新工科背景下基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學生態(tài)構建

陳祥

（江蘇師范大學科文學院，江蘇徐州 221000）

伴隨新技術革命和我國產業(yè)架構的轉變升級，特別是《中國制造2025》等的落實，我國亟需一大批工程創(chuàng)新能力較強、具有全球競爭力的技術人才，在中華民族偉大復興之路上擔起促進產業(yè)革命的重任。自教育部2017年明確提出新工科概念以來，各院校積極探索新工科的建設之路，深入理解當前產業(yè)需求，推動人才培養(yǎng)供給側改革，努力培養(yǎng)工程技術實踐中創(chuàng)新創(chuàng)造能力強、并能處理復雜工程技術領域問題的高層次復合型人才。

1 新工科建設的趨勢

新工科的迅速發(fā)展，一方面是工業(yè)科技發(fā)展對人才提出了更高要求，另一方面，傳統(tǒng)的偏理論和單學科教育的人才培養(yǎng)，在面對復雜工程問題時凸顯實踐性和創(chuàng)新性的不足。新工科建設服務國家戰(zhàn)略，順應經濟發(fā)展，強調學科交叉融合和過程實踐，在交叉領域踐行多學科的研究思想和方法，在解決復雜工程問題的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型、應用型人才。

近年來，新工科建設也帶動了基于CDIO 理念的工程教育改革熱潮。CDIO 工程教育理念，旨在通過互為支撐的課程體系，讓學生在構思（Conceive）-設計（Design）-實現（Implement）-運行（Operate）產品的全流程中完成知識學習和工程實踐，并強調學習者為中心，加強過程實踐，綜合培養(yǎng)學生的專業(yè)技術知識、個人能力、團隊精神和工程系統(tǒng)能力等，在高素質、創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)方面，與新工科內涵有較強的一致性[1]。電子科技大學基于CDIO 理念，設計了逐級挑戰(zhàn)的新工科項目課程體系，基于項目課喚起好學生的奇心，激發(fā)學生的興趣與潛能，在系統(tǒng)性項目訓練中提升學生的設計思維、創(chuàng)造性思維[2]。

在新工科課程體系設置中，跨學科教育成了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心舉措。跨學科教育以交叉學科研究領域和前沿項目為導向，以學科知識為依托，以整合見解、構建更全面認知為目的，培養(yǎng)學生主動學習和創(chuàng)造性研究的能力[3]。近年來，新工科建設者以構建跨學科課程體系促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)，在夯實學科基礎課的前提下，以跨學科課程提升學生運用多領域知識、方法、技能解決問題的能力。南京大學開設了“計算機與金融工程”“地球系統(tǒng)科學與環(huán)境”等交叉方向試點實驗班，整合學科資源構建了跨學科人才培養(yǎng)方案，開設了數據結構與金融算法、金融軟件工程等復合型課程[4]。

隨著學者們對新工科的研究和探索的不斷深入，對新工科內涵的討論已日臻完善，新工科落地的行動方向也日漸清晰，但新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的效果仍待實踐檢驗。新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)不是通過幾項舉措的實施就能實現的，而是一個長期過程，需要不斷評價、反饋和調整，以保證人才培養(yǎng)的適用性和實效性。本文從教學生態(tài)構建出發(fā)，討論新工科建設穩(wěn)定和持續(xù)改進的底層支撐，為高校新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索實踐之路。

2 教學生態(tài)的構建

4M1E 法（Man、Machine、Material、Method、Environments，即“人，機，料，法，環(huán)”）是全面質量管理的關鍵工具，這五大要素涵蓋了生產管理體系中的全部重要因素，可用來分析導致產品質量低的具體原因。在高校中，教學是一項涉及多角色多層級的復雜管理工作，也是人才培養(yǎng)的核心載體。本文從質量管理的角度出發(fā)，將人才培養(yǎng)視為產品，基于人、機、料、法、環(huán)五要素構建新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學生態(tài)。

2.1 人——以教師團隊服務學生團隊

“人”是質量管理中最重要的元素。教學生態(tài)運轉的質量依賴教師“人”的管理維護，對學生“人”的培養(yǎng)是生態(tài)運轉的目標，學生和教師構成了教學生態(tài)的雙核驅動。唯有激活“人”，教學生態(tài)才有持續(xù)運轉的動力。

新工科建設亟需大量“雙師型”教師，其既熟悉學科知識教學，又有豐富的行業(yè)經歷和項目經驗，這種教師是極為稀缺的，傳統(tǒng)教師也難以通過短暫的培訓符合要求。一種可行的替代方法是組建教學團隊，一方面校企合作，邀請企業(yè)人員擔任導師，另一方面跨學科組建教師團隊，在跨學科課程中協同教學。不同領域的師資在工程問題驅動下進行思想和方法的碰撞，在學生求知和創(chuàng)造的路上扮演引導者、服務者的角色，同時也在團隊教學中拓展自己的知識，提升“雙師”技能。

雖然有教師團隊的引領，但從心理上學生更愿意學習和討論的對象仍來自身邊的同學。新工科并不培養(yǎng)千篇一律的人才，同一門課，不同學科背景甚至不同年級的學生可組成學生團隊開展學習。在團隊中，基于項目協作，個人可依據學科背景、性格和個人意愿找到自我定位，發(fā)揮專長；在同輩中，學生更易激發(fā)展示欲和求知欲，互相學習模仿，優(yōu)秀的領導者或優(yōu)秀的項目本身可起到傳幫帶的作用。

2.2 機——實踐平臺上的智能空間

實踐教學平臺是新工科必不可少的基礎設施。“工欲善其事，必先利其器”，基于跨學科項目的實踐教學平臺是新工科建設的重“器”。實踐教學平臺使新工科課程體系建設具象化，在平臺上沉淀跨學科項目和教學資源，使教學生態(tài)的建設有了著力點，也便于借助人工智能信息技術提升教學效率。

實踐平臺的建設，可著眼于項目導入與分解、知識中心建設、學習社區(qū)管理和考核機制四個方面[5]。新工科跨學科項目，涵蓋的專業(yè)領域和知識點較多，教學時既要保持實踐項目的完整性和吸引力，也要劃分子項目，提高課程實踐的可操作性；知識中心的建設為教學生態(tài)的“料”元素提供了落腳點；學習社區(qū)拓展了學校、教師、企業(yè)以及不同學科不同年級學生之間的溝通紐帶；考核機制完成線上教學模式的評估反饋。

通過教學平臺，對用戶行為數據進行深度挖掘與分析，對學生實踐過程進行分析與反饋，評估學習效果，引導學習方向，結合平臺的學習資源推送、測練提升、消息傳遞、大數據分析等智能服務，圍繞每個學生形成個性化學習空間。同時，依據平臺的數據輔助，教師準確評估學生水平，便于實施定向干預、精準教學。

2.3 料——課程與多媒體資源

“料”是教學生態(tài)的核心元素，教師是“料”的主要生產者，學生是“料”的主要消費者。新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實現最終都要以課程為載體，而課程的實施除了教師，更需拓展線上多媒體資源。

跨學科課程的設置，需要高校從自身學科優(yōu)勢和師生水平出發(fā)，構建完整課程體系，開設跨學科專業(yè)或學科方向，或以公選課和第二課堂的形式開展跨學科素質拓展教育。課程內容從當前熱門交叉學科領域問題中汲取靈感，由現實問題激發(fā)學生的學習興趣和研究欲望。如中科院以腦認知神經基礎和類腦智能計算為核心問題，設置了“腦科學與類腦智能研究”學科方向，構建跨學科的深度學習，符合中科院學生的層次和中科院科研院所的定位。

多媒體資源既要為課程教學服務，便于學生課程預習和反饋，更應圍繞跨學科項目知識點及關聯關系顆?；瘶嫿?、網狀編織?？鐚W科課程的知識往往不是線性的，顆?；瘶嫿ū阌趯W生針對知識點進行碎片化學習，網狀編織避免學生陷入大量零碎的知識片段，難以構建完整的學科體系和思維邏輯，故多媒體資源的管理離不開智能化信息平臺。多媒體資源與課堂教學、項目實踐構成學生多元化的學習方式。

2.4 法——教學與評價之法

教學方“法”是教學生態(tài)的催化劑，將各類教學元素組合起來發(fā)揮更高效的作用。在信息科技的引領下，翻轉課堂、OBE 理念、情景式教學、混合式教學、智慧課堂等教學理念帶來了一波創(chuàng)新思潮。落實創(chuàng)新教學方法需要各類基礎資源的支撐，如“雙師型”師資、實踐教學平臺、多媒體資源等，而這正和新工科教學生態(tài)完美契合；同樣，新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)也亟須多元化教法的支撐。

如OBE（Outcome Based Education，成果導向教育）理念強調能力本位，注重項目實戰(zhàn)，讓學生在自我挑戰(zhàn)的過程中主動開展理論和實踐學習；翻轉課堂強調以學習者為中心，運用線上多媒體資源和課堂互動教學，重構學生課堂內外的學習方式，提高學生問題意識和邏輯思維能力。

與多元化教學方法對應，傳統(tǒng)的以考查知識為主的卷面考核也應升級到更多維度，全面反映學生的邏輯思維和創(chuàng)新實踐能力?？删C合線上實踐平臺的智能評估與翻轉課堂的表現構建過程考核體系，在學生實踐團隊中，根據團隊項目成果和個人報告、組員互評構建成果考核體系，并從創(chuàng)新創(chuàng)意、工作態(tài)度、溝通分工等角度構建職業(yè)素質考核體系。

2.5 環(huán)——產教融合、賽教融合的協同創(chuàng)新環(huán)境

教學“環(huán)”境雖不直接參與教學過程，但卻深刻影響“人機料法”等教學生態(tài)的構建質量。新工科創(chuàng)新精神的培養(yǎng)沒有固定范式，唯有在最新行業(yè)問題和項目實踐中不斷探索，即通過產教融合與賽教融合，整合校內外資源，打造協同創(chuàng)新環(huán)境。

產教融合通過校地、校所、校企等多主體合作，將相關產業(yè)的最新技術及發(fā)展方向引入高校，開展以項目為牽引的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學，培養(yǎng)服務區(qū)域經濟與社會發(fā)展的應用型創(chuàng)新人才[6]。校地協同，發(fā)揮地方政府的引導作用，熟悉地方產業(yè)發(fā)展特色，服務地方經濟發(fā)展；校所協同，發(fā)揮科研院所的項目、科研優(yōu)勢，資源共享，協同創(chuàng)新；校企協作，按照產業(yè)需求定向培養(yǎng)人才，實現人才培養(yǎng)與產業(yè)精準對接、同步發(fā)展。

賽教融合以學科競賽、技能競賽為載體，是大學生拓寬知識面和鍛煉綜合能力的重要舉措。新工科競賽更強調專業(yè)實踐能力，鼓勵學生探索行業(yè)前沿，發(fā)現行業(yè)問題并通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)解決問題，在實踐中培養(yǎng)團隊協作、營銷管理等綜合素質。賽教融合進一步激發(fā)學生創(chuàng)造性學習的動力，主動融入行業(yè)應用，知行合一、學以致用，更具現實意義。

3 教學生態(tài)的實踐效果

新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)強調實踐和跨學科屬性，教學生態(tài)的構建促進了人才培養(yǎng)的持續(xù)良性發(fā)展。新工科建設需激活“人”，即教師團隊和學生團隊；建設成“機”，即跨學科項目的實踐教學平臺，構建學習的智能空間；豐富學習資“料”，即跨學科課程和多媒體資源；拓展“法”，即多元化的教學方法和評價方法；形成協同創(chuàng)新“環(huán)”境，即產教融合、賽教融合等管理機制。教學生態(tài)各要素需要密切配合才能彰顯生命力，并在教與學的實施中，發(fā)揮生態(tài)的自我反饋調整功能，保證人才培養(yǎng)與行業(yè)需求的契合度。

江蘇師范大學科文學院積極構建新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)教學生態(tài)，改革課程實施方案。如電子商務技術課，融合了軟件開發(fā)、網絡營銷、貿易物流等多學科知識，借助交叉學科實踐教學平臺，引導學生對多款開源電商框架進行分解對比，課程邀請多學科教師參與制作了系列網課，如秒殺中的并發(fā)控制、SEO 概述、電商品類與營銷策略等。協助學生跨學科組建3～5 人團隊，分別承擔后端服務開發(fā)、人機交互設計、文案宣傳、營銷策劃等工作。團隊在深入學習平臺開發(fā)和商品貿易等知識后，主動進行市場調研和技術選型，創(chuàng)造性地設計了活體寵物、同城駕培等行業(yè)的電商方案。指導教師從項目成果的功能性能、美觀易用、行業(yè)策劃等方面進行了綜合評估，推薦優(yōu)秀項目參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學科競賽，并取得了較好成績。

4 結語

本文分析了當前新工科建設的研究現狀，明確了跨學科教育和過程實踐對新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要意義。借鑒質量管理的“人機料法環(huán)”五要素，從教學生態(tài)角度探索新工科的落地實施策略，強調組織教師團隊和學生團隊以激活“人”，建成智能實踐教學平臺，沉淀跨學科課程，優(yōu)化多媒體資料組織形式，實施多元化的教學和評價方法，打造協同創(chuàng)新環(huán)境，形成創(chuàng)新人才培養(yǎng)的良性循環(huán)，推動新工科建設的持續(xù)發(fā)展。