新工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

周劍峰，韓民

摘要：以新材料、新能源、生物技術(shù)等為代表的新工科發(fā)展需要不同學(xué)科的交叉融合和跨界整合，其課程體系仍不成熟，處于不斷探索之中。其中，如何構(gòu)建科學(xué)的實(shí)踐教學(xué)體系關(guān)系到學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維的形成。本文嘗試分析新工科專業(yè)的特點(diǎn)和教學(xué)不足后，重點(diǎn)介紹了所在單位實(shí)踐教學(xué)體系多層次、模塊化、集成創(chuàng)新的構(gòu)建舉措。

關(guān)鍵詞：新工科；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）44-0109-02

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級的重要階段，從依靠勞動(dòng)力和能耗的經(jīng)濟(jì)拉升轉(zhuǎn)向依靠科技創(chuàng)新提升，“中國制造2025”“工業(yè)制造4.0”等一個(gè)個(gè)重大戰(zhàn)略相繼提出。在此背景下，國家需要布局面向未來的新工科專業(yè)，培養(yǎng)出新經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需的新工科人才。而現(xiàn)階段，新工科人才培養(yǎng)明顯滯后于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，難以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和跨界整合能力的新工科人才。為此，2017年2月，教育部在復(fù)旦大學(xué)專題召開了關(guān)于新工科的高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，探討新工科學(xué)科發(fā)展和工程教育問題。

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院是新工科人才培養(yǎng)的代表，一直致力于新工科教學(xué)內(nèi)容和模式的探索。學(xué)院在原有功能材料專業(yè)的基礎(chǔ)上，面向新能源、光電信息、生物醫(yī)學(xué)工程等新技術(shù)領(lǐng)域，增建了三個(gè)對應(yīng)工科專業(yè)，堅(jiān)持“以理為基礎(chǔ)、以工為方向，理工結(jié)合”的人才培養(yǎng)理念和“‘興趣和‘重大應(yīng)用雙力驅(qū)動(dòng)”的學(xué)科發(fā)展理念，以現(xiàn)代工業(yè)的需求為導(dǎo)向，實(shí)施新工科人才培養(yǎng)的改革探索，取得了不錯(cuò)的教學(xué)成效。本文將重點(diǎn)介紹該單位在新工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)舉措。

一、新工科的界定

雖然迄今“新工科”并未明確定義，但筆者認(rèn)為至少有兩方面可以納入新工科范疇：一是傳統(tǒng)工科在新技術(shù)支撐下得到較大新發(fā)展，數(shù)字化、智能化、微納化以及集成度進(jìn)一步提升，如智能制造、機(jī)器人等；一是以前從未出現(xiàn)、面向未來應(yīng)用、引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的學(xué)科，如生物醫(yī)學(xué)工程、光電信息等。較之于傳統(tǒng)的工科，新工科在技術(shù)領(lǐng)域呈現(xiàn)出以下特征。

（一）技術(shù)門檻高，投入大

新工科多數(shù)涉及新理論、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，需要不斷嘗試摸索，技術(shù)難度大，相應(yīng)地，也需要更大的資金投入。近期，基于量子通訊技術(shù)的應(yīng)用開展很好地詮釋了此特征。

（二）需要多學(xué)科的交叉支撐

新工科多數(shù)屬于交叉學(xué)科，單一學(xué)科無法支撐新工科的發(fā)展。如本學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開發(fā)的“面向癌癥治療應(yīng)用的高精度手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)”，原理為通過具有熒光發(fā)光性質(zhì)的靶向顯影粒子在儀器下顯微成像。該技術(shù)即需要通過化學(xué)方法制備納米粒子，應(yīng)用熒光發(fā)光的物理性質(zhì)，在電子設(shè)備中成像，整套系統(tǒng)涉及物理、化學(xué)、生物和電子等多學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用。

二、新工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)工科實(shí)踐教學(xué)薄弱，實(shí)踐環(huán)節(jié)越來越少[1]。實(shí)踐教學(xué)僅僅作為理論教學(xué)的補(bǔ)充，浮于形式，內(nèi)容陳舊，難以開展和新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)的技術(shù)實(shí)踐。稍有難度的專業(yè)實(shí)驗(yàn)傾向于演示性、驗(yàn)證性開展，學(xué)生實(shí)踐能力難以提升。而新工科專業(yè)涉及知識(shí)面更廣，內(nèi)容更新，難度更大，實(shí)踐教學(xué)問題相應(yīng)更為突出，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）教師的工程素養(yǎng)欠缺

高校多數(shù)教師學(xué)術(shù)科研突出，但在工業(yè)應(yīng)用方面經(jīng)驗(yàn)欠缺，難以給予學(xué)生面向應(yīng)用的工程實(shí)踐指導(dǎo)。

（二）實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不科學(xué)，不成體系

新工科在發(fā)展過程中，新知識(shí)不斷繁衍，同時(shí)和傳統(tǒng)工科之間存有交集，實(shí)踐教學(xué)難以凝練出科學(xué)的體系，更多地體現(xiàn)為拼湊，教學(xué)內(nèi)容因任課教師變化而異，缺乏持續(xù)性和系統(tǒng)性。

（三）教學(xué)設(shè)備和場地不健全，教學(xué)形式單調(diào)

新工科專業(yè)，如半導(dǎo)體，實(shí)踐教學(xué)所需設(shè)備要求較高，難以滿足。受教學(xué)條件限制，部分新工科的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能觀摩，而且教學(xué)設(shè)備遠(yuǎn)落后于現(xiàn)行工藝設(shè)備，更新緩慢，學(xué)生難以受到和產(chǎn)業(yè)匹配的實(shí)踐訓(xùn)練。

（四）缺乏激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的開放管理機(jī)制

一是教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上，缺乏拓展性實(shí)踐教學(xué)，不注重對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)散型思維的培養(yǎng)和引導(dǎo)；二是實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏對學(xué)生的開放式管理，學(xué)生難以根據(jù)自身需要自主開展實(shí)驗(yàn)。

三、新工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

新工科的特點(diǎn)決定了在課程教學(xué)方面不能照搬傳統(tǒng)工科的教育模式，要做好新工科課程計(jì)劃：突破傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的“三段式”安排，擯棄將實(shí)踐課主要安排在高年級的做法，將實(shí)踐教學(xué)貫穿于教學(xué)的始終，發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)對于激發(fā)學(xué)生興趣、活化知識(shí)聯(lián)結(jié)、激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)的功能[2]。南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院針對新工科實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)存問題，從加強(qiáng)師資入手，以現(xiàn)代工程的應(yīng)用需求為導(dǎo)向，在材料、光電、生醫(yī)和新能源等新工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方面做了改革優(yōu)化，取得了不錯(cuò)的成效。其實(shí)踐教學(xué)中心在2016年以排名第一的優(yōu)秀成績通過“江蘇省高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐教育中心”考核?，F(xiàn)將其經(jīng)驗(yàn)介紹如下。

（一）多元化組建了“理論和實(shí)踐兼修”的師資隊(duì)伍

教師隊(duì)伍是持續(xù)提高實(shí)踐教學(xué)水平的關(guān)鍵，學(xué)院通過內(nèi)部發(fā)掘和外部聘用的方式建立了具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的校內(nèi)外“雙師”隊(duì)伍。校內(nèi)發(fā)動(dòng)具有學(xué)術(shù)頭銜的教師指導(dǎo)前瞻性實(shí)驗(yàn)，校外聘任了一批具有海外現(xiàn)代企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的“青年千人”教師指導(dǎo)專業(yè)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)聘用了一部分高新技術(shù)企業(yè)的工程師承擔(dān)工程教育和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐教學(xué)。優(yōu)化的師資隊(duì)伍不僅提升了實(shí)踐教學(xué)的專業(yè)覆蓋面，而且也保證了多層次實(shí)踐課程的順利實(shí)施。

（二）開展了多層次、模塊化的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)

現(xiàn)代工程不僅有對傳統(tǒng)工科的繼承，更是新工藝、新技術(shù)的創(chuàng)新。學(xué)院改變了傳統(tǒng)工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅在高年級開設(shè)的方式，將實(shí)踐教學(xué)貫穿本科四年培養(yǎng)的始終。針對不同專業(yè)分別開設(shè)了諸如“生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)”“光學(xué)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)”“新能源器件與工藝試驗(yàn)”等模塊化專業(yè)實(shí)驗(yàn)，全部實(shí)踐教學(xué)涵蓋傳統(tǒng)工程技術(shù)基本金工技能、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、前瞻性實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)實(shí)踐等5個(gè)層次的內(nèi)容，并且將精密加工、3D打印、激光技術(shù)、微加工技術(shù)等當(dāng)代前沿的工程技術(shù)與技能納入培訓(xùn)教學(xué)體系中。100多門實(shí)驗(yàn)課程充分考慮了實(shí)踐能力的漸次培養(yǎng)和與新工程技術(shù)的結(jié)合。

（三）信息化建設(shè)了開放式實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)

實(shí)踐教學(xué)的目的在于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，但固化的實(shí)踐模式不利于創(chuàng)新意識(shí)的形成，為此學(xué)院利用信息化手段實(shí)現(xiàn)開放式實(shí)踐教學(xué)管理，方便學(xué)生獨(dú)立自主地進(jìn)行探索性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。一方面，學(xué)院積極建設(shè)“慕課”，讓學(xué)生網(wǎng)上隨時(shí)學(xué)，如“真空工藝與實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程設(shè)立20個(gè)知識(shí)點(diǎn)，制作了300分鐘的視頻課程。又如開發(fā)了“原子力顯微鏡”“鋰空氣電池”等一批包含由基礎(chǔ)到綜合型、研究型的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。另一方面，學(xué)院也建立儀器設(shè)備管理系統(tǒng)，讓學(xué)生可以根據(jù)需要網(wǎng)上預(yù)約自由使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并可在系統(tǒng)中和教師開展討論，充分落實(shí)了“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—應(yīng)用”的國際工程教育理念[3]。

（四）落實(shí)了產(chǎn)學(xué)研深度結(jié)合的“校企協(xié)同”培養(yǎng)機(jī)制

企業(yè)是新產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用的最終實(shí)現(xiàn)者和推動(dòng)者，也是人才培養(yǎng)的最終歸屬。學(xué)院先后和SK海力士半導(dǎo)體、京東方科技集團(tuán)（液晶）、國泰華榮（鋰電）、江淮汽車（動(dòng)力汽車）等現(xiàn)代企業(yè)開展實(shí)踐教學(xué)合作，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)到企業(yè)第一線了解產(chǎn)品、工藝和行業(yè)，開拓了學(xué)生的視野，激活了學(xué)生的思維，也讓新工科人才培養(yǎng)體系更具針對性和有效性。

總之，學(xué)院整體考慮了新工科的特征，從優(yōu)化師資入手，豐富了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，以“為產(chǎn)業(yè)和企業(yè)培養(yǎng)人才”為目標(biāo)，在教學(xué)形式和教學(xué)管理方面進(jìn)行了科學(xué)的改革，能夠滿足新工科人才實(shí)踐能力培養(yǎng)要求，取得了不錯(cuò)的成效。

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