新工科專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建

周劍峰，韓民

摘要：以新材料、新能源、生物技術(shù)等為代表的新工科發(fā)展需要不同學科的交叉融合和跨界整合，其課程體系仍不成熟，處于不斷探索之中。其中，如何構(gòu)建科學的實踐教學體系關(guān)系到學生實踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維的形成。本文嘗試分析新工科專業(yè)的特點和教學不足后，重點介紹了所在單位實踐教學體系多層次、模塊化、集成創(chuàng)新的構(gòu)建舉措。

關(guān)鍵詞：新工科；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）44-0109-02

我國經(jīng)濟發(fā)展正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級的重要階段，從依靠勞動力和能耗的經(jīng)濟拉升轉(zhuǎn)向依靠科技創(chuàng)新提升，“中國制造2025”“工業(yè)制造4.0”等一個個重大戰(zhàn)略相繼提出。在此背景下，國家需要布局面向未來的新工科專業(yè)，培養(yǎng)出新經(jīng)濟發(fā)展急需的新工科人才。而現(xiàn)階段，新工科人才培養(yǎng)明顯滯后于經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，難以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和跨界整合能力的新工科人才。為此，2017年2月，教育部在復(fù)旦大學專題召開了關(guān)于新工科的高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，探討新工科學科發(fā)展和工程教育問題。

南京大學現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學學院是新工科人才培養(yǎng)的代表，一直致力于新工科教學內(nèi)容和模式的探索。學院在原有功能材料專業(yè)的基礎(chǔ)上，面向新能源、光電信息、生物醫(yī)學工程等新技術(shù)領(lǐng)域，增建了三個對應(yīng)工科專業(yè)，堅持“以理為基礎(chǔ)、以工為方向，理工結(jié)合”的人才培養(yǎng)理念和“‘興趣和‘重大應(yīng)用雙力驅(qū)動”的學科發(fā)展理念，以現(xiàn)代工業(yè)的需求為導(dǎo)向，實施新工科人才培養(yǎng)的改革探索，取得了不錯的教學成效。本文將重點介紹該單位在新工科專業(yè)實踐教學方面的經(jīng)驗舉措。

一、新工科的界定

雖然迄今“新工科”并未明確定義，但筆者認為至少有兩方面可以納入新工科范疇：一是傳統(tǒng)工科在新技術(shù)支撐下得到較大新發(fā)展，數(shù)字化、智能化、微納化以及集成度進一步提升，如智能制造、機器人等；一是以前從未出現(xiàn)、面向未來應(yīng)用、引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的學科，如生物醫(yī)學工程、光電信息等。較之于傳統(tǒng)的工科，新工科在技術(shù)領(lǐng)域呈現(xiàn)出以下特征。

（一）技術(shù)門檻高，投入大

新工科多數(shù)涉及新理論、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，沒有經(jīng)驗可以借鑒，需要不斷嘗試摸索，技術(shù)難度大，相應(yīng)地，也需要更大的資金投入。近期，基于量子通訊技術(shù)的應(yīng)用開展很好地詮釋了此特征。

（二）需要多學科的交叉支撐

新工科多數(shù)屬于交叉學科，單一學科無法支撐新工科的發(fā)展。如本學院的生物醫(yī)學工程專業(yè)開發(fā)的“面向癌癥治療應(yīng)用的高精度手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)”，原理為通過具有熒光發(fā)光性質(zhì)的靶向顯影粒子在儀器下顯微成像。該技術(shù)即需要通過化學方法制備納米粒子，應(yīng)用熒光發(fā)光的物理性質(zhì)，在電子設(shè)備中成像，整套系統(tǒng)涉及物理、化學、生物和電子等多學科知識的應(yīng)用。

二、新工科專業(yè)實踐教學存在的問題

傳統(tǒng)工科實踐教學薄弱，實踐環(huán)節(jié)越來越少[1]。實踐教學僅僅作為理論教學的補充，浮于形式，內(nèi)容陳舊，難以開展和新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)的技術(shù)實踐。稍有難度的專業(yè)實驗傾向于演示性、驗證性開展，學生實踐能力難以提升。而新工科專業(yè)涉及知識面更廣，內(nèi)容更新，難度更大，實踐教學問題相應(yīng)更為突出，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）教師的工程素養(yǎng)欠缺

高校多數(shù)教師學術(shù)科研突出，但在工業(yè)應(yīng)用方面經(jīng)驗欠缺，難以給予學生面向應(yīng)用的工程實踐指導(dǎo)。

（二）實踐教學內(nèi)容不科學，不成體系

新工科在發(fā)展過程中，新知識不斷繁衍，同時和傳統(tǒng)工科之間存有交集，實踐教學難以凝練出科學的體系，更多地體現(xiàn)為拼湊，教學內(nèi)容因任課教師變化而異，缺乏持續(xù)性和系統(tǒng)性。

（三）教學設(shè)備和場地不健全，教學形式單調(diào)

新工科專業(yè)，如半導(dǎo)體，實踐教學所需設(shè)備要求較高，難以滿足。受教學條件限制，部分新工科的實驗，學生只能觀摩，而且教學設(shè)備遠落后于現(xiàn)行工藝設(shè)備，更新緩慢，學生難以受到和產(chǎn)業(yè)匹配的實踐訓(xùn)練。

（四）缺乏激勵學生創(chuàng)新實踐的開放管理機制

一是教學內(nèi)容設(shè)置上，缺乏拓展性實踐教學，不注重對學生在實驗基礎(chǔ)上發(fā)散型思維的培養(yǎng)和引導(dǎo)；二是實驗設(shè)備缺乏對學生的開放式管理，學生難以根據(jù)自身需要自主開展實驗。

三、新工科專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建

新工科的特點決定了在課程教學方面不能照搬傳統(tǒng)工科的教育模式，要做好新工科課程計劃：突破傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的“三段式”安排，擯棄將實踐課主要安排在高年級的做法，將實踐教學貫穿于教學的始終，發(fā)揮實踐教學對于激發(fā)學生興趣、活化知識聯(lián)結(jié)、激發(fā)創(chuàng)新意識的功能[2]。南京大學現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學學院針對新工科實踐教學的現(xiàn)存問題，從加強師資入手，以現(xiàn)代工程的應(yīng)用需求為導(dǎo)向，在材料、光電、生醫(yī)和新能源等新工科專業(yè)實踐教學方面做了改革優(yōu)化，取得了不錯的成效。其實踐教學中心在2016年以排名第一的優(yōu)秀成績通過“江蘇省高等學校實驗教學與實踐教育中心”考核。現(xiàn)將其經(jīng)驗介紹如下。

（一）多元化組建了“理論和實踐兼修”的師資隊伍

教師隊伍是持續(xù)提高實踐教學水平的關(guān)鍵，學院通過內(nèi)部發(fā)掘和外部聘用的方式建立了具有實踐經(jīng)驗的校內(nèi)外“雙師”隊伍。校內(nèi)發(fā)動具有學術(shù)頭銜的教師指導(dǎo)前瞻性實驗，校外聘任了一批具有海外現(xiàn)代企業(yè)實踐經(jīng)驗的“青年千人”教師指導(dǎo)專業(yè)實驗，同時聘用了一部分高新技術(shù)企業(yè)的工程師承擔工程教育和產(chǎn)業(yè)實踐教學。優(yōu)化的師資隊伍不僅提升了實踐教學的專業(yè)覆蓋面，而且也保證了多層次實踐課程的順利實施。

（二）開展了多層次、模塊化的專業(yè)實驗課程建設(shè)

現(xiàn)代工程不僅有對傳統(tǒng)工科的繼承，更是新工藝、新技術(shù)的創(chuàng)新。學院改變了傳統(tǒng)工科實驗教學僅在高年級開設(shè)的方式，將實踐教學貫穿本科四年培養(yǎng)的始終。針對不同專業(yè)分別開設(shè)了諸如“生物醫(yī)學工程專業(yè)實驗”“光學工程專業(yè)實驗”“新能源器件與工藝試驗”等模塊化專業(yè)實驗，全部實踐教學涵蓋傳統(tǒng)工程技術(shù)基本金工技能、專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、前瞻性實驗、產(chǎn)業(yè)實踐等5個層次的內(nèi)容，并且將精密加工、3D打印、激光技術(shù)、微加工技術(shù)等當代前沿的工程技術(shù)與技能納入培訓(xùn)教學體系中。100多門實驗課程充分考慮了實踐能力的漸次培養(yǎng)和與新工程技術(shù)的結(jié)合。

（三）信息化建設(shè)了開放式實踐教學管理系統(tǒng)

實踐教學的目的在于啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維，但固化的實踐模式不利于創(chuàng)新意識的形成，為此學院利用信息化手段實現(xiàn)開放式實踐教學管理，方便學生獨立自主地進行探索性創(chuàng)新實驗。一方面，學院積極建設(shè)“慕課”，讓學生網(wǎng)上隨時學，如“真空工藝與實驗技術(shù)”課程設(shè)立20個知識點，制作了300分鐘的視頻課程。又如開發(fā)了“原子力顯微鏡”“鋰空氣電池”等一批包含由基礎(chǔ)到綜合型、研究型的虛擬仿真實驗。另一方面，學院也建立儀器設(shè)備管理系統(tǒng)，讓學生可以根據(jù)需要網(wǎng)上預(yù)約自由使用實驗設(shè)備，并可在系統(tǒng)中和教師開展討論，充分落實了“構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—應(yīng)用”的國際工程教育理念[3]。

（四）落實了產(chǎn)學研深度結(jié)合的“校企協(xié)同”培養(yǎng)機制

企業(yè)是新產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用的最終實現(xiàn)者和推動者，也是人才培養(yǎng)的最終歸屬。學院先后和SK海力士半導(dǎo)體、京東方科技集團（液晶）、國泰華榮（鋰電）、江淮汽車（動力汽車）等現(xiàn)代企業(yè)開展實踐教學合作，讓學生有機會到企業(yè)第一線了解產(chǎn)品、工藝和行業(yè)，開拓了學生的視野，激活了學生的思維，也讓新工科人才培養(yǎng)體系更具針對性和有效性。

總之，學院整體考慮了新工科的特征，從優(yōu)化師資入手，豐富了實踐教學內(nèi)容，以“為產(chǎn)業(yè)和企業(yè)培養(yǎng)人才”為目標，在教學形式和教學管理方面進行了科學的改革，能夠滿足新工科人才實踐能力培養(yǎng)要求，取得了不錯的成效。

參考文獻：

[1]張煒，呂正則，吳藍迪，李恒.“智能科學和技術(shù)”引領(lǐng)工程教育發(fā)展新動向[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

[2]顧佩華，胡文龍，陸小華，包能勝，林鵬.從CDIO在中國到中國的CDIO：發(fā)展路徑、產(chǎn)生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

[3]“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[J].高等工程教育研究，2017，（1）.endprint