新工科背景下新建本科院校光電信息科學與工程專業(yè)建設探索

周 遠，陳 英，孫利平，胡放榮，張竹嫻，劉安玲

(長沙學院電子信息與電氣工程學院， 湖南 長沙 410022)

第四次工業(yè)革命正引領著全球工業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革，為高等工程教育帶來挑戰(zhàn).為了保障產(chǎn)業(yè)變革所需的人力資源，促進新技術、新產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，教育部于2017年開始實施系列新工科建設計劃[1]，包括“復旦共識”[2]、“天大行動”[3]、“北京指南”[4]等.新工科建設的重點在于新工科專業(yè)建設及其人才培養(yǎng)上[5].高校在建設某個具體的新工科專業(yè)時無統(tǒng)一詳細的現(xiàn)成路徑可走，需要在形成和發(fā)展過程中不斷摸索.一要考慮新工科專業(yè)的建設類型以及專業(yè)性質[6-7]，根據(jù)專業(yè)溯源、內(nèi)涵、特征來摸索建設路徑.二要根據(jù)學校類型和特征有區(qū)別地建設新工科專業(yè)[8].不同高校的類型、辦學層次、辦學定位、服務面向各不相同，導致新工科建設思路和側重點不同.各校工科專業(yè)需按照所在學校類型特征以及專業(yè)自身現(xiàn)狀來建設和發(fā)展具有各自特色的新工科[4-9].

光電信息科學與工程專業(yè)是教育部2012年下發(fā)文件，將原有光電類五個專業(yè)合并而來的專業(yè)[10]，為教育部公布的首批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關本科專業(yè)[11].該專業(yè)具有引領性、交融性[12]、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等新工科專業(yè)的典型特征.目前全國已有230所不同層次、不同類別的高校開設有光電信息科學與工程專業(yè)，其中有超過80所高校屬于新建本科院校[13].該類院校本科辦學時間不長，基礎薄弱，辦學經(jīng)驗較為不足，專業(yè)建設系統(tǒng)性、計劃性、全局性欠缺.在這樣的辦學基礎上建設如光電信息科學與工程這類戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關專業(yè)面臨較大挑戰(zhàn).本文基于光電信息科學與工程專業(yè)的典型特征以及新建本科院校的辦學基礎和特點，分析了專業(yè)建設方向.提出了政校企共同體構建、辦學資源籌措、人才隊伍建設的思路.從課程體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段以及課程考核方式等方面初步摸索了人才培養(yǎng)的途徑和方法.

1 由地方經(jīng)濟社會、產(chǎn)業(yè)發(fā)展及企業(yè)技術創(chuàng)新需求確定專業(yè)建設方向

新建本科院校的光電信息科學與工程新工科專業(yè)建設，首先需要正確樹立建設理念和思路.一要從學科導向轉向以地方經(jīng)濟社會、產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導向[3].既要深入分析地方激光加工、光纖通信、光電顯示、光照明、光存儲、太陽能光伏、激光醫(yī)療、軍用光電裝備等產(chǎn)業(yè)當前和未來的發(fā)展需求，又需研判地方光計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3D顯示、虛擬現(xiàn)實等未來新型產(chǎn)業(yè)領域對光電信息技術的需求.圍繞這些產(chǎn)業(yè)對光電信息類人才知識結構、素質能力的要求確定人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)出“適銷對路”的人才[5].二是走應用型發(fā)展之路，培養(yǎng)復合型高素質光電工程專業(yè)人才.三要走差異化、特色化、內(nèi)涵式發(fā)展思路.在地方范圍內(nèi)，比較分析設置有光電類專業(yè)的其他院校的辦學特點和服務面向.結合自身特點確定在光電領域具有明顯優(yōu)勢和潛力并有資源投入保障的專業(yè)發(fā)展方向并集中資源投入建設，形成特色，與地方其他高校成為互補.

2 構建政校企共同體，推進專業(yè)建設

新建本科院校建設光電信息科學與工程新工科專業(yè)，需要建立與地方范圍內(nèi)電子、信息類產(chǎn)業(yè)實務部門、行業(yè)、企業(yè)、研究院所、高校的聯(lián)系，開展產(chǎn)學研合作[14].新建本科院校在與綜合性大學開展校企合作競爭中處于劣勢的情況下，只能堅持差異化發(fā)展思路[15].一是根據(jù)地方企業(yè)的人才需求和高校自身特點，集中資源建設具有自身優(yōu)勢和特色而又在區(qū)域內(nèi)老牌綜合性大學發(fā)展偏弱的光電領域專業(yè)方向.二是與綜合性大學培養(yǎng)學術型人才偏向相異，新建本科院校要強調提升學生光電信息工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)與地方企業(yè)需求零距離接縫的應用型人才.三是與綜合性大學教師科學研究偏向學術研究相異，新建本科院校需引導教師主動對接區(qū)域行業(yè)企業(yè)的需求開展科研和技術研發(fā)，幫助企業(yè)解決轉型升級和產(chǎn)品創(chuàng)新中的關鍵技術問題.通過以上路徑，使企業(yè)愿意參與到應用型工程教育人才培養(yǎng)中來，形成校企共生共贏的協(xié)同育人模式.要讓光電類行業(yè)企業(yè)參與到教育教學各個環(huán)節(jié).校企合作培養(yǎng)人才或開展技術創(chuàng)新研發(fā)要具有前瞻性，不但要針對光電行業(yè)企業(yè)當前發(fā)展所需，更要面向未來的發(fā)展需求[5].

3 多元化渠道爭取辦學資源，建設教學和科研平臺

新建本科院校辦學基礎薄弱，而相對其他專業(yè)，光電信息科學與工程專業(yè)建設所需的教學科研實踐平臺搭建相對昂貴，辦學資源創(chuàng)建為該專業(yè)新工科建設帶來了挑戰(zhàn).資源創(chuàng)建和平臺搭建的思路可歸納為三條：一是在優(yōu)化整合校內(nèi)資源的同時，通過多元化渠道爭取外部辦學資源，創(chuàng)造辦學條件.不但要利用區(qū)域優(yōu)勢爭取各級政府、行業(yè)部門在政策、經(jīng)費和其他資源的支持，還需主動聯(lián)系和挖掘產(chǎn)業(yè)行業(yè)和社會各界優(yōu)勢資源.二是建設貼近工程實際的實踐教學創(chuàng)新平臺.基于地方光電類產(chǎn)業(yè)需求，有針對性地建設貼近光電行業(yè)生產(chǎn)實際，滿足光電企業(yè)崗位需求的真實崗位實習實訓平臺，典型例子如激光制造與測試實訓系統(tǒng)、光電子器件制備與測試組網(wǎng)實訓系統(tǒng)、光通信技術與應用實訓系統(tǒng)等.基于光電信息技術前沿創(chuàng)新性和學科交叉性特征，建設工程創(chuàng)新和技術開發(fā)平臺，如針對物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3D顯示、虛擬現(xiàn)實等新型應用的光電信息技術開發(fā)平臺等.三是充分利用優(yōu)質共享教學資源，如國家、地方開放型光電類相關實驗室、工程技術中心以及線上光電類課程教學資源.

4 組建雙師型人才隊伍

高等工程教育的新工科改革成敗關鍵在人.新建本科院校師資普遍工程實踐能力弱，需要建立一支教育教學能力、科研能力和工作經(jīng)驗兼?zhèn)涞摹半p師型”跨學科教師隊伍.首先，根據(jù)新工科改革需要改造現(xiàn)有教師隊伍.一是與企業(yè)合作，建立設在企業(yè)的教師訪學或培訓基地，通過掛職、工作、訪學、培訓等多種方式有計劃有組織地派遣教師到企業(yè)一線工作.二是鼓勵和支持青年博士到企業(yè)博士后流動站從事工程技術研發(fā)工作.三是改革教師職稱評定體系，為工程實踐能力強、應用性研究成果突出的教師爭取更大職稱晉升空間.然后，完善教師聘用體系，解除人事制度的制約，從企業(yè)、產(chǎn)業(yè)部門引進工程經(jīng)驗豐富、工程能力強的光電類專家或工程師充實教師隊伍.

5 優(yōu)化人才培養(yǎng)模式和課程體系，改進教學方法和教學手段

人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新是新工科專業(yè)建設中的關鍵[16]，需要結合自身優(yōu)勢和特點，堅持以學生為中心的理念，按照新工科建設的需求改革課程體系、教學內(nèi)容和考核方式，更新教學方法和教學手段.

5.1課程體系和教學內(nèi)容改革

新建本科院校在建設光電信息科學與工程新工科專業(yè)時，由于基礎較弱，課程體系不宜求大求全.一要針對地方光電相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，確定具有明顯優(yōu)勢和潛力并有資源投入保障的課程構建課程體系并集中有限教育和研究資源建設各門課程，形成辦學特色.二要結合光電信息新技術的發(fā)展、應用現(xiàn)狀和趨勢更新教學內(nèi)容，優(yōu)化課程結構.既要發(fā)揮現(xiàn)有專業(yè)基礎和優(yōu)勢，又要關注影響地方光電信息相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新思想、新知識、新技術與新方法，將其融入教學內(nèi)容.三要注重多學科交叉融合與問題導向.光電信息科學與工程本身是以光電子為主體，光學、電子、信息、機械等多學科交叉衍生的專業(yè)，在新工科背景下，該專業(yè)在新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)需求驅動下，其課程體系和教學內(nèi)容更需要注重學科交叉融合.一方面可根據(jù)地方相關產(chǎn)業(yè)需要的光電新技術發(fā)展需求開設一些跨學科專業(yè)課程，另一方面也可在經(jīng)典課程內(nèi)容基礎上融入其他學科的前沿新知識、新技術和新動態(tài).四要圍繞光電信息相關行業(yè)標準推進教學內(nèi)容改革，通過實施諸如光電卓越工程師人才培養(yǎng)計劃來突出培養(yǎng)具有實踐能力、創(chuàng)新能力、工程思維以及職業(yè)素養(yǎng)的親產(chǎn)業(yè)型人才.

5.2教學方法改革

新工科背景下，應以提升學生工程實踐能力、創(chuàng)新能力為動機，以提升學生學習興趣為主線，構建以學生為中心的工程教育生態(tài)，推進工程人才培養(yǎng)的新型教學方式方法變革.典型教學方法有工程崗位模擬教學法、工程案例教學法、任務驅動式教學法、線上線下混合式教學法等.

工程崗位模擬教學法是指基于校內(nèi)模塊化實踐教學平臺，通過光電企業(yè)運營中的生產(chǎn)、裝配、檢測等真實崗位對學生實施輪崗實踐教學，全面模擬光電企業(yè)典型產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程.該教學法將工程實際嵌入課程教學，能讓學生直接掌握典型光電器件、系統(tǒng)的設計、制作、工藝、檢測等環(huán)節(jié)流程，從而將職業(yè)標準中對崗位知識、能力、素質的要求內(nèi)化于課程實踐教學，培養(yǎng)高層次光電信息技術應用型人才.

工程案例教學法是指在課程教學中結合知識模塊引入光電信息類實際工程案例，組織學生分析討論并提出解決方案，最后引導學生總結評述各方案的優(yōu)缺點.首先，需要結合工程實際，將同一課程甚至多門課程的多個知識點有機結合構建工程案例.然后，靈活選擇案例的引入方式引導學生應用模塊知識解決具體工程問題.

任務驅動式教學法是指結合教學內(nèi)容設計工程任務分配給學生分組完成.首先綜合光電理論知識的應用前景構建有一定工程意義的項目任務，按照學生基礎、興趣及特長分組分派.然后引導學生根據(jù)任務目標實施資料查閱調研、方案設計優(yōu)化、軟件仿真預判、器件選型購置、系統(tǒng)制作調試、性能測試優(yōu)化.最后學生分組討論、撰寫報告、答辯驗收.

線上線下混合式教學法是指傳統(tǒng)面授教學與網(wǎng)絡在線教學相結合的教學方法.首先，依托校內(nèi)網(wǎng)絡教學平臺、校外在線教學平臺及QQ 、微信、E-mail等通訊工具，在線發(fā)布授課計劃、課前自學任務、教學視頻、教學課件等資源，引導學生課前自主學習并完成在線測試以初步掌握基本知識點.然后，在課堂教學時，著重強化重難點并進行答疑，必要時還可組織學生專題討論.課后，利用網(wǎng)絡平臺布置適當作業(yè)任務并批閱匯總.

5.3教學手段更新

新工科背景下，傳統(tǒng) “黑板+粉筆”式的教學手段已不能滿足現(xiàn)代工程教育發(fā)展的要求，信息技術與教育教學的深度融合催生了許多新型教學手段.一是合理利用多媒體技術來擴展課堂教學中信息傳播的方式.利用圖片、聲音、動畫、視頻等信息載體，可使抽象概念形象化，可更清晰、準確地描述工程系統(tǒng)的結構和原理，可形象地呈現(xiàn)工程動態(tài)過程.二是將在線教學手段引入教學.將本校教學團隊精心組織的教學資源以及校外網(wǎng)絡共享優(yōu)質在線課程資源上傳在線網(wǎng)絡教學平臺，采用線上線下混合式教學方法融通線下與線上空間，教師引導學生自主學習和交流，滿足學生個性化學習需要.三是將虛擬仿真手段引入教學，充分利用虛擬仿真技術創(chuàng)新工程實踐教學方式.可利用Zemax、LightTools等光學類設計或仿真軟件對各類光電設備中的光學系統(tǒng)進行設計，仿真分析其光線傳輸規(guī)律并評估其光學性能.可利用Multisim、Proteus等電路仿真軟件模擬、分析和優(yōu)化光電設備中的典型功能電路.可利用虛擬現(xiàn)實技術構建實踐教學環(huán)境，突破時空限制虛擬演示工程過程和結果并為學生創(chuàng)造探索性的實驗情境.

5.4課程考核方式改革

高等工程教育傳統(tǒng)的課程考核方式單一且過于偏向理論考試，難以達到考核新工科人才工程實踐能力的目的.改革的思路有兩點：一是提高過程性評價在總評成績中的占比，二是加強工程實踐方面的評價.過程性評價形式可靈活多樣，典型如平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、平時測驗、課程項目、團隊協(xié)作、調查報告、課程論文等評價環(huán)節(jié).工程實踐方面的評價典型方式如課程實驗評分(包括實驗預習、實驗操作、實驗報告等)、崗位實訓評分(包括工程素養(yǎng)、工程能力、實訓效果等)、工程設計(包括資料調研、方案制定、器材選型、設計效果、系統(tǒng)性能等).通過課程教學各環(huán)節(jié)的綜合評價體現(xiàn)考核的多元化.

6 結論

新建本科院校建設光電信息科學與工程新工科專業(yè)需要由地方經(jīng)濟社會、光電相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展及企業(yè)技術創(chuàng)新需求確定專業(yè)建設方向，培養(yǎng)“適銷對路”的應用型光電工程技術人才.堅持差異化發(fā)展思路，建設光電領域特色專業(yè)方向，緊貼企業(yè)需求培養(yǎng)人才，構建政校企共同體.通過多渠道籌措辦學資源，組建雙師型人才隊伍.結合光電信息新技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，注重多學科交叉融合與問題導向，圍繞相關行業(yè)標準來更新教學內(nèi)容.以學生為中心，通過工程崗位模擬教學法、工程案例教學法、任務驅動式教學法、線上線下混合式教學法等來提升學生學習興趣，構建自主互助的探究式主動學習模式.合理利用多媒體技術，將在線教學、虛擬仿真手段引入教學.提高過程性評價、工程實踐評價在課程總評成績中的占比，體現(xiàn)考核的多元化.