新工科視域下地方高校儀器類專業人才培養模式探索

馮修猛?歐陽晶晶

摘 要：在新工科背景下培養適應時代發展的人才是每個儀器類專業面臨的現實問題。本文以測控技術與儀器專業為例，分析了新工科人才培養的內涵特征和地方高校儀器類專業人才培養所面臨的問題，探索了基于工程教育專業認證理念的儀器類專業人才培養新模式，并以實際案例進行了分析。

關鍵詞：新工科；儀器類專業；產出導向；人才培養模式

一、引言

新工科視域下的人才培養改革不僅需要創新一批新專業，而且需要通過工科專業的繼承創新、交叉融合與協調共享，突破學科壁壘和專業藩籬，將互聯網+、智能制造等滲透到工科教育中，著重培養具有工程創新能力和適應變化能力的新型工程人才[1]。具體到儀器專業而言，新儀器與用戶的交互突破了物理上的障礙，增強了自身功能，共享更多資源，拓寬了服務范圍，使得高等教育中儀器類專業的革新受到空前重視。儀器類專業屬于寬口徑多方向專業，是集電子、光學、計算機與自動控制技術等眾多學科交叉融合的綜合性學科。然而，儀器技術快速發展的同時對儀器人才的技能與知識儲備提出了新的要求，對目前儀器類專業人才的培養模式帶來了重大沖擊。在此新舊技術激烈碰撞的時期，儀器類專業人才市場上“過剩”與“短缺”并存，形勢較為嚴峻。一方面許多高科技新經濟型企業面臨人才難求的困境，另一方面高校面臨著畢業生就業難，二者如何調和是一個重大問題。以測控技術與儀器專業為例，在新興的人工智能領域，急缺熟練掌握“深度學習”人才，但高校里培養的本科生、研究生，除了少數人涉及，很多學生并不知曉深度學習。測控專業知識體系涉及廣泛，本身包含著計算機科學的范疇，但由于教學大綱、培養方案、課時等制約，教師基本很難有機會提及與當前市場發展密切結合的技術。高校的教學體系很難隨著新技術的更新換代而實時更新，這就需要高校對專業人才培養提出新的思考，不至于“跟風”也不至于“守舊”，對儀器類專業的發展提出新的挑戰。

對于立足區域的地方高校而言，在校企合作、地方資源支持等方面存在一定的優勢，但其在深化工程教育改革、創新經濟社會互動發展模式、適應區域經濟發展和產業轉型升級等方面仍有很大發展空間，在大數據、云計算、物聯網、人工智能等新技術、新產業對儀器人才的需求方面不易把握[2-3]。因此亟須探索一條適合新工科建設的人才培養新模式。

二、新工科專業人才培養的內涵特征

新工科的“新”是產業對工程人才的新需求，注重社會發展和經濟需求對人才培養的導向。新工科建設的新產業發展需求邏輯的本質即工程教育[4]，而教育部高等教育司司長吳巖指出我國高等工程教育必須深刻理解“學生為本、產出導向、持續改進”的核心理念，實施卓越工程師教育培養計劃升級版，強化辦學特色，面向區域經濟發展需求培養人才[5]。因此，在新工科背景下深化人才培養模式改革，強化新工科專業人才培養質量，必須把握“以生為本”“產出導向”等內涵特征，進而提升我國工科人才培養的質量和水平。

（1）人才培養新目標：以生為本。《華盛頓協議》將“以生為本”理念貫穿人才培養的始終，強調“以學生為主體”“以學生發展為本位”等要旨，把培養學生的就業能力放在首位[6]。目前新工科建設中培養的工程技術人才要具有學科交叉融合的知識運用能力、解決復雜工程問題的能力等[7]。這些就業能力的培養要求我國高等工程教育工科人才培養方案的制訂應抓住“以生為本”這一核心培養目標，將目標分解、細化，建立對應的知識體系，將通識教育與跨院系課程的設置、實踐課程的設置、研究項目的設計開發等一并納入培養方案之中，實現對學生由“輸入—輸出”的全過程指導。同時落實好新工科的“五新”方針，在激發學生學習興趣、鼓勵學生創新創業、加強校企協同培養等方面下功夫，以此來培養專業水平高、就業能力強的工科人才。

（2）人才培養新模式：產出導向。產出導向作為工程教育專業認證的核心理念已經深入人心，它強調教學的反向設計和學生取得的學習產出，關注學習過程和教學評價效果。它在教學目標上落實了工程認證的畢業要求，在教學內容上具有更大的選擇性，更能體現“學生為本”，在教學評價上注重多元化[8]。“產出導向”強調按照社會發展和經濟需求培養人，“CDIO”則是強調職業環境來培養人，“CDIO”為實現“產出導向”提供了可參考的經驗[9]。對此，新工科建設要牢牢把握這一核心，總結“CDIO”工程教育人才培養改革經驗，將“產出導向”理念融入新工科建設的全過程，加強專業核心知識的教學、增強實踐訓練課程的比重、提升學生解決復雜工程問題的能力，循環形成以產出為導向的新人才培養模式，強化其與新工科建設的對接等效性，不僅創新了新工科專業人才的培養體系，還有利于新工科專業人才能力的增強和水平的提升。基于上述，新工科背景下新工科專業人才培養的要求為我國高校儀器類專業人才的培養指明了新方向、提供了新舉措。

三、儀器類行業發展趨勢與人才需求

1.新儀器發展過程

傳統儀器一般是指用于檢出、測量、觀察物性參數等的裝置或設備。科技發展瞬息萬變，昨天的“Alpha-Go”被今天的“Alpha-Zero”取代，明天更多的“Alpha-X”出現。新儀器是指在傳統儀器基礎上，具備信息處理、 智能控制、 互聯、微型、多功能、大數據等特征的科學儀器，其外延使得裝備裝置向平臺轉變、測控技術向智能轉變、信息感知進行集成、結構從有形向無形轉變等。新儀器的發展也將經歷幾個階段，每個階段對工科人才知識能力有不同的要求。早期階段：儀器由電子電路轉換數據，可直觀直讀，人工計算比對后可得測量結果；中期階

段：智能儀器具有微型處理系統，需自動化操

控，測量結果準確無誤；后期階段：新一代儀器具備信息處理、智能控制、大數據等特征，對人才的信息化能力、復合型技能等方面要求較高。

2.儀器類新工科人才的分類培養

2017年，新工科專題培訓班、全國高校新工科背景下儀器類專業教學研討會等相繼舉行，從契合產業發展需求、人才培養能力（實踐性、綜合性、創新性）等方面深刻討論了全國各高校儀器類專業的生存與發展，目前高校里的儀器類專業方向與新工科產業發展方向非常切合。

（1）傳統儀器類學生。傳統儀器類學生普遍缺少對本專業的體系特性和內涵的了解，以測控專業為例，學生大部分不知道測控與機械、光學、電氣和自動化的區別，學習過程中容易陷入“什么都學，什么都不精”的恐慌，以致于畢業就業時缺乏底氣。這需要在專業建設與人才培養方案制訂時，明確本專業到底“測什么、控什么、用什么儀器”等，讓學生知曉測控技術與儀器專業本身的特色和優勢在哪里。每個高校特征不同，各高校測控專業在建設新工科時，應有側重點地推進。綜合實力強的工科優勢高校更加注重國家戰略、新技術、新產業等未知領域發展，以此引領新工科建設；專業實力強的高校更加注重產業急需領域而成為新工科建設的主體；地方高校則主要聚焦區域經濟和產業發展領域，支撐新工科建設[10]。

（2）儀器類新工科人才。新工科可以理解為代表現代科學、應用科學、工程和工業實踐的創新與進步、不同的學科交叉與融合而形成的新興工程、新范式和對工科的新認識。當前，高校內大多數儀器專業培養的畢業生擅長于理論解題，入職后遇到實踐問題時往往很難提出有效的解決方案，這種培養模式既不符合新工科發展趨勢，也難以滿足儀器行業對工程人才的需要。而儀器類專業正處于各個大類方向的交叉點，學科交叉更易產生產出，同樣也能更快適應當前新工科的發展。

根據我國目前工程教育改革的實施情況，總結卓越工程師教育培養計劃、工程教育專業認證、“CDIO”等前期探索的經驗，明確儀器類專業人才培養目標，改革儀器類人才培養新模式，更好地對接產業經濟社會發展需求。儀器類新工科人才應是具備多學科知識應用能力、工程實踐創新能力、解決復雜工程問題分析能力、國際競爭力的復合型高素質工程技術人才。

四、構建新工科建設中的儀器類專業人才培養新模式

地方高校需要根據區域經濟社會發展需求，明晰自身辦學定位與特色，堅持工程教育專業認證中“學生為本、產出導向、持續改進”核心理念，以“解決復雜工程問題”的能力為導向整合課程體系及教學模式，積極探索基于“產出導向”的人才培養新模式。

1.內涵建設

（1）反向設計，確定人才培養新目標。新工科的建設結果主要貢獻于產業，高校根據區域經濟社會發展需求，反向設計培養方案，以行業和崗位要求為導向、以能力培養為核心、以課程群與“微專業”為單元，依托產教融合，明晰人才培養目標和定位；頂層設計，構建專業與產業無縫對接的人才培養結構。

新工科背景下培養的儀器類人才需要采用新的教學模式和教學方法。將傳統理論和新科技新變革相結合，改變原有教學思想，提高學生學習興趣。傳統灌輸式講授容易使學生產生聽覺疲勞，適當引入新型網絡授課模式及翻轉課堂等教學方法，讓學生參與思考的過程更能調動學生積極性。

（2）交叉融合，重構人才培養新體系。一項新技術的發展需要依賴于多學科交叉，新工科的“新”并非一致開設新專業，更多應落腳在教學內容的更新。針對測控技術與儀器專業，新技術的發展融入物聯網、大數據分析、人工智能、智能醫院等內容是非常必要的。課程是人才培養的主渠道，新知識結構的構建包括課程的增減、內容的優化；比如設置課程群、重構靈活的模塊化課程體系、培養職業核心能力、設置自主個性化與專業拓展課程群、開發在線課程等，為學生提供更多課程資源，構建完善的課程體系。

（3）雙師雙能，提升師資隊伍新能力。教師的眼界影響學生的視野，教師對于新科技的洞察力決定授課質量。新工科要求面向產業，面向未來。目前，地方高校教師多數是從學術研究型高校畢業后再進高校，沒有經過企業工程實踐鍛煉，使用的教材更新速度和研究領域的創新趕不上新工科發展的步伐。因此，提升地方高校教師的工程實踐能力顯得尤為重要。高校應引進行業企業專家或技術拔尖人才，送教師進企業，深化教師產學研合作、聯盟計劃等項目，以科研成果促進教學，與企業共建校企合作課程，搭建聯合實驗室與實習實訓平臺，推進“雙師雙能”型教師隊伍建設，形成校企共贏的人才培養模式。

（4）對接產業，打造實踐教學新平臺。與企業合作搭建創新創業實踐平臺，為培養學生工程創新能力提供支撐。加強課外實踐教學環節，倡導“院院有賽事、人人都參與”的學科技能競賽氛圍，積極承辦和參加國家級、市級各類競賽，鼓勵企業冠名的技能競賽，形成多層次、全覆蓋的學科技能競賽體系，積極鼓勵學生參加創新創業大賽，培養學生對短期實踐獲得的成就感，激發學生興趣，調動學生的主觀能動性。此外，高校應加強實習基地和校企聯合培養工作室建設，完善創新創業創意教育體系，強化工程實踐創新能力培養。

（5）國際接軌，提升工程教育新質量。新工科背景下培養的工程技術人才應具備國際視野。目前，我國已建立具有自身特色、國際實質等效的專業認證制度和國際接軌的工程教育評價體系。此外，還需把我國本科專業類教學質量國家標準、工程教育專業認證標準和專業評估等評估模式相結合，開展專業質量三級認證與排名試點工作，完善基本質量認證、國家質量認證、國際質量認證三級專業認證體系。充分利用大數據分析方法和技術，將國家高等教育質量數據常態監測、專業質量認證和“三個一流”建設緊密結合，構建完善的質量保障體系，提升工程教育質量。

2.人才培養案例

學生創新實踐能力的培養離不開“面向課程體系與解決實際工程問題”實踐教學體系。新工科人才培養體系離不開校內核心課程、學生創新活動項目和綜合性學科競賽、畢業設計、社會實踐等多個環節的培養。上海電力學院自動化工程學院測控技術與儀器專業以此為契機，開設了創新教育試點班，按照全貫通模式改革測控專業培養方案中與大學生創新、產學研實踐活動項目和學科競賽緊密相關的六門專業核心課程（自動控制原理、過程控制設計、檢測技術、光電檢測、計算機硬件、單片機系統設計），將相關知識和能力點融入課程教學中。并先后開展了智能車模競賽、西門子工控比賽、電子設計大賽和機器人大賽，形成了四個大賽群。

基于知識和能力要求，構建了訓練環節、實戰環節和提高環節的逐級遞進閉環結構，改進了現有實踐教學體系，實現專業教育與創新教育的融合。

訓練環節：以核心專業課程群對接大學生創新活動體系，結合為訓練環節。通過核心專業課程教學內容、形式、課程設計等環節結合創新活動開展中所需知識與技能；通過課程相關的實驗平臺、學科平臺為依托設置創新活動項目，增強創新活動項目的工程性。

實戰環節：通過大學生創新活動項目和綜合性學科競賽，在實戰環節中，培養學生綜合工程素質，體現在德育、應用與創新三素養的培養。

提高環節：學生根據自己的實際情況，可以在畢業設計環節中延續創新活動項目或者將學科競賽的內容進一步提高。

該測控試點班的學生通過課程學習、大學生創新活動和學科競賽實戰，以及畢業設計和畢業實習，綜合工程素質能力得到了很大提高。學生對于參加試點班非常滿意，就業能力也大幅提高，深受用人單位歡迎。

當前，以信息產業和人工智能為代表的全球新科技產業革命驅動著世界新經濟格局的形成與發展[11-12]。高校新工科人才的培養以工程教育專業認證理念中“產出導向”為指引，根據國家新產業、新業態的發展需求，明晰學生能力要求與發展定位，反向設計人才培養方案，構建多學科交叉融合的價值塑造、知識體系、能力結構“三位一體”的課程體系，激發學生的創新意識和學習興趣，提升學生綜合素質與國際競爭力。因此，儀器類專業應加快新工科建設步伐，根據國家經濟社會發展需求，創新人才培養模式，將儀器類專業人才培養水平逐步提升到新的高度。

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[項目來源：上海市教育評估院2016年教育評估研究課題“上海高校專業評估、專業認證比較與對策研究”（編號：滬教評201603）]

[責任編輯：余大品]