新工科背景下電子專業(yè)工程實(shí)踐改革與創(chuàng)新

陸曉燕 馮正勇 肖順文

摘 要：隨著人工智能產(chǎn)業(yè)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，新工科建設(shè)已經(jīng)成為我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與發(fā)展的必然要求，也是高校工程教育改革的一項(xiàng)新舉措。本文指出了現(xiàn)有工程實(shí)踐中存在的一些問(wèn)題，提出了工程實(shí)踐改革的措施，旨在為同類學(xué)校的新工科建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科;工程實(shí)踐;課程體系

中圖分類號(hào)：G642

Abstract：With the new round of scientific and technological revolution and industrial revolution in artificial intelligence industry，the construction of new engineering has become an inevitable requirement for China's industrial upgrading and development，and it is also a new measure for the reform of Engineering Education in Colleges and universities.This paper points out some problems existing in the existing engineering practice，and puts forward the measures of engineering practice reform，in order to provide reference for the construction of new engineering courses in similar schools.

Keywords：new engineering;engineering practice;curriculum system

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿科技逐步取得技術(shù)性的突破，以智能產(chǎn)業(yè)牽引的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命如火如荼地進(jìn)行著。面向未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)和新需求，高等工程教育面臨著新機(jī)遇、新挑戰(zhàn)，我國(guó)高等工程教育的改革發(fā)展已經(jīng)站在新的歷史起點(diǎn)，但目前來(lái)看，我國(guó)工程教育還面臨著很多問(wèn)題，比如工科教育理科化，工程人才綜合實(shí)踐能力缺乏，工科教育的核心能力定位不明確，所學(xué)知識(shí)技能與社會(huì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求不完全契合等，人才培養(yǎng)瓶頸對(duì)我國(guó)未來(lái)工業(yè)的發(fā)展和綜合國(guó)力的提升形成了巨大阻礙?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)二十年里，技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革趨勢(shì)下的工程“新業(yè)態(tài)”，將給我國(guó)工程科技人才培養(yǎng)帶來(lái)新要求，我國(guó)教育部恰逢其時(shí)地提出了“新工科”計(jì)劃，這是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、人才全面能力培養(yǎng)新要求而提出的我國(guó)工程教育改革方向。

“新工科”倡議是我國(guó)工程教育對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”“一帶一路”等國(guó)家重大戰(zhàn)略的積極響應(yīng)，主要解決國(guó)家和產(chǎn)業(yè)的重大需求與科技的重大需求問(wèn)題，為下一步的工程教育創(chuàng)新指明了方向，較好地應(yīng)對(duì)了當(dāng)前我國(guó)工程教育環(huán)境的變化。在這樣的歷史背景下，地方高?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的電子信息類工科專業(yè)必須建立一套新的工程教育體系，深入推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用合作，通過(guò)校企聯(lián)合制定培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案、共同建設(shè)工程實(shí)踐類課，建立實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地，邀請(qǐng)行業(yè)企業(yè)的優(yōu)秀技術(shù)人員、管理人員參與到教育教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)中，促進(jìn)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合。

工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)是高等工科工程教育的主要內(nèi)容。它關(guān)系到培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和適應(yīng)能力。在“新工科”的背景下，工程實(shí)踐教育應(yīng)該進(jìn)一步將“工程”理念深化，通過(guò)建立更加多樣化和個(gè)性化的工程實(shí)踐模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和跨界整合能力。然而，目前除了一些重點(diǎn)的電子類的學(xué)校外，其他很多學(xué)校學(xué)生的工程實(shí)踐能力存在明顯不足，特別是一些綜合類和師范類的學(xué)校。

1 工程實(shí)踐存在的問(wèn)題

1.1 教師對(duì)工程實(shí)踐的認(rèn)識(shí)不足

實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)不同，需要教師具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)手能力。近年來(lái)高校引進(jìn)的教師往往具有博士學(xué)位，擁有豐富的理論知識(shí)和很強(qiáng)的研究能力。但是，大多數(shù)博士生畢業(yè)后直接進(jìn)入高校，沒(méi)有企業(yè)實(shí)際工作的經(jīng)歷，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐操作能力。一些有科研項(xiàng)目的博士，由于所選的科研課題具有前沿性，對(duì)于大多數(shù)本科學(xué)生而言，需要的知識(shí)體系和理論層次不能達(dá)到課題的要求，因此也不能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。再者，目前高校教師對(duì)于如何提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力的探究所做的工作有些欠缺。

1.2 以實(shí)驗(yàn)為中心的實(shí)踐教學(xué)模式

很多學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)是教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校實(shí)踐教學(xué)中占據(jù)著重要的地位。當(dāng)前，應(yīng)用型高校實(shí)驗(yàn)課程中也存在著一些問(wèn)題。首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏實(shí)用性、創(chuàng)新性，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的興趣。其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要為所學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證，其目的主要是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行深化和理解。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中所列的操作步驟和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成，整個(gè)過(guò)程中，沒(méi)有自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。最后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是按照課程設(shè)置的，而實(shí)際的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目往往需要多門課程的知識(shí)。例如，智能小車設(shè)計(jì)，需要《電路設(shè)計(jì)》《單片機(jī)開(kāi)發(fā)》等課程的知識(shí)。因此，在工程實(shí)踐教育中必須加入其他的環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

1.3 教學(xué)過(guò)程中工程實(shí)踐意識(shí)薄弱

教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的教學(xué)過(guò)程中，很多課程主要注重知識(shí)的理解，對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用沒(méi)有提到應(yīng)有的高度。對(duì)于工程實(shí)踐而言，知識(shí)的積累只是基礎(chǔ)，最重要的是如何將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于具體的實(shí)踐環(huán)境。大多數(shù)的教學(xué)是按照教材的章節(jié)進(jìn)行，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)獨(dú)立講解，最后一兩章內(nèi)容才提及工程應(yīng)用，這部分教學(xué)時(shí)間相對(duì)比較少，學(xué)生思想中形成的工程意識(shí)也比較薄弱。

2 工程實(shí)踐的改革措施

2.1 提高教師的工程實(shí)踐能力

學(xué)校應(yīng)該制定相應(yīng)的政策和制度，要求和鼓勵(lì)教師主動(dòng)到“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新基地”頂崗工作和掛職鍛煉，參與企業(yè)的技術(shù)項(xiàng)目，提升教師的工程實(shí)踐能力與企業(yè)管理能力，在與企業(yè)的深入合作中，將新的知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)帶入教學(xué)中。另外，在注重教師的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，有方向性地聘任一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的相關(guān)企業(yè)的工程師作為兼職教師來(lái)講授部分課程、指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，豐富其工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。除此以外，聘請(qǐng)的兼職教師除了指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)工作外，還指導(dǎo)專業(yè)課程教師的實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)“傳、幫、帶”作用，提升專業(yè)教師的實(shí)踐教學(xué)水平，建成一支與新工科教育相適應(yīng)的規(guī)模適度、結(jié)構(gòu)合理、教育教學(xué)水平高的雙師型師資隊(duì)伍。

2.2 構(gòu)建新的課程體系

原有的課程體系中，主要由課程、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)三部分組成。這些傳統(tǒng)的組成模塊，對(duì)于工程實(shí)踐方面的訓(xùn)練明顯存在不足。由于各個(gè)教學(xué)模塊的獨(dú)立，使學(xué)生無(wú)法建立系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)的框架。

為了與新興產(chǎn)業(yè)人才需求相對(duì)接，實(shí)施“專業(yè)基礎(chǔ)模塊+新工科模塊+工程實(shí)踐模塊”校企協(xié)同的立體型課程體系。

從培養(yǎng)學(xué)生的電子專業(yè)知識(shí)和工程技能實(shí)踐兩個(gè)方面著手，將專業(yè)課程分為通識(shí)教育層、專業(yè)基礎(chǔ)層、實(shí)踐發(fā)展層三個(gè)層次，按照層次梯度又將專業(yè)課程分為理論基礎(chǔ)模塊、技術(shù)基礎(chǔ)模塊、專業(yè)選修模塊、綜合應(yīng)用模塊，最終形成一個(gè)立體型課程體系。在課程體系中設(shè)置“新工科模塊”，構(gòu)建“專業(yè)基礎(chǔ)模塊+新工科模塊+工程實(shí)踐模塊”傳統(tǒng)工科與新工科對(duì)接的課程體系結(jié)構(gòu)。

2.3 多層次、全方位構(gòu)建工程實(shí)踐體系

在原有的工程實(shí)踐教育中，主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為核心，這對(duì)于提升工程實(shí)踐能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須建立一個(gè)多層次、全方位的工程實(shí)踐體系。多層次體現(xiàn)在工程實(shí)踐活動(dòng)可以在大學(xué)階段的各個(gè)時(shí)間段開(kāi)展，全方位體現(xiàn)在這一工程實(shí)踐體系可以覆蓋本專業(yè)的所有學(xué)生。這一實(shí)踐體系主要體現(xiàn)在創(chuàng)建卓越工程師班、參與學(xué)科競(jìng)賽、工程實(shí)訓(xùn)這三個(gè)方面。

2.3.1 創(chuàng)建卓越工程師班

卓越工程師班的建立主要是為了解決教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中工程意識(shí)的薄弱問(wèn)題。大一的第二學(xué)期開(kāi)始創(chuàng)建，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和所學(xué)課程的內(nèi)容，設(shè)立工程實(shí)踐的目標(biāo)。大一的工程師班主要為了提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，設(shè)立的主題為小車印制電路板的設(shè)計(jì)與制作，需要每位同學(xué)獨(dú)立完成電路板的設(shè)計(jì)，電器元件的焊接，完成小車的硬件結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣的訓(xùn)練，使學(xué)生明確了形成了工程實(shí)踐的需要一定的硬件平臺(tái)。大二的工程師班主要完成小車的控制。需要學(xué)生獨(dú)立完成對(duì)小車的行進(jìn)方向的控制和避障等功能。具體項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中可以通過(guò)按鍵、或者上位機(jī)的應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。在原有的硬件平臺(tái)上，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，完成工程實(shí)訓(xùn)的各項(xiàng)要求，形成了一個(gè)實(shí)際的工程項(xiàng)目。將軟件與硬件相結(jié)合，所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于具體的項(xiàng)目中，使學(xué)生逐步明確了工程實(shí)踐的意義。

2.3.2 學(xué)科競(jìng)賽

參與學(xué)科競(jìng)賽是提升工程實(shí)踐能力的最好途徑。電子類的學(xué)科競(jìng)賽有：全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生Robocon機(jī)器人大賽、“藍(lán)橋杯”全國(guó)軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽等。以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，它是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，目的在于推動(dòng)高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革，有助于培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng);有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力?？v觀這幾年的電子設(shè)計(jì)大賽的題目，與當(dāng)前主流技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)系日益密切，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新技能的培養(yǎng)起到了強(qiáng)化的作用，對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用，拓寬了學(xué)生的就業(yè)范圍。同時(shí)，通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽的訓(xùn)練，增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.3.3 工程實(shí)訓(xùn)

電子類本科專業(yè)人才的培養(yǎng)中理論知識(shí)的比重明顯高于實(shí)踐能力，這就造成了學(xué)生工程實(shí)踐能力的缺乏。由此，需要增強(qiáng)校企合作力度，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的實(shí)訓(xùn)。

智能家居作為目前熱門、成熟的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目可以應(yīng)用于工程實(shí)訓(xùn)中。智能家居主要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備連接到一起，提供家電控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。在工程實(shí)訓(xùn)中，主要完成照明控制、安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能。項(xiàng)目的硬件主要有：PC機(jī)、主控板、無(wú)線傳感器模塊。完成程序設(shè)計(jì)需要三大主要模塊的支持：系統(tǒng)移植和驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、嵌入式技術(shù)與應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。系統(tǒng)移植和驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)對(duì)學(xué)生而言，難度較大，這部分內(nèi)容在實(shí)訓(xùn)中可以不做要求。嵌入式技術(shù)與應(yīng)用模塊主要在Linux平臺(tái)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程、文件編程等操作完成項(xiàng)目要求的功能。聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用主要應(yīng)用于信息采集模塊和主控模塊之間的通信。

在實(shí)際的工程實(shí)訓(xùn)中，采用QT軟件作為客戶端、A9開(kāi)發(fā)板作服務(wù)器載體，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸。攝像頭、傳感器等設(shè)備安裝在信息采集模塊上，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)各種環(huán)境信息的采集。項(xiàng)目中主要涉及C編程技術(shù)、調(diào)試技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編程、QT編程等諸多方面的知識(shí)。這些技術(shù)可應(yīng)用于智能電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)訓(xùn)使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，加以融會(huì)貫通，讓學(xué)生了解、熟悉、掌握硬件編程、規(guī)范編程、開(kāi)發(fā)流程、調(diào)試技術(shù)等實(shí)際開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和方法，積累一定的嵌入式的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)上述措施的改進(jìn)與創(chuàng)新，我院專業(yè)雙師型教師占比達(dá)48%，學(xué)生對(duì)教師課堂授課的滿意度提升至97%，教師隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)和素質(zhì)得到了提高，初步建成了一支與新工科教育相適應(yīng)的規(guī)模適度、結(jié)構(gòu)合理、富有創(chuàng)新精神、教育教學(xué)水平高的師資隊(duì)伍。第三方評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)調(diào)查顯示，學(xué)校畢業(yè)生專業(yè)對(duì)口率達(dá)87%，企業(yè)對(duì)學(xué)生的滿意度達(dá)到92%，有效促進(jìn)了所在學(xué)校傳統(tǒng)工科專業(yè)與新產(chǎn)業(yè)對(duì)接，提高了專業(yè)建設(shè)水平和新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

新工科的內(nèi)涵是以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。在電子領(lǐng)域，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升主要來(lái)源于工程實(shí)訓(xùn)能力。通過(guò)上述的改革措施，使學(xué)生增強(qiáng)了專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新能力，提升了工程實(shí)踐能力，增加了就業(yè)的專業(yè)對(duì)口率。

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作者簡(jiǎn)介：陸曉燕（1967— ），女，漢族，四川資陽(yáng)人，碩士，主要從事嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能實(shí)踐教學(xué)與研究。