新工科背景下STEAM教育理念培養創新應用型工程師探析——以物聯網工程專業為例

種楠楠

（天津仁愛學院，天津 301636）

0 引 言

隨著當今世界新一輪科技革命、產業變革加速進行和“中國制造2025”等一系列國家戰略的出臺，我國經濟發展進入新常態，高等教育步入新階段[1]。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，強調學科的適用性、交叉性和綜合性，尤其注重人工智能與近似算計、控制、數學、統計學、物理學、生物學、心理學、社會學、法學等學科專業教育的交叉融合，旨在培養具有創新創業意識、數字化思維和跨界整合能力的創新應用型工程科技人才[2]。STEAM教學理念突破傳統單一學科知識體系的束縛，將科學、技術、工程、藝術和數學（Science、Technology、Engineering、Art、Mathematics） 等學科相互融合，整合統一分立學科知識，并以問題解決為導向培養創新應用型人才[3]。STEAM教學更關注完善學生跨學科知識體系，強調提高學生實踐及創新能力，注重多學科知識的遷移學習，重視社會責任感與人性化培養，更符合教育部積極推進新工科的建設思路，將STEAM教學理念引入高等教育特別是物聯網工程專業創新人才培養模式中，有助于升級改造物聯網、智能制造、機器人、基因工程等新工科專業培養體系，推動大數據、云計算、人工智能等相關技術的創新發展，對實現教育現代化具有重要的現實意義[4-5]。

1 新工科背景下創新應用型人才培養瓶頸

傳統工科人才培養模式下畢業生創新能力不強，信息化程度不足，生產產品質量不高，所在行業產業結構不合理，培養理念與社會實際存在沖突，創新創業和工程化、系統化教育師資力量薄弱，校企愈加重視培養學生實踐應用能力，但仍受應試體制思維所限，成人繼續教育和校企方溝通薄弱導致學生與家長針對個人成長和職業規劃等問題存在理念差異。因此，新工科背景下高校人才培養必須打破學科專業壁壘限制，開展跨學科教學、跨行業實踐，實現工科與理科、工科與人文學科交叉融合，促進高校聯系企業、行業、產業創新人才培養模式，完善學科專業設置，優化綜合課程建設，更新社會實踐方案。

2 改革方案

針對傳統工程教育偏離工程實踐、大而不強、結構失衡等問題，STEAM教育理念強調“回歸工程”的人才培養模式。高校應在以項目為導向前提下，提升學生工程實踐能力、工程設計能力、工程創新能力。除了注重信息通信、人工智能、大數據分析等新技術與傳統工業技術緊密結合外，更需強調學科的交叉性與綜合性，促進科學、工程、技術、人文藝術的交叉融合，同時與產業界和多元文化融合，關注創新創業，培養具備高創新創業能力和跨界整合能力的新型工程科技創新應用型人才[6]。STEAM教育理念下高校人才培養思路如圖1所示。

圖1 STEAM教育理念下高校人才培養思路

2.1 學科整合

隨著科技發展和人工智能向各行業滲透，各種學科間不再局限于單純的某一領域研究，而是跨學科跨領域研究，科學上的新理論新發明的產生，新的工程技術日新月異涌現，突破了學科的邊緣或交叉點，學科交叉引領科學向著更深層次和更高水平發展，這對高等教育提出了新要求。高校應針對社會需求調整課程體系，優化人才培養機制和教育模式。首先，設計有價值的課程內容；其次，進行課程教學時提供清晰且具體的學習目標，使學生有興趣且有能力按目標學習；第三要合理安排課程進度及難度，根據學生水平設置不同難度課程設計和實踐項目。STEAM理念物聯網工程專業教育框架如圖2所示。

圖2 STEAM理念物聯網工程專業教育框架

2.2 開放教學

STEAM教育理念引入嵌入式技術課程設置，如圖3所示。引入MOOC、智能技術和設備，補充傳統課程程式化固定教學內容，以模塊化、游戲化的方向開發，以工程為導向設置小組課題項目，將學生代入實際項目角色中學習體驗多元互動，促使學生在體驗信息化、系統化、網絡化、綜合化解決項目課題過程中鍛煉溝通能力、團隊合作能力和解決問題能力[7]。除了學習成績，引入參加競賽、科技論文、科技成果、專利申請、科研活動、社會實踐、專業認證等學分認證。

圖3 STEAM教育理念引入嵌入式技術課程設置

2.3 藝術滲透

長期以來，工科教育僅側重于知識教育和能力教育，而忽視了人文素養高尚心靈的培育。新工科涵蓋的領域比傳統工科更多，涉及到倫理道德、隱私保護、安全環保、公共利益等基本問題。因此，培養“新工科”背景下創新應用型人才更應關注這些問題，循道而行，盡力避免見利忘義，因功利、虛榮、妄為而走向異化，時刻牢記工程教育的初衷和使命，培養結合國際視野與本土情懷、科技素養與人文品質、個性特長與團隊意識、繼承發揚與創新協調的適應現代社會科技發展的創新應用型工程師。

2.4 社會服務

高校育人應結合國家政策、政府指導、企業需求，在“創新、協調、綠色、開放、共享”的新發展理念指引下，培養具有服務思維、設計思維、體驗思維、成長型思維、互聯網思維，具備跨行業工作能力與適應能力、跨領域工作能力與適應能力的畢業生。鼓勵學生參加社會活動，促進科學教育、工程教育、人文教育有機融合，深化產教融合、校企合作、協同育人。創新應用型工程師應具備的綜合能力如圖4所示。

圖4 創新應用型工程師應具備的綜合能力

3 結 語

新工科背景下引入STEAM教育理念培養創新應用型工程師，培養從事設計、生產、管理、決策的復合型人才，以及培養具有終身學習能力的智能人，有助于推動我國趕超世界經濟科技發展、引領掌控世界話語權、實現中華民族偉大復興，推動“一帶一路”“中國制造2025”“互聯網+”“人工智能+”等創新驅動的國家發展戰略，在新技術、新業態、新模式、新產業等形勢下實現國家經濟轉型升級，完成高等教育產學結合、專業升級、體系完善等供給側結構性改革，助力我國逐步走向工程教育強國、工程創新強國。