微課程建設在新工科人才培養領域的作用

［摘 要］ 伴隨科技和產業變革，如何培養新興前沿領域人才是高等院校亟待解決的關鍵問題。微課程作為新工科建設的重要手段，在高等教育改革中扮演著舉足輕重的角色。微課程契合最新的教育部高等教育司政策規劃，模塊化、專業化的教學同樣滿足現代社會及受教育者需求。面向前沿新工科建設，微課程需有核心的學科教學內容、應用仿真開發環境、完善的線上線下實踐平臺、健全的學習管理系統、完整的評估和反饋流程。以南京理工大學工業互聯網領域微課程實例，介紹系列化微課程培養方案及課程設置。

［關鍵詞］ 新工科；微課程；教學體系

［基金項目］ 2022年度全國工業和信息化職業教育教學指導委員會科研課題“產教融合、生態共建，工業互聯網專業人才培養模式探索與實踐”（GXHZWC84619）；2022年度教育部產學合作協同育人項目“校企協同、產學融合，共建WISE-PaaS工業云教育體系與實踐平臺”（220600895154740）

［作者簡介］ 湯海斌（1989—），男，江蘇南通人，博士，南京理工大學智能制造學院副教授（通信作者），主要從事智能制造與增材制造研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）36-0013-04 ［收稿日期］ 2023-07-19

新一輪科技革命和產業變革快速發展，工業經濟由數字化向網絡化、智能化深度拓展［1］，催生出智能制造、人工智能、大數據分析及網絡安全等前沿新興領域。新興前沿制造領域的競爭，說到底是人才和知識儲備的競爭。與社會工業發展相對應，高等教育也緊跟時代步伐而迅速變革，在教育部指導下，依托傳統優勢學科群基礎，一批與時代接軌的新工科被規劃、建設并認定［2-3］。

當前的新工科人才培養，院校、企業在人才培養定位、模式、校企結合等方面仍處在初級階段。國內工科院校雖然相繼開設了智能制造工程、工業互聯網、網絡空間安全等前沿專業［4-5］，但是培養出來的畢業生離達到直接工作要求的能力還有一定距離。企業普遍反映招收相關專業畢業生后再自己培養，培養周期是半年到一年，才能夠進入這個行業。這是因為在各領域的應用需求存在顯著差異，不同應用領域對新工科人才的要求是不同的。如何在本科層次的新工科專業建設中，培養滿足當前社會及應用企業所需的專業人才，如平臺架構師、人工智能工程師等，已是新工科深度發展亟待解決的關鍵課題。

微課程作為新工科建設的重要手段，在高等教育改革中扮演著舉足輕重的角色。本文圍繞新工科微課程建設，探討發展微課程的意義、如何有效建設與時代接軌的微課程、工業互聯網領域微課程建設，為新時代前沿新工科改革提供教學范式。

一、微課程在新工科建設中的重要價值

我國對教育體系的改革與創新高度重視，出臺了一系列有利于采用信息化的手段促進高等教育改革的政策。2010年，教育部印發的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》提出，要深入推進現代遠程教育，加強信息技術與教育教學相結合。教育部高等教育司2023年工作要點中指出，加快高等教育數字化轉型，打造高等教育教學新形態。加強國家高等教育智慧教育平臺建設，拓展平臺內容，完善平臺功能，建好內容豐富、服務高效的高等教育綜合服務平臺。微課程作為一種新型的線上線下組合式教學資源，順應國家政策導向，可滿足學生個性化、差異化和多元化的學習需求。

互聯網技術的推動極大地改變了受教育者獲取教育資源的方式，受教育者獲取教育資源的途徑更加豐富，整體學習環境得到了很大的改善。微課程在技術的支撐下，在一定程度上保證了教育資源的共享及平衡配置。隨著現代生活節奏越來越快，集中性學習時間越來越少，受教育者普遍希望能夠利用碎片化時間去學習。不同于傳統體系龐大的經典課程，微課程具有模塊化的特點，制作更加簡單、更新周期更短，更有利于根據社會發展和科技進步滿足不同的需求，這是傳統經典課程不能實現的。

教育工作者一直在努力探索符合現代社會發展的教學方法，經典案例包括翻轉課堂以及多種教學方法相結合的模式等，歸根結底是鼓勵學生自主學習，培養學生創新能力，提升學生的綜合水平。微課程同樣作為高等教育改革的一個創新模式，可以與這些新教學方式相結合，通過取長補短從而達到更好的教學效果。每名學生都有自身的特點和興趣，學生可以通過微課程按照自身的需求及時間自主進行學習，這對學生來說學習起來更加方便和靈活，同時也可提升學生學習的興趣與自主學習的能力。這種個性化的學習方式使得每個人都可以按照自己的進度和目標進行學習，提高了學生學習的效率和質量。因此，微課程能夠很好地實現這些前沿教學方法，有助于推動系統性的前沿領域教育教學。

二、基于虛擬現實、線上線下融合的微課程建設范式

微課程的建設不單指為了微型教學而設計的微內容，構建微課程是一個多維度、多層次的任務，需要綜合考慮高等教育教學目標、核心課程內容、互聯網技術支持、交互性體驗和綜合反饋等多個方面的因素，細致規劃系列課程方案的制訂、創建和實施等方面。本文面向前沿新工科教育方案，規劃新型微課程建設流程，具體有以下幾個方面。

1.建立應用仿真開發環境，創新工程教育教學模式。建設專業領域仿真/開發環境，借助模擬、仿真和虛擬現實等技術，構建更具系統性、科學性、靈活性和實時交互性的實踐平臺，涵蓋從專業總體認知，到初級和復雜技能訓練、概念設計、產品和流程設計、原型或樣機制作、性能試驗與評估等一系列工程實踐新內容，使工程實踐的內涵和外延得以不斷擴大，打破地域上的界限，實現學科之間的交流和溝通。

2.建立線上線下培訓推廣平臺，形成以實際應用為背景的定向課程體系。建設線上線下系列課程，匯聚技術和應用案例，覆蓋平臺架構設計、解決方案與應用開發、平臺管理與運維等方面，為學生開展遠程培訓、課外練習、虛擬仿真實驗及效果評測等提供沉浸式體驗教學環境。依托線上線下培訓平臺可以將某些需要實際上手操作且具有一定風險的課程融合進來，可以先通過平臺的課程內容學習相關的理論，然后結合虛擬現實仿真模擬技術進行觀摩并實踐，最大限度地降低在實際操作中可能出現的意外。

3.建立交互式學習管理系統，打造沉浸式的教學環境。依托5G+大數據的信息化網絡服務平臺的優勢，構建完整的學習管理系統，個性化定制每名學生不同的培養方案和課程內容，這不僅可以滿足學生不同的學習能力和興趣，還能制訂詳細的個人發展方向和學業規劃。建立健全的微課程學習管理系統，能及時了解學生的興趣熱點、課程訪問情況、學習進度追蹤和作業提交等功能。微課程應引入互動元素，如學習內容測驗、實時互動討論、在線問答和在線輔導等。這將最大限度地方便教師及時了解學生的學習進展和學業困惑，學生則能夠便捷地訪問和學習微課程，并與教師及其他微課程參與者進行交流和互動。

4.建立評估和反饋機制，完善教學模式和創新教學內容。通過建立完善的評估機制，采用小測驗、大作業或項目等方式衡量學生的學習成果和微課程的實施效果。收集學生的反饋意見，用以改進和優化微課程的教學內容、教學方式和使用體驗。定期進行綜合評估，了解學生的學習效果和滿意度，并根據評估結果進行調整和改進。微課程的建設是一個持續的過程，通過組織教育會議、研討會和教學經驗分享活動，不斷改進和更新微課程，與學科前沿及新型教育模式保持同步，及時更新內容，確保微課程的教學質量和有效性。

綜上所述，新工科微課程的建設需要有核心的學科教學內容、應用仿真開發環境、完善的線上線下實踐平臺、健全的學習管理系統、完整的評估和反饋流程。只有綜合考慮這些步驟和關鍵因素，才能夠建設出同時兼具實用性和多樣性的微課程，切實提升學生的學習體驗和學習效果。

三、南京理工大學工業互聯網領域微課程實例

工業互聯網是一個涉及機械工程、通信工程、工業設計及網絡安全等交叉學科的新工科范疇。本文以南京理工大學本科專業智能制造工程、網絡空間安全等新工科為基礎，依托高校、科研機構、行業企業共建工業互聯網平臺工程實訓基地，提出了具有針對性的產教融合式的微專業定向教學改革新方案。在智能制造工程、網絡空間安全專業培養方案基礎上，開發面向工業互聯網實際需求的6門理論性和實踐性強的微課程：“工業互聯網平臺”“工業App開發”“工業大數據分析”“5G+邊緣計算”“裝備與產線智能運維”以及“工業互聯網安全”，促進相關專業人才在社會急需的工業互聯網領域的定向提升。

工業互聯網平臺指面對制造業信息化、系統化、智能化要求，建立基于海量數據采集、匯總、計算分析的服務架構，支持生產的泛在服務、彈性供應、有效分配的制造業云服務。但是目前整個工業互聯網平臺市場仍處于發展初期，還需要漫長的發展才能形成穩定性強、覆蓋面廣的市場。開展課程指導學生工業互聯網的關鍵技術以及實際運用是有必要的，課程包含三個部分：（1）介紹基本的Java語言編譯環境等基本編譯知識；（2）介紹工業互聯網平臺的相關基礎知識；（3）教學并指導學生完成不同類型平臺的基本建設。通過系統的教學及實踐讓學生對工業互聯網相關的云計算、物聯網、大數據技術有一個清晰的了解，進一步加深對工業互聯網的認知。

工業互聯網蓬勃發展，工業App也日漸受到重視。其中比較有代表性的是研華于2015年正式推出的WISE-PaaS工業互聯網平臺。建立WISE-PaaS的目的是助力物聯網架構系統的整合，構建一個平臺從而使上下端的產業鏈都能加入。開設基于Wise-PaaS工業App開發課程，將詳細地闡釋工業App的定義和意義、典型特征、分類及參考架構等，按技術管理、技術、協議、使能4個流程組共24個流程，對工業App的生命周期進行描述，以期學生能夠依據WISE-PaaS等平臺進行一定的工業App開發。

新時代背景下，數字化已然成了工業的新特征。工業大數據不僅指的是數據量大，也常作為一種“數據思維”的代名詞，是在邏輯思維、實證思維及構造思維等經典思維基礎上的新思維，大數據技術作為數據價值變現的關鍵技術，大數據分析的作用和意義得到了充分而廣泛的認可。設立課程主要介紹統計學分析能力、機器學習知識及信號處理技術等，還有如何根據理論知識對工業過程中產生的數據進行總結分析并提取相關信息。

5G+邊緣計算是高等工科院校中智能制造工程專業、物聯網專業、人工智能專業、大數據專業交叉融合的一門服務于工業互聯網的應用學科。5G+邊緣計算能夠極大地緩解云計算處理的壓力，可以有效地消除“資源孤島”，使得原本隔離的計算資源能夠協同處理，優勢互補。國內已經有高校開展相關課程，復旦大學在中國慕課上開展了“機器視覺與邊緣計算應用”課程；中山大學在超算習堂網站開設“邊緣計算與智能”課程。開展此類課程可以培養學生對5G+邊緣計算模型進行體系論述、模型繪制、計算分析和歸納的能力，是非常有必要的。

隨著信息產業的高速發展，工業發展也開始逐步實現從自動化向智能化的轉型，裝備與產線智能運維應運而生。產線運維從手工運維發展到流程化、系統化運維，進而到平臺化、自動化運維，再到DevOps，以及目前興起的AIOps，迭代業務逐漸龐大，架構逐漸復雜，數據量也遠非以前可比。AIOps一方面可以適應愈發多樣化、實時變化且難以管理的IT環境，另一方面，能夠縮小用戶對于應用的性能及穩定性的期望和較復雜的應用開發條件之間的差距。“裝備與產線智能運維”是高等工科院校中智能制造工程管理與運維解決方案模塊的一門重要課程，可以訓練學生運用數學方法，優化算法解決裝備與產線運維在實際生產中產生的問題，實現產線管理的自動化、智能化，為學生今后從事智能制造相關工作打下一定的基礎。

在工業互聯網高速發展的時代背景下，保證其安全就顯得尤為重要。工業互聯網安全體系從下而上可細分為設備、控制、網絡、應用和數據五個層次。設立相關課程需要綜合運用機械專業知識和計算機專業知識，重點訓練學生利用計算機知識尤其是網絡安全知識提高工業生產效率，保障工業生產安全，培養新時代精通機械和計算機的復合型人才，為學生將來的就業打下堅實基礎。

南京理工大學工業互聯網領域微課程，依托前沿工業互聯網相關的實訓基地，在高等本科院校開展工業互聯網技術人才和應用創新型高水平本科人才培育。教學改革新方案所產生的課程體系總體架構完整、要素齊全，涉及從工業互聯網平臺到工業App開發、工業大數據分析，再到互聯網安全，覆蓋了在教學階段培養定向人才所需的各種知識和技能，有望在培養工業互聯網復合型人才方面發揮重要作用。

結語

本文圍繞新工科微課程建設，探討發展微課程的價值、建設范式及南京理工大學工業互聯網范例。微課程建設契合最新的教育部高等教育司政策規劃，模塊化、專業化教學同樣滿足現代社會及受教育者需求。面向前沿新工科教育方案，微課程的建設需有核心的學科教學內容、應用仿真開發環境、完善的線上線下實踐平臺、健全的學習管理系統、完整的評估和反饋流程。以南京理工大學工業互聯網領域微課程實例，介紹系列化微課程培養方案及課程設置，包含“工業互聯網平臺”“工業App開發”“工業大數據分析”“5G+邊緣計算”“裝備與產線智能運維”以及“工業互聯網安全”等系列工業互聯網領域課程。

參考文獻

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［2］臧冀原，劉宇飛，王柏村，等.面向2035的智能制造技術預見和路線圖研究［J］.機械工程學報，2022，58（4）：285-308.

［3］姚錫凡，景軒，張劍銘，等.走向新工業革命的智能制造［J］.計算機集成制造系統，2020，26（9）：2299-2320.

［4］湯海斌，吳鵬，汪惠芬，等.政產學研用相融的智能制造工程專業建設探索［J］.教學設計研究，2024（1）：34-43.

［5］盧燦舉，劉京菊，楊國正，等.網絡安全專業課程思政教學研究［J］.教育教學論壇，2022（48）：1-4.

The Role of Micro-course Construction in the Field of New Engineering Talent Cultivation

TANG Hai-bina， ZHANG Shu-xiangb， YANG Kaib， LI Jiab

（a. School of Intelligent Manufacturing， b. School of Mechanical Engineering， Nanjing University of Science amp; Technology， Nanjing， Jiangsu 210094， China）

Abstract： With the development of the technologies and industries， how to cultivate talents in emerging frontier fileds is the key issue for universities. Micro-course plays a pivotal role in the reform of higher education as an important means of new engineering talent cultivation. Micro-course aligns with the latest policy planning of the Department of Higher Education， Ministry of Education. The modularized and specialized teaching meets the requirement of modern society and learners. For advanced new engineering construction， the micro-course development should contain the core subject teaching content， the application simulation development environment， the complete online and offline practice platforms， the comprehensive learning management systems， and the evaluation and feedback processes. As an example of the micro-course development in the field of industrial internet at Nanjing University of Science and Technology， a series of micro-course training programs and course settings are introduced.

Key words： Emerging Engineering Education; micro-course; teaching system