IEM理念下工程導師制人工智能應用型人才培養

張 震

（哈爾濱劍橋學院智能與電氣電子工程學院，黑龍江 哈爾濱 150069）

一、引 言

隨著物聯網、大數據、云計算等技術的飛速發展，制造行業、信息產業都面臨著智能化升級，基于嵌入式應用開發的AI 機器人產業融合了多門學科和新興技術，成為了時代的寵兒，廣泛地滲透到人類的生活和生產中。這也使得全面掌握嵌入式、人工智能和機器人控制技術的應用型人才成為社會的緊缺。因此，高校應進行教學變革以適應時代發展需要。

在教育部大力倡導新工科專業建設的背景下，最快捷、高效地將行業用人需求融入教學課程的方法莫過于產教融合、協同育人。將企業的優秀工程師引進校園，采用項目驅動式的實踐課程體系，實施“工程導師制”的教學管理模式，更適合發揮雙方優勢。

二、傳統教學中存在的問題

（一）教學形式填鴨式

傳統的嵌入式AI 機器人控制類課程均以理論課為主，課堂教學上也主要是教師一言堂，講解大量的高深理論算法，學生被動接受知識，提不起學習興趣。教師即使很用心的去備課、講解、管理課堂紀律，但收效甚微。為了應付期末的一紙考試，學生主要是死記硬背復習資料，沒有消化理解、學以致用的課程學習，基本沒畢業就全部“還給老師”了。

（二）課程實踐驗證式

有些學校開設了實驗課程，主要用教學設備供應商提供的固定教具，教師則按照設計好的電路和代碼，為學生講解分析。學生按照指導書的操作步驟驗證下結果，從一開始就只能被動接受知識、照搬別人的東西，缺少獨立分析問題、解決問題的訓練。長此以往養成思維惰性，失去了探索性和創造性，畢業時很難達到企業的用人標準。

（三）教學融合度低

近些年大數據、人工智能、機器人技術迎來了爆發期，培養方案中的新興工程技術類課程已無法單靠一門課和一個學科支撐。如嵌入式AI 機器人課程將融合機械、電控、智能元素于一體。而部分講授此類課程的從教者仍死守自己熟悉的領域，不愿接受知識革新，拿著陳舊的教材，講授已經淘汰的技術，其教出的學生也必將跟不上時代發展的需要。

（四）缺乏考核靈活度

嵌入式AI 機器人一般為綜合性實踐課程，培養的學生需要具備智能算法仿真分析、硬件電路設計制作、軟件程序編寫以及外形結構設計等能力。根據調研顯示，很多高校此類課程還采取筆試或提交紙質報告的考核方式。這樣考核出來的好多高分學生經常紙上談兵，甚至都沒動手調試過電路、沒敲過幾行自己設計的代碼，很多都過不了公司的試用期就慘遭淘汰了。

三、IEM 教育理念下工程導師制的教學改革

IEM（Integrative Education Model）一體化教育模式，為應用型本科高校產教融合育人提供了有效途徑。IEM 教育在人才培養上，基于“四大教育平臺”（通識教育平臺、專業教育平臺、實踐教育平臺、創新創業創造教育平臺）和“四大育人工程”（德育實踐工程、養成教育工程、朋輩教育工程、家校協同育人工程），培養具有“四雙”能力的高素質應用型人才，探索并創新了人才培養模式。

（一）教學形式多元化

多媒體、信息技術日新月異的時代，學生獲取知識的方法已不局限于課堂講授。嵌入式AI 機器人這類課程可嘗試在開放性實驗室精品化小班授課；課堂教學慕課與教師講解并行；采用翻轉、研討式的教學模式，學生課前自己查找資料，課堂以師生研討的形式完成教學內容。教師應把舞臺和更多表現的機會留給學生，進而培養其自主學習的興趣和能力。

（二）教學層次進階化

信息產業的技術每五年就會有大的升級，一門復雜技術單靠一門課程的學時是遠遠不夠的，學生僅學到點皮毛。而企業對應聘者的技術門檻要求又比較高，導致很多應屆畢業生很難得到就業機會。目前較好的課程設置方法是采取同方向課程進階體系，以嵌入式課程為例，可采取三進階的模式，如圖1所示。

圖1 嵌入式課程設置三進階結構圖

第一階段是零基礎入門的51 單片機；第二階段是STM32 嵌入式技術；第三階段是基于Linux的嵌入式操作系統。3 個階段遞進式完成復雜技術學習，對學生從事嵌入式研發崗就業非常有競爭優勢。

（三）教學項目驅動化

工程技術類課程的教學應采取項目驅動的模式。具體的項目可以從校企橫向課題、各類競賽中提取。應模擬實際企業的產品研發過程，完成項目化驅動教學的內容。以嵌入式AI 機器人項目驅動為例，企業實際產品開發流程如圖2所示。

圖2 企業項目產品開發流程圖

項目驅動教學可選擇量級小點、復雜程度低點、但麻雀雖小五臟俱全的案例內容完成學生階段的培養，學生在學習過程需要完成的流程如圖3所示。最終學生交付實物、電子版過程文件和工程報告。以此作為綜合實踐類課程的教學設計，學生畢業后與企業可無縫對接。

圖3 模擬企業項目驅動案例教學流程圖

（四）教學考核靈活化

嵌入式AI 機器人作為一門綜合性實踐課程，可以考慮以組隊項目比賽制的方式，進行最終的學生考評。如智能機器人運動競賽的形式，搭建賽道環境，最終考核以小組作品完成任務，實現全部功能用時長短來評定成績，如圖4所示。

圖4 智能機器人考核實訓圖

（五）綜合實踐導師化

高年級工程項目導師制是工程教育理念的催化劑。選擇企業工程師或校內雙師型教師設立工程技術或研究項目。學生從大二開始利用課余時間進入所選導師的項目研究室承擔項目任務，在工程導師身邊，每天能解決一個問題，日積月累，學生的工程素養必將得到提升，在其專業領域的就業上可由工程導師推薦至有合作關系的企業就業。人工智能機器人團隊的工程導師與學生融為一個團體，既是師生又是益友，經常在一起共同開展教學科研、實踐訓練、研討交流，其活動的部分場景如圖5所示。

圖5 工程導師與學生在一起進行研學活動的部分場景

四、試行成果展示

目前，基于IEM理念的人工智能機器人實踐課程體系工程導師制教學改革已在電子信息工程專業試點運行兩年。調研某導師與2018 級本科學生團隊的實際情況，取得顯著成效。

（1）學生組隊參加各專業類競賽均獲得不錯的成績，其中在人工智能機器人比賽、全國大學生設計競賽、智能車比賽等獲得優異成績，獲獎證書如圖6所示。

圖6 獲獎證書

（2）畢業找工作期間，學生每人平均拿到2～3 個企業的Offer，從事本專業技術崗位工作的就業率達到100%。最低起薪7000 元/月，最高13000 元/月。

（3）畢業設計完成情況，經過工程導師制綜合實踐訓練的學生獨立執行效率和完成效果均優于其他學生。畢業設計作品如圖7所示。

圖7 畢業設計實物制作圖

五、結 語

經過兩年多的教學改革和探索，基于IEM 教育的人工智能機器人實踐課程體系工程導師制在應用型人才的培養上取得了一定的成果。學生的專業成才率得到了明顯提升。就業質量、參加各類專業競賽的獲獎情況均大幅增加。學生實現了由被動學到主動學的轉變，學生的工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力均大幅提高。下一步，將該教學改革成果向同類院校和學院其他課程的教學中推廣應用。