韓 璽，劉元盛，馬 楠

（北京聯(lián)合大學(xué) 機器人學(xué)院，北京100101）

0 引 言

2016年教育部發(fā)布《高等學(xué)?！笆濉笨茖W(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出：“科教融合是現(xiàn)代高等教育的核心理念，支撐人才培養(yǎng)是高?？萍脊ぷ鞯膬?nèi)在要求?！笨平倘诤系哪康脑谟谂囵B(yǎng)學(xué)生在未來競爭中所需要的發(fā)現(xiàn)問題、創(chuàng)造性解決問題的能力與科學(xué)素養(yǎng)[1]。近年國內(nèi)各高校在科教融合道路上積極探索的同時，也產(chǎn)生了許多成績，如北京師范大學(xué)大力建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應(yīng)用國家工程實驗室，中國科學(xué)院大學(xué)依托中科院65個研究所（京區(qū)38個所、京外27個所）承辦了19個科教融合學(xué)院等。

智能科學(xué)與技術(shù)在中國特色的科學(xué)和教育體系中，具有聚焦智能培養(yǎng)、呼應(yīng)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的社會需求，使我國在2030年成為全球人工智能創(chuàng)新中心，具有戰(zhàn)略意義[2]。以電子信息工程、軟件工程等專業(yè)為依托的人工智能研究領(lǐng)域?qū)O大地影響人們未來的生活方式，已成為國家發(fā)展的重大戰(zhàn)略；而傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)設(shè)計、電子技術(shù)課程設(shè)計等實踐課程實踐教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，教學(xué)方式上也多以“老師教、學(xué)生學(xué)”相對比較單調(diào)的方式進行，這既無法滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需求，也不適合“以學(xué)為本”的高等教育人才培養(yǎng)理念，因此，迫切需要開發(fā)適應(yīng)人工智能發(fā)展趨勢的新的實踐教學(xué)內(nèi)容，研究靈活的、適應(yīng)現(xiàn)代高等教育發(fā)展規(guī)律的教學(xué)方式。

2017年創(chuàng)新工場董事長李開復(fù)在“人工智能戰(zhàn)略展望會”上表示，在人工智能領(lǐng)域，無人駕駛將成為最會顛覆已有世界的技術(shù)。無疑無人駕駛是人工智能領(lǐng)域的重要組成部分，在北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院試驗區(qū)，它既是最主要的科研領(lǐng)域，也是本科教學(xué)的重要培養(yǎng)方向，從培養(yǎng)計劃、培養(yǎng)方案的制訂，到各課程大綱的執(zhí)行，在強調(diào)夯實基礎(chǔ)的同時，特別圍繞著無人駕駛這一方向打造學(xué)校特色。應(yīng)用型實踐是培養(yǎng)學(xué)生實際工程能力的重要手段，試驗區(qū)研發(fā)的“小旋風(fēng)”系列無人駕駛低速場地電動車教學(xué)平臺已初步應(yīng)用于本科的人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，在科教融合方面積累了一定的經(jīng)驗。

1 科教融合的內(nèi)涵與主要模式

1.1 科教融合的內(nèi)涵分析

科教融合，顧名思義是科研與教學(xué)的融合，而所謂融合則必然不是簡單的結(jié)合，而是“你中有我”“我中有你”，是彼此促進、相輔相成。1806年德國洪堡提出的“科研與教學(xué)相統(tǒng)一”的原則奠定了大學(xué)科教融合思想的基礎(chǔ)，1998年美國《博耶報告》強調(diào) “以科教融合重建本科教育”，同時強調(diào)實踐環(huán)節(jié)將基礎(chǔ)性或應(yīng)用性的科研與學(xué)生興趣的結(jié)合，使學(xué)生既完成相應(yīng)科研項目，同時又能履行社會服務(wù)職能[3-4]。人才培養(yǎng)一直是大學(xué)的根本任務(wù)，大學(xué)的教學(xué)與科研也均須為這一根本任務(wù)服務(wù)。但隨著科學(xué)技術(shù)和高等教育的發(fā)展變革，大學(xué)逐步成為了前沿理論與先進技術(shù)的“發(fā)動機”。微觀上來講，教師個體在教學(xué)和科研兩個方面的具體工作中會有所側(cè)重，國內(nèi)很多高校也將教師崗位類型劃分成教學(xué)為主型、教學(xué)科研型、科研為主型3類；宏觀上來看，高校的教學(xué)和科研不分伯仲，且教學(xué)和科研之間也存在著相互促進的作用。

科教融合是高校在“充分認識開展科學(xué)研究對于支撐人才培養(yǎng)和促進質(zhì)量提升的重要作用”后將“理念轉(zhuǎn)化為實踐”的舉措，既包括“在科研過程中實現(xiàn)教育”，也包括在教學(xué)過程中引入科研成果反哺教育[5-6]。

1.2 科教融合的主要模式

在我國，科教融合以大學(xué)為主導(dǎo)，研究院所、行業(yè)企業(yè)共同促進。世界各國模式的不同主要體現(xiàn)在管理體制上，由于歷史的原因，俄國與中國的模式有蘇聯(lián)國家集權(quán)體制的痕跡，大學(xué)和科研機構(gòu)均具有科研與教育兩項職能[7]。

北京聯(lián)合大學(xué)經(jīng)過多年辦學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)，明確提出了“建設(shè)高水平、有特色、首都人民滿意的城市型、應(yīng)用型大學(xué)”的發(fā)展目標[8]。機器人學(xué)院試驗區(qū)在李德毅院士的帶領(lǐng)下，將分隔的垂直學(xué)科劃分，轉(zhuǎn)變?yōu)榻徊?、協(xié)作式的科學(xué)研究，采取科學(xué)任務(wù)帶動創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，注重能力導(dǎo)向、科研訓(xùn)練、應(yīng)用創(chuàng)新的遞進式教學(xué)過程，注重多學(xué)科專業(yè)交叉融合、產(chǎn)學(xué)研深度結(jié)合、全程項目驅(qū)動的教學(xué)模式。

創(chuàng)建之初，院長李德毅院士就提出了“科學(xué)任務(wù)帶動人才培養(yǎng)，載體匯聚學(xué)科”的科教融合教育模式，并在2018年“全國高校人工智能學(xué)院院長/系主任論壇”上指出“工科開展人工智能教育是一項使命感緊迫和目的性明確的事業(yè)，和專業(yè)越分越細相比，北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院以明確的載體匯聚不同學(xué)科專業(yè)，問題導(dǎo)向，跨專業(yè)學(xué)知識，更學(xué)本領(lǐng)，以培養(yǎng)智能機器人產(chǎn)業(yè)人才為目標，探索中國智能產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)體系、課程設(shè)置、試驗平臺、成果轉(zhuǎn)化方法等”。學(xué)院以“小旋風(fēng)”系列低速無人駕駛場地電動車平臺（如圖1所示）為載體，以興趣活動的形式貫穿4年本科的新工科教育改革實踐。

圖1 “小旋風(fēng)”系列低速無人駕駛場地電動車平臺

2 應(yīng)用型大學(xué)科教融合的特征

在科教融合、校企聯(lián)合的理念下審視應(yīng)用型大學(xué)的核心競爭能力，應(yīng)是學(xué)生的知識應(yīng)用和創(chuàng)新能力[9]。與研究型大學(xué)不同，應(yīng)用型大學(xué)更注重培養(yǎng)學(xué)生理論知識在實踐中的運用能力，因此，其科教融合也有著自身的特征，如支持力度強、學(xué)生參與度高、科研成果更加適宜工程應(yīng)用等。

2.1 支持力度強

在國家相關(guān)政策的引導(dǎo)下，省部級、一些地方政府以及高校自身在高校教師科技創(chuàng)新方面加大了投入并予以一定的科研獎勵。與研究型大學(xué)相比，應(yīng)用型大學(xué)在人、財、物的投入上相對更側(cè)重于教學(xué)。而對于科教融合的研究型高校中往往是以教研項目或教改項目予以支持，換句話說，科研上的支持一般僅用于科研，而教學(xué)上的支持既包括教學(xué)本身也包括促進教學(xué)的其他手段，無疑科教融合是其中的一個重要組成部分。因此，應(yīng)用型大學(xué)對于科教融合在政策、經(jīng)費、配套服務(wù)等方面的支持力度更大，學(xué)校的重視程度更高。從另一個視角來看，科教融合本身也是科研應(yīng)用于教育的體現(xiàn)，符合應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)定位。

2.2 學(xué)生參與度高

與研究型大學(xué)不同，應(yīng)用型大學(xué)的科教融合并不進行高深理論的研究與再創(chuàng)新，因此，對學(xué)生的理論功底要求相對低一些。學(xué)生在參與教師科研項目過程中，往往通過結(jié)合行業(yè)實際應(yīng)用，能夠更直觀、更清晰、更透徹地理解知識應(yīng)用的過程，進而轉(zhuǎn)化為工程能力。相較研究型大學(xué)，應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生基礎(chǔ)薄弱是客觀事實，他們不能更不愿去進行繁雜艱深的理論推導(dǎo)、仿真計算等工作，而對實際工程應(yīng)用表現(xiàn)出更大的興趣。北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院“小旋風(fēng)”興趣活動小組學(xué)生的參與度超過了50%，且每一組都是由電子信息工程、軟件工程、自動控制等跨專業(yè)的學(xué)生組隊，各組均由學(xué)校智能車團隊一線教師統(tǒng)籌指導(dǎo)，學(xué)生在參與項目掌握技術(shù)的同時，也逐步形成了團隊協(xié)作意識和奉獻精神。

2.3 科研成果更加貼近工程應(yīng)用

應(yīng)用型大學(xué)中雖然不乏一些學(xué)校在部分學(xué)科上以前沿理論研究為主攻方向，但總體來說，還是以貼近行業(yè)的工程應(yīng)用項目和突破關(guān)鍵技術(shù)問題的研究項目為主。因此，應(yīng)用型大學(xué)的科研成果往往和產(chǎn)業(yè)需求更為貼合，更接地氣，其科研產(chǎn)出的表現(xiàn)形式往往是行業(yè)應(yīng)用，而不是高水平學(xué)術(shù)論文，這樣的成果對于應(yīng)用型大學(xué)的人才培養(yǎng)來說，也更適宜轉(zhuǎn)變?yōu)榻贪?、講義、實踐教學(xué)內(nèi)容等課程資源。

3 科教融合下的應(yīng)用型實踐課程建設(shè)思路與實施步驟

科教融合下的應(yīng)用型實踐課程重點在于合適的科研成果的合理轉(zhuǎn)化，北京聯(lián)合大學(xué)機器人學(xué)院“小旋風(fēng)”興趣活動小組貫穿相關(guān)專業(yè)4年本科生涯，但這一人才培養(yǎng)模式的實施也需要其他課程的“保駕護航”，特別是實踐類課程更直接影響到學(xué)生對于“小旋風(fēng)”相關(guān)無人駕駛技術(shù)的掌握情況。因此，以“小旋風(fēng)”無人駕駛低速場地電動車科研成果為依托，構(gòu)建應(yīng)用型實踐課程有著非常重要的意義。

3.1 設(shè)計實踐教學(xué)方案

通過梳理無人駕駛相關(guān)技術(shù)，遴選出適合轉(zhuǎn)化為實踐教學(xué)內(nèi)容的部分，并應(yīng)用于各實踐類課程中。

無人駕駛技術(shù)主要包括感知、決策、控制和交互4個部分，感知包括雷達（激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等）、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS-RTK差分定位系統(tǒng)，IMU/INS慣導(dǎo)系統(tǒng)等）、圖像（單目相機、雙目相機、紅外相機等）等傳感器系統(tǒng)，決策涉及傳感器融合、路徑規(guī)劃、障礙物識別等諸多算法，控制包括橫向控制（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）、縱向控制（油門、檔位、制動等）和輔助控制（燈光、座椅調(diào)節(jié)、車門、雨刷、空調(diào)等），交互涉及語音識別、語義解析、遠程互動、手勢識別等?？梢姡瑹o人駕駛涉及技術(shù)較為龐雜，轉(zhuǎn)化為實踐教學(xué)內(nèi)容需要根據(jù)授課對象和目標課程特點進行開發(fā)。圖2給出了一種分解無人駕駛技術(shù)并映射到應(yīng)用型實踐類課程中的方案。

圖2 無人駕駛技術(shù)到應(yīng)用型實踐課程的映射

3.2 實踐教學(xué)案例開發(fā)

在對無人駕駛相關(guān)技術(shù)進行梳理分解的基礎(chǔ)上，綜合考慮專業(yè)特點、學(xué)時、學(xué)生接受度、教學(xué)載體可行性等諸多要素，設(shè)計教學(xué)案例。在實踐教學(xué)中，注重學(xué)生已掌握的基礎(chǔ)理論知識與無人駕駛技術(shù)工程實際的有機結(jié)合，注重前沿技術(shù)的最新進展對實踐教學(xué)案例的豐富與補充，注重教學(xué)案例對學(xué)生團隊協(xié)作意識的培養(yǎng)，注重學(xué)生實際動手能力與動腦能力的并行提升。

3.3 沉浸式、互動式的教學(xué)方式

和諧有效的教學(xué)具有動態(tài)性的特征，實踐教學(xué)在教學(xué)載體上有客觀性的特征，在授課對象上有自覺能動性的要求，因此，教學(xué)方式的可接受度直接影響教學(xué)效果。現(xiàn)代教育觀點認為高等教育應(yīng)“以學(xué)為本”而不是“以教為本”，強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，因而對于應(yīng)用型實踐教學(xué)的設(shè)計，如何調(diào)動學(xué)生的主觀能動性尤為重要。無人駕駛相關(guān)技術(shù)在轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容時，需要充分考慮學(xué)生的興趣點以及對學(xué)生未來深造、就業(yè)的影響。沉浸式教學(xué)能夠更好地調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生可以利用實踐教學(xué)案例，“扮演”開發(fā)人員、測試人員、標桿司機、黑客、乘客等多種角色，全方面多視角地理解無人駕駛涉及的關(guān)鍵技術(shù)以及當前階段尚未解決的問題。

“多維討論”（教學(xué)內(nèi)容、技術(shù)發(fā)展、團隊合作、實踐效果等多個維度）式的互動教學(xué)，使學(xué)生在了解相關(guān)技術(shù)最新進展的同時，也加深對實踐內(nèi)容的掌握與理解，了解相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢、應(yīng)用前景。

4 應(yīng)用型實踐課程實施科教融合的難點

科教融合的重要性和必要性無須贅言，然而在其應(yīng)用于實踐課程的具體實施過程當中，客觀存在著諸多難點，至少包括以下幾個方面。

4.1 教師綜合能力的高要求

科教融合的實施對教師在科研能力和教學(xué)水平兩個方面都提出了比較高的要求，此外還須掌握一定的技巧將兩者融會貫通。事實上，對于高校教師而言，無論是科研還是教學(xué)，任何一個方面能做好都需要付出足夠的時間和精力，教師很難做到適宜合理的均衡，往往是專注于科研的在教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容上缺乏深耕，醉心于教學(xué)的在科研成果上差強人意。然而也應(yīng)當意識到，科研和教學(xué)并非是割裂的或者是矛盾的，而是存在著相輔相成、能夠互相促進的關(guān)系，且在更深層次的思維方式上，科研與教學(xué)也有著相通之處，誠如宋代教育家程頤所說“天下之理一也，途雖殊而其歸則同，慮雖百而其致則一”。

高校教師在科研和教學(xué)上的側(cè)重點不同，必然導(dǎo)致相應(yīng)的經(jīng)驗、能力也不同，科教融合的實施雖對教師的綜合能力提出了更高的要求，但也可以通過構(gòu)建“科研能力強或教學(xué)經(jīng)驗豐富”的復(fù)合型教師隊伍來開展，而不是一味尋求“科研能力強且教學(xué)經(jīng)驗豐富”的復(fù)合型教師。

4.2 科教融合點的選取

科教融合點的選取在應(yīng)用型實踐課程中是一個需要直接面對的難點。由科研成果轉(zhuǎn)化的課程資源既要涵蓋課程所須傳授的知識點，又要能夠培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的動腦動手能力和工程實踐能力；既要體現(xiàn)前沿性、先進性，又不能超出學(xué)生的接受能力范圍；既要考慮與先修課程、后續(xù)課程的銜接性，又要保證實踐教學(xué)內(nèi)容的完整性、可持續(xù)性；既要確保教學(xué)過程的嚴謹性，又不可抹殺學(xué)生的好奇心、求知欲。

因此，科教融合點的選取應(yīng)當在分析授課對象特點和科研成果適應(yīng)性特征的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的選取原則，將科研成果進行有效分解、轉(zhuǎn)化，使其成為可操作、能吸收、好營養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)課程資源。

4.3 現(xiàn)有教學(xué)體系的兼容性

科教融合本質(zhì)上仍是一種人才培養(yǎng)的途徑，仍須與現(xiàn)有教學(xué)體系兼容，而現(xiàn)有教學(xué)體系一般是基于專業(yè)的。一方面，社會分工的加劇，導(dǎo)致知識的分類日益深化、專門化，教學(xué)體系的制定也是圍繞著各自專業(yè)人才培養(yǎng)的目標和特點；另一方面，科研成果往往是基于更為復(fù)雜的、跨學(xué)科的知識取得。教學(xué)體系會在某一專業(yè)方向的縱深上循序漸進地展開，而應(yīng)用型科研成果的形成卻經(jīng)常是跨專業(yè)、橫向延展的，這一現(xiàn)象使得科研成果和教學(xué)體系間并不是一種緊密貼合的關(guān)系，而是在若干知識點、技術(shù)點上產(chǎn)生交集，進而導(dǎo)致由科研成果衍生的實踐課程資源與現(xiàn)有教學(xué)體系存在兼容性的問題。

這一問題很難通過廣義上調(diào)整教學(xué)體系來適應(yīng)科教融合，一方面教學(xué)體系的制定和修訂需要統(tǒng)籌考量諸多要素，另一方面各校的教學(xué)體系也存在制度經(jīng)濟學(xué)中的“路徑依賴”（即一旦進入某一路徑，就可能對這種路徑產(chǎn)生依賴，慣性力量會使這一選擇不斷自我強化，輕易走不出去，嚴重者甚至出現(xiàn)制度“鎖定”）。然而面對科教融合與現(xiàn)有教學(xué)體系的兼容性問題，從治標角度來看，可以考慮根據(jù)科研成果的具體情況設(shè)置跨專業(yè)的應(yīng)用型實踐課程，也可以將科研成果碎片化，化繁為簡、以簡馭繁，配合不同專業(yè)的教學(xué)體系。

科教融合下的應(yīng)用型實踐課程建設(shè)除上所述難點之外，還有諸如評價機制的客觀性與導(dǎo)向性、課程管理、跨專業(yè)知識重構(gòu)等問題，但是作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑，深化和加強科教融合教學(xué)模式是高等教育的必然選擇。

5 結(jié) 語

科教融合有利于高校優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，教師在將科研成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用型實踐課程資源的過程中，也必將提升自身科研和教學(xué)的業(yè)務(wù)能力，學(xué)生作為直接受益者，將得到更為優(yōu)質(zhì)的教育，貼合行業(yè)背景的應(yīng)用型實踐課程將使學(xué)生更容易獲得企業(yè)的認可。事實證明，作為現(xiàn)代高等教育的核心理念，科教融合已經(jīng)成為當今時代大科學(xué)、大教育發(fā)展的基本趨勢。在實施科教興國、建設(shè)科技強國、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等一系列國家戰(zhàn)略框架中，應(yīng)用型大學(xué)應(yīng)當樹立和堅持科教融合理念，可持續(xù)地進行政策支持與激勵，全面提高高等教育質(zhì)量。