11415020-专创融合,产研协同:电气信息类创新型人才培养模式探索与实践
成果总结(p.I-1)——专创融合,产研协同:电气信息类创新型人才培养模式探索与实践

1. 成果总结


    近年来,电气信息类创新型人才培养的目标在高等学校逐渐取得了共识,但培养创新型人才的有效模式却有待进一步探索。自2010年起,电气信息类专业开始探索培养具有深厚理论基础、过硬实践素质、敏锐创新意识、卓越创新能力的新时代创新型人才。依托教育部产学合作协同育人项目、北京市实培计划、北京市高等教育学会教学研究项目、我校一流本科专业建设点项目等,电气信息类专业从课程建设、工程实践、产研引培和拔尖机制四个方面开展了系列探索,逐步形成了“专创融合,产研协同”的创新型人才培养模式。

一、电气信息类专业创新型人才培养模式的普遍问题

  人才培养模式是专业为学生构建的知识、能力、素质的整体结构及其实现方式,它从根本上规定了专业培养的人才特征,集中体现出专业的教育思想和教育观念。论证人才培养模式,应首先厘清专业特点与学生特征。一方面,作为传统优势工科专业,电气信息类专业普遍存在专业课程内容多、学科理论难度大、动手实践门槛高等特点,不论是在知识体系构建还是在能力素质培养上,都对专业学生提出了极高的要求。另一方面,当专业学生从九零后逐步变为零零后,其群体特征的变化也不容忽视,学生的思维方式与性格特点逐渐趋于开放多元、注重社交和热衷创新,但在专注学习、深入思考和落实创新方面表现不足。可见,电气信息类专业特点和学生特征的不匹配,限制了其人才培养模式的有效性,尤其不利于创新型人才的拔尖塑造,具体表现为以下两个问题:

1、人才培养的体系结构薄弱,存在专业教育与创新教育的脱钩问题。高等学校现有的理论和实践体系中,如何有效地组织和融入学科前沿与产业热点,如何让专业教育成为创新理念培养的有机载体,是当前高等学校在电气信息类创新型人才培养体系结构上的痛点问题。

2、人才培养的主体类型单一,导致创新方向不明,创新能力不强。高等学校在人才培养中注重传输理论知识,但对产业界和学术界的资源引入不足,不利于学生结合产业应用和学术研究把握创新方向,企业和科研团队的主体类型缺失不利于针对性地提升和强化创新能力。

二、“专创融合,产研协同”理念指引的创新型人才培养模式探索

通过“专创融合,产研协同”,电气信息类专业经过充分整合课程、实践、课题、竞赛等资源,对创新型人才培养体系进行立体式建构,对培养过程进行阶梯式设计(图1),成功推进了电气信息类创新型人才培养。

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图1 电气信息类创新型人才培养模式图

  围绕“专创融合,产研协同”理念,电气信息类创新型人才培养模式研究和探索的具体做法包括:

1深耕课程教学,融入创新节点


  解决:人才培养体系结构中,课程教学的专创脱钩问题

电气信息类专业将课程建设作为关键抓手,着重从课程体系和课程内涵两个方面开展建设工作:

   (1)课程体系建设:理论与实践并重

  参照工程教育认证标准,对电气工程及其自动化和电子信息工程两个专业培养方案中的自然科学类、人文社科类、专业类、工程实践类四类课程设置了合适的比例,均达到工程教育认证标准要求(表1),并且工程实践类课程中80%以上均为设计性和综合性实验内容,从课程体系上保证了理论与实践的并重。


                      表1 电气信息类专业课程体系建设


自然科学类

人文社科类

专业类

工程实践类

电气工程及其自动化

20%

26%

33%

21%

电子信息工程

21%

24%

32%

23%

工程教育认证标准

15%

15%

30%

20%


    (2)课程内涵建设:专业与创新融合

  在合理的课程体系框架下,课程能否体现创新性,关键是从教学内容、教学方法和教学形式等内涵层面予以落实。电气信息类专业高度重视课程内涵的设计理念与监督评价(表2),对共计26门开设的理论课程进行了系统的内涵建设,特别注重在课程中融合创新视角与前沿领域,加强综合应用与分析研判,同时积极引入SPOC、MOOC等信息化教学形式,从课程内涵层面实现专业与创新融合。


                     表2 电气信息类专业课程内涵建设


设计理念

监督评价

教学内容

l  内容分拆:匹配思政、前沿、热点、科普等

l  能力分拆:分析和综合能力占比≥60%

l  教学大纲审核

l  教案审核

教学方法

l  讲解法:教师充分讲述基本概念和理论

l  研讨法:前沿问题的深度分析,学生配合

l  演练法:推导、作图、演示等,学生配合

l  学生调研问卷

l  督导反馈

教学形式

l  实体课堂:理论讲授、前沿综述、研讨指导

l  SPOC+定制问题:实操演练、研讨指导

l  MOOC+翻转课堂:海量资源、热点问题

l  学生调研问卷

l  网络资源评估

l  督导反馈

 

  需要指出,课程建设是优化和改革专业教学的一个重要切入点,但课程建设本身也需要一定的保障机制。电气信息类专业通过定期召开电气电子教研室联合研讨会实现专业课程资源的优化配置,定期召开教研室内部研讨会交流教学心得,积极鼓励专业教师编写教材、参加教学研究项目等,确保课程建设的措施和成效落到实处。

2丰富实践训练,强化工程能力


    解决:人才培养体系结构中,工程实践的专创脱钩问题

系统的工程实践训练是电气信息类专业理论联系实际的重要途径和鲜明特色,在工程实践中体现专业教育和创新教育的融合,对于电气信息类创新型人才培养模式而言具有重要意义。为了丰富实践训练,着重从课程设计和实践基地两个方面开展建设工作:


  (1)课程设计:成果导向

推行核心专业课的“3+1”学分制,即增加1学分课程设计,加强专业实训。课程设计采用成果导向教育(OBE)理念,并不局限于对专业理论的验证,而是引导学生将课程设计成果向学术论文、学科竞赛和产业应用转化。表3示出了已实施的代表性课程设计,其中《电力电子技术课程设计》、《传感器原理课程设计》等对接所在领域的重要国际会议,依托课程设计提供本科生科技论文的投稿通道;《电气控制技术课程设计》对接可编程逻辑控制器(PLC)行业的代表性企业,依托课程设计提供本科生科技作品参加公司技术论坛的渠道。


              表3 课程设计的成果转化方式与成果导向目标


课程设计

成果转化方式

成果导向目标

电力电子技术课程设计

科技论文

电力电子领域重要国际会议

IEEE ICIEA、IEEE ICSICT

传感器原理课程设计

科技论文

传感器领域顶级国际会议Transducers

电气控制技术课程设计

科技作品

PLC行业Beckhoff(倍福中国)技术论坛


  (2)实践基地:综合统筹

注重校外实践基地建设,通过引入企业力量,加强学生对电力行业现状的认识和了解,引导学生结合自身实习与就业情况思考行业的技术需求和发展趋势,在工程实践的过程中培养学生解决当前需求和未来问题的能力。

同等注重校内实地基地建设,结合实验室资源,以机器人系统应用为主要实践方向,引导学生开展机器人的硬件设计、算法分析、系统突破和创新应用,鼓励多学科背景交流、跨学科方向交叉,通过交叉创新激活学生的创造灵感,为学生的创新训练赋能。

在统一组织校外实践基地实习的同时,引入并规范自主实习制度,引导学生结合自身需要,赴国家电网公司及各省、市级电网分公司和供电局,以及ABB、Schneider等行业知名公司,个性化地开展专业实习,融入创新训练,多维度提升工程能力。


                 表4 已建设的校内外实践基地

实践基地名称

校内/校外

审批单位

实践主题

北京通州开关有限公司

校外

信息工程学院

供配电开关的工业化设计与制造

信息技术创新实践基地

校内

北京市教委

机器人算法与应用交叉创新

中国机器人大赛教育与竞赛示范基地

校内

中国自动化学会

机器人硬件与系统交叉创新

3、产研双向引培,明确创新方向


        解决:人才培养主体单一,导致创新方向不明的问题

在教师层面,通过师资交流、课题协作、开会研讨等方式,系统整合教育部产学合作协同育人项目、国家自然科学基金项目、北京市“实培计划”、企业合作项目、高校合作项目等课题资源,加强了高校与企业之间、高校与政府之间、高校与高校之间的互动,实现了教育教学创新要素的汇聚,增强了创新型人才培养的课题资源供给,保障学生围绕产业和学术两大课题资源方向开展创新训练。

在学生层面,通过短期课程、专题讲座、交流讨论等方式,加强学生对电气信息类专业创新要素和课题资源的了解,鼓励本科生参与科研项目和产业项目,促进学生间信息流通,引发讨论氛围,加速学生对各类课题资源的应用范围、覆盖面、实施时间与要求等形成系统性认识, 自发融入到产业和学术两大创新方向中。


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图2 产研双向引培

4、推行拔尖机制,塑造创新人才


       解决:人才培养主体单一,导致创新能力不强的问题

在创新方向明确的前提下,高效的拔尖机制是培养和提升学生创新能力的重要保障。电气信息类专业围绕产业和学术两大方向,设计并实施了“三阶梯”的拔尖机制(图3),将创新能力培养划分三个递进式阶梯,优中选优,促进创新型人才向产业和学术两大方向汇聚。

(1)创新创业训练阶段(覆盖70%学生群体)

依托大学生创新创业计划训练项目,充分动员师生,让学生通过项目形式初步接触和了解教师课题。在学校教务处的支持下,创新创业训练计划项目与创新学分挂钩,学生普遍参与热情高。这一阶段属于创新能力培养的初级阶段,覆盖约70%左右的学生,学生在创新创业训练计划项目中表现出的创新潜质将作为下一阶段筛选创新型人才的重要参考。


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图3 “三阶梯”式拔尖机制

(2)实践学术创新班阶段(覆盖30%学生群体)

在专业内部开设实践创新班和学术创新班,鼓励优秀学生进一步向产业应用和学术研究两个方向深入。两班均设带班教师,其中实践创新班邀请企业技术代表来校讲座、指导实验,学术创新班邀请校内教师围绕科技论文写作和研究方向选择开设讲座、研讨指导。在前一阶段创新意识和创新能力初步培养的基础上,两班的开设进一步巩固和提升了学生的创新能力。

(3)竞赛科研集训阶段(覆盖10%学生群体)

经过实践学术创新班的系统训练后,学生可以通过招募环节进入机器人竞赛集训队,或者通过教师面试进入科研课题组,开始密集性的竞赛科研集训阶段。这一阶段的特点是真比赛、真科研、高难度、高强度,是学生创新能力培养的终极阶段,对学生要求极高。经过前两个阶段的层层筛选,进入竞赛科研集训阶段的学生均具备目标远大、学有余力、能力冒尖的特征,能够很好地融入竞赛集训队或科研课题组,取得突出的竞赛和学术成就。

电气信息类专业设计并实施的拔尖机制既兼顾了整体性、分段式和个性化的创新能力培养方法,同时适时引入了行业主导的学科竞赛和科研团队主导的课题研究作为创新能力培养载体,有效地推进了学生学习的深度和广度,激发了创新型人才的飞速成长。

三、创新点

以“专创融合,产研协同”为特色的电气信息类创新型人才培养模式,其探索与实践是综合性和系统化的改革,重在实现专业教育和创新教育的培养体系融合,以及产业应用和学术研究的培养主体协同。本成果的创新点主要包括:

1、从“专创融合”的角度拓展了人才培养体系结构。基于“融合”理念,使专业教育和创新教育在内涵和外延上实现深度联系,解决了高等学校长期以来“专创脱钩”的问题。一方面,通过课程建设使创新教育在专业理论体系内生根;另一方面,通过工程训练使创新教育在专业实践层面上开花。两方面共同将专业教育落实为创新教育的有机载体。

2、从“产研协同”的角度丰富了人才培养主体类型。基于“协同”理念,引入产业界和学术界的主体,共同助力创新型人才培养,破解了高等学校“单打独斗”的尴尬局面。一方面,产业应用和学术研究保障了明确的创新型人才培养方向。另一方面,产业应用和学术研究也提供了多样化的教育教学资源,通过拔尖机制加速创新型人才的能力塑造。

四、电气信息类创新型人才培养模式取得的成效

本成果自2010年开始,经过2年谋划设计、4年建设实施和5年实践检验,共计11年的理论研究和实践探索,教学建设取得了较好的成效。

1、课程建设成效显著

电气工程及其自动化专业与电子信息工程专业在课程体系设置上均达到工程教育认证标准,工程实践类课程占比20%以上,并且设计性和综合性实践比例达到80%以上。课程体系呈现出跨学科、国际视野和高水平特色,涌现出一批代表性课程如《传感器原理》(全英文)(图4)、《数字图像处理》(双语)等。

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图4 《传感器原理》(全英文)课程资源和学生作业

围绕课程建设,基层教学组织在反复商讨、修订和完善教学大纲的过程中,逐步形成了有凝聚力的教学团队,2019年电气工程及其自动化专业被北京市教育委员会批准为北京高校继续教育高水平教学团队(图5)。团队高度重视教师教学水平的指导和提升,2018年团队教师获中国高度教育学会举办的全国高校教师教学创新大赛二等奖(图6),2020年团队教师获中国地质大学(北京)青年教师基本功比赛三等奖(图7)。

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图5 电气工程及其自动化教学团队获批“北京高校继续教育高水平教学团队”

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图6 全国教师自制教学仪器创新大赛获奖

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图7 青教赛获奖现场照片

在课程建设的过程中,基层教学组织积极申请和参与以课程建设为目标的教学研究改革项目,包括首批国家级 “新工科”研究与实践项目1项、北京市高等教育学会课题1项、校级教学改革项目11项等。积极从事教材编写和建设工作,2016年至2021年共出版5本教材(图8),其中1本获评全国电子信息类教材一等奖(图9),2本入选出版社普通高等教育“十三五”创新型规划教材。

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2020年              2020年            2019年

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2019年              2016年

图8 2016-2021年共出版5本教材

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图9 《信息论基础与应用》获评全国电子信息类教材一等奖

2、实践教学成果突出

课程设计的成果导向理念和高效组织形式,已成为电气工程及其自动化专业与电子信息工程专业的特色实践课程。其中,《传感器原理课程设计》的成果产出已形成择优投稿通道,投稿目标为传感器领域顶级国际会议Transducers;《电力电子技术课程设计》的成果产出择优投稿至美国电子电气工程师协会的电力电子国际会议IEEE ICIEA、IEEE ICSICT;《电气控制技术课程设计》的成果产出择优参与BECKHOFF(倍福中国)公司的PLC技术交流论坛。近年来,本科生为第一作者发表Transducers论文2篇(图10),IEEE ICIEA论文3篇,IEEE ICSICT论文2篇,倍福中国公司PCL技术代表来校交流2次。

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  Transducers 2019                Transducers 2015

图10 本科生第一作者发表Transducers顶会论文

   在实践基地建设方面,先后与北京通州开关有限公司(图11)、北京安世亚太科技股份有限公司签订实践合作协议框架,推动学生“真刀真枪”参与企业实习。注重校内实习基地建设情况,包括北京市教育委员会批准设立的信息技术创新实践基地、中国自动化学会批准设立的中国工程机器人大赛暨国际公开赛教育与竞赛示范基地(图12),为学生在校内开展灵活性、自主性的实习安排营造了良好的条件。

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图11 北京通州开关有限公司实习基地与学生实习照片

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图12 校内实践基地照片


  3、产研引培参与度高

  2016至2021年间,电气信息类专业累计获得各类科研和人才培养项目31项。其中科研项目12项,包括国家自然科学基金项目5项、企业合作项目6项、高校合作项目1项。人才培养项目累计获批19项,包括教育部产学合作协同育人项目6项、北京高等学校高水平人才交叉培养计划项目13项。课题资源在产业方向和研究方向上量质并举,实现了教育教学创新要素的汇聚,保障了人才培养的课题资源供给。在持续引导下,学生积极参与产业和研究方向的项目课题,参与学生的比例高达65%。

  4、创新创业成绩斐然

学生参加创新创业竞赛成绩突出,2016-2021年间累计获国家级和省级奖项160余项。围绕全国大学生机器人竞赛和北京市大学生机器人竞赛两项核心赛事,近五年内获国际级和国家级奖70余项、省级奖110余项,累计获奖达337人次。此外,指导教师和学生均积极参加国际国内大型赛事(图13-图15),在中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、美国大学生数学建模竞赛等重要赛事中均取得较好成绩。2021年获中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖1项(图16)、铜奖1项。2021年在中国高等教育学会工程教育专业委员会发布的机器人竞赛指数排行榜中,我校机器人竞赛战绩在总排行榜中位于前2-5%(评级为A),在非布点专业排行榜中位于前2%(评级为A+)(图17)。         

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图13 学生部分科技作品展示

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图14 学生部分参赛照片展示

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图15 学生部分获奖证书展示

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图16 2021年中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖项目展示

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图17 中国高等教育学会工程教育专业委员会发布的机器人竞赛指数排行榜

我校在总排行榜中位于前2-5%(评级A),在非布点专业排行榜中位于前2%(评级A+)

在学术创新方面,本科生参与科研项目人数达近280人,获批国家级和北京市级大学生创新创业训练计划项目25项。毕业生就业数据常年稳定在97%以上,毕业生质量受到用人单位的普遍好评(图18)。

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图18 毕业生就业数据与就业分布

2016-2021年间本科生发表学术论文26篇,其中SCI检索9篇,EI检索10余篇,SCI论文的最高影响因子达到16(Nano Energy期刊)。近五年来,近60名优秀本科生免试推荐至“双一流”大学攻读硕士学位,包括北京大学2人、清华大学2人、中国科学院大学12人、北京航空航天大学6人、北京理工大学6人、浙江大学2人、西安交通大学3人、华中科技大学2人、四川大学2人、电子科技大学2人、重庆大学1人、东南大学1人等,取得了良好的人才培养效果。