新工科背景下電類“專業(yè)認知實訓”課程改革

付 奎，徐 詠，韋吉爵

（河池學院 人工智能與制造學院，廣西 宜州 546300）

0 引言

從18世紀60年代開始的第一次工業(yè)革命（科技革命）至今，科技創(chuàng)新能力一直發(fā)揮著不可忽視的作用，并隨著時代的發(fā)展逐漸成為核心競爭力。來自英國的生化學家李約瑟提出了著名的難題：“為何近代科學沒有產(chǎn)生在中國，而是在十七世紀的西方，特別是文藝復興之后的歐洲？”。此外，我國科學泰斗錢學森也曾提出：“為什么我們的學校總是培養(yǎng)不出杰出人才？”。這兩個問題都是對中國科技創(chuàng)新提出挑戰(zhàn)，同樣也是對中國科學技術的關懷。為主動應對新一輪科技變革與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，“新工科”概念在2017年2月正式提出[1]。此外，形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等多個指導性意見[2，3]。

近年來，中國電類相關產(chǎn)業(yè)正處理快速成長期，需要大量具備實踐動手能力與創(chuàng)新能力的專業(yè)人才[4，5]。國家經(jīng)貿(mào)委經(jīng)濟信息中心組織的一項調(diào)查表明（638家企業(yè)），在生產(chǎn)類型企業(yè)、服務類企業(yè)和其他類型企業(yè)人才需求上，電類相關專業(yè)人才招聘都處于前3位。“新工科”建設中“復旦共識”明確提出地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉型發(fā)揮支撐作用。河池學院作為一所地方本科高校，其電類專業(yè)以培養(yǎng)具有較強行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應用型和技術技能型人才為主。電類“專業(yè)認知實訓”作為大一新生的認知實訓課程，能夠使得學生較早接受工程意識培養(yǎng)，建立學習興趣，明確專業(yè)目標。通過項目載體將不同學科知識交叉融合，培養(yǎng)學生思維方法，學會提出問題、分析問題并解決。有利于培養(yǎng)具有工匠精神、豐富實踐能力、扎實理論基礎以及創(chuàng)新能力的應用型人才，有利于推動我校“新工科”專業(yè)的建設。

1 傳統(tǒng)認知實訓中存在的問題

由于中小學階段的教育和大學教育在知識結構與學習方法上存在差別，地方高校在探索“新工科”項目建設及應用型人才培養(yǎng)方面還存在以下幾方面困難。

1.1 學生專業(yè)認知模糊

我校2020年一項對新生專業(yè)的調(diào)查報告顯示，38.10%的學生在高考志愿填報時完全不了解報考專業(yè)、30.95%的學生不清楚報考專業(yè)的就業(yè)前景、16.67%的學生明確要報考公務員或自主創(chuàng)業(yè)，其他學校也存在的同樣的問題[6]。專業(yè)認知上的不足對學生的學習目標、學習態(tài)度、學習方法和職業(yè)規(guī)劃產(chǎn)生直接影響。專業(yè)認知課程建設的好壞，關系到學生未來的學習。

工科學生需要大量的實踐操作將所學知識進行梳理和整合，套用其他學科進行純粹的視頻學習、實驗室參觀和簡單儀器熟悉等，很難建立有效的專業(yè)認知。新生入學后還需進行軍事訓練、校規(guī)校紀和安全教學等入學教育。因此，如何在有限時間內(nèi)，提高新生專業(yè)認知程度及專業(yè)認同感成為落實我校應用型人才培養(yǎng)的一個重點。

1.2 培養(yǎng)方式的不同

在傳統(tǒng)學習中，學生長期受“流水線生產(chǎn)”的影響，即“灌輸式”學習。這在一定程度上制約著學生認知思維的轉變，導致新生在入學階段多方面的不適應。對于強調(diào)自主學習，要求學生敢于思考和創(chuàng)新、敢于動手實踐等本科教育而言，認知思維和能力不足的學生在后續(xù)課程學習中容易陷入迷茫、懷疑和失望等消極狀態(tài)。

1.3 教學方面的不足

專業(yè)認知內(nèi)容形式化，方法單一化，即教師進行相關知識、技能的講授，缺乏啟發(fā)性。不同專業(yè)的學生認知實訓內(nèi)容重過程輕結果，實訓內(nèi)容的目標不明確，僅僅將其作為新生適應性教育，缺乏對學生整個大學學習及職業(yè)生涯規(guī)劃思考。此外，專業(yè)認知課程缺乏針對性與導向性，不同學科區(qū)分呈現(xiàn)泛化性，專業(yè)認知內(nèi)容浮于表面，缺乏真正的沉淀。多數(shù)工科認知教育仍處于“技工”式教育，即只要求學生學好某些知識點，創(chuàng)新實踐上沒有明確要求。“新工科”教育為應對科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，其核心在于科技創(chuàng)新能力。作為地方應用型本科院校，我校大多數(shù)工科學生未來將進入工程領域工作。而作為一名工程師，需要具備相當?shù)膭?chuàng)新思考能力和實際動手技能。因此，如何做好工科學生專業(yè)認知實訓，迫切需要一個系統(tǒng)完整、針對專業(yè)學科不同、有啟發(fā)性與趣味性的課程[7]。

2 專業(yè)認知實訓課程構建

知而后行，在“新工科”不斷改革推動下，原有的一些輔助類教學——“專業(yè)認知實訓”也需要進行改革。專業(yè)認知是新生融入專業(yè)學習、促進個人發(fā)展、明確畢業(yè)方向、開展職業(yè)規(guī)劃的基礎。針對我校學生在專業(yè)認知上的不足，以及教育培養(yǎng)方式上的轉變，以OBE教學模式為基礎，在專業(yè)認知實訓的項目內(nèi)容設計、項目組織形式、項目實施流程等方面對專業(yè)認知課程進行改革實踐。

2.1 項目內(nèi)容設計

專業(yè)認知實訓不同于工程項目實訓，需要具有明確的教育目標性、項目內(nèi)容啟發(fā)性和項目內(nèi)容針對性。針對教育目標性，以培養(yǎng)學生學習興趣與學習方法為主要目標，實訓內(nèi)容難度成“階梯式”上升，確保不同能力層次同學均能完成主體設計內(nèi)容。例如：針對教師任務需求，設計一款電子琴，具有不同難度的需求，如圖1所示。其次，電子琴的制作也是多學科交叉的項目，制作者也需要懂樂理知識。

圖1 不同難度的電子琴需求

針對項目內(nèi)容啟發(fā)性，即項目內(nèi)容涉及的知識點具有一定超前性，學生通過思考提出相應的解決思路，教師進行相關引導。例如：觸摸按鍵電子琴設計中，引導學生思考日常用的智能手機是如何檢測手指是否按下。通過形成觸摸按鍵的概念，查找相關資料，設計方案進行驗證。針對項目內(nèi)容針對性，首先根據(jù)不同專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，設計不同的項目實訓內(nèi)容。其次學生可根據(jù)不同的喜好，選擇偏軟件、偏硬件，或者兩者均衡的實訓題目。

2.2 項目組織形式

項目組織均為團隊合作項目，分配導師進行管理與監(jiān)督。學生在項目進行過程中學習探索、綜合運用所學知識。項目組織結構如圖2所示。

圖2 項目組織結構

通過外在不同需求，思考相應概念模型并設計方案進行驗證。在此過程中培養(yǎng)團隊合作能力、項目組織管理能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及其理論聯(lián)系實踐的思維能力與動手能力等。導師在項目過程中注重引導學生培養(yǎng)大國工匠精神、職業(yè)精神、責任感和使命感。

2.3 項目實施流程

項目實施流程如圖3所示。教師前期對相關專業(yè)基礎知識進行介紹，交代項目開發(fā)流程、評分細則，提出相關的任務需求或?qū)W生自擬題目由導師進行把握。學生組隊選題并采用“增量模型”進行開發(fā)，即學生通過提交多階段性項目策劃書，導師進行評價并給予相關意見。具體來說，首先形成項目需求的概念及策劃書，通過初步設計進行試錯、探索和思考等。在經(jīng)過充分設計與驗證后，最終實現(xiàn)初步結果。為培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，項目初步完整之后學生需要進行反饋，由同學和老師進行優(yōu)化意見的討論。學生根據(jù)反饋意見完善作品，隨后進行下一階段的需求增量開發(fā)。整個實訓結果不設上限，時間為一學期，期末進行實訓項目總體驗收和評分。

為保證學生在不同階段能夠完成相應實訓內(nèi)容，學生需根據(jù)指定的項目周期按時進行反饋。整個教學過程教師主要起到引導與管理，充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，鍛煉自主學習能力。通過引導學生探索、實驗進而培養(yǎng)各自的興趣，最終初步定位自己的目標和未來幾年的職業(yè)、學習規(guī)劃。

圖3 認知實訓項目實施流程

3 課程改革效果

“專業(yè)認知實訓”課程在電子信息工程、電氣工程及其自動化和建筑電氣與智能化三個專業(yè)開展，人數(shù)214人。課程通過項目內(nèi)容設計、項目組織形式和項目實施流程3方面進行改革，實訓周期為一年，學生具有充裕的時間完成課程任務。相較于傳統(tǒng)“專業(yè)認知實訓”課程，改革情況如下：

（1）項目內(nèi)容設計明確化。采用項目策劃書形式，學生利用已有資料和網(wǎng)上查閱自主設計。設計的項目策劃書包括：項目簡介、項目框架、項目軟硬件設計及項目預算。改革后的項目內(nèi)容相比于以前，設計思路、設計內(nèi)容和設計方案更為規(guī)范與詳細，能夠較好地指導后續(xù)項目展開。學生在項目實施過程中得到的收獲更具導向性，能夠幫助自身盡早確立今后的學習目標與職業(yè)規(guī)劃。

（2）項目組織結構多樣化。項目采用團隊合作，并由團隊組長總負責。項目團隊嚴格劃分不同成員的工作量，并明確輸出結果及項目里程碑，這在很大程度上打消了以往多數(shù)學生渾水摸魚的想法。此外，項目采用導師制，并在項目過程中注重引導學生素質(zhì)能力，落實立德樹人根本任務。提高了學生不同方面的工程素質(zhì)，鍛煉了學生理念創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新能力。

（3）項目實施流程增量化。學生按增量模型進行項目開發(fā)，在每個增量模型都采用完整的設計到反饋方案，真正落實“新工科”教學理念，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。從項目實施的結果和反饋來看，學生各方面能力整體水平較未改革之前的學生都取得了相應地提高。

（4）存在問題及解決方案。在團隊組建過程中，學生自由組隊導致了團隊呈現(xiàn)出較大的差異化，部分團隊之間方案設計存在抄襲。教師需要在入門階段培養(yǎng)學生各方面能力，合理分配團隊成員，確保各個團隊后續(xù)方案設計和實施具備自主化。項目采用任務分配制，不同學生在任務實施階段具有惰性。為了激勵學生按時間節(jié)點高質(zhì)量完成階段任務，還需進一步完善小組和個人評分機制，使學生保持高效地學習效率。

4 結語

在新工科背景下，將項目式教學方法應用于新生專業(yè)認知實訓中。整個“專業(yè)認知實訓”課程從項目需求出發(fā)，學生通過建立相關項目概念，進而進行方案構思、設計、驗證反饋等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生在“新工科”背景下所需的科技創(chuàng)新能力，真正落實“新工科”教學理念并切合學校應用型技能型人才的培養(yǎng)方案。此外，使學生在實踐中深刻了解工程開發(fā)流程，全面培養(yǎng)學生知識檢索能力、自主學習能力、人際溝通能力、創(chuàng)新能力，將自身培養(yǎng)成具有專業(yè)精神、終身學習能力和工程技術自我提升能力的高素質(zhì)工程師，為后續(xù)國家實施制造強國戰(zhàn)略助力。