“新工科”背景下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)探索

劉宇雷，佘 明

“新工科”背景下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)探索

劉宇雷，佘 明

（南京航空航天大學(xué) 黨政辦公室，江蘇 南京 210016）

從“新工科”的背景出發(fā)，以高校人才培養(yǎng)實(shí)際要求為導(dǎo)向，在認(rèn)真總結(jié)歸納國內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)方面的優(yōu)勢與不足的基礎(chǔ)上，全面分析“新工科”背景給高校帶來的新趨勢、新要求，從而提出高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)的優(yōu)化策略。

“新工科”；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)體系

習(xí)近平總書記深刻指出：“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學(xué)知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強(qiáng)烈?！碑?dāng)前的中國正處于“兩個一百年”的歷史交匯期和實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的重要機(jī)遇期，面臨“百年未有之大變局”，全球范圍新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革如火如荼，國與國之間的經(jīng)濟(jì)競爭、科技競爭、人才競爭愈演愈烈，對工程科技人才提出了更高要求。

近年來，國家深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等重大戰(zhàn)略，加快推進(jìn)“雙一流”建設(shè)，特別是2017年推進(jìn)“新工科”建設(shè)后，“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”先后形成，為高校工程教育改革創(chuàng)新指明了新的方向[1]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能制造等不斷深入工科，全社會迫切需要一大批創(chuàng)新意識強(qiáng)、動手能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、學(xué)科視野寬的復(fù)合型高素質(zhì)人才。在培養(yǎng)學(xué)生以上能力的過程中，實(shí)踐育人所發(fā)揮的作用是巨大的；而作為實(shí)踐育人體系的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)所扮演的角色十分關(guān)鍵。面對新環(huán)境、新趨勢，面對“新工科”的新要求，現(xiàn)有教學(xué)模式難以完成相應(yīng)的人才培養(yǎng)任務(wù)，高校需要對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行調(diào)整，不斷提高人才培養(yǎng)工作的針對性和有效性。

1 “新工科”的內(nèi)涵及其對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新要求

1.1 “新工科”的基本內(nèi)涵

我國具有完整的工業(yè)體系，也是一個工程教育大國，工科在校生數(shù)量占到了接受高等教育學(xué)生總數(shù)的1/3以上。從世界范圍來看，我國工科畢業(yè)生要占到全世界工科畢業(yè)生的30%~40%，遠(yuǎn)超其他任何國家。從20世紀(jì)50年代學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)，到后來學(xué)習(xí)美國、西歐，到現(xiàn)在提出建設(shè)“新工科”，中國的工程教育走過了一個較為艱辛的過程。可以說，優(yōu)質(zhì)的工程教育，是新時代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，也是高等教育的重要使命。

針對傳統(tǒng)工程教育的理念滯后、人才結(jié)構(gòu)不合理、知識體系不適應(yīng)和培養(yǎng)模式固化等問題，“新工科”應(yīng)運(yùn)而生，更加注重學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通信、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合[2]?！靶鹿た啤睆?qiáng)調(diào)的是工科的“新生”和“新型”，“新生”就是要建設(shè)戰(zhàn)略性與新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)的“新工科”專業(yè)，“新型”就是要升級改造傳統(tǒng)工科專業(yè)，賦予其新的專業(yè)內(nèi)涵?！靶鹿た啤币孕陆?jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，是一個動態(tài)的概念?！靶鹿た啤钡慕ㄔO(shè)，一方面要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，并加強(qiáng)建設(shè)、提高質(zhì)量；另一方面要推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新，探索符合工程教育規(guī)律和時代特征的新培養(yǎng)模式[3]。

“新工科”絕不是簡單地開設(shè)新專業(yè)，必須突破 5大瓶頸，即打破學(xué)科壁壘、越過專業(yè)藩籬、打通本研隔斷、消除校企隔閡，必須關(guān)注教師和學(xué)生2個主體，著力培養(yǎng)工程創(chuàng)新和適應(yīng)變化2個能力，融通線上和線下2個空間，協(xié)調(diào)校內(nèi)和校外2個平臺，打造工程教育的“貫通體”“交叉體”和“共同體”[4]。

1.2 “新工科”對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新要求

在“新工科”的建設(shè)過程中，最為標(biāo)志性的事件和成果就是前文提到的“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”。“復(fù)旦共識”明確了“新工科”新范式的定義，也就是“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”；“天大行動”則提出了“六問”：即問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)、問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容、問學(xué)生志趣變方法、問學(xué)校主體推改革、問內(nèi)外資源創(chuàng)條件、問國際前沿立標(biāo)準(zhǔn)；“北京指南”提出了“五個更加”的理念：更加注重理念引領(lǐng)、更加注重結(jié)構(gòu)優(yōu)化、更加注重模式創(chuàng)新、更加注重質(zhì)量保障、更加注重分類發(fā)展[5]。

在“新工科”背景下，工程教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)主要包括以下幾項(xiàng)特征：一是工程和科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；二是多學(xué)科和跨界領(lǐng)導(dǎo)力的培養(yǎng)；三是解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)；四是人文和管理能力的培養(yǎng)；五是要引導(dǎo)學(xué)生樹立對產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程全生命周期的系統(tǒng)工程觀；六是要有廣闊的國際視野[6]。

作為工程教育的本質(zhì)特征，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要作用，就是讓學(xué)生通過動手實(shí)踐的方式，更加深入地理解知識和創(chuàng)造知識，提升學(xué)生解決問題的能力。在“新工科”的總體理念和要求的背景下，必須對現(xiàn)有工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行深入改革，使學(xué)生具備多維度、綜合性的知識、能力和素質(zhì)。

2 現(xiàn)有高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足和改革動向

2.1 教學(xué)內(nèi)容方面

實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。當(dāng)前國內(nèi)大部分高校、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容依然較為陳舊，偏離工程實(shí)際，與學(xué)科發(fā)展前沿有所脫節(jié)。如一些核心課程的設(shè)置具有一定的系統(tǒng)性，但缺乏時代性，課程內(nèi)容更新速度明顯偏慢；實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系較為單一，主要圍繞固定的學(xué)科進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏跨學(xué)科的交叉融合；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，研究傳統(tǒng)典型案例較多，但缺乏對新理念、新領(lǐng)域、新技術(shù)的解析，也未能與企業(yè)需求有效對接。這樣的教學(xué)內(nèi)容，容易造成學(xué)生脫離工程實(shí)際、缺乏相應(yīng)的工程實(shí)踐，這顯然無法滿足學(xué)生成長的需要，也無法滿足企業(yè)對人才的需要。

2.2 教學(xué)方法方面

教學(xué)方法要體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要保證。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要存在以下問題：輕視學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)，對理論知識要求較多而對實(shí)踐訓(xùn)練要求較少，缺乏系統(tǒng)性、專業(yè)化的指導(dǎo)；教學(xué)方法比較傳統(tǒng)和刻板，大多是給定實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生只需要機(jī)械地操作，缺少主動思考，創(chuàng)造性偏弱，達(dá)不到啟發(fā)性教育的效果；教師投入教學(xué)的主動性和積極性不高，缺乏開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)器材的積極性，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性[7]。以上問題導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣不高，制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展，不能滿足新形勢下人才培養(yǎng)的要求。

2.3 管理體制方面

管理體制涉及教學(xué)過程的監(jiān)管、教學(xué)質(zhì)量的評價、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的配置、校企協(xié)同平臺的構(gòu)建、師資隊(duì)伍建設(shè)等。從教學(xué)過程的監(jiān)管來看，目前還非常不嚴(yán)格，除了課堂教學(xué)外，幾乎沒有其他的師生交流方式，相應(yīng)的制度建設(shè)也較為薄弱，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果也并不重視；從實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的配置來看，部分重要儀器設(shè)備無法及時添置，實(shí)驗(yàn)室共享化的程度也較低，部分實(shí)驗(yàn)室對本科生和外專業(yè)學(xué)生幾乎不開放，公共實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)亟待加強(qiáng)；校企協(xié)同平臺亟待完善，部分校企合作還停留在“牌子多、內(nèi)容空”的階段，未能出臺操作性強(qiáng)的工作制度和規(guī)范；實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師隊(duì)伍水平參差不齊，部分教師缺乏工程實(shí)踐能力，對企業(yè)的需求感知能力較弱，相應(yīng)的考核激勵制度也不夠健全，教師的積極性偏低。

2.4 “新工科”背景下國內(nèi)高校改革的新動向

由于“新工科”的新內(nèi)涵和新要求，國內(nèi)高校紛紛行動，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的相關(guān)改革。作為“新工科”建設(shè)的“高地”，天津大學(xué)建立產(chǎn)教深度融合機(jī)制，與40余家企業(yè)開展合作，共建新工科實(shí)驗(yàn)班、師資培訓(xùn)基地、人工智能平臺，面向全體學(xué)生開放國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心、實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、學(xué)院創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室；哈爾濱工業(yè)大學(xué)依托其工科與工程教育的優(yōu)勢，推進(jìn)多學(xué)科交叉、校企合作協(xié)同育人與國際合作聯(lián)合培養(yǎng)，并進(jìn)行相應(yīng)的教育教學(xué)改革；西安電子科技大學(xué)以“本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃”為核心，激發(fā)學(xué)生的科研興趣，促進(jìn)師生交流；寧夏回族自治區(qū)針對當(dāng)前區(qū)內(nèi)高校師資隊(duì)伍工程實(shí)踐能力缺失的問題，開展了高等學(xué)?！半p師型”教師實(shí)踐鍛煉計(jì)劃；北方民族大學(xué)在機(jī)械工程材料課程教學(xué)過程中加入了市場調(diào)研及案例分組討論環(huán)節(jié)等。

總體上來看，雖然國內(nèi)高校已經(jīng)根據(jù)“新工科”的趨勢，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)行了一些調(diào)整和創(chuàng)新，但是依然無法完全適應(yīng)新工科的要求，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、體制機(jī)制等方面依然有很大的提升空間。

3 “新工科”背景下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系優(yōu)化策略探索

在“新工科”的大背景下，要對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，重點(diǎn)是要明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念和目標(biāo)定位，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和體制機(jī)制方面進(jìn)行改革，強(qiáng)化指導(dǎo)性、體現(xiàn)時代性、提高有效性、增強(qiáng)協(xié)同性。

3.1 進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的目標(biāo)定位，更好適應(yīng)“新工科”背景的總體要求

高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作應(yīng)該在“新工科”的大背景下，圍繞國家對人才培養(yǎng)的要求、社會對人才能力素質(zhì)的需求，尤其是學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)來進(jìn)行宏觀上的規(guī)劃，要尊重教學(xué)規(guī)律和學(xué)生成長規(guī)律。一是要堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的理念，把激發(fā)學(xué)生的主觀能動性、提高學(xué)生知識視野和實(shí)踐能力作為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，革新教學(xué)方法，改良體制機(jī)制；二是要以培養(yǎng)“新工科”所需要的創(chuàng)新型、復(fù)合型高素質(zhì)工程科技人才為目標(biāo)，發(fā)揮高校特色學(xué)科、高端師資、優(yōu)質(zhì)資源的協(xié)同效應(yīng)和集聚優(yōu)勢，構(gòu)建全方位、全過程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作格局。

3.2 大力推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容改革，充分體現(xiàn)“新工科”背景的時代性

前文已經(jīng)指出了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不足，按照“新工科”的要求，筆者認(rèn)為重點(diǎn)是圍繞國家戰(zhàn)略、社會需求、科技前沿進(jìn)行改革，具體從以下幾個方面實(shí)施：一是完善課程體系建設(shè)，課程體系應(yīng)反映學(xué)科前沿與技術(shù)進(jìn)步，體現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)需求，培養(yǎng)工程思維與工程能力，增強(qiáng)學(xué)生的社會適應(yīng)性；二是注重文理知識的互相滲透和學(xué)科之間的交叉融合，在學(xué)科內(nèi)部貫穿文理滲透的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生既能掌握理工科的研究方法，又能培養(yǎng)文科的思維方式，提高學(xué)生多學(xué)科的知識儲備；三是課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)，需從以教師為中心逐步轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，擴(kuò)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)的課時比例，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)及工程實(shí)踐能力。

3.3 不斷推進(jìn)教學(xué)體系方法改革，全面提高“新工科”背景人才培養(yǎng)體系的有效性

“95后”“00后”學(xué)生具有鮮明的個性，對于傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法接受程度不高，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)方法的改革勢在必行。

（1）改革教學(xué)考核方式。探索建立更加開放性的考核模式，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案，加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐經(jīng)歷、動手能力的過程考察；采用“敏捷教學(xué)”等形式，發(fā)揮其高度靈活性和動態(tài)適應(yīng)性的特點(diǎn)，通過教學(xué)資源配置由面向大中規(guī)模向面向中小規(guī)模的轉(zhuǎn)變，應(yīng)對新時代教學(xué)目標(biāo)多元化和人才需求個性化等需求[8]。

（2）加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)。用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)操作，線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)相結(jié)合，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行時間上有效延伸和空間上的有效拓展。

（3）實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”。充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，通過翻轉(zhuǎn)式的教學(xué)方法，加強(qiáng)課堂討論與互動式教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[7]。

（4）加強(qiáng)校企協(xié)同。通過建立從理論、實(shí)踐到探索學(xué)習(xí)的教育鏈條，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的交叉螺旋進(jìn)行，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)理論開展系統(tǒng)分析和應(yīng)用設(shè)計(jì)的能力，有目的地融入企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目，使學(xué)生獲得有意義的綜合設(shè)計(jì)體驗(yàn)，培養(yǎng)未來工程師的綜合品質(zhì)和工程能力[4]。

3.4 繼續(xù)加大體制機(jī)制改革力度，持續(xù)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的協(xié)同性

良好的體制機(jī)制對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的保障作用，應(yīng)該包括師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)、教學(xué)評價、校企協(xié)同等方面。

（1）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)。一是把好“源頭關(guān)”，招聘理論和實(shí)踐能力俱佳的優(yōu)秀師資；二是把好“培養(yǎng)關(guān)”，出臺相關(guān)文件，鼓勵和要求實(shí)驗(yàn)教師深入企業(yè)、參與企業(yè)項(xiàng)目、為企業(yè)提供技術(shù)咨詢等[9]。

（2）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室平臺建設(shè)。一是要擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)資源尤其是高水平實(shí)驗(yàn)室的開放共享，同時要與時俱進(jìn)地配置、更新實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備；二是要把握多學(xué)科交叉的重大項(xiàng)目研究、高水平師資團(tuán)隊(duì)引進(jìn)等契機(jī)，加快建立多學(xué)科交叉實(shí)驗(yàn)平臺。

（3）改革教學(xué)評價和考核方式。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不同特點(diǎn)，調(diào)整教學(xué)評價機(jī)制，出臺符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師工作實(shí)際的考核制度，形成激勵創(chuàng)新人才培養(yǎng)的良好氛圍。

（4）完善校企協(xié)同育人機(jī)制。高校要建立和完 善與其他高校、科研院所、行業(yè)單位等之間的協(xié)同 育人體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的有效“耦合”[10]。

4 結(jié)語

眾多科學(xué)理論的源頭都是實(shí)驗(yàn)，牛頓、開普勒、伽利略、愛因斯坦、普朗克等自然科學(xué)領(lǐng)域的大科學(xué)家?guī)缀醵际菍?shí)驗(yàn)方面的大師。在“新工科”背景下，要回答著名的“錢學(xué)森之問”，要培養(yǎng)更多杰出的工程人才，與時俱進(jìn)地對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革創(chuàng)新，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革是一個系統(tǒng)工程，與學(xué)科發(fā)展、企業(yè)需求、教學(xué)方式調(diào)整、學(xué)生特點(diǎn)、教師素質(zhì)能力、配套機(jī)制等緊密相關(guān)。本文通過分析“新工科”對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新要求，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制改革進(jìn)行了初步思考。在未來的教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)更好地體現(xiàn)時代性、有效性、系統(tǒng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，進(jìn)而培養(yǎng)更多的高素質(zhì)工程人才。

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Exploration on construction of university experimental teaching system under background of “New engineering”

LIU Yulei, SHE Ming

(Administrative Office, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)

Starting from the background of “New engineering”, guided by the actual requirements of university talent training and on the basis of a careful summary of the advantages and disadvantages of the construction of experimental teaching system in domestic colleges and universities, this paper comprehensively analyses the new trends and requirements brought by the background of “New engineering” to colleges and universities and puts forward the optimization strategy for the construction of university experimental teaching system.

“New engineering”; experimental teaching; teaching system

G642.0

A

1002-4956(2019)11-0019-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.005

2019-04-06

南京航空航天大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)青年科技創(chuàng)新基金（人文社科類）（NR2019033）

劉宇雷（1974—），男，江蘇海門，博士，副研究員，主要研究方向?yàn)楦叩冉逃芾?。E-mail:liu_yulei@nuaa.edu.cn