新工科背景下理工科院校實踐教學改革思考及實踐

霍鳳財 任偉建 康朝海

摘 ? ?要：文章在綜合分析新工科背景下理工科院校實踐教學問題的基礎上，分別從政策、師生、教學方法及培養(yǎng)模式等層面剖析問題成因，并提出完善理工科院校實踐教學的措施，這些實踐與新工科背景深入融合，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)意、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)“三創(chuàng)融合”的能力，以及提升高校實踐教學具有一定的指導意義。

關鍵詞：實踐教學;新工科;理工科院校

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）05-0001-03

隨著人工智能、機器人、智能制造、大數據和云計算等新技術、新領域的發(fā)展，“互聯網+”[1]和“中國制造2025”[2]等一系列重要戰(zhàn)略措施也逐步納入經濟建設的日程，傳統(tǒng)工科專業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)。為了積極應對新一輪信息技術產業(yè)革命，2017年，教育部高教司推出“新工科”計劃[3]，并先后達成了“復旦共識”[4]“天大行動”[5]“北京指南”[6]。在國內高校逐步推行“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和“工程教育專業(yè)認證”等系列舉措，旨在把我國工科高等教育做強，從工程教育大國建設為工程教育強國[7]，培養(yǎng)大批新興產業(yè)亟須的工程科技人才，服務于新經濟建設。這些舉措對高校，尤其是理工科高校而言既是機會也是挑戰(zhàn)，本科人才培養(yǎng)模式既要適應當下經濟形勢的發(fā)展又要不斷更新理念[8]，改革舊的體制，創(chuàng)新思維來不斷調整政策[9]，使理工科院校整體進入到發(fā)展的快車道。

本文在結合新工科的背景下，首先重點分析工科院校中實踐教學存在的問題;然后針對這些問題提出改革的建議和實施方案。以此促進培養(yǎng)的新工科人才更加適應時代和社會的發(fā)展，達到教育不拘泥于傳統(tǒng)，培養(yǎng)模式不流于形式的目的。

一、理工科院校實踐教學存在的問題

浙江大學的陸國棟教授[10]將實踐分為基礎規(guī)范類、綜合設計類、研究探索類，這一分類方法包含了課內和課外所有與實踐相關的類型，這里采用這種分類方法分析當前國內理工科院校實踐教學環(huán)節(jié)所存在的問題。

（一） 班額過大，效果不理想

理工科院校本科基礎規(guī)范類和綜合設計類的實驗課程，大部分采用標準班（30人左右）的上課模式，而每個實驗室實驗設備標準配置一般為15—17套，形成2人一個小組的組合模式。這種設置的初衷是增強互相學習和團隊合作能力，但在實際運行過程中，總存在一名學生主做，另一名學生在旁邊看熱鬧的現象。甚至兩名學生都不做，完全參照附近組進行類比連接或拷貝的方式，而不去思考實驗目的和分析實驗現象。

（二） 設備更新慢，實踐種類單一，實操性差

由于資金投入、高校管理等諸多因素影響，專業(yè)實驗室的實驗設備更新速度很難跟上專業(yè)新技術的發(fā)展，尤其與電子信息、計算機、自動化、人工智能、大數據和新型材料等相關的專業(yè)都面臨這樣的問題。從而導致用舊的設備和待更新的技術去實施設備廠家自身提供的幾個實驗項目，對于一些本專業(yè)當前的新技術只能是任課教師通過口頭敘述的方式表述出可能的實驗現象，無法吸引學生的注意力，創(chuàng)新更是紙上談兵。同時，少部分高校只單純地考核課內實驗，沒有或只是部分將創(chuàng)新性實驗、校企合作、校外實踐和學科競賽等形式納入實踐范疇，單一的實踐教學種類對學生的積極性和能動性起到了抑制作用。

（三）學生積極性不高

由于國內中學教育模式的影響，家長的監(jiān)督和指導起主導作用，大學生在剛入學時對自己未來都有理想和規(guī)劃，要么準備考研，要么想多動手實際操作增加自己的創(chuàng)新能力，為自己以后“獨闖天下”積累一些本事。但是，在經過一段時間的無家長監(jiān)督自主學習模式以后，發(fā)現教室外的誘惑很大，所有的理想和規(guī)劃都拋之腦后。對于基礎規(guī)范類和綜合設計類的實踐課程只是應付了事，研究探索類的實踐課程更是無人問津。

（四）教師隊伍界限不清，激勵機制不健全

部分理工科院校的實驗室編制人員與理論教學教師界限不明確，導致實驗設備無人維護，實踐項目無人開發(fā)，實踐教學開出不利。同時，當前高校職稱評聘和考核制度還是以支撐學科評估對應的科研項目、論文著作、獎項和專利等作為指揮棒，其他所做的任何工作都是“草芥”。針對那些默默地在實驗室工作的人員沒有專門的評聘規(guī)則和考核機制，導致這些人員的積極性不高。

（五）經費支持力度不夠，整體觀念缺失

在“大眾創(chuàng)新，全民創(chuàng)業(yè)”的格局下，大多數理工科院校能夠意識到學生利用課余時間動手實踐是好事，學生“以賽代練”的方式出去交流也是好事。但是，往往經費支持力度不夠，學生需要提前墊付部分費用;同時，在校企合作的過程中，院校相關領導或教師仍放不下知識分子的清高，相關企業(yè)人員不能“請進來”，而是主動“找上來”，院校更達不到“走出去”，再“請進來”的過程。從而導致學校培養(yǎng)出只是空有理論高度而不接地氣的“人才”。

（六）“為創(chuàng)新而創(chuàng)新”的思維定式影響整體發(fā)展

“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”是國家積極鼓勵推行的政策，但部分高校為了響應國家號召，只在表面做文章，開了幾次會，搞了幾次場面，而不是將學生的創(chuàng)新思維方法作為理論基礎，不去鼓勵以創(chuàng)新思維方法為指導設計具有良好創(chuàng)意的作品，并將該作品轉化為生產力。從而造成高校為了宣傳而宣傳，為了創(chuàng)新而創(chuàng)新的思維模式愈演愈烈，一方面影響學校的整體發(fā)展，另一方面打擊了想參與這類實踐活動師生的積極性。

二、理工科院校實踐教學的策略

實踐教學環(huán)節(jié)是理論教學的必要補充，只有充分調動學生的積極性和主動性，才能達到理想的實踐教學效果。但提升實踐教學效果除了用先進的技術以外還需要一系列的政策支持和環(huán)境支持，因此提出如圖1所示的雙平臺互支撐實踐教學體系，該體系分為支撐平臺和實踐平臺，支撐平臺中將VR/AR、數據庫和互聯網等技術的融合，還包括政策和環(huán)境等的支持作用;實踐平臺中基礎規(guī)范類、綜合設計類和研究探索類等各實踐類型既是逐步遞進的關系又是學生興趣培養(yǎng)的過程，調動學生能動性，發(fā)揮主觀因素，才能將青年學生思維開闊、思想敏銳等優(yōu)點發(fā)揮出來，逐步將好的創(chuàng)意變成創(chuàng)新產品，并轉化為生產力，從而達到創(chuàng)意、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)“三創(chuàng)融合”的目的，在具體實施過程中建議采用以下的方法和手段。

（一） 增強教師使命感，健全評聘考核機制

高校教師的評聘和考核機制是當前高校衡量教師的一把尺子，同時也是教師工作的指示標。評聘和考核機制中所指定的條條框框亦是所有教師追求的方向，但往往容易忽略一些實驗教師實際工作所付出的努力，導致評聘中對不上“條”，考核中對不上“檔”。因此，在評聘和考核過程中采取實驗工作量量化的方式，積極鼓勵開發(fā)新的實驗項目和實驗設備，使教師有動力指導有創(chuàng)意的學生，開發(fā)出有創(chuàng)新的產品。同時針對資金分配上引入評估機制，對實踐項目、實踐內容、實踐難易程度等綜合評價，從而根據各種指標的權重確定分配資金的金額，從而為實踐平臺的良性發(fā)展提供優(yōu)質的政策和環(huán)境支持。與此同時，教師也要提升個人的時代感和使命感，以自我激勵的方式不斷提高，為高校的協調發(fā)展提供原動力。

（二）推行小班額與小組教學模式

針對課內基礎規(guī)范類和綜合設計類實驗內容建議采用分時段分小班的授課方式，在實驗設備數量有限的情況下既創(chuàng)設學生之間互相探討交流的機會又避免“一個干另一個看”等尷尬現象的發(fā)生。而針對研究探索類實踐鼓勵打破傳統(tǒng)實驗室有時間的限制，特定實驗室全天開放，只要有好的創(chuàng)意，隨時組成2—3人小組在與指導教師有效溝通的前提下一起研究探索，高效地將好的創(chuàng)意付諸實施。

（三）綜合應用多種實踐模式

該實踐教學是廣義的實踐教學，既包括課內的實驗內容，也包括課余的自主實驗項目;既含校內的開放實踐平臺又涵蓋校企合作等校外實踐體系。因此，構建如圖2遞進式具有持續(xù)改進反饋機制的多類型實踐教學模式。該教學模式中，以學生這一產出為導向，通過線上虛擬仿真和在線實踐課程的學習，以身臨其境的感悟，獨立地思考分析實踐現象和結果，通過線下實際操作驗證對應現象和結果，使學生真正掌握解決此類問題的方法;再將該方法通過學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和校企合作等校外實踐進行推廣和外延，發(fā)揮青年學生思路開闊、思維發(fā)散等特點，逐步培養(yǎng)出符合本專業(yè)的創(chuàng)新型人才。運行過程中摒棄弊端和不足，利用持續(xù)改進機制動態(tài)調整每個單元或模塊中內容及相應的方式方法，打造一批具有與現代信息技術融合的實踐教學“金課”。

（四）信息技術與實踐教學相融合

充分發(fā)揮“互聯網+”優(yōu)勢，并貫徹《教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》（教高函〔2018〕5號）的精神，將虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等具有良好三維交互的技術融入教學平臺，構建一批具有體驗感好、互動性強的實驗教學項目，并通過互聯網的方式使實驗教學內容在時間和空間進行無限延展。另外，在網絡形形色色內容的充斥下，線上實踐教學內容要想在大學生的業(yè)余時間中占據一席之地，必須集知識性和趣味性于一身，在感官上吸引學生的眼球，在內容上引入競爭機制，使學生在學中娛樂，在競爭中獲取知識，從而提升教學效果。

（五）用創(chuàng)新驅動發(fā)展

理論聯系實際、校企合作、從實際應用出發(fā)等這些實踐模式在國內理工科院校被提及，但以學生這一產出作為導向，正確引導青年學生的創(chuàng)意思維沿著科學的方向健康發(fā)展，尚需做大量基礎工作。首先，培養(yǎng)觀察能力。比如傳統(tǒng)電風扇要么是固定方向吹風，要么周期地進行旋轉搖頭吹風，可否考慮在人進入有效范圍內采用定向追蹤的方式對其進行有效吹風，根據范圍內人數量的多少進行風速的控制等等，這些創(chuàng)意既來源于生活又回饋于生活。但人們往往不能用心觀察周圍的實物，不善于改變傳統(tǒng)思維方式。該過程既需要創(chuàng)新思維方法系統(tǒng)地學習，也需要專業(yè)指導教師從理論高度進行有益的指導。其次，注重堅持的態(tài)度。堅持態(tài)度的好與壞，直接決定未來成功與否。但這里重點強調的是針對發(fā)現問題的根源，尋求創(chuàng)意的心態(tài)要堅持，任何事情都不能一蹴而就，更不能為了尋求創(chuàng)意而尋求創(chuàng)意，要始終保持一顆積極活躍的心態(tài)，善于發(fā)現問題，及時歸納總結，將好的想法付諸實際，用創(chuàng)意達成創(chuàng)新，創(chuàng)新驅動發(fā)展。

（六） 鼓勵校企協同發(fā)展

很多具有發(fā)展眼光的企業(yè)逐漸意識到先入為主的重要性，于是將目光投放到針對某個行業(yè)或某個領域人才培養(yǎng)比較有影響力的院校，與該類院校深入合作共同建設實驗室，搞冠名的學科競賽等，這種先期的投入在學生畢業(yè)一段時間后會逐漸顯現出這些公司的優(yōu)勢。這一營銷方式既對企業(yè)產品進行了宣傳，又促進了高校實踐教學水平的提升;2017年，為貫徹落實《國務院辦公廳關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》（國辦發(fā)〔2015〕36號）和《國務院辦公廳關于深化產教融合的若干意見》（國辦發(fā)〔2017〕95號）精神，深化產教融合、校企合作，教育部高等教育司組織有關企業(yè)支持高校共同開展產學合作協同育人項目。面對這樣的需求，華為、騰訊、百度等知名企業(yè)和一些具有行業(yè)特點的中小企業(yè)都逐漸意識到通過協同育人項目進行校企合作的優(yōu)勢，讓實踐從高校走入企業(yè)，讓知識從課堂走進工廠，讓企業(yè)人才的需求從供給側進行結構性的改革，使走入社會的大學生真正是具有“硬功夫”的卓越人才。

在新工科這一背景下，認真分析理工科院校實踐教學環(huán)節(jié)中所存在的問題，在增強教師使命感，健全評聘考核等相關機制;鼓勵小班和小組教學模式;結合實際應用的多類型實踐模式;信息技術與實踐教學相融合，增強學生的體驗感和競爭意識;克服“走形式，講排場”，用創(chuàng)新驅動發(fā)展和鼓勵協同發(fā)展，真正達到校企有效融合等方面對實踐教學進行了思考和實踐，以學生這一產出為導向，改進了人才的培養(yǎng)模式，提升了理工科院校的實踐教學水平。

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