新工科背景下電類“專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)”課程改革

付 奎，徐 詠，韋吉爵

（河池學(xué)院 人工智能與制造學(xué)院，廣西 宜州 546300）

0 引言

從18世紀(jì)60年代開始的第一次工業(yè)革命（科技革命）至今，科技創(chuàng)新能力一直發(fā)揮著不可忽視的作用，并隨著時代的發(fā)展逐漸成為核心競爭力。來自英國的生化學(xué)家李約瑟提出了著名的難題：“為何近代科學(xué)沒有產(chǎn)生在中國，而是在十七世紀(jì)的西方，特別是文藝復(fù)興之后的歐洲？”。此外，我國科學(xué)泰斗錢學(xué)森也曾提出：“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？”。這兩個問題都是對中國科技創(chuàng)新提出挑戰(zhàn)，同樣也是對中國科學(xué)技術(shù)的關(guān)懷。為主動應(yīng)對新一輪科技變革與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，“新工科”概念在2017年2月正式提出[1]。此外，形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等多個指導(dǎo)性意見[2，3]。

近年來，中國電類相關(guān)產(chǎn)業(yè)正處理快速成長期，需要大量具備實踐動手能力與創(chuàng)新能力的專業(yè)人才[4，5]。國家經(jīng)貿(mào)委經(jīng)濟(jì)信息中心組織的一項調(diào)查表明（638家企業(yè)），在生產(chǎn)類型企業(yè)、服務(wù)類企業(yè)和其他類型企業(yè)人才需求上，電類相關(guān)專業(yè)人才招聘都處于前3位?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)中“復(fù)旦共識”明確提出地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)揮支撐作用。河池學(xué)院作為一所地方本科高校，其電類專業(yè)以培養(yǎng)具有較強(qiáng)行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才為主。電類“專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)”作為大一新生的認(rèn)知實訓(xùn)課程，能夠使得學(xué)生較早接受工程意識培養(yǎng)，建立學(xué)習(xí)興趣，明確專業(yè)目標(biāo)。通過項目載體將不同學(xué)科知識交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生思維方法，學(xué)會提出問題、分析問題并解決。有利于培養(yǎng)具有工匠精神、豐富實踐能力、扎實理論基礎(chǔ)以及創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，有利于推動我?！靶鹿た啤睂I(yè)的建設(shè)。

1 傳統(tǒng)認(rèn)知實訓(xùn)中存在的問題

由于中小學(xué)階段的教育和大學(xué)教育在知識結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)方法上存在差別，地方高校在探索“新工科”項目建設(shè)及應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面還存在以下幾方面困難。

1.1 學(xué)生專業(yè)認(rèn)知模糊

我校2020年一項對新生專業(yè)的調(diào)查報告顯示，38.10%的學(xué)生在高考志愿填報時完全不了解報考專業(yè)、30.95%的學(xué)生不清楚報考專業(yè)的就業(yè)前景、16.67%的學(xué)生明確要報考公務(wù)員或自主創(chuàng)業(yè)，其他學(xué)校也存在的同樣的問題[6]。專業(yè)認(rèn)知上的不足對學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法和職業(yè)規(guī)劃產(chǎn)生直接影響。專業(yè)認(rèn)知課程建設(shè)的好壞，關(guān)系到學(xué)生未來的學(xué)習(xí)。

工科學(xué)生需要大量的實踐操作將所學(xué)知識進(jìn)行梳理和整合，套用其他學(xué)科進(jìn)行純粹的視頻學(xué)習(xí)、實驗室參觀和簡單儀器熟悉等，很難建立有效的專業(yè)認(rèn)知。新生入學(xué)后還需進(jìn)行軍事訓(xùn)練、校規(guī)校紀(jì)和安全教學(xué)等入學(xué)教育。因此，如何在有限時間內(nèi)，提高新生專業(yè)認(rèn)知程度及專業(yè)認(rèn)同感成為落實我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一個重點。

1.2 培養(yǎng)方式的不同

在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中，學(xué)生長期受“流水線生產(chǎn)”的影響，即“灌輸式”學(xué)習(xí)。這在一定程度上制約著學(xué)生認(rèn)知思維的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致新生在入學(xué)階段多方面的不適應(yīng)。對于強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)，要求學(xué)生敢于思考和創(chuàng)新、敢于動手實踐等本科教育而言，認(rèn)知思維和能力不足的學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中容易陷入迷茫、懷疑和失望等消極狀態(tài)。

1.3 教學(xué)方面的不足

專業(yè)認(rèn)知內(nèi)容形式化，方法單一化，即教師進(jìn)行相關(guān)知識、技能的講授，缺乏啟發(fā)性。不同專業(yè)的學(xué)生認(rèn)知實訓(xùn)內(nèi)容重過程輕結(jié)果，實訓(xùn)內(nèi)容的目標(biāo)不明確，僅僅將其作為新生適應(yīng)性教育，缺乏對學(xué)生整個大學(xué)學(xué)習(xí)及職業(yè)生涯規(guī)劃思考。此外，專業(yè)認(rèn)知課程缺乏針對性與導(dǎo)向性，不同學(xué)科區(qū)分呈現(xiàn)泛化性，專業(yè)認(rèn)知內(nèi)容浮于表面，缺乏真正的沉淀。多數(shù)工科認(rèn)知教育仍處于“技工”式教育，即只要求學(xué)生學(xué)好某些知識點，創(chuàng)新實踐上沒有明確要求?！靶鹿た啤苯逃秊閼?yīng)對科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，其核心在于科技創(chuàng)新能力。作為地方應(yīng)用型本科院校，我校大多數(shù)工科學(xué)生未來將進(jìn)入工程領(lǐng)域工作。而作為一名工程師，需要具備相當(dāng)?shù)膭?chuàng)新思考能力和實際動手技能。因此，如何做好工科學(xué)生專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)，迫切需要一個系統(tǒng)完整、針對專業(yè)學(xué)科不同、有啟發(fā)性與趣味性的課程[7]。

2 專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)課程構(gòu)建

知而后行，在“新工科”不斷改革推動下，原有的一些輔助類教學(xué)——“專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)”也需要進(jìn)行改革。專業(yè)認(rèn)知是新生融入專業(yè)學(xué)習(xí)、促進(jìn)個人發(fā)展、明確畢業(yè)方向、開展職業(yè)規(guī)劃的基礎(chǔ)。針對我校學(xué)生在專業(yè)認(rèn)知上的不足，以及教育培養(yǎng)方式上的轉(zhuǎn)變，以O(shè)BE教學(xué)模式為基礎(chǔ)，在專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)的項目內(nèi)容設(shè)計、項目組織形式、項目實施流程等方面對專業(yè)認(rèn)知課程進(jìn)行改革實踐。

2.1 項目內(nèi)容設(shè)計

專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)不同于工程項目實訓(xùn)，需要具有明確的教育目標(biāo)性、項目內(nèi)容啟發(fā)性和項目內(nèi)容針對性。針對教育目標(biāo)性，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)方法為主要目標(biāo)，實訓(xùn)內(nèi)容難度成“階梯式”上升，確保不同能力層次同學(xué)均能完成主體設(shè)計內(nèi)容。例如：針對教師任務(wù)需求，設(shè)計一款電子琴，具有不同難度的需求，如圖1所示。其次，電子琴的制作也是多學(xué)科交叉的項目，制作者也需要懂樂理知識。

圖1 不同難度的電子琴需求

針對項目內(nèi)容啟發(fā)性，即項目內(nèi)容涉及的知識點具有一定超前性，學(xué)生通過思考提出相應(yīng)的解決思路，教師進(jìn)行相關(guān)引導(dǎo)。例如：觸摸按鍵電子琴設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生思考日常用的智能手機(jī)是如何檢測手指是否按下。通過形成觸摸按鍵的概念，查找相關(guān)資料，設(shè)計方案進(jìn)行驗證。針對項目內(nèi)容針對性，首先根據(jù)不同專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，設(shè)計不同的項目實訓(xùn)內(nèi)容。其次學(xué)生可根據(jù)不同的喜好，選擇偏軟件、偏硬件，或者兩者均衡的實訓(xùn)題目。

2.2 項目組織形式

項目組織均為團(tuán)隊合作項目，分配導(dǎo)師進(jìn)行管理與監(jiān)督。學(xué)生在項目進(jìn)行過程中學(xué)習(xí)探索、綜合運用所學(xué)知識。項目組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 項目組織結(jié)構(gòu)

通過外在不同需求，思考相應(yīng)概念模型并設(shè)計方案進(jìn)行驗證。在此過程中培養(yǎng)團(tuán)隊合作能力、項目組織管理能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及其理論聯(lián)系實踐的思維能力與動手能力等。導(dǎo)師在項目過程中注重引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)大國工匠精神、職業(yè)精神、責(zé)任感和使命感。

2.3 項目實施流程

項目實施流程如圖3所示。教師前期對相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識進(jìn)行介紹，交代項目開發(fā)流程、評分細(xì)則，提出相關(guān)的任務(wù)需求或?qū)W生自擬題目由導(dǎo)師進(jìn)行把握。學(xué)生組隊選題并采用“增量模型”進(jìn)行開發(fā)，即學(xué)生通過提交多階段性項目策劃書，導(dǎo)師進(jìn)行評價并給予相關(guān)意見。具體來說，首先形成項目需求的概念及策劃書，通過初步設(shè)計進(jìn)行試錯、探索和思考等。在經(jīng)過充分設(shè)計與驗證后，最終實現(xiàn)初步結(jié)果。為培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，項目初步完整之后學(xué)生需要進(jìn)行反饋，由同學(xué)和老師進(jìn)行優(yōu)化意見的討論。學(xué)生根據(jù)反饋意見完善作品，隨后進(jìn)行下一階段的需求增量開發(fā)。整個實訓(xùn)結(jié)果不設(shè)上限，時間為一學(xué)期，期末進(jìn)行實訓(xùn)項目總體驗收和評分。

為保證學(xué)生在不同階段能夠完成相應(yīng)實訓(xùn)內(nèi)容，學(xué)生需根據(jù)指定的項目周期按時進(jìn)行反饋。整個教學(xué)過程教師主要起到引導(dǎo)與管理，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，鍛煉自主學(xué)習(xí)能力。通過引導(dǎo)學(xué)生探索、實驗進(jìn)而培養(yǎng)各自的興趣，最終初步定位自己的目標(biāo)和未來幾年的職業(yè)、學(xué)習(xí)規(guī)劃。

圖3 認(rèn)知實訓(xùn)項目實施流程

3 課程改革效果

“專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)”課程在電子信息工程、電氣工程及其自動化和建筑電氣與智能化三個專業(yè)開展，人數(shù)214人。課程通過項目內(nèi)容設(shè)計、項目組織形式和項目實施流程3方面進(jìn)行改革，實訓(xùn)周期為一年，學(xué)生具有充裕的時間完成課程任務(wù)。相較于傳統(tǒng)“專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)”課程，改革情況如下：

（1）項目內(nèi)容設(shè)計明確化。采用項目策劃書形式，學(xué)生利用已有資料和網(wǎng)上查閱自主設(shè)計。設(shè)計的項目策劃書包括：項目簡介、項目框架、項目軟硬件設(shè)計及項目預(yù)算。改革后的項目內(nèi)容相比于以前，設(shè)計思路、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方案更為規(guī)范與詳細(xì)，能夠較好地指導(dǎo)后續(xù)項目展開。學(xué)生在項目實施過程中得到的收獲更具導(dǎo)向性，能夠幫助自身盡早確立今后的學(xué)習(xí)目標(biāo)與職業(yè)規(guī)劃。

（2）項目組織結(jié)構(gòu)多樣化。項目采用團(tuán)隊合作，并由團(tuán)隊組長總負(fù)責(zé)。項目團(tuán)隊嚴(yán)格劃分不同成員的工作量，并明確輸出結(jié)果及項目里程碑，這在很大程度上打消了以往多數(shù)學(xué)生渾水摸魚的想法。此外，項目采用導(dǎo)師制，并在項目過程中注重引導(dǎo)學(xué)生素質(zhì)能力，落實立德樹人根本任務(wù)。提高了學(xué)生不同方面的工程素質(zhì)，鍛煉了學(xué)生理念創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新能力。

（3）項目實施流程增量化。學(xué)生按增量模型進(jìn)行項目開發(fā)，在每個增量模型都采用完整的設(shè)計到反饋方案，真正落實“新工科”教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。從項目實施的結(jié)果和反饋來看，學(xué)生各方面能力整體水平較未改革之前的學(xué)生都取得了相應(yīng)地提高。

（4）存在問題及解決方案。在團(tuán)隊組建過程中，學(xué)生自由組隊導(dǎo)致了團(tuán)隊呈現(xiàn)出較大的差異化，部分團(tuán)隊之間方案設(shè)計存在抄襲。教師需要在入門階段培養(yǎng)學(xué)生各方面能力，合理分配團(tuán)隊成員，確保各個團(tuán)隊后續(xù)方案設(shè)計和實施具備自主化。項目采用任務(wù)分配制，不同學(xué)生在任務(wù)實施階段具有惰性。為了激勵學(xué)生按時間節(jié)點高質(zhì)量完成階段任務(wù)，還需進(jìn)一步完善小組和個人評分機(jī)制，使學(xué)生保持高效地學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)語

在新工科背景下，將項目式教學(xué)方法應(yīng)用于新生專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)中。整個“專業(yè)認(rèn)知實訓(xùn)”課程從項目需求出發(fā)，學(xué)生通過建立相關(guān)項目概念，進(jìn)而進(jìn)行方案構(gòu)思、設(shè)計、驗證反饋等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生在“新工科”背景下所需的科技創(chuàng)新能力，真正落實“新工科”教學(xué)理念并切合學(xué)校應(yīng)用型技能型人才的培養(yǎng)方案。此外，使學(xué)生在實踐中深刻了解工程開發(fā)流程，全面培養(yǎng)學(xué)生知識檢索能力、自主學(xué)習(xí)能力、人際溝通能力、創(chuàng)新能力，將自身培養(yǎng)成具有專業(yè)精神、終身學(xué)習(xí)能力和工程技術(shù)自我提升能力的高素質(zhì)工程師，為后續(xù)國家實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略助力。