新工科背景下的金課建設

張培玉，李妍

摘? 要：科技發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)工科專業(yè)難以適應社會對人才的需求，新工科的教學需要迎接因社會迅猛發(fā)展而產(chǎn)生的巨大挑戰(zhàn)。打造和建設具有“兩性一度”的金課，建設新工科。文章試圖以微機電系統(tǒng)設計與應用課程為例，以“兩性一度”為目標，分析新工科背景下的金課建設的意義和傳統(tǒng)工科教育的不足;根據(jù)“兩性一度”的標準，探尋打造新工科背景下的微機電系統(tǒng)（MEMS）設計與應用課程金課的方法和途徑。培養(yǎng)學生在新工科背景下的工程意識;優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，適應新工科的背景，實時增加現(xiàn)場教學環(huán)節(jié)或通過高科技手段虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場教學;采用現(xiàn)有信息技術，實現(xiàn)課程教學模式的多樣化;促進學生的實際應用能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力的形成;重塑考核機制，建立多元化的考評機制。建設新工科背景下的金課，適應現(xiàn)代社會對新工科教育的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)綜合型人才。

關鍵詞：新工科;兩性一度;金課建設;微機電系統(tǒng)

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）32-0113-04

Abstract： With the rapid development of science and technology， the major of traditional engineering is difficult to meet the needs of the society for talents. The teaching needs of Emerging Engineering meet the great challenges due to the rapid development of society. We should create and construct the golden course with high level， innovation and challenge to build Emerging Engineering. This paper attempts to take the course Design and Application of Micro-electro-mechanical System as an example， analyzes the significance of the construction of gold course under the background of Emerging Engineering and the deficiency of traditional engineering education; according to the standard of golden course， it explores the methods and ways to create the gold course for Design and Application of MEMS under the background of emerging engineering. To cultivate students' engineering consciousness under the background of emerging engineering， we optimize the existing curriculum system and adapt to the background of Emerging Engineering. At the same time， we increase the on-site teaching links in real time or through high-tech virtual reality field teaching and adopt the existing information technology to realize the diversification of the mode of curriculum teaching. Therefore， it may promote the formation of the ability of students' practical application， innovative consciousness and the ability of innovative thinking. Moreover， we reshape the assessment mechanism and establish a diversified evaluation mechanism. Under the new background of Emerging Engineering education， it is necessary to cultivate engineering talents to adapt to the new social background.

Keywords： emerging engineering; high level， innovation and challenge; construction of golden course; MEMS

當代科技的迅猛發(fā)展，使得物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等逐漸成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。而以傳統(tǒng)學科諸如高等數(shù)學、大學物理等為基礎的傳統(tǒng)工科專業(yè)難以適應社會對人才的需求。為應對社會的變化，教育部在2017年頒布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》[1]，提出新工科建設。隨后，又推出了一系列關于新工科研究與實踐的通知，如《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》等[2]，全力推進新工科的建設，希望工科教育能適應高速變革社會的需求和發(fā)展。在 2018 年，又提出建設有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課、消除“水課”的概念[3]。教育部實時印發(fā)《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》，要求全面梳理各門課程的教學內(nèi)容，淘汰“水課”、打造金課[4]。國外大學也非常重視本科教育的研究[5-6]。

新工科的特點和需求對傳統(tǒng)的教學模式與經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)。新工業(yè)界更注重個人素質(zhì)和團隊合作，以及社會能力、實踐能力、創(chuàng)新能力等。新工科必須摒棄傳統(tǒng)工科人才培養(yǎng)理念與實際需求脫節(jié)的模式，探索新的模式適應新工業(yè)界的特點和需求。打造和建設具有“兩性一度”，即具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課，建設新工科，在學生獲得基本知識的基礎上，訓練邏輯思維，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，初步具備創(chuàng)新能力。而傳統(tǒng)課程教學問題諸多，需要我們探索、改革、完善。因此，在新工科背景下，建設適合的金課已成為教育改革的重中之重。

一、傳統(tǒng)工科教育的不足

傳統(tǒng)工科教育的人才培養(yǎng)理念落后。多數(shù)高校為了追求學校的專業(yè)認證，片面追求學校的畢業(yè)率和就業(yè)率。課堂教學變成了純粹的應試教育，在考試前畫重點等，學生被動學習，只學習考試需要的部分，學生產(chǎn)生依賴性，目標只是考試過關。同時，這也使教師不重視研究教育的意義。

傳統(tǒng)工科教育的人才培養(yǎng)模式單一。傳統(tǒng)工科課程的教學內(nèi)容注重理論部分，實踐和應用部分較弱，或幾乎沒有，理論和實踐相脫離。缺乏實踐的鍛煉，學生的動手能力缺乏，且分析能力和解決問題的能力無法得到實踐驗證，難以適應當代社會的需求。

傳統(tǒng)工科教育的人才培養(yǎng)機制不完善。當代高科技的發(fā)展使創(chuàng)新成了社會發(fā)展的主旋律。而傳統(tǒng)工科教育注重知識的傳授，解決的是一個機械模仿的過程。雖然這是創(chuàng)新教育的基礎，但傳統(tǒng)教育缺乏創(chuàng)新引導，無法達到人才素質(zhì)培養(yǎng)的升華。

傳統(tǒng)工科大多教材內(nèi)容陳舊，沒有實時調(diào)整，難以適應迅猛發(fā)展的高科技。這使學生難以跟上時代的步伐，與社會發(fā)展脫節(jié)。

微機電系統(tǒng)設計與應用是工科類課程，尤其是電類專業(yè)一門重要的課程，兼具理論和實踐雙重性質(zhì)[7-9]。微機電系統(tǒng)是近二三十年涌現(xiàn)出的高新技術領域，涉及眾多學科，內(nèi)容離散度大，且在不斷地發(fā)展中?？v觀國內(nèi)外該課程的講授，以基本概念、基本理論和介紹性的講解為主，往往學生對基本概念和基本理論理解得較好，但實際應用能力較差，尤其在國內(nèi)，該課程在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上處于被動狀態(tài)。

目前，微機電系統(tǒng)設計課程教學中，存在授課方式單一，實踐性教學環(huán)節(jié)薄弱，缺乏科研實踐訓練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)訓練[10-12]。在課程建設中存在的諸多問題，已不能適應新工科應用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。所以，對原有人才培養(yǎng)模式進行改革，勢在必行。在繼承和發(fā)揚傳統(tǒng)辦學特色和優(yōu)勢的基礎上，積極研究和探索應用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式。對課程的教學方法和方式進行整合和改革，從課堂教學、實踐性環(huán)節(jié)的加強，在創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維等培養(yǎng)手段上進行研究[13]。

金課的建設，也對教師本身提出較高的要求。按照“兩性一高”的標準建設金課，對專業(yè)課程的主講教師也提出較高的要求。作為主講人，必須加強自身的素養(yǎng)，提升自身的能力。只有這樣做，才是建設金課的保障。當前，由于微機電系統(tǒng)技術是新興高新技術，發(fā)展和更新速度很快，若不參與本領域的科研活動，極易與本領域的高新內(nèi)容脫節(jié)。一部分專業(yè)課教師不注重在本領域的科研活動，在本領域的知識缺乏高階性和挑戰(zhàn)度，致使講課內(nèi)容陳舊，形式單一。疏于本領域的科研活動，會導致創(chuàng)新性知識的匱乏，不能勝任學生創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。金課的創(chuàng)建，會促使專業(yè)課教師反思，促進任課教師經(jīng)常關注本領域的進展，輔以開展本領域的科研活動，使專業(yè)課教師主動提高相關方面的素質(zhì)，主動、自覺、有意識地加強和提高自身素質(zhì)，從而摒棄被動和懶惰的思想，真正擔負起應有的責任。

如何有效地構建金課，作為主體的教師應從思想上重視起來，積極探索建立金課的有效方法和途徑。

二、建設微機電系統(tǒng)設計與應用課程金課的必要性

新工科背景下金課的特點可以歸結為“兩性一度”。即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。為適應當代社會，必須充分重視課堂教學這一主陣地，合理運用現(xiàn)代信息技術手段，打造金課。

金課的高階性， 就是注重知識、能力和素質(zhì)有機融合， 使學生具備解決復雜問題的綜合能力和高階邏輯思維。課程教學不僅是知識傳授， 還是知識、能力和素質(zhì)的有機結合，能力和思維的訓練應貫穿始終。創(chuàng)新性是指創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新性應從基本的創(chuàng)新思維出發(fā)，注重課程內(nèi)容的前沿性和前瞻性，緊貼時代的脈搏，并在教學形式上體現(xiàn)方式方法的先進性和互動性。同時，在學習過程中，發(fā)揮學生的主觀能動性，引導學生去探究。挑戰(zhàn)度是指課程要有一定高度和難度， 需要老師在本領域具有較淵博的知識和一定的科研與創(chuàng)新經(jīng)歷。需要課程主講教師花時間花精力認真?zhèn)湔n，認真地講課，還需要學生課上課下要有較多的學習時間和思考做保障，給接受能力強的學生充足的發(fā)展空間。

新工科的課堂教學必須適應日新月異的高新科技的發(fā)展。微機電系統(tǒng)設計與應用課程介紹的微機電系統(tǒng)，是使人類走入微觀世界的、新興的、多學科交叉的前沿性領域，它幾乎涉及自然科學和工程技術的所有領域，并集約了當今科學技術的許多尖端成果，在信息、通信、航空、航天、汽車、生物、醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)控制等領域都有廣泛的應用前景[14-17]。微機電系統(tǒng)技術是21世紀最有影響的高新技術之一，是新的高技術產(chǎn)業(yè)生長點，被認為是21世紀一場新的產(chǎn)業(yè)革命。它將成為新崛起的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)，還將引起一場新的工業(yè)革命。目前，微機電系統(tǒng)技術已進入工業(yè)、醫(yī)藥、汽車及計算機應用市場。MEMS器件在汽車上的用途在70種以上，甚至在消費品和娛樂市場發(fā)展也很迅猛，如Wii游戲機、iPhone等智能手機、數(shù)碼相機、GPS以及空中無線鼠標等也大量采用MEMS器件。毋庸置疑，微系統(tǒng)技術的繁榮時代已經(jīng)到來。微機電系統(tǒng)設計與應用課程與當今高科技發(fā)展密切相關，與實際應用關系較為緊密，既是高科技發(fā)展的前瞻性課程，又是與實際應用和實踐性緊密相連的課程，它的講授既需要豐富的科研基礎和經(jīng)驗，又需要實際應用開發(fā)的實踐經(jīng)驗。尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是課程的任務之一。它的完美講授將會為學生奠定良好的科研實踐基礎，增強實際應用開發(fā)的能力，并對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也起到至關重要的作用。無論是對學生以后從事科研實踐還是應用開發(fā)，都大有裨益。

三、建設微機電系統(tǒng)設計與應用課程金課的方法和措施

1. 培養(yǎng)學生在新工科背景下的工程意識，激發(fā)學生適應新工科背景下學習的積極性，使學生能更快地適應新的高科技社會的挑戰(zhàn)。

2. 優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，適應新工科的背景，增加課程實踐內(nèi)容，實時增加現(xiàn)場教學環(huán)節(jié)或通過高科技手段虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場教學。通過實際案例開展案例教學法，從實際問題的分析，貼合現(xiàn)實案例，使學生們身臨其境地開展實踐。讓學生的綜合能力和高階邏輯思維能力得到提升，使學生的能力和素質(zhì)有機融合，體現(xiàn)金課課程的高階性。

3. 課程教學模式實行多樣化，采用現(xiàn)有信息技術，引入翻轉(zhuǎn)課程、微課等新穎的教學模式，利用線上和線下混合手段，充分利用線上資源，如微信、線上教學平臺，建立課堂互動、線上互動、實時練習等，多方位的學習方式，使師生達到互動融合。

4. 通過一系列新穎的方式來提高學生的課堂積極性，通過學生與老師角色互換模式來拉近老師與學生的距離。通過這一課程教學改革，在培養(yǎng)學生對理論知識的理解及提高對實踐應用能力的同時，強化學生的實際應用能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力的形成，使學生逐步具有創(chuàng)新能力，從而體現(xiàn)金課課程的創(chuàng)新性。

5. 進一步優(yōu)化課堂內(nèi)容，講授貼合本領域的最新進展，增加一些最新和一定高度和難度的內(nèi)容，提高學生整體素質(zhì)，也給優(yōu)秀學生有更大的上升空間，從而體現(xiàn)金課課程的挑戰(zhàn)度。

6. 重塑考核機制，考核與評價相結合，建立多元化的考評機制。在以往期末考試的基礎上，結合平時作業(yè)情況、課堂表現(xiàn)以及線上課程的學習效果，給出綜合評價。同時，增加小組課程論文和報告環(huán)節(jié)，考察學生綜合能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及團隊合作情況，給出綜合考評結果。

7. 在講解課堂知識的同時，也會實時插入一些時事，引入思政內(nèi)容[18-20]，使同學樹立正確的人生觀和價值觀。課堂不再局限于本領域知識的傳播，同時也會根據(jù)相關內(nèi)容插入一些人文知識。比如，相關理論知識的來源、天文地理、名人軼事等，不僅活躍課堂氣氛，也使得各種理論知識變得妙趣橫生。這種文化底蘊的傳播可以提升學生的個人品質(zhì)。

四、微機電系統(tǒng)設計與應用的教學案例

在金課的建設過程中，主講教師是主體，起主導作用。教師擁有的良好素質(zhì)，是該項任務的保障。主講教師要仔細分析專業(yè)領域的知識，根據(jù)專業(yè)知識的特點，按照“兩性一度”的標準，優(yōu)化課堂內(nèi)容，將本領域的專業(yè)知識貼合社會生活實際，揉合成相關的案例，更好地使學生接受本領域的知識。

1. 在優(yōu)化課程內(nèi)容時，考慮高階性等可將最新研究成果融入課堂內(nèi)容。例如，作為主講教師，一直進行本領域的科研活動，其有關基于MEMS微針的透皮釋藥的研究處于世界先進水平。該項研究可以綜合體現(xiàn)金課的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。該研究可以消除和避免傳統(tǒng)的口服或皮下注射的缺點，如藥物的首過效應可能降解或疼痛。該技術可實現(xiàn)無痛給藥，且不通過腸胃，可避免腸胃首過效應。該項科技尤其適合患有針恐懼癥的病人，避免該類病人出現(xiàn)不順應性，甚至是昏厥。通過介紹MEMS在生物醫(yī)學工程中的應用時，加入該項內(nèi)容。由于該項科技成果處于世界先進水平，其可以提升我們的民族自豪感，也可體現(xiàn)本課程的“兩性一度”。

教師在課堂傳授微機電系統(tǒng)技術的起源和發(fā)展歷程時，讓學生了解到該科技的起源是由外國人提出并進行研究的，以及我國發(fā)展的現(xiàn)狀，認識到我國在該領域的差距，產(chǎn)生危機意識，進而培養(yǎng)學生的愛國主義精神，激發(fā)學生學習高科技的熱情。

2. 金課內(nèi)容的優(yōu)化同樣也不能忽視對正確的人生觀和價值觀的引導，這也是綜合型人才培養(yǎng)的一部分?？蓪蹏髁x教育融入課程內(nèi)容中，結合與時事新聞貼近的專業(yè)知識，通過實例實現(xiàn)有機地融合。例如，在講解微加工技術的內(nèi)容時，可結合近年來的大事件進行愛國主義教育和正確的人生觀和價值觀的引導。近年來，中國芯片業(yè)的發(fā)展受到國際上的一些勢力的封鎖和禁售。例如，高端光刻機對中芯公司禁售，使得中芯公司無法加工最高端的芯片。由于我國微加工高端生產(chǎn)技術達不到要求，華為公司的高端芯片只能由境外公司加工。但是，國際上的一些勢力以莫須有的罪名進行封鎖和制裁，禁止華為生產(chǎn)，從而使華為公司面臨艱苦運營的窘地。在講授該部分專業(yè)知識的同時，可以詳細講解微加工工藝如何受微加工設備的限制。沒有高精尖的工藝設備，無法進行高端芯片的加工，無法提升現(xiàn)有微加工技術。讓學生們明白，落后就要挨打的道理，從而激發(fā)同學們的愛國主義情懷，激發(fā)其學習高科技的動力，為我國傲然屹立于世界之林而努力和奮斗。課程內(nèi)容的安排，既符合實際，又能引導學生們的人生觀和價值觀。

總之，在金課的建設中，應將“兩性一度”融入課程內(nèi)容的優(yōu)化，貼近日常生活或時事，激發(fā)學生的學習興趣，促進學生主動自覺地學習專業(yè)知識，并將創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和實踐能力的提升始終貫穿于課程內(nèi)容的設計。只有這樣，才能有效地培養(yǎng)出綜合素質(zhì)高的全面型人才。

五、結束語

打造新工科背景下的微機電系統(tǒng)設計與應用課程金課，以全新的標準，建設金課，是一流專業(yè)和學科建設的要求，也是時代的需要。金課在培養(yǎng)全面型綜合人才方面的作用至關重要。金課的實現(xiàn)會使大學生盡快進入新工科背景下自己應扮演的工程角色，從而使大學生盡快融入和適應當代高科技社會。

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