基于理工融合的電子信息類專業(yè)建設(shè)與實踐*

王會海 孫克輝 劉正春 吳建好

摘 要：“新工科”是新時期全面創(chuàng)新我國高等工程教育，適應(yīng)引領(lǐng)新經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的專業(yè)建設(shè)新理念。文章以中南大學(xué)電子信息大類專業(yè)為例，開展了以理工融合為特色的新工科專業(yè)建設(shè)與探索。在提出理工融合培養(yǎng)新理念的基礎(chǔ)上，建立了電子信息類課程新體系，探索了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式，專業(yè)建設(shè)取得初步成效，形成了“導(dǎo)師引導(dǎo)、興趣導(dǎo)向、項目驅(qū)動、個性發(fā)展”的人才培養(yǎng)特色。

關(guān)鍵詞：新工科;電子信息類;理工融合;大類專業(yè)培養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）22-0046-04

應(yīng)用理科與傳統(tǒng)工科在信息化和智能化的時代交融碰撞，孕育出了一批新興工程學(xué)科[1]。我校電子信息科學(xué)與技術(shù)、光電信息科學(xué)與工程專業(yè)，就是對應(yīng)用理科進行延伸，為加強IT支柱產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)而設(shè)置的新興工科專業(yè)，在2018招生改革中，組成了電子信息類專業(yè)課程體系。電子信息大類專業(yè)將對接“中國制造2025”“一帶一路”等國家戰(zhàn)略，以引領(lǐng)未來新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)為發(fā)展目標，推動應(yīng)用理科向工科延伸，推動學(xué)科交叉融合和跨界整合，培育新的工科領(lǐng)域，大力發(fā)展電子信息學(xué)科，促進科學(xué)教育、工程教育、人文教育的有機融合，培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程能力強、綜合素質(zhì)高的專門人才[2][3]。本文在新工科專業(yè)建設(shè)背景下，創(chuàng)新理工融合培養(yǎng)理念，研究了電子信息大類新工科專業(yè)建設(shè)，包括培養(yǎng)模式、課程體系和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育等，取得了初步成效。

一、樹立“理工融合”大類培養(yǎng)教育新理念

電子信息類人才培養(yǎng)中的“理工融合”培養(yǎng)教育理念是指在大類培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)，高度重視創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，注重發(fā)揮理科與工科的各自優(yōu)勢，相互借鑒、相互融合，從而培養(yǎng)具有如下特征的“理工融合”型創(chuàng)新人才，即具有扎實的理論基礎(chǔ)、較強的實踐能力、強勁的發(fā)展后勁、寬廣的知識面、很強的創(chuàng)新能力、寬廣的就業(yè)領(lǐng)域等。希望通過理工融合培養(yǎng)，使電子信息類本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到顯著提高，進而提高本大類專業(yè)學(xué)生的競爭力和培養(yǎng)質(zhì)量[4][5]。

理工融合本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新理念的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括生源融合、基礎(chǔ)融合、指導(dǎo)融合和訓(xùn)練融合。生源融合就是實行大類招生，設(shè)置統(tǒng)一的招生考試課程，對高招改革試點省份選考科目設(shè)置為物理學(xué);基礎(chǔ)融合就是在大類培養(yǎng)方案中，加強數(shù)理基礎(chǔ)、電類課程基礎(chǔ)等課程設(shè)置;指導(dǎo)融合就是實行本科生導(dǎo)師制，從大一開始為每位本科生選配指導(dǎo)教師，指導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、科學(xué)研究等;訓(xùn)練融合則是在學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，多措并舉，包括開設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、增加創(chuàng)新訓(xùn)練環(huán)節(jié)、鼓勵參加學(xué)科競賽和科研項目等，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力。

二、建立具有理工融合特色的大類課程新體系

從2018年起，中南大學(xué)開始實行大類專業(yè)招生和培養(yǎng)改革，電子信息科學(xué)與技術(shù)、光電信息科學(xué)與工程兩個本科專業(yè)組成電子信息類，其學(xué)科背景為物理學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程和光學(xué)工程。電子信息類的培養(yǎng)理念與特色是“加強基礎(chǔ)、理工融合”，即加強數(shù)學(xué)、物理、電路等學(xué)科基礎(chǔ)，同時加強工程實踐訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)。

為此，學(xué)校在2016版培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上進行了調(diào)整，構(gòu)建了大類培養(yǎng)課程新體系。主要體現(xiàn)在以下幾方面：①加強數(shù)理基礎(chǔ)，大一高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理均開設(shè)理工科最高要求模塊，后續(xù)開設(shè)《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》《數(shù)學(xué)物理方法》等課程;②調(diào)整創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置，把電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)前移至第2、3學(xué)期，為學(xué)生參加學(xué)科競賽和創(chuàng)新訓(xùn)練奠定知識基礎(chǔ);③按專業(yè)方向，建設(shè)系列課程。電子信息科學(xué)與技術(shù)有三個專業(yè)方向，包括電子電路與系統(tǒng)方向、通信與信息處理、微電子與集成電路方向;光電信息科學(xué)與工程則以光電信息處理為重點方向。每個方向都設(shè)置了課程群，涵蓋核心課程和前沿課程，突出個性化特色培養(yǎng);④加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和工程實踐能力培養(yǎng)。在培養(yǎng)方案中，開設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)論、單片機原理與接口技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程，設(shè)置創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐學(xué)分要求，包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、科研訓(xùn)練、學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐調(diào)研、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)國際研習(xí)、論文成果、專利和著作權(quán)、自主創(chuàng)業(yè)等共2學(xué)分。由此可見，電子信息類課程體系將助力培養(yǎng)數(shù)理基礎(chǔ)扎實、人文素養(yǎng)深厚、工程實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力強的電子信息領(lǐng)域的高級專門人才。

三、建立基于理工融合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式

1.教學(xué)團隊建設(shè)

（1）建設(shè)全過程育人學(xué)生培養(yǎng)團隊

依托 “物理、電子湖南省雙一流建設(shè)學(xué)科”“超微結(jié)構(gòu)與超快過程湖南省重點實驗室”等平臺，建設(shè)了大類專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)團隊，包括專業(yè)課程教學(xué)、科研訓(xùn)練指導(dǎo)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育三個培養(yǎng)團隊，每個團隊由一名責(zé)任教授和若干名骨干教師組成，每個團隊相對獨立、相互協(xié)調(diào)共同制定與實施課程教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)、實踐教學(xué)的改革等。

專業(yè)建設(shè)團隊的主要任務(wù)是梳理課程教學(xué)體系、整合與優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、探索精品示范課堂教學(xué)改革以及實踐教學(xué)改革內(nèi)容;科研訓(xùn)練指導(dǎo)團隊的主要任務(wù)是加強教師科研隊伍建設(shè)，制定培養(yǎng)學(xué)生開展科學(xué)研究活動的途徑、方法，為學(xué)生進入實驗室開展科技創(chuàng)新創(chuàng)造條件。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育團隊的主要任務(wù)是探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的組織和實施，建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)硬件和軟件平臺，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)提供條件和指導(dǎo)。

（2）提高整體師資水平

堅持把師資隊伍建設(shè)作為電子信息類專業(yè)建設(shè)的首要任務(wù)，建成由35人組成的高水平師資隊伍。主要采取以下措施：①加大對青年教師的培養(yǎng)力度，提高青年教師的業(yè)務(wù)水平，有計劃地選派骨干教師出國進修、訪問。近幾年，先后有五名青年教師出國交流訪學(xué)1年。②加大人才引進和培養(yǎng)力度，引進包括國家“四青人才”在內(nèi)的高層次人才，充實教學(xué)、科研第一線。③在相關(guān)國內(nèi)知名企業(yè)和科研單位聘任一批業(yè)務(wù)能力強、工程經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員擔(dān)任創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師，加強學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)。

2.課程內(nèi)容優(yōu)化與教學(xué)資源建設(shè)

（1）課程內(nèi)容優(yōu)化

面向“互聯(lián)網(wǎng)+”、工業(yè)制造4.0、多學(xué)科交叉融合發(fā)展趨勢，電子信息類專業(yè)培養(yǎng)具有扎實的數(shù)理基礎(chǔ)知識、寬廣的工程學(xué)科視野、適合高科技創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求的創(chuàng)新型專業(yè)人才。針對這一目標，對課程體系進行調(diào)整、優(yōu)化，完善電子信息類課程體系。

①開展系列課程建設(shè)。根據(jù)大類專業(yè)培養(yǎng)和大類分流后的專業(yè)培養(yǎng)，開展系列課程建設(shè)，例如為了加強基礎(chǔ)開設(shè)了以下課程：數(shù)理基礎(chǔ)系列課程，包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理方法等;電路與系統(tǒng)系列課程，包括電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子線路、電子電路CAD;信號處理系列課程，包括信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、通信系統(tǒng)等;場波系列課程，包括電磁場與電磁波、微波原理與技術(shù)、射頻電子技術(shù)等;微電子系列課程，包括光電子學(xué)基礎(chǔ)、微納光電子學(xué)、半導(dǎo)體器件與工藝、光電檢測技術(shù)等。②開展開放式精品示范課堂建設(shè)。更新和調(diào)整了課程教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，充實教學(xué)資源，及時反映電子信息類學(xué)科發(fā)展的新思想、新概念、新成果，使學(xué)生具有前瞻性的科學(xué)視野。③加強教材編撰和優(yōu)選工作。完成編寫《單片機原理與接口技術(shù)》《量子力學(xué)》教材;預(yù)計今后五年內(nèi)再出版3—4部反映新興學(xué)科教學(xué)體系的特色教材，加強教材選用管理。同時，優(yōu)先選用 “面向21世紀課程教材”、規(guī)劃教材和教學(xué)指導(dǎo)委員會推薦的教材。此外，引入部分國外出版的經(jīng)典優(yōu)秀教材。

（2）教學(xué)資源建設(shè)

充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，進一步建設(shè)好電子信息類專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，使學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)了解教學(xué)計劃、教學(xué)大綱，選擇選修課程和實驗課程;更新專業(yè)學(xué)科的電子教案、試題庫、習(xí)題庫;真正做到教師可通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，在網(wǎng)上進行輔導(dǎo)和作業(yè)批閱。利用網(wǎng)絡(luò)平臺建立與大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）、微課堂和精品示范課堂的引導(dǎo)鏈接工作，以擴大學(xué)生的視野和增加對電子信息前沿領(lǐng)域的了解。

3.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育平臺建設(shè)

建立健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺的管理制度和機構(gòu)，探索平臺運行模式和長效機制，培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的新工程教育實踐教學(xué)平臺，主要工作如下：

（1）建設(shè)學(xué)科競賽基地

學(xué)科競賽是學(xué)生開展創(chuàng)新訓(xùn)練的重要手段，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的重要內(nèi)容。基地依據(jù)功能不同，分為競賽部、培訓(xùn)部、論壇部和創(chuàng)業(yè)實踐部。組織學(xué)生積極參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請賽、湖南省大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽、全國大學(xué)生物理實驗競賽、湖南省大學(xué)生物理競賽等。學(xué)院設(shè)置學(xué)科競賽專用場地，基地管理采取以學(xué)生為主、教師為輔的運行模式。

（2）建設(shè)創(chuàng)客空間和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作室

依托國家級教學(xué)科研平臺，在學(xué)校支持下，先后建設(shè)了物理科技與虛擬仿真、生物電子、印刷電子等三個創(chuàng)客空間，為廣大學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動提供了平臺;在物理樓建設(shè)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作室，工作室配置多套嵌入式創(chuàng)新工具;將物理樓227建設(shè)為校企聯(lián)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室，購置示波器、信號源、直流電源、電壓表等測試儀器和恒溫烙鐵、電吹風(fēng)、鑷子、斜口鉗等制作工具;與美國Xilinx、TI和Tektronix公司合作共建實驗室，學(xué)生根據(jù)校企聯(lián)合制定的教學(xué)計劃開展創(chuàng)新實踐和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。

（3）建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程群

建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程模塊，課程包括單片機原理與接口技術(shù)、EDA技術(shù)、電子工藝學(xué)、綜合課程設(shè)計等，單片機原理與接口技術(shù)已獲學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程建設(shè)立項，課程教材即將出版。另外，還組織力量編寫了學(xué)科競賽培訓(xùn)教材，完善了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識體系，為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練提供指導(dǎo)。

（4）建設(shè)實踐教學(xué)新平臺

加強實驗室條件建設(shè)，實習(xí)實訓(xùn)基地和實踐教學(xué)資源開放共享，全面提升了實踐教學(xué)質(zhì)量。①全面開放實驗室。進一步堅持和完善實驗室的“全方位”開放制度，實行“時間、空間、資源”開放，營造學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和研究探索性的實驗教學(xué)環(huán)境。② 建設(shè)一流實踐教學(xué)平臺。建設(shè)了電子信息類專業(yè)的見習(xí)與生產(chǎn)實踐教學(xué)、校外創(chuàng)新教育實踐基地和自由探索研究的創(chuàng)新實踐三大創(chuàng)新實踐教學(xué)平臺。③建設(shè)一流實習(xí)基地。與向華電子科技有限公司、大族激光、長沙航特電子科技有限公司、武漢光馳教育科技股份有限公司等建立“校企合作人才培養(yǎng)基地”。

四、電子信息類專業(yè)新工科建設(shè)成效

經(jīng)過近幾年的探索和建設(shè)，電子信息類新工科專業(yè)建設(shè)取得初步成效，電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)成功入選首批國家一流專業(yè)建設(shè)點名單，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到人才培養(yǎng)全過程，形成了“導(dǎo)師引導(dǎo)、興趣導(dǎo)向、項目驅(qū)動、個性發(fā)展”的理工融合特色，培養(yǎng)了數(shù)理基礎(chǔ)深厚、電子信息實踐能力突出的創(chuàng)新型專業(yè)人才。

1.導(dǎo)師引導(dǎo)

實行本科生導(dǎo)師制，努力打造了一支由35人組成的電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)師資隊伍，其中博士學(xué)位教師占83%，海外經(jīng)歷教師占66%，高級職稱占75%，為導(dǎo)師制的落地夯實了基礎(chǔ)。新生入學(xué)后，通過學(xué)生—導(dǎo)師互選系統(tǒng)雙向選擇，確定自己的專業(yè)導(dǎo)師，跟隨大學(xué)學(xué)習(xí)的全過程，實現(xiàn)教師對學(xué)生在思想引導(dǎo)、專業(yè)輔導(dǎo)、創(chuàng)新指導(dǎo)、心理疏導(dǎo)等方面的全方位、系統(tǒng)化、個性化的教育引導(dǎo)和指導(dǎo)幫扶，注重培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，特別注重學(xué)生思想道德水平的提升，為國家培養(yǎng)具有擔(dān)當(dāng)精神的中南電子人才。

2.興趣導(dǎo)向

興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)最好的動力來源，在導(dǎo)師制牽引下，注重兩個舉措的落地，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其一是引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)深造，引導(dǎo)他們到更高的平臺發(fā)展，我校多屆畢業(yè)生考研和出國深造率均超過40%。有了更高的目標，學(xué)生的精神面貌會發(fā)生很大的變化，學(xué)習(xí)積極性明顯提高，也變得更自信。其二是全面開放實驗室，允許本科生把弱電實驗帶回宿舍，成為本科生培養(yǎng)的一個特色。把培養(yǎng)學(xué)生興趣貫穿于大學(xué)學(xué)習(xí)的整個過程，明顯提高了學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。每當(dāng)各級各類競賽場上、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)匯報會上，活躍的學(xué)生們拿出炫酷的作品（見圖2）時，就是這些潤物細無聲的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育最好的佐證。

3.項目驅(qū)動

以項目為載體，開展創(chuàng)新活動;積極參加學(xué)科競賽，以賽促學(xué)，推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)，學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力全面提升，達到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和競賽覆蓋率100%，學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動比例達90%以上，學(xué)生參加國家級創(chuàng)新課題占總?cè)藬?shù)的30%，學(xué)科競賽年均獲獎率達學(xué)生人數(shù)的37%，培養(yǎng)出一批創(chuàng)新能力強的畢業(yè)生。

4.個性發(fā)展

遵循學(xué)生個性發(fā)展規(guī)律，依照導(dǎo)師科研方向搭建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓(xùn)平臺，營造學(xué)生個性化成長環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生投身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力。為此，重點建設(shè)創(chuàng)客空間，在創(chuàng)客空間實驗室，學(xué)生可自由組合研究團隊，盡情發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，學(xué)生參與教師科研的積極性明顯提高，開發(fā)了具有應(yīng)用前景的創(chuàng)新研究產(chǎn)品，如生物芯片制備儀器系統(tǒng)及穿戴式傳感器等（見圖3）。

五、結(jié)論

為了適應(yīng)新時代對工程人才的需求，各高校對工程教育進行了一系列的探索和改革。我校針對電子信息類專業(yè)，開展了新型工程教育的建設(shè)與探索，建設(shè)了一支結(jié)構(gòu)合理、師德高尚、業(yè)務(wù)能力強的高水平師資隊伍，構(gòu)建了電子信息類課程新體系，建立了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式，形成了理工融合的專業(yè)特色，專業(yè)建設(shè)取得初步成效，為國家輸送了一批優(yōu)秀人才。今后，電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將會繼續(xù)加強國家一流本科專業(yè)建設(shè)，圍繞立德樹人的根本任務(wù)，以學(xué)生為中心，優(yōu)化理工融合專業(yè)人才培養(yǎng)體系，創(chuàng)建全國電子信息類專業(yè)的中南創(chuàng)新培養(yǎng)模式，為國家培養(yǎng)具有擔(dān)當(dāng)精神和中南特色的高端電子信息人才。

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（編輯：李曉萍）