新工科背景下傳統(tǒng)工科專業(yè)培養(yǎng)升級實踐探索

摘要：新工科建設是我國推動工程教育改革的重大戰(zhàn)略決策部署。本文分析了其對傳統(tǒng)工科專業(yè)在更新教育教學理念、改進教學內容方法、推廣國際化實踐教學、強化政策人才保障等理念上的新要求，從供給側角度出發(fā)提出了傳統(tǒng)工科專業(yè)落實新理念過程中亟需構建的“學?！彝ァ髽I(yè)—政府—社會”多維協(xié)同體系，進一步就在專業(yè)培養(yǎng)中引入課程思政、虛擬仿真技術與人工智能大模型技術的重要意義與形式方法進行了系統(tǒng)闡述，以實現(xiàn)新工科建設理念、資源、范式與技術的有機融合。

關鍵詞：新工科；多維協(xié)同；課程思政；虛擬仿真；人工智能

引言

2018年，教育部提出加快新工科建設，改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，探索建立工程教育新理念、新標準、新模式、新方法、新技術、新文化。在新工科建設的大背景下，傳統(tǒng)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)工作正在以新工科研究與實踐為基本方法論，匯聚工程教育教學新理念，挖掘不同來源的多維育人資源，逐步引入包括課程思政、虛擬仿真技術、人工智能大模型等在內的新范式與技術，實現(xiàn)三全育人理念在傳統(tǒng)工科專業(yè)中的再創(chuàng)新。本文分析了新工科建設對傳統(tǒng)工科專業(yè)提出的新要求，提出了傳統(tǒng)工科專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中亟需構建的多維協(xié)同培養(yǎng)體系，對專業(yè)培養(yǎng)中采用創(chuàng)新手段的重要意義與形式方法進行了闡述，將為今后傳統(tǒng)工科專業(yè)升級改造提供參考。

一、適應新工科建設的傳統(tǒng)工科專業(yè)培養(yǎng)新理念

新工科建設是我國為滿足新時代經濟社會發(fā)展需求，推動工程教育改革而做出的重大戰(zhàn)略和決策部署。參考國內外經驗[1-2]，傳統(tǒng)工科專業(yè)亟需融入具有時代性和創(chuàng)新性的培養(yǎng)理念，主要包含7方面：

（一）加快知識體系更新拓展

傳統(tǒng)工科專業(yè)理論知識和實踐技術的更新頻率不斷提升，需要強化跨學科的交叉融合，引入信息技術、人工智能、大數(shù)據(jù)等，并與傳統(tǒng)工科最新的科技成果有機結合，能夠顯著助力學生綜合素質和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）加強以能力導向的培養(yǎng)

傳統(tǒng)工科專業(yè)需要從單純的知識傳授轉向綜合能力培養(yǎng)，加強學生在工程設計、實驗操作、項目管理、多學科融合等方面實踐能力的訓練，同時注重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的創(chuàng)新能力以及團隊合作和領導能力。

（三）推動教學內容方法變革

傳統(tǒng)工科專業(yè)教學方法需要從傳統(tǒng)的教師講授轉變?yōu)榛邮?、體驗式的師生共同參與課堂，鼓勵學生主動學習、參與討論和實踐。主動利用現(xiàn)代信息技術豐富教學手段和資源，如多媒體技術、在線課程、虛擬仿真實驗室等。

（四）探索產教融合深化模式

傳統(tǒng)工科專業(yè)應當深入實施校企產學研用合作，培養(yǎng)過程要緊密貼合企業(yè)生產實際需求，共同設計課程內容，開展實習實訓，使學生能夠直接接觸行業(yè)領域內最前沿的技術和先進的管理理念，提高人才培養(yǎng)針對性和實效性。

（五）拓寬國際化的培養(yǎng)視野

傳統(tǒng)工科專業(yè)要順應國際化的發(fā)展趨勢，主動加強國際交流與合作，通過引進國際先進的教育資源、實施國際聯(lián)合培養(yǎng)項目、組織學生參加國際競賽和交流等，培養(yǎng)國際視野和跨文化溝通能力，提升學生的全球競爭力。

（六）建立教育質保評價體系

新工科建設理念的內涵之一便是建立科學的質量保障和動態(tài)評價體系，因此，傳統(tǒng)工科專業(yè)需要完善內部質量監(jiān)控機制，建立面向學生和企業(yè)的人才培養(yǎng)成效全流程評價平臺，接受外部對培養(yǎng)質量的評估和認證，確保符合國際標準和社會需求。

（七）建設優(yōu)秀專業(yè)教師隊伍

新時代的傳統(tǒng)工科專業(yè)教師不僅要有深厚的專業(yè)理論儲備，還要具備較強的實踐能力和創(chuàng)新精神，主動接觸和吸納先進的技術成果進入課堂。因此，教師的長期發(fā)展變得尤為重要，需要通過大量培訓、學術交流等不斷提升教學和科研能力。

二、適應新工科建設的傳統(tǒng)工科專業(yè)多維教育資源協(xié)同體系

在上述傳統(tǒng)工科專業(yè)培養(yǎng)的新理念中，不論是實現(xiàn)知識體系更新、綜合能力提升與教育方法變革，還是推廣產教融合、國際化培養(yǎng)與強化政策保障，均非僅依賴高校自身的培養(yǎng)模式能夠完成。充足且多樣的教育資源一旦缺位，再先進的培養(yǎng)理念也難以取得良好的實施效果。因此，從供給側改革的角度來講，應盡快建立充分體現(xiàn)新理念的傳統(tǒng)工科專業(yè)“高?！彝ァ髽I(yè)—政府—社會”多維教育資源協(xié)同體系，以服務新工科建設。

高校始終是高等教育的育人主體，是完成高素質工程技術人才培養(yǎng)的第一責任人。高校內部本身就存在眾多育人資源，除了傳統(tǒng)的教師外，還包括輔導員、研究員、實驗員、朋輩學生榜樣、行政管理人員、后勤服務人員等。應加強頂層設計，充分激發(fā)全員育人動力，確保全體教職員工結合自身崗位和工作特點，將校內育人環(huán)節(jié)相互串聯(lián)，貫穿學生在校全過程。

家庭是學生三觀形成的重要源頭之一。傳統(tǒng)工科教育中往往忽視家庭的作用，事實上，家庭成員的性格與行事風格、成員間的人際關系和生活氛圍對學生有著潛移默化且深刻持久的影響。應將家庭納入培養(yǎng)體系內，一方面構建家校常態(tài)化溝通與反饋渠道，使在校與假期不同階段培養(yǎng)資源有效銜接；另一方面鼓勵學生家長走入校園和就業(yè)單位，了解學生所學專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景，使三觀培育與職業(yè)規(guī)劃內容能夠與家庭教育資源有機融合。

企業(yè)是大多數(shù)高校畢業(yè)生的就業(yè)選擇，也是工程技術人才終身學習與價值實現(xiàn)的場所，其在實踐育人和產教融合的過程中，掌握著較為豐富的教育資源。為進一步全面提升畢業(yè)生的綜合素養(yǎng)，企業(yè)應盡早切入其培養(yǎng)各環(huán)節(jié)，將未來工作中所需的職業(yè)技能體現(xiàn)在傳統(tǒng)工科的培養(yǎng)大綱與課程目標中。采取校企聯(lián)合培養(yǎng)、產學研深度合作、實踐基地培育、企業(yè)專家進課堂等多樣形式，豐富傳道筑基的第一課堂，拓展走入社會的第二課堂，讓學生獲得更為真實、具體的實踐體驗，實現(xiàn)學生到職場人轉變節(jié)點的前移。

政府在人才培養(yǎng)的過程中扮演著制度完善與執(zhí)行監(jiān)督的角色。我國各級教育部門已經圍繞新時代高校育人工作制定出臺了大量針對性政策。然而，隨著經濟社會發(fā)展與時代背景的不斷變化，國家和社會對人才的要求也日漸多元，需要政府通過動態(tài)調節(jié)實現(xiàn)不同類型教育資源的匯聚，并有組織地投入到具體的育人過程中。尤其應制定政策提供專門的政策獎補，以少量政府投入撬動大量社會資本，有效解決人才培養(yǎng)過程中長期存在的資源不足問題。

社會在塑造專業(yè)認同、營造重視人才氛圍方面具有重要的作用。傳統(tǒng)工科專業(yè)在與智能化、信息化融合并升級為新質生產力的過程中，需要逐漸培養(yǎng)和積累充足的新鮮血液。這需要全社會客觀評價傳統(tǒng)工科專業(yè)在國家和社會發(fā)展中的地位和作用，積極看待與支持新質生產力及其配套專門人才隊伍的塑造過程，發(fā)揮各行各業(yè)人力與技術資源的支持作用，實現(xiàn)跨學科、跨行業(yè)、跨地域的提質增效。

在實際的育人過程中，上述五大類教育資源必須在體制機制、育人行為等方面實現(xiàn)多維協(xié)同，即育人主體高校在政府的指導下牽頭開展具體工作，家庭、企業(yè)在政府支持下針對具體育人環(huán)節(jié)匯聚合力，社會在政府引導下提供穩(wěn)定且積極的環(huán)境，最終實現(xiàn)一切教育資源的同向同行，提升高素質工程技術人才培養(yǎng)的速度與規(guī)模。

三、適應新工科建設的傳統(tǒng)工科專業(yè)教育創(chuàng)新范式與技術

在吸納了先進培養(yǎng)理念、匯聚了豐富教育資源的前提下，高校應當發(fā)揮主觀能動性，從校內培養(yǎng)環(huán)節(jié)出發(fā)，探討新理念和多維資源的融合路徑，在傳統(tǒng)工科專業(yè)教育教學范式與技術等方面開展積極探索與革新。目前，理念和技術較為成熟、需要進一步推廣應用的主要包括課程思政、虛擬仿真、人工智能等。

（一）實施課程思政改革，全面塑造學生價值觀

課程思政旨在將思想政治教育融入各門專業(yè)課程的教學過程中，在傳統(tǒng)工科專業(yè)教學中具有極其重要的意義[3]。首先是全面塑造價值觀和社會責任感。傳統(tǒng)工科專業(yè)教學通常注重理論和技術的學習，而課程思政能夠在此基礎上強化社會主義核心價值觀的培育，深刻理解工程技術與社會發(fā)展的密切關系，激發(fā)其為社會進步和國家發(fā)展貢獻力量的責任感；其次是顯著提升綜合素質和創(chuàng)新精神。課程思政有助于學生增強法律意識、倫理道德、文化素養(yǎng)等，在學習專業(yè)知識的過程中發(fā)展批判性思維，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和解決問題的能力，從而全面提升個人綜合素養(yǎng)；最后是樹立寬廣的國際視野與民族自信。結合傳統(tǒng)工科專業(yè)技術不斷突破、國家科技實力日益提升的大背景，課程思政能夠拓寬學生的國際視野，增強民族自信心和自豪感，培養(yǎng)具有國際競爭力的工程技術人才。

在實施形式上，傳統(tǒng)工科專業(yè)的課程思政具有靈活多變、效率高、效果好的特點。通過利用好企業(yè)、政府等教育資源，引入大量工程領域國之重器的實際案例，通過講述技術攻關、工程實施等事跡，自然融入思政元素。創(chuàng)設開放性的課堂氛圍，通過分析其中的道德、法律、文化等問題，引導學生分組互動討論，實現(xiàn)專業(yè)知識與思政教育的結合。在課程設計和畢業(yè)設計中，引入社會責任和倫理道德的要求，鼓勵學生就相關話題進行思考與分析，使學生在實踐中體會課程思政的內涵。開設工科與管理和人文學科的跨學科課程，如工程倫理、工程師社會責任等，邀請校外專家指導實驗、實習、社會實踐，讓學生在特定情境中體會如何將正確的價值觀融入專業(yè)技術工作。

（二）推廣虛擬仿真技術，構建體驗式教育場景

在傳統(tǒng)工科領域，實際操作往往伴隨著一定的風險。虛擬仿真技術可以創(chuàng)建一個無風險的模擬環(huán)境，讓學生在虛擬環(huán)境中進行實驗和操作，提供無限次的實踐機會[4]，減少了真實材料和設備的消耗，使教學過程更加直觀和互動，從而提高學習的主動性和積極性。隨著情景模擬算法和三維可視化技術的不斷迭代，虛擬仿真技術能夠創(chuàng)建完整的工程項目模擬，如橋梁建設、建筑設計等，精確模擬復雜的工程問題和操作過程，讓學生在虛擬環(huán)境中體驗整個項目的實施過程，幫助其更直觀地理解抽象概念和復雜原理，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科學研究能力。此外，通過建立遠程協(xié)作平臺，也能夠引入企業(yè)、政府和社會資源，實現(xiàn)學生與校外技術人員在不同地點共同完成項目的目的，培養(yǎng)團隊合作能力。

因此，在傳統(tǒng)工科專業(yè)的課程設計中，需要進一步整合虛擬仿真技術，將模擬實驗和操作作為課程的一部分。利用好校外教育資源掌握的大量代表性的工程案例，構建虛擬仿真教學資源庫，通過模擬教學，讓學生在分析和解決問題的過程中學習和實踐專業(yè)知識。建立虛擬仿真教學資源共享平臺，面向學校、企業(yè)開展專業(yè)技能訓練，如焊接、機械加工等，提高學生與技術人員的操作技能。此外，需要設置反饋和評估機制，讓學生及時了解自己的學習進度和存在問題，設置教師與校外企業(yè)技術人員作為雙重指導，幫助其不斷改進。

（三）探索大模型技術應用，以人工智能賦能教育教學

人工智能大模型是擁有超大規(guī)模參數(shù)和復雜計算結構的機器學習模型，通過訓練海量數(shù)據(jù)來提高預測性能和處理更復雜任務的能力，在自然語言處理、計算機視覺、語音識別等領域有廣泛應用，十分契合工科專業(yè)培養(yǎng)的實施場景。一方面，人工智能大模型可根據(jù)學生的學習習慣和進度優(yōu)化教學資源的分配，提供個性化的教學內容和路徑，自動批改作業(yè)和評估學生的學習成果，幫助每個學生更高效地掌握專業(yè)知識，確保優(yōu)質資源得到最合理利用；另一方面，大模型也能夠模擬真實的工程問題，提供豐富的實驗和探索環(huán)境，讓學生在解決問題的過程中進行互動和合作，有助于未來在工作崗位上完成更為復雜的生產賦能任務。

具體而言，高校應與相關技術領軍企業(yè)這一教育資源進行深度合作，以專業(yè)、班級和課程為基礎將學生進行劃分，建立基于人工智能大模型的智能教學平臺，開發(fā)在線協(xié)作工具，創(chuàng)建虛擬助教和工程實驗環(huán)境，智能調整課程內容和難度。開發(fā)自適應學習系統(tǒng)，根據(jù)學習進度和掌握程度，動態(tài)調整每一位學生的學習內容，及時向教師給出反饋和建議，便于在教學組織中合理分配重難點知識的授課時間。同時，利用大模型實時分析學習數(shù)據(jù)，完成教學成效動態(tài)智能評價，將學情分析貫穿于課程設計、實施與考核的全過程，基于雨課堂測驗、日常作業(yè)、階段考試等了解學生對前序和正教授知識的掌握程度。在此過程中，需要調動企業(yè)和社會的教育資源，為高校教師提供針對人工智能大模型技術的使用培訓和長期支持，幫助其更好地利用這些新興技術開展教育教學工作。

結語

新工科建設背景下，傳統(tǒng)工科專業(yè)需更新教育教學理念、改進教學內容方法、推廣國際化實踐教學、強化政策人才保障，培養(yǎng)適應未來社會發(fā)展需要的高素質工程技術人才。為優(yōu)化供給側最為核心的教育資源體系，教育的視角應由單一的高校拓展為“高?！彝ァ髽I(yè)—社會—政府”的多維架構，激發(fā)一切資源的內在驅動力，以服務新工科建設。依托充分撬動的校外教育資源，課程思政、虛擬仿真技術、人工智能大模型技術等可引入傳統(tǒng)工科專業(yè)培養(yǎng)工作中開展革新，實現(xiàn)新工科建設理念、資源、范式與技術的有機融合。

參考文獻：

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[4]劉德建，劉曉琳，張琰，等.虛擬現(xiàn)實技術教育應用的潛力、進展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究，2016，22（04）：25-31.

（作者單位：北京交通大學土木建筑工程學院）

（責任編輯：宋宇靜）