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智能科学与技术专业创新型工程科技人才培养体

2016-03-08 10:49 来源:学术参考网 作者:未知

  200665曰,胡锦涛总书记在两院院士大会上强调:把培养造就创新型科技人才作为建设创新型国家的战略举措,加紧建设一支宏大的创新型科技人才队伍[1]

 

  2009年,《求是》杂志发表了中国工程院常务副院长潘云鹤的文章《大力培养创新型工程科技人才》,该文章从分析工程科技活动的特征及其对创新型工程科技人才的需要出发,明确界定了创新型工程科技人才的概念[2]

 

  1创新型工程科技人才的特征分析

 

  传统的"工程"是指将市场需求转化为生产制造的中间环节[3],以顾客(包括国家和社会的需求在内)提出需求、营销人员解释需求为前提,通过工程科技人员的设计产品活动形成制造(生产产品)活动的基础。当今,工程"概念已经得到广泛扩展,指人们为了满足某种社会需要,综合利用科学理论(包括自然科学、人文科学、社会科学理论等)和技术手段,自觉地改造客观世界,建构一定的人工世界的活动及其实践成果[4]

 

  显然,在当代工程科技活动中起核心作用的要素是人才。要培养出能够适应、参与并引领当代工程科技活动的主体,就必须分析人才的特征。为此,众多国家与学者都在这方面进行了全面的归纳、深入的分析和精辟的总结。

 

  美国工程院提出,面向2020年的工程师必须具备的关键特征是分析能力、实践能力、创造力、交流能力、商务与管理能力、职业道德与职业意识、终身学习能力。

 

  美国工程与技术认证委员会对工程教育培养的专业人才制定了一系列评估标准:有应用数学、科学和工程等知识的能力;有进行设计、实验分析与数据处理的能力;有根据需要去设计一个部件、一个系统或一个过程的能力;有多种训练的综合能力;有验证、指导及解决工程问题的能力;对职业道德和社会责任有所了解;有效的表达和交流的能力;懂得工程问题对全球环境和社会的影响;有终生学习的能力;具有与当今时代问题有关的知识;有应用各种技术和现代工程工具去解决实际问题的能力。

 

  澳大利亚工程师协会关于工程师的"双层素质模型"将工程师的素质分为基本知识和基本技能。基本知识包括工程学科的知识、正式和非正式的信息源知识、最新技术和技巧、工程工具;基本技能包括职业规划技巧、交流技巧、研究能力、分析能力、信息的选择与决定、发展人际关系的技巧、风险和危险分析、综合的能力、从多个侧面理解失误的能力。

 

  中国工程院院士韦钰在2007年举办的"新形势下我国工程教育的改革与发展"论坛中指出,创新型工程科技人才需要具备以下素质:好奇心和对探究的热情、责任心、基础知识和良好的认知模型、有效的终身学习能力、综合运用知识解决问题的能力、合作交流和表达的能力。

 

  中国工程院院士钟山认为,创新型工程科技人才必须具备研究开发能力、工程设计能力、工程实践能力、创新攻关能力、综合集成能力。

 

  中国工程院谢克昌院士[5]从做人、做事、做学问的角度出发,将创新型工程科技人才的素质特征归纳为:献身精神、严谨求实、团队协作、创新人格、战略视野、市场意识;工程实践能力、设计能力、集成能力;科学理论知识、专业基础知识、经验和人文社会知识。

 

  2地方工科院校智能科学与技术专业的人才培养目标与规格要求

 

  地方高校既是为地方输送人才、智力、技术的主要源泉,也是实现地方技术创新、文化提升的重要保障。武汉工程大学(原武汉化工学院)是一所典型的地方工科院校,既区别于985211和部属高校,又区别于具有信息行业背景的工科高校,始终以地方经济建设和社会发展为服务面向对象[6],其智能科学与技术专业创办于2005年,于2006年开始招生。

 

  在人才培养定位方面,学校坚持面向"工程",突出"创新以创新型工程科技人才为培养目标。1方面,985211和部属高校以"研究型"人才为培养目标,部分地方普通高校以"应用型"人才为培养目标,而我校作为一所地方工科院校,显然不适于"研究型""应用型",而应突出"工程"传统特色;另一方面,要培养适应当前"工程"科技活动需要的人才,就必须突出"创新只有具备创新意识、创新能力、创新精神的人才,才能在创业或就业市场中具有更强、更持久的竞争力[7]

 

  创新型工程科技人才可以分为领军型人才(科学发现、科学理论创新)、研发型人才(科学方法创新、技术原理创新)和应用型人才(技术集成创新和技术应用创新),通过此前对创新型科技人才共同特征的分析,我们确定了本专业的人才培养规格要求。

 

  在基础知识方面,要求学生学习并掌握计算机科学、智能信息科学、控制科学的基本理论、基本知识,了解智能科学的理论前沿、应用前景和发展动态;在能力培养方面,要求学生具有使用智能科学与技术进行信息处理和解决工程技术问题的基本能力,能发现问题、分析问题、解决问题,具有创新能力和竞争意识;在基本素质方面,要求学生树立科学的世界观、人生观,具有刻苦学习、善于钻研、锲而不舍的精神,还要具有良好的思想品德、道德修养、社会人文素质和敬业爱岗、艰苦奋斗以及团队协作的精神。

 

  3创新型工程科技人才培养体系

 

  厚基础、宽专业、高素质、强能力是培养创新型工程科技人才的指导思想。我校智能专业的人才培养规格在三个方面和三个层次对学生的培养提出了要求。在低年级阶段,要求学生具备扎实的基础知识、良好的身心素质和社会人文素养;在二、三年级,要求学生具备较强的综合应用能力,能通过这一阶段的学习具备解决本专业

 

  领域内简单问题的能力;在高年级阶段,要求学生在经过一至三年级的基础学习后,有能力自主学习交叉学科领域的基本知识,进而具有解决复杂工程技术问题的能力,能独立承揽小规模工程项目的开发以及参加大、中型项目开发。

 

智能科学与技术专业创新型工程科技人才培养体系建构


  3.1课程教学体系

 

  按照创新型工程科技人才培养目标和规格的要求,我校以智能科学与技术专业学生为实施对象,构建了相应的人才培养体系。其中,课程教学体系分为四大模块:公共基础课程、学科基础课程、专业主干课程和专业方向课程。

 

  1)公共基础课程。主要包括数理类、人文类和体育类课程。数理类课程为后续的专业基础课和专业主干课打下理论基础;人文类课程能够帮助学生树立正确人生观,扩大知识视野,培养人文素养,丰富内在品质,提升情感智慧;体育类课程能够让学生练就强健的体魄。

 

  2)学科基础课程。由于与智能相关的应用融合了数学、电子、计算机软硬件、智能系统集成等众多先进技术,内容丰富,应用面广,因此,在制定学科基础课程时,设置了与计算机、控制论、信息论相关的课程,如电工电子技术、算法与数据结构、数字信号处理、信息论与编码等,这部分课程是各个学科的基础课程,可以为学生打下坚实的理论基础。

 

  3)专业主干课程。智能专业主干课程的设置强调让学生理解并掌握有关智能感知、智能决策、智能控制等方面的知识,以智能为主线,设置了人工智能、机器人学、机器人控制、机器视觉等课程。这些课程的设置注重课程之间的内在衔接与相互融合,使教学内容具有系统性、完整性、科学性和先进性的特点,是学生学习智能科学的重要专业课程,也是学生今后利用智能专业技术处理和解决工程技术问题的重要基石。

 

  4)专业方向课程。专业方向课承载着学生能力培养的目标,具有显著的能力属性。考虑到本校实际情况,并结合社会对人才的需求,本专业选择了智能机器人和机器视觉两个方向作为今后学生的专业发展方向,开设的课程有多智能体系统、模式识别、智能机器人、智能控制技术、智能信息系统等。专业方向课的设置充分考虑到学生今后的发展方向和市场需求现状,使学生毕业后无论从事科学研究还是进行工程开发设计,都能处于行业领先地位。科学合理地设置专业方向课程,确保了学生有扎实的专业基础和科学的知识结构,奠定了学生可持续发展的基础。

 

  3.2实践教学体系

 

  创新型工程科技人才的培养必须面向工程实际,而工程实际问题与当前智能技术领域的发展方向密切相关。在培养方向的设定上,我们选择了人工智能诸多领域中工程性较强的智能机器人、机器视觉等方向,更加适合于学校整体的学科特点和人才培养特色。在整个实践教学过程中,我们将其分为课程实验、综合设计、科研训练、认识实习、专业实习、毕业实习和毕业设计,形成_个完整的实践教学体系,旨在培养学生实验技能、工程设计能力与创新能力等。

 

  1)实验教学。实验教学与课程内容密切相关,面向课内基本理论的理解及实际验证,同时,在此过程中还能使学生掌握一定的操作技能和实践知识,引导学生在学习过程中发现问题和提出问题。由于智能科学与技术是多学科交叉融合的新兴学科,因此在计算机、自动控制、信息处理等方向上,设置了对应的专业核心基础实验课程,以提高学生的适应性,如"可视化编程技术"是专门的实验课程,该课程主要讲述VC++Matlab编程,全部课程都在实验室授课,这两种语言是后续专业基础课及主干课的主要编程工具,在实验教学计划安排中给予了大量课时。

 

  2)实习教学。在实习教学环节,注重培养学生的工程能力和创新能力。参照专业规范,并借鉴其他高校的办学经验,按照"梯度实习"模式组织学生进入相关单位进行实习。在四年本科教学中安排了认识实习及不同阶段的专业实习。

 

  认识实习增强了学生对实际工作环境和内容的了解;专业实习要求学生到相关企业学习基本技能,积累与专业相关企业的管理、开发、生产等方面的感性知识;毕业实习要求学生到用人单位进行实习,在实习阶段就开始进入工作时的角色,承担_定的工作任务,与实际工作紧密结合,增强具体解决实际问题的知识应用能力[8]。从实施效果看,学生能够深入到用人单位参与实际问题的开发,培养了学生的工程应用及开发能力。

 

  3)综合设计。将部分课程设计与具体课程分离,强调学生的选题自主性和实践环节连贯性,鼓励学生将实践环节与创新学习相结合,增强学生的就业适应能力。在综合设计实践环节的设置中,不仅设置了软件、硬件等方面的基本综合设计,而且在智能系统方面依次设置了应用型和综合型的设计,侧重开发工程能力、创新能力的培养,使学生能够达到培养目标中对实践能力的要求。

 

  4)科研训练。以我校智能科学与技术专业为实施对象的科研训练,是以"培养学生科研素质、提高研究能力和研究性学习与创新性科研互动"为理念,以国家级科学研究和教学研究项目为依托,以"模式识别与智能系统"湖北省重点学科、智能机器人湖北省重点实验室为平台,发挥全国优秀教育工作者、教学名师等高水平教师的积极性,尊重学生的能力差异和兴趣取向,围绕本科生创新型工程能力培养的教育宗旨,构建了适合不同学习阶段不同学科平台的、因材施教的、"阶段一学科一能力"多元能力培养体系。这种方式激发了学生的研究兴趣和创新欲望,培养了学生的创造力,促进了学生知识应用能力以及综合创新素质的全面发展与提升。高年级所有本科生按组实行导师制,学生直接参加导师的科研训练项目,在指导教师指导下设计实验方案、完成实验项目的数据分析与处理、撰写科研报告等,有效地提高了学生的实验动手能力和科研创新能力。

 

  5)毕业实习及设计。大四的毕业实习和毕业设计是密切联系的整体。在此阶段,要求学生以"准工程师"身份到企业和科研单位实习,参加技术和管理工作,在工程师指导下,把理论知识和基本技能应用到解决实际工程问题中,积累专业经验,培养工程实践能力,创造技术成果,同时寻找合适的毕业设计题目,获得就业的信息和机会。学生毕业论文应从选题开始,严把质量关。选题要符合专业方向,要与企业的实际工作接轨,做到有的放矢。学生在单位实习,通过参与用人单位的项目设计,培养了工程实践能力;通过撰写毕业论文,培养了学生初步的科研能力和_定的创新能力。

 

  3.3课外指导体系

 

  课外指导是对学生工程创新能力培养体系的有益补充,以学生自拟题目或者参加各类学科竞赛和科研项目为主要形式。

 

  1)自主项目。中高年级的学生根据将来就业方向和个人兴趣爱好,自主选择一些具有工程应用背景或研究探索性质的课题,教师按照专业方向进行分组分类指导。这种方式是学生兴趣驱动和就业导向的结果,可以极大地激发学生自主学习的欲望,学生在研究过程中可能会有科学新发现,也可能会对原有方法进行改良创新。

 

  2)比赛项目。"机器人足球"是吸引广大青年学生积极进行科学探索、实践开发和团结协作的典型平台,它包括了全面、综合的专业知识,需要良好的实践能力、创新能力和协作精神。在专业教师的指导下,我校已经形成了一个人员稳定、基础扎实、梯队结构合理的"机器人足球"队伍,每年都吸引智能专业许多学生踊跃报名参加,该项目为学生提供了培养创新能力的舞台和竞争性学习的机会,极大地促进了学生的创造性和运用知识的能力。现在,我校的"机器人足球"比赛已经成为专业人才培养的一个特色,并取得了广泛的社会认可。

 

  3)基金项目。自2005年起,我校设立了校长基金项目,旨在推动大学生进行工程实践和科学研究,培养学生的创新能力和工程实践能力。经过七年的发展,智能专业学生有四十余人成功申请了校长基金项目,以"双目立体视觉系统在三维平面重构的方法研究"为代表的校级重点项目获得了湖北省大学生优秀科研成果三等奖。

 

  4)科研项目。学生以教师的科研项目为依托,在教师指导下尝试进行科研项目的开发,建立了导师与学生全程负责制,形成教师与学生一对一的智力支持关系。在课堂上,学生学习理论知识;下课后学生在科研室将课堂知识与自学相结合,在导师指导下为完成特定项目,进行探索性学习和项目开发工作,学生还可利用暑假继续开展工作。这种方式将学校培养体系与学生自主发展结合,使学生学习跨越时间、空间,跨越教室与寝室,从更广泛的层面上拓展了学生创新能力的维度与深度。

 

  4人才培养成果

 

  经过多年探索与实践,我校以智能科学与技术专业为样本的创新型工程科技人才培养体系,走过了由探索到完善直至逐步成熟的历程,在面向创新型工程科技人才培养体系的指导下,培养了学生的工程实践能力,激发了学生的创造性思维,取得了一定的教学成果。

 

  1)明显提高了智能专业的人才培养质量,培养了一批具有国际竞争力的创新型人才。2012年智能专业学生考研率达到25.5%,就业一次签约率达到99%,签约世界500强企业人数逐年上升,毕业生得到用人单位的普遍好评。

 

  2)大学生课外科技活动蓬勃发展,获得"挑战杯"大学生课外学术科技作品竞赛国家二等奖1项、湖北省一等奖2项。

 

  3)促进了机器人足球平台的建设和发展,在省内高校发挥了辐射带动作用。2002年以来,尤其是2006年以后,我校以智能专业本科生为主力队员的机器人足球队,在国际机器人足球联盟(FIRA)世界杯比赛中获得9项冠军、8项亚军、9项季军;2010年至今,在国际仿人机器人奥林匹克大赛中获3项冠军、2项季军;在全国机器人足球锦标赛中获7项冠军、11项亚军、11项季军。我校机器人足球项目取得了一系列成就,获得了社会广泛认可和一致好评,在湖北省乃至全国高校中享有较高声誉,同时也带动了湖北省内机器人足球项目的发展。"以机器人足球为代表的研究性教学及其在创新人才培养中的探索与实践"项目,获得首届中国化工教育科学研究成果奖三等奖。

 

  5结语

 

  在构建创新型工程科技人才培养体系的过程中,为全面提升学生的实践能力与创新素质,围绕智能科学与技术专业创新型工程科技人才培养体系,我们精心设计了基于课程平台、实践教学平台和课外辅助体系的培养模式。通过系列举措,增强了学生对智能科学研究前沿的了解,培养了学生对科学问题或工程问题的自主与创新性思维,提高了学生分析问题和解决问题、知识与技能综合应用等能力,使学生具备从事独立科学研究和工程科技开发和创新的能力。

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