许德新，赵玉新，刘志林
（哈尔滨工程大学 智能科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150001）
全球高等工程教育引领者麻省理工学院启动“新工程教育转型”（NEET 计划），其目标是培养能够引领未来产业界和社会发展的领导型工程人才，实现工程教育由面向现在向引领未来的转变，从单向度思维向多向度思维的发展。我国需要能站在国际技术发展前沿，了解我国国情，适应和引领新技术、新产业，具有创新创业能力、系统思维、高素质的交叉复合型人才[1-2]。
智能科技作为新一轮科技革命和产业变革的核心驱动力，正在重塑经济社会运行模式，改变人类生产和生活方式，促进社会发展的整体跃升。据预测，2030 年我国人工智能核心产业规模将超过10 000亿元[3]。新一轮技术创新，代表着人工智能、先进传感、机器人、5G 网络、大数据等领域的发展，正推动全球产业结构的升级和优化，加速第四次工业革命的进程。这也要求高等教育界培养出具有创新力和竞争力，能够对未来社会产生重要影响的智能科技领域里的高素质创新创业人才[4]。
工程教育专业认证在我国高校实施多年，对创新创业实践能力的培养高度重视，但目前我国一些高校部分学生创新实践能力偏弱、不具备高效解决复杂工程问题的能力，与社会及行业对创新实践人才的需求脱节[5]。部分大四学生在进行毕业设计时计算机程序设计能力较弱，不能熟练使用软硬件开发及工具软件，在工程实践中系统设计和实施能力有所欠缺，论文撰写和汇报总结能力不足，创新创业潜力较弱。
《教育部 2021 年工作要点》指出：“建设国家产教融合联合培养基地。……推进大众创业、万众创新向纵深发展，促进产学研用深度融合。……强化综合实践育人，积极开展研学实践、志愿服务等综合实践教育。”[6]由此可见，为了在大学教育中提升大学生的创新创业实践能力，开展融合产学研实践的创新创业教育成为一项重要任务。
经过广泛调研和文献查阅，国内高校对创新创业实践能力培养方案的研究多从宏观角度开展，提出了现状的不足和解决的方向，深入学科专业角度进行机制、举措的研究相对较少[7]。很多研究主要着眼于工程教育专业认证，设计了旨在解决复杂工程问题的创新实践课程体系，但在实践课程的质量监控和评价反馈方面缺乏深入落实。此外，一些高校过于强调课外竞赛活动，无法覆盖并辐射所有学生，学生对创新创业教育内涵理解不深入，导致“双创”成果质量不高。当前，我国高校创新创业教育不足之处主要体现在资源配备及机制方面，未能充分实现“‘双创’导师、项目库、资源条件、实践平台”一体化建设。因此，以哈尔滨工程大学自动化类专业为例，教师进行了实践教学体系的重塑，构建了智能特色、产教融合、科教一体、“专创融合”、“思创结合”的实践教学体系。
1 创新创业实践能力培养存在的问题
当前，大学生能力的培养已经转变为以通识教育为基础、以竞赛活动为平台、以实践技能为导向的全面教育体系，不再局限于简单的理论知识掌握和实践能力培养。然而，在竞赛与人工智能相关教学相结合的创新创业教育领域，教育方式与理念的更新仍不及时。人工智能教学课程体系与模式单一，未制定适合创新创业人才培养的差异化培养目标，缺乏科学合理的顶层设计，人工智能实践教学平台缺乏，实践教学训练不够，实践教学机制不健全。将教学理念提升、创新创业实践课程设计、人工智能平台打造、师资队伍建设、教学制度设计等多个维度汇集成有机整体，形成能够推广的创新创业教育实践体系，还需不断摸索[8]。
在自动化向智能化发展的时代背景下，如何建立以智能为核心的技术实践平台和创新创业实践教学体系，成了亟待解决的核心问题。广大科技人员在创新创业过程中多依赖国外软硬件开发平台，推广自主可控的国产软硬件开发平台开展创新创业实践教育和人才培养是发展趋势，“教育部—华为”智能基座产教融合协同育人基地建设尚未全面普及，例如东北区域仅有5 所试点高校。多学科和跨界领导力成了新工科人才培养的重要目标，单一的学科平台不能完全适应与新工科专业相关的新产业对卓越工程科技人才的需求，如何建设面向未来科技前沿和产业需求的多学科交叉融合平台，成了摆在面前的现实问题[9]。
创新创业人才的培养需要树立技术产品全周期系统工程观，需要依托产学研合作实践平台来实现。当前校企合作与新兴产业的结合度不够，与企业合作的契合度不高，产教融合的紧密度不足，学生还不能完整树立产品、系统和过程全生命周期的系统工程观[10]。
2 解决方案与实施路径
2.1 面向智能科技前沿和新技术产业，一流企业助力创新创业实践
针对创新创业过程中多依赖国外软硬件开发平台的问题，以“教育部—华为”智能基座产教融合协同育人基地建设为契机，全面普及Mindspore深度学习框架、鸿蒙操作系统、昇腾鲲鹏国产人工智能基础软硬件，利用牵头建设黑龙江省新工科教育联盟、实践教学改革国家级虚拟教研室的优势，将智能基座计划的影响力辐射至黑龙江省乃至东北区域。
依托牵头落实建设的龙江工程师学院和高端智能装备产教融合育人联盟，协同智能科技领域龙头企业，践行产教深度融合，集聚一流创新创业教学资源。构建多元化实践体系，和华为等科技龙头企业深度合作，从理论到实践，探索教学活动关键环节，实现学生“学以致用”。以新思维、新模式、新机制推动校企产教深度融合、校地区域深度融合，有效地将企业提供的软硬件资源融入人工智能创新创业实践教学体系，调整和改进现有的创新创业实践教学体系，无缝衔接企业的技术和平台资源。
联合华为公司，通过“训练类、竞赛类、实习类”三类实践活动，层层深入，构建多元化实践体系，培养产业创新人才。根据当前人才培养需求，联合建设以华为鲲鹏、昇腾为代表的开源创新实践课，开展MindSpore、OpenEuler、OpenGauss 国产深度学习框架及操作系统、数据库基础软件应用研究，在学生学习过程中，基于华为提供的沙箱实验、技术沙龙等训练类活动，提升学生创新实践能力；在培养学生创新能力的过程中，鼓励学生参加华为软件精英挑战赛、开发者大赛等竞赛类活动，激发学生创新思维；在学生实践的过程中，充分利用华为提供的全国24 个鲲鹏昇腾生态创新中心实习机会、开源社区项目参与机会等实习类活动，使学生积累项目实战经验，开展的产教融合实践项目和资源如图1 所示。
图1 产教深度融合的实践项目和资源
2.2 人工智能系列竞赛课赛结合，一流课程及典型案例助力创新创业实践
开展以激励学生参加智能类竞赛带动理论知识学习的教学新模式。在基础理论准备阶段，通过线上MOOC 预习知识，在线下教学中充分发挥项目教学、案例研讨和翻转课堂等方法[11]，重点结合项目开发，提升学生团队协作、创新设计的能力，课程项目设置答辩环节。鼓励学生参加创新创业类大赛，如中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生智能汽车竞赛、海洋目标感知国际挑战赛等，将竞赛赛题转换为多个课程项目，融入课程教学，形成赛课一体的闭环。通过在创新创业教学体系中突出竞赛和课程项目的驱动和引领作用，激发学生兴趣。把智能相关竞赛的必要知识点无缝融入课程大纲和知识体系中；改进现有课程大纲，使学生通过课程学习可以参加智能领域相关竞赛。研究竞赛和项目牵引的实践创新，形成竞赛与教学相促进的特色育人模式。探索竞赛类型的多样化，与多学科课程紧密融合，形成“智能+”的赛课结合特色。
以学生参加和完成实际项目并提升能力为导向，带动理论知识点学习，贯彻工程教育专业认证理念，提高学生创新以及解决复杂工程问题的能力[12]。以“智能+”典型课程，如人工智能导论、模式识别、数字图像处理等为教学研究载体，研究自主可控的人工智能开发平台与软硬件框架。在充分利用国内一流企业提供的硬件算力和软件开发环境的基础上，开发“智能+”课程的特色教学案例，探索具有特色的项目案例设计，形成可以推广到全国高校的案例库。
2.3 师资队伍与课程体系建设保障，助力创新创业实践教学
在创新创业实践师资队伍建设上，构建校内外创新创业导师团队（如华为企业导师和校内课程导师共同指导学生完成创新实践项目），完善高校创新创业教育体系管理团队和师资结构，完善实践保障环境和师资奖励机制，健全教师创新创业能力评价体系。在构建创新创业实践课程体系时，借助有效的课程载体，将创新创业实践教育融入人才培养计划，优化“智能+”课程教学方法，形成闭环教学流程。
依托学校骨干教师，选择具有创新创业精神和相关经验的中青年教师，组建创新创业教育团队。将相关行业领袖、创业成功者、企业家和资本运营专家聘为客座教授，以扩充创新创业教师队伍，提升创新实践指导水平。举办“双创”沙龙等经验交流分享会，进一步提升创新创业教师的授课能力。在创新创业课程体系上，依托船舶导航与控制国家级实验教学示范中心，从课内到课外，从通识选修课到创新创业综合实践课，从全面普及、兴趣引导的系列活动，到对标一流、追求卓越的高层次学科竞赛，形成“多元开放、多层次、模块化、课内外一体、‘双创’结合”的实践教学体系。在从通识选修课到“双创”项目实践和竞赛的一系列教育活动中充分体现以智能为核心的多学科交叉融合。
在受众广泛的“智能+”通识课程（如人工智能导论、数字图像处理等）中，有效融入创新创业教育理念和项目实践。将企业（如华为）提供的自主研发的教学案例项目融入理论知识学习和实践中，激发学生对创新创业的热情以及对智能科学和技术的兴趣。探索通过实际应用激发学生对课程知识的学习兴趣，使项目与理论知识紧密融合，学生在实际项目中学透理论知识，结合企业需求把理论知识活学活用，形成新型教学模式。
利用黑龙江省教育教学改革重点课题的支持，推动新工科实践类课程“双融合双负责人”思政育人模式的探索与实践。建立专业课与思政课教师深度合作、融合教研制度，推行课程思政“双负责人制”和“结对子”机制，以提升教学质量和教师协作效能，推动新工科课程思政体系建设[13]，使各新工科专业课程与思政课程同向同行、形成协同效应，推动知识传授、能力培养和价值塑造融合统一，培养新时代适应未来新兴产业需要、满足新经济需求、具备国际竞争力的多元化新兴新工科人才。
2.4 学科交叉实践及共享型创新实践“云平台”建设
单一的学科平台不能完全适应与新工科专业相关的新产业对卓越工程科技人才创新创业能力的需求[14]，因此，应打通数学学科、计算机学科、信通学科、控制学科与智能学科的壁垒，建设面向未来科技前沿和产业需求的多学科交叉融合平台，培养学生多学科融合能力和跨界领导力。
针对自动化向智能化发展的时代背景，建立以智能为核心的技术实践平台和创新创业实践教学体系。以开放共享型人工智能创新实践“云平台”建设为契机，建设人工智能软件库、计算池、网络池、资源池，结合课内外一体的模块化“双创”融合实践教学体系建设，结合人工智能、机器人工程等新工科专业的建设，形成一流软硬件平台资源和一流课程资源，满足“智能+”课程实践和实验环节对于人工智能算力的需求和学生参加创新创业训练计划及各类竞赛算力的需求。在智能科技领域，“双创”人才培养起到引领示范作用。
目前，以大数据驱动的智能科学对于硬件算力和可微分智能软件框架有着迫切需求，是创新创业实践教学的基础保障。开展对多学科共享的“云计算”平台建设方案的研究，打造服务全校师生的创新实践“云平台”，提供实时的人工智能实验“云平台”，使师生通过终端设备远程登录云服务器工作和学习。构建华为云服务和学校私有云服务协同方案，教师和学生在创新实践过程中，通过终端设备连接远程的庞大计算资源，完成模型的训练和学习，进一步部署到嵌入式移动端，从而保障以智能为核心的创新创业教育实践活动和研究的顺利开展。
通过对教学环节进行深入梳理，寻找与创新创业紧密衔接的关键点。教师不仅在教学大纲中引入思政案例，还将创新创业案例和模块写入课程教学大纲，以确保在教学过程中引入创新创业元素。此外，教师还着重建设并完善数字化资源，并与高等教育科技型企业“智慧树”等展开深度合作。制定课程数字化计划并设置工作室，计划将全部实验和实践项目数字化并上线运行。此外，教师还制定远期目标规划，基于课程开展知识图谱建设和数字资源开发，积极推进实践教学AI 课程，以帮助学生熟练掌握工程实践项目相关的知识点和技能。通过积极构建远程实验实践平台，建设实践教学数字化资源，让学生“随时随地可实践、循序渐进做创新”。图2 为基于GPU 集群的人工智能创新实践云平台。
图2 基于GPU 集群的人工智能创新实践云平台
3 建设成效
依托船舶导航与控制国家级实验教学示范中心，以“智能”为核心，以“目标牵引、组织保障、机制驱动、成果导向”为建设思路，以“学科交叉、思创结合、科教协同、产教融合”为中心特色，以“敢想敢拼、主动作为、集团作战、引领示范”作为中心文化，从课内到课外，从通识选修课到创新创业综合实践课，从全面普及、兴趣引导的系列活动，到对标一流、追求卓越的高层次学科竞赛，形成“多元开放、多层次、模块化、课内外一体、‘双创’结合”的实践教学体系，建设面向科技前沿和产业需求的创新创业产教融合“智能+”“云平台”，培训一流“智能+”创新创业师资，助力黑龙江“双创”人才培养和产业转型升级。
基于创新创业实践人才培养的探索与改革，目前依托船舶导航与控制实验教学示范中心，获批教育部新工科研究与实践项目1 项，实践教学改革国家级虚拟教研室1 个，全国高校黄大年式教师团队1 个，工业和信息化部研究型教学创新团队1 个，支撑学校获批国家级创新创业教育实践基地、全国首批深化创新创业教育改革示范高校、全国创新创业典型经验高校。学生在国际水下机器人竞赛、世界大学生水下机器人大赛中多次获得冠军，在“挑战杯”“互联网+”等学科竞赛中捧杯。教师连续三届获得全国高校自制实验教学仪器大赛一等奖，多门虚拟仿真、社会实践课程获评黑龙江省一流本科课程。图3 为课内外一体的创新创业实践育人体系。
图3 课内外一体的创新创业实践育人体系
4 结束语
针对当前校企合作与新兴产业结合度不够、与企业合作契合度不高、产教融合紧密度不足的问题，哈尔滨工程大学智能科学与工程学院利用校企联合实验室、协同育人基地、教育部校企合作协同育人项目建设等，与华为、百度等人工智能领域基础软硬件优势企业进行深度合作、校企协同，以学校牵头的龙江工程师学院建设为契机，以服务黑龙江产业结构转型升级为目标，与黑龙江省大型国有制造企业、高新技术企业团结协作，使智能科技领域的创新创业人才联合培养、创新创业企业联合孵化等工作纵深开展，协同智能科技领域龙头企业，践行产教深度融合，集聚一流创新创业教学资源。
本文关注国内高校在培养学生创新创业能力方面的现状和存在的问题，从哈尔滨工程大学自动化类专业学生培养的实践中汲取经验，围绕机制建设、课堂教学、课程体系和资源供给等方面进行梳理，提出了关于新工科背景下的大学生创新创业能力培养解决方案。强调在培养过程中突出智能特色，确保机制建设涵盖全体教师，面向全体学生，从而实现全过程、全方位的人才培养。在融合科教资源和产业资源方面，重视科研团队优势师资的引入，发挥科教及产教平台在“双创”教育中的作用，实现科教一体、产教融合。同时，重视课堂教学的关键作用，将“双创”教育纳入人才培养方案并深入实施，促进专业建设与创新创业教育深度融合。此外，特别强调专业教师与思政教师的合作，推动思政与创新创业有机结合。本文提出的方案和解决路径从课程建设、产教融合、科教融合、“思创融合”、师资队伍、平台创建等多维度出发，既考虑学生创新实践能力和创业能力的培养，又强调管理、协作、职业素养等非技术因素能力的培养，经过实践，证明其具有理想的实施效果。
