新工科背景下新建本科院校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)探索

周 遠，陳 英，孫利平，胡放榮，張竹嫻，劉安玲

(長沙學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院， 湖南 長沙 410022)

第四次工業(yè)革命正引領(lǐng)著全球工業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革，為高等工程教育帶來挑戰(zhàn).為了保障產(chǎn)業(yè)變革所需的人力資源，促進新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，教育部于2017年開始實施系列新工科建設(shè)計劃[1]，包括“復(fù)旦共識”[2]、“天大行動”[3]、“北京指南”[4]等.新工科建設(shè)的重點在于新工科專業(yè)建設(shè)及其人才培養(yǎng)上[5].高校在建設(shè)某個具體的新工科專業(yè)時無統(tǒng)一詳細的現(xiàn)成路徑可走，需要在形成和發(fā)展過程中不斷摸索.一要考慮新工科專業(yè)的建設(shè)類型以及專業(yè)性質(zhì)[6-7]，根據(jù)專業(yè)溯源、內(nèi)涵、特征來摸索建設(shè)路徑.二要根據(jù)學(xué)校類型和特征有區(qū)別地建設(shè)新工科專業(yè)[8].不同高校的類型、辦學(xué)層次、辦學(xué)定位、服務(wù)面向各不相同，導(dǎo)致新工科建設(shè)思路和側(cè)重點不同.各校工科專業(yè)需按照所在學(xué)校類型特征以及專業(yè)自身現(xiàn)狀來建設(shè)和發(fā)展具有各自特色的新工科[4-9].

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是教育部2012年下發(fā)文件，將原有光電類五個專業(yè)合并而來的專業(yè)[10]，為教育部公布的首批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科專業(yè)[11].該專業(yè)具有引領(lǐng)性、交融性[12]、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等新工科專業(yè)的典型特征.目前全國已有230所不同層次、不同類別的高校開設(shè)有光電信息科學(xué)與工程專業(yè)，其中有超過80所高校屬于新建本科院校[13].該類院校本科辦學(xué)時間不長，基礎(chǔ)薄弱，辦學(xué)經(jīng)驗較為不足，專業(yè)建設(shè)系統(tǒng)性、計劃性、全局性欠缺.在這樣的辦學(xué)基礎(chǔ)上建設(shè)如光電信息科學(xué)與工程這類戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)面臨較大挑戰(zhàn).本文基于光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的典型特征以及新建本科院校的辦學(xué)基礎(chǔ)和特點，分析了專業(yè)建設(shè)方向.提出了政校企共同體構(gòu)建、辦學(xué)資源籌措、人才隊伍建設(shè)的思路.從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及課程考核方式等方面初步摸索了人才培養(yǎng)的途徑和方法.

1 由地方經(jīng)濟社會、產(chǎn)業(yè)發(fā)展及企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新需求確定專業(yè)建設(shè)方向

新建本科院校的光電信息科學(xué)與工程新工科專業(yè)建設(shè)，首先需要正確樹立建設(shè)理念和思路.一要從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以地方經(jīng)濟社會、產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向[3].既要深入分析地方激光加工、光纖通信、光電顯示、光照明、光存儲、太陽能光伏、激光醫(yī)療、軍用光電裝備等產(chǎn)業(yè)當(dāng)前和未來的發(fā)展需求，又需研判地方光計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3D顯示、虛擬現(xiàn)實等未來新型產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)怆娦畔⒓夹g(shù)的需求.圍繞這些產(chǎn)業(yè)對光電信息類人才知識結(jié)構(gòu)、素質(zhì)能力的要求確定人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)出“適銷對路”的人才[5].二是走應(yīng)用型發(fā)展之路，培養(yǎng)復(fù)合型高素質(zhì)光電工程專業(yè)人才.三要走差異化、特色化、內(nèi)涵式發(fā)展思路.在地方范圍內(nèi)，比較分析設(shè)置有光電類專業(yè)的其他院校的辦學(xué)特點和服務(wù)面向.結(jié)合自身特點確定在光電領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢和潛力并有資源投入保障的專業(yè)發(fā)展方向并集中資源投入建設(shè)，形成特色，與地方其他高校成為互補.

2 構(gòu)建政校企共同體，推進專業(yè)建設(shè)

新建本科院校建設(shè)光電信息科學(xué)與工程新工科專業(yè)，需要建立與地方范圍內(nèi)電子、信息類產(chǎn)業(yè)實務(wù)部門、行業(yè)、企業(yè)、研究院所、高校的聯(lián)系，開展產(chǎn)學(xué)研合作[14].新建本科院校在與綜合性大學(xué)開展校企合作競爭中處于劣勢的情況下，只能堅持差異化發(fā)展思路[15].一是根據(jù)地方企業(yè)的人才需求和高校自身特點，集中資源建設(shè)具有自身優(yōu)勢和特色而又在區(qū)域內(nèi)老牌綜合性大學(xué)發(fā)展偏弱的光電領(lǐng)域?qū)I(yè)方向.二是與綜合性大學(xué)培養(yǎng)學(xué)術(shù)型人才偏向相異，新建本科院校要強調(diào)提升學(xué)生光電信息工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)與地方企業(yè)需求零距離接縫的應(yīng)用型人才.三是與綜合性大學(xué)教師科學(xué)研究偏向?qū)W術(shù)研究相異，新建本科院校需引導(dǎo)教師主動對接區(qū)域行業(yè)企業(yè)的需求開展科研和技術(shù)研發(fā)，幫助企業(yè)解決轉(zhuǎn)型升級和產(chǎn)品創(chuàng)新中的關(guān)鍵技術(shù)問題.通過以上路徑，使企業(yè)愿意參與到應(yīng)用型工程教育人才培養(yǎng)中來，形成校企共生共贏的協(xié)同育人模式.要讓光電類行業(yè)企業(yè)參與到教育教學(xué)各個環(huán)節(jié).校企合作培養(yǎng)人才或開展技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)要具有前瞻性，不但要針對光電行業(yè)企業(yè)當(dāng)前發(fā)展所需，更要面向未來的發(fā)展需求[5].

3 多元化渠道爭取辦學(xué)資源，建設(shè)教學(xué)和科研平臺

新建本科院校辦學(xué)基礎(chǔ)薄弱，而相對其他專業(yè)，光電信息科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)所需的教學(xué)科研實踐平臺搭建相對昂貴，辦學(xué)資源創(chuàng)建為該專業(yè)新工科建設(shè)帶來了挑戰(zhàn).資源創(chuàng)建和平臺搭建的思路可歸納為三條：一是在優(yōu)化整合校內(nèi)資源的同時，通過多元化渠道爭取外部辦學(xué)資源，創(chuàng)造辦學(xué)條件.不但要利用區(qū)域優(yōu)勢爭取各級政府、行業(yè)部門在政策、經(jīng)費和其他資源的支持，還需主動聯(lián)系和挖掘產(chǎn)業(yè)行業(yè)和社會各界優(yōu)勢資源.二是建設(shè)貼近工程實際的實踐教學(xué)創(chuàng)新平臺.基于地方光電類產(chǎn)業(yè)需求，有針對性地建設(shè)貼近光電行業(yè)生產(chǎn)實際，滿足光電企業(yè)崗位需求的真實崗位實習(xí)實訓(xùn)平臺，典型例子如激光制造與測試實訓(xùn)系統(tǒng)、光電子器件制備與測試組網(wǎng)實訓(xùn)系統(tǒng)、光通信技術(shù)與應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)等.基于光電信息技術(shù)前沿創(chuàng)新性和學(xué)科交叉性特征，建設(shè)工程創(chuàng)新和技術(shù)開發(fā)平臺，如針對物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3D顯示、虛擬現(xiàn)實等新型應(yīng)用的光電信息技術(shù)開發(fā)平臺等.三是充分利用優(yōu)質(zhì)共享教學(xué)資源，如國家、地方開放型光電類相關(guān)實驗室、工程技術(shù)中心以及線上光電類課程教學(xué)資源.

4 組建雙師型人才隊伍

高等工程教育的新工科改革成敗關(guān)鍵在人.新建本科院校師資普遍工程實踐能力弱，需要建立一支教育教學(xué)能力、科研能力和工作經(jīng)驗兼?zhèn)涞摹半p師型”跨學(xué)科教師隊伍.首先，根據(jù)新工科改革需要改造現(xiàn)有教師隊伍.一是與企業(yè)合作，建立設(shè)在企業(yè)的教師訪學(xué)或培訓(xùn)基地，通過掛職、工作、訪學(xué)、培訓(xùn)等多種方式有計劃有組織地派遣教師到企業(yè)一線工作.二是鼓勵和支持青年博士到企業(yè)博士后流動站從事工程技術(shù)研發(fā)工作.三是改革教師職稱評定體系，為工程實踐能力強、應(yīng)用性研究成果突出的教師爭取更大職稱晉升空間.然后，完善教師聘用體系，解除人事制度的制約，從企業(yè)、產(chǎn)業(yè)部門引進工程經(jīng)驗豐富、工程能力強的光電類專家或工程師充實教師隊伍.

5 優(yōu)化人才培養(yǎng)模式和課程體系，改進教學(xué)方法和教學(xué)手段

人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新是新工科專業(yè)建設(shè)中的關(guān)鍵[16]，需要結(jié)合自身優(yōu)勢和特點，堅持以學(xué)生為中心的理念，按照新工科建設(shè)的需求改革課程體系、教學(xué)內(nèi)容和考核方式，更新教學(xué)方法和教學(xué)手段.

5.1課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革

新建本科院校在建設(shè)光電信息科學(xué)與工程新工科專業(yè)時，由于基礎(chǔ)較弱，課程體系不宜求大求全.一要針對地方光電相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，確定具有明顯優(yōu)勢和潛力并有資源投入保障的課程構(gòu)建課程體系并集中有限教育和研究資源建設(shè)各門課程，形成辦學(xué)特色.二要結(jié)合光電信息新技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀和趨勢更新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu).既要發(fā)揮現(xiàn)有專業(yè)基礎(chǔ)和優(yōu)勢，又要關(guān)注影響地方光電信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新思想、新知識、新技術(shù)與新方法，將其融入教學(xué)內(nèi)容.三要注重多學(xué)科交叉融合與問題導(dǎo)向.光電信息科學(xué)與工程本身是以光電子為主體，光學(xué)、電子、信息、機械等多學(xué)科交叉衍生的專業(yè)，在新工科背景下，該專業(yè)在新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動下，其課程體系和教學(xué)內(nèi)容更需要注重學(xué)科交叉融合.一方面可根據(jù)地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)需要的光電新技術(shù)發(fā)展需求開設(shè)一些跨學(xué)科專業(yè)課程，另一方面也可在經(jīng)典課程內(nèi)容基礎(chǔ)上融入其他學(xué)科的前沿新知識、新技術(shù)和新動態(tài).四要圍繞光電信息相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推進教學(xué)內(nèi)容改革，通過實施諸如光電卓越工程師人才培養(yǎng)計劃來突出培養(yǎng)具有實踐能力、創(chuàng)新能力、工程思維以及職業(yè)素養(yǎng)的親產(chǎn)業(yè)型人才.

5.2教學(xué)方法改革

新工科背景下，應(yīng)以提升學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力為動機，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為主線，構(gòu)建以學(xué)生為中心的工程教育生態(tài)，推進工程人才培養(yǎng)的新型教學(xué)方式方法變革.典型教學(xué)方法有工程崗位模擬教學(xué)法、工程案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法、線上線下混合式教學(xué)法等.

工程崗位模擬教學(xué)法是指基于校內(nèi)模塊化實踐教學(xué)平臺，通過光電企業(yè)運營中的生產(chǎn)、裝配、檢測等真實崗位對學(xué)生實施輪崗實踐教學(xué)，全面模擬光電企業(yè)典型產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程.該教學(xué)法將工程實際嵌入課程教學(xué)，能讓學(xué)生直接掌握典型光電器件、系統(tǒng)的設(shè)計、制作、工藝、檢測等環(huán)節(jié)流程，從而將職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對崗位知識、能力、素質(zhì)的要求內(nèi)化于課程實踐教學(xué)，培養(yǎng)高層次光電信息技術(shù)應(yīng)用型人才.

工程案例教學(xué)法是指在課程教學(xué)中結(jié)合知識模塊引入光電信息類實際工程案例，組織學(xué)生分析討論并提出解決方案，最后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)評述各方案的優(yōu)缺點.首先，需要結(jié)合工程實際，將同一課程甚至多門課程的多個知識點有機結(jié)合構(gòu)建工程案例.然后，靈活選擇案例的引入方式引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用模塊知識解決具體工程問題.

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法是指結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計工程任務(wù)分配給學(xué)生分組完成.首先綜合光電理論知識的應(yīng)用前景構(gòu)建有一定工程意義的項目任務(wù)，按照學(xué)生基礎(chǔ)、興趣及特長分組分派.然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo)實施資料查閱調(diào)研、方案設(shè)計優(yōu)化、軟件仿真預(yù)判、器件選型購置、系統(tǒng)制作調(diào)試、性能測試優(yōu)化.最后學(xué)生分組討論、撰寫報告、答辯驗收.

線上線下混合式教學(xué)法是指傳統(tǒng)面授教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法.首先，依托校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、校外在線教學(xué)平臺及QQ 、微信、E-mail等通訊工具，在線發(fā)布授課計劃、課前自學(xué)任務(wù)、教學(xué)視頻、教學(xué)課件等資源，引導(dǎo)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)并完成在線測試以初步掌握基本知識點.然后，在課堂教學(xué)時，著重強化重難點并進行答疑，必要時還可組織學(xué)生專題討論.課后，利用網(wǎng)絡(luò)平臺布置適當(dāng)作業(yè)任務(wù)并批閱匯總.

5.3教學(xué)手段更新

新工科背景下，傳統(tǒng) “黑板+粉筆”式的教學(xué)手段已不能滿足現(xiàn)代工程教育發(fā)展的要求，信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合催生了許多新型教學(xué)手段.一是合理利用多媒體技術(shù)來擴展課堂教學(xué)中信息傳播的方式.利用圖片、聲音、動畫、視頻等信息載體，可使抽象概念形象化，可更清晰、準(zhǔn)確地描述工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，可形象地呈現(xiàn)工程動態(tài)過程.二是將在線教學(xué)手段引入教學(xué).將本校教學(xué)團隊精心組織的教學(xué)資源以及校外網(wǎng)絡(luò)共享優(yōu)質(zhì)在線課程資源上傳在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，采用線上線下混合式教學(xué)方法融通線下與線上空間，教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和交流，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需要.三是將虛擬仿真手段引入教學(xué)，充分利用虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新工程實踐教學(xué)方式.可利用Zemax、LightTools等光學(xué)類設(shè)計或仿真軟件對各類光電設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)進行設(shè)計，仿真分析其光線傳輸規(guī)律并評估其光學(xué)性能.可利用Multisim、Proteus等電路仿真軟件模擬、分析和優(yōu)化光電設(shè)備中的典型功能電路.可利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建實踐教學(xué)環(huán)境，突破時空限制虛擬演示工程過程和結(jié)果并為學(xué)生創(chuàng)造探索性的實驗情境.

5.4課程考核方式改革

高等工程教育傳統(tǒng)的課程考核方式單一且過于偏向理論考試，難以達到考核新工科人才工程實踐能力的目的.改革的思路有兩點：一是提高過程性評價在總評成績中的占比，二是加強工程實踐方面的評價.過程性評價形式可靈活多樣，典型如平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、平時測驗、課程項目、團隊協(xié)作、調(diào)查報告、課程論文等評價環(huán)節(jié).工程實踐方面的評價典型方式如課程實驗評分(包括實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告等)、崗位實訓(xùn)評分(包括工程素養(yǎng)、工程能力、實訓(xùn)效果等)、工程設(shè)計(包括資料調(diào)研、方案制定、器材選型、設(shè)計效果、系統(tǒng)性能等).通過課程教學(xué)各環(huán)節(jié)的綜合評價體現(xiàn)考核的多元化.

6 結(jié)論

新建本科院校建設(shè)光電信息科學(xué)與工程新工科專業(yè)需要由地方經(jīng)濟社會、光電相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新需求確定專業(yè)建設(shè)方向，培養(yǎng)“適銷對路”的應(yīng)用型光電工程技術(shù)人才.堅持差異化發(fā)展思路，建設(shè)光電領(lǐng)域特色專業(yè)方向，緊貼企業(yè)需求培養(yǎng)人才，構(gòu)建政校企共同體.通過多渠道籌措辦學(xué)資源，組建雙師型人才隊伍.結(jié)合光電信息新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，注重多學(xué)科交叉融合與問題導(dǎo)向，圍繞相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來更新教學(xué)內(nèi)容.以學(xué)生為中心，通過工程崗位模擬教學(xué)法、工程案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法、線上線下混合式教學(xué)法等來提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，構(gòu)建自主互助的探究式主動學(xué)習(xí)模式.合理利用多媒體技術(shù)，將在線教學(xué)、虛擬仿真手段引入教學(xué).提高過程性評價、工程實踐評價在課程總評成績中的占比，體現(xiàn)考核的多元化.