新工科建设要切实增强学生的工程创新实践能力。学校与华为、中兴、浪潮、亚马逊云创学院、腾讯、西门子、山东量子科学技术研究院有限公司、深圳亚略特等知名公司建立了校企协同育人协议，并与企业建立了相对稳定的合作机制，共建联合实验室和实训基地、共同制订实践教学方案、共同指导毕业设计，将专业课程教学内容融入企业工程项目，强化了对学生实践动手能力的培养。

2.整合国外教育资源，搭建国际化培养平台。国际化思维是新工科人才的重要特征。学院已与美国、澳大利亚、瑞典等知名大学联合开展了“计算机科学与技术”“机械设计制造及其自动化”专业本科合作办学项目和3+1+1本硕连读等项目；与澳大利亚威斯本科技大学、威海市临港区政府、澳大利亚教育集团合作成立了“先进制造业技术联合研究中心”，成为培养本科生、研究生的先进实验平台。学院积极推动和丰富国际化办学项目，推进双语课程教学，增加符合国际化人才培养需要的必修课程，构建新的知识结构和课程体系，通过开展国与国间的校际合作，整合国外教育资源，搭建教师和学生的国际交流、实践平台。

（三）强化三个抓手，全力推进新工科人才培养

1.以MOOC/SPOC+翻转课堂教学手段革新提升教学水平。新形势下，慕课（MOOC/SPOC）、翻转课堂、超星学习通等新型在线开放平台更为便捷地为师生提供了优质教育资源，极大地促进了教学方式方法和教育管理体制的改革。学院一方面积极推进信息技术与教育教学深度融合，依托中国大学慕课国家精品课程在线学习平台继续建设和推广应用在线开放课程，激发学生学习的积极性和自主性；另一方面，通过学院的专题立项，激发教师的教学热情和教学改革动力，将先进的信息化技术应用到教学过程中，不断提升教学水平。

2.以学科竞赛类项目引领学生实践能力和创新创业能力的培养。新工科建设行动路线特别强调，工科专业的目标是实现50%以上的学生参与大学生创新创业训练计划，至少参与一项创新创业赛事活动［10］。学院将创新创业教育课程纳入学分管理，并不断夯实工科学生的专业基础和知识面，突出学科交叉融合导向，积极探索构建自主研究、培训实习和综合竞赛“三位一体”的新工科学生学科竞赛训练体系。近年来，我院学生积极参与各级别学科竞赛和实践与创新创业大赛。学生在参与竞赛选题、收集资料、实验验证、制作成品和现场竞赛过程中，锻炼了创新思维和创新能力，有利于新工科学生创新特质的形成。学科竞赛需要建立在学生具有充分的理论学习和广泛的实践积累上，一般不建议过早介入。

“三位一体”竞赛训练分为三个阶段：（1）自主研究阶段。在低年级学生中启动实施大学生科研训练计划（SRTP），学生参与“国家/省/校/院”四层次教师科研项目人数占年级学生总数的80%。（2）培训实习阶段。主要面向低年级学生，以组织创新训练营、创业训练营为主，选拔学有兴趣、学有专长的学生参与教师研究课题。（3）综合竞赛阶段。参与各层面竞赛的学生以高年级学生为主，学生依托SRTP阶段性研究成果、教学实验成品组队参与“挑战杯”“创青春”等竞赛，有效地保障了学生科技竞赛作品的质量。

3.量子信息工程实验班、创新实验班试点培养新工科领军人才培养路径。新工科人才的培养需要站在国际前沿来考量。威海校区与山东量子科学技术研究院有限公司合作创办了“量子信息工程实验班”，从全校新生中选拔了40名学生组建“创新实验室”。在学生录取选拔机制方面，从全校报名的学生中选拔出一批批具有较好数理基础和创新潜质的学生。学院依托这两个实验班尝试在学生选拔、校企协同育人、本科生导师制、国际合作办学等四个方面寻求突破，探索未来卓越人才培养模式的创新。

结语

新工科建设是当前国内各高校工科教育教学改革的重要内容。山东大学（威海）依托机电信息类传统工科优势和特色资源，在面向产出的新理念引领下，以深度学科交叉融合为主线，融合人工智能、大数据、量子通信、增材制造等学科需求，从建设专业群、分析课程关联性、缩减学分、平台课模块建设、专业课模块建设等方面重塑交叉融合的专业课程体系；汇聚业界优势资源，创新实践“学校+学生+企业”双主体校企协同育人新模式，真正与行业内技术领先企业建立起全方位的协同育人实践新模式；依托校企平台、国际化平台，强化MOOC/SPOC+翻转课堂教学手段革新，学科竞赛类项目引领学生创新创业能力的培养，量子信息工程、创新实验班试点卓越工程人才培养路径三个抓手，培养具有国际视野、创新创业能力、跨界整合能力的新工科人才，形成多学科深度交叉融合的机电信息类专业特色办学模式，实现人才培养模式的创新。