大數(shù)據(jù)時代高校新工科人才培養(yǎng)教學改革探析

魏 萃，張泉靈，薄翠梅

（南京工業(yè)大學 江蘇 南京 211816）

大數(shù)據(jù)時代給社會生活帶來了巨大變革，如智慧政府、智慧城市、智能家居、智能健康監(jiān)測、智能出行、智慧醫(yī)療、智慧養(yǎng)老等，都離不開大數(shù)據(jù)技術的支撐。各行各業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、銷售產(chǎn)生的數(shù)據(jù)隨著海量積累而產(chǎn)生質(zhì)變，帶來產(chǎn)業(yè)的革新。在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)的作用愈發(fā)重要，通過大數(shù)據(jù)分析，我們可以更好地了解市場需求，預測未來發(fā)展趨勢，做出更明智的決策，提高生產(chǎn)效率和服務質(zhì)量。面對數(shù)字化引發(fā)的新一輪工業(yè)革命，為保持我國先進制造業(yè)的領先地位和技術競爭優(yōu)勢，國家出臺了數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略，搶占數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展先機，以數(shù)字技術促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，數(shù)實融合推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，從而實現(xiàn)從制造大國到制造強國、中國制造到中國智造的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。

大數(shù)據(jù)顛覆了我們以往固有的認知模式和思維方式，引發(fā)了生產(chǎn)生活方式和商業(yè)模式的深刻變革，將我們帶入了人、機、物融合的萬物智能互聯(lián)時代。數(shù)字化帶來的產(chǎn)業(yè)變革對工科教育提出了新要求，迫切需要具有數(shù)據(jù)驅(qū)動思維方式和知識結構的新興工科人才。為培養(yǎng)滿足未來產(chǎn)業(yè)需求的高層次工科人才，我國高校推行新工科建設。新工科相比傳統(tǒng)工科在教育理念、專業(yè)設置、知識結構和人才培養(yǎng)模式方面提出了新的要求。面對產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，如何建立前瞻性的人才培養(yǎng)體系，面向未來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決實際問題的工程實踐能力，成為當前我國新工科建設的當務之急。

1 大數(shù)據(jù)時代新工科人才需求

在科技飛速發(fā)展的大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)的規(guī)模及數(shù)據(jù)的運用能力一定程度上反映了一個國家的數(shù)字競爭力。面對日益激烈的國際競爭，要在瞬息萬變的大數(shù)據(jù)時代勇立潮頭，支撐我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展，必須加快培養(yǎng)新工科人才。新工科以應用為導向，強調(diào)多學科交叉，更加注重人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融合創(chuàng)新，如同當前熱門的自動駕駛技術，從實現(xiàn)步驟上可以分為信息采集、感知識別、行動決策、設備控制四個階段，涉及計算機、通信、網(wǎng)絡和自動控制等多個領域。新工科涵蓋大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、智能科學與技術等相關工科專業(yè)，將智能制造、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器人等技術用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，以培養(yǎng)未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型新工科人才。新工科注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力而非傳統(tǒng)的知識掌握能力，這就要求高校培養(yǎng)出的人才既要有扎實的專業(yè)基礎知識，更需要有開放思維、工程思維和跨界思維，以應對未來的挑戰(zhàn)。

為此各高校不但陸續(xù)設立新工科專業(yè)，而且不斷打破原有學科的邊界，重構知識體系。一方面，加大校企合作力度。讓行業(yè)企業(yè)專家參與新工科人才培養(yǎng)方案的制定、課程開發(fā)與教材編寫，與企業(yè)共建校企合作實驗室，以便更契合市場對人才的實際需求；另一方面，創(chuàng)新課堂模式。采用問題導向式教學，將教學實驗設備搬至課堂，讓學生在課堂上結合所學知識進行驗證性或探究性實驗，并根據(jù)系統(tǒng)的各項真實指標進行互評互比，以此來激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的自主探索和實踐操作能力，以適應快速變化的未來世界。

2 大數(shù)據(jù)時代新工科人才培養(yǎng)存在的問題

大數(shù)據(jù)所帶來的思維方式和教學模式的改變，使得高校在新工科人才培養(yǎng)方面更加注重通過學科交叉和綜合實踐等環(huán)節(jié)來提升學生的數(shù)字思維、創(chuàng)新能力和工程實踐能力，學者前期已經(jīng)進行了一些探索，但仍然存在一些問題，具體表現(xiàn)為：

2.1 教學內(nèi)容與實際應用相脫節(jié)

數(shù)據(jù)反映了企業(yè)的經(jīng)營狀況，記錄著企業(yè)用戶的使用情況以及產(chǎn)業(yè)鏈上各個參與者的狀況。作為一種新型生產(chǎn)工具，大數(shù)據(jù)需要與行業(yè)結合才能真正產(chǎn)生價值。這就要求大數(shù)據(jù)時代的新工科人才要一專多能，既要有工程實踐能力，運用知識解決實際工程問題，又要有自主創(chuàng)新能力，引領未來產(chǎn)業(yè)和技術發(fā)展。大數(shù)據(jù)時代新工科教學改革并不是技術和教學的簡單疊加，要真正發(fā)揮大數(shù)據(jù)的驅(qū)動作用，必須結合大數(shù)據(jù)時代特點和應用案例設計結構化的教學內(nèi)容和教學模式。由于高校教師大多缺少大數(shù)據(jù)相關的工程實踐項目經(jīng)歷，對行業(yè)痛點和企業(yè)需求了解不夠深入，因此難以深入理解大數(shù)據(jù)相關技術在實際中的應用場景和解決方案，導致在教學過程中生搬硬套，紙上談兵，教學內(nèi)容與實際應用相脫節(jié)。

2.2 學科交叉不夠深入

大數(shù)據(jù)時代面臨的復雜工程問題通常難以用單一學科或單一的專業(yè)技術加以解決，常常需要打破學科壁壘，進行學科交叉。學科交叉涉及多個學科、多個領域的知識和技能之間的交叉和融合，對高校教師跨學科的知識積累和能力素質(zhì)具有較高要求，而長期過窄的專業(yè)訓練和科學研究導致高校教師的知識結構往往較為單一。此外，由于不同學科之間的課程體系和研究方法存在較大差異，實際課程教學中教師只是將不同學科的課程內(nèi)容進行簡單疊加，學科交叉往往不夠深入。這導致培養(yǎng)出的工科學生難以將不同學科的知識融會貫通，更難以從多學科的角度分析問題，用多學科的思維方式解決問題，缺少跨學科思維能力和運用多學科知識解決復雜工程問題的能力，無法滿足大數(shù)據(jù)時代對高素質(zhì)人才的要求。

2.3 實踐教學內(nèi)容不足

實踐教學是新工科人才培養(yǎng)中必不可少的一部分。與傳統(tǒng)課堂教師的授課方式不同，實踐教學具有一定的開放性、實踐性和自主性，可以讓學生親自動手參與其中，通過摸索、試錯和調(diào)整來建立一套自己的思維框架，提升綜合創(chuàng)新能力。然而實際中受場地、經(jīng)費、時間等因素的限制，一些高校的新工科人才培養(yǎng)課程體系中理論課程所占課時相對較多，實踐教學課時較少，導致學生缺少動手操作或參與實際工程項目的機會。這樣一來，培養(yǎng)出的學生不僅難以深層次理解和扎實掌握所學的理論知識并將其活學活用，而且動手能力和分析解決實際問題的能力也沒有得到充分的鍛煉，導致工程實踐能力不足。

3 大數(shù)據(jù)時代新工科人才培養(yǎng)改革舉措

3.1 優(yōu)化課程內(nèi)容設置

面對大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)對人才的實際需求，高校需要根據(jù)學科特點及時調(diào)整優(yōu)化課程內(nèi)容設置，將大數(shù)據(jù)領域的前沿技術與數(shù)字化解決方案及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐案例等創(chuàng)新應用成果融入課程教學過程。教師在課堂上不再僅僅依賴教材，而是以教材為依據(jù)，結合華為數(shù)字化解決方案以及智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧城市等典型實踐案例，從技術概念、場景應用、項目實施等角度進行分析，幫助學生建立數(shù)字化解決方案底層框架鐵三角：產(chǎn)品標準化、服務專業(yè)化和價值最大化。通過實際案例分析，將大數(shù)據(jù)技術與專業(yè)課程知識進行交叉融合，實現(xiàn)了多學科知識交叉，幫助學生及時掌握前沿技術、緊跟時代步伐，拓寬了學生的思維和眼界，啟發(fā)學生積極探索大數(shù)據(jù)技術的新應用場景。同時，營造了良好的課堂氛圍，發(fā)揮了學生的主觀能動性，全方位提升學生的能力，培養(yǎng)其成為復合型高素質(zhì)人才。

3.2 引入企業(yè)導師制度

大數(shù)據(jù)時代技術日新月異，而最先進的技術通常最先應用在企業(yè)當中，高?？蒲谐晒推髽I(yè)實際需求有一定程度的脫節(jié)，供給側與需求側存在供需錯位。因此，高校在課程設計、認識實習、畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)，可以聘請行業(yè)內(nèi)具有豐富實踐經(jīng)驗的一線工程技術人員擔任企業(yè)導師，對學生進行聯(lián)合培養(yǎng)。從企業(yè)的真實需求出發(fā)，提煉科學問題，作為學生培養(yǎng)課題，將人才培養(yǎng)與企業(yè)項目研發(fā)協(xié)同起來，引導學生將所學知識應用于具體項目，提高學生解決實際問題的能力。企業(yè)導師作為知識淵博、經(jīng)驗豐富的行業(yè)專家，可以從項目落地的角度為學生提供專業(yè)指導和建議，幫助學生更好地掌握專業(yè)知識和技能，為學生提供職業(yè)規(guī)劃的相關指導，幫助學生樹立人生目標和報國志向，并提前規(guī)劃好相應的發(fā)展路徑。企業(yè)導師的引入不僅可以幫助學生將所學理論知識融入實際場景，還可以加深學生對理論知識的理解，為復合型新工科人才培養(yǎng)做出積極貢獻。

3.3 研發(fā)教學實驗系統(tǒng)

為了體現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代的特點，實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的教學目的，高校開展新工科人才培養(yǎng)過程中可以投入經(jīng)費研發(fā)配套的大數(shù)據(jù)教學實驗系統(tǒng)，如大數(shù)據(jù)智能分析與決策系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等來支撐課程教學，也可以利用這些系統(tǒng)定期組織大數(shù)據(jù)相關技能比賽，實現(xiàn)以賽促學。大數(shù)據(jù)教學實驗系統(tǒng)以云平臺架構為基礎，為學生提供了從大數(shù)據(jù)平臺搭建到數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和應用等相關技術的實驗操作，有效支撐了大數(shù)據(jù)時代新工科人才培養(yǎng)過程中大數(shù)據(jù)相關實驗課程的開展。結合專業(yè)理論學習，在大數(shù)據(jù)教學實驗系統(tǒng)上同步開展數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)決策等數(shù)據(jù)應用相關的大數(shù)據(jù)核心處理技術的實驗操作，通過設計合理的教學實驗，培養(yǎng)了學生的大數(shù)據(jù)思維以及利用大數(shù)據(jù)分析處理工具和機器學習、數(shù)據(jù)挖掘等技術解決復雜實際問題的能力，實現(xiàn)了理論知識與實驗操作的虛實結合，最終達到脫虛入實。學生的專業(yè)素養(yǎng)和實際動手能力得到鍛煉和提升，為未來長遠發(fā)展打牢基礎，同時也為社會培養(yǎng)了理論基礎扎實、實踐能力一流的復合型新工科卓越人才。

4 結語

綜上所述，大數(shù)據(jù)時代的新工科人才培養(yǎng)應當面向多學科交叉的實際需求，結合校內(nèi)教學實際情況和學生實際學習水平，以任務需求為導向，以工程應用為目的，以信息技術教學為方向，有針對性地進行教學改革。此外，建立校企聯(lián)合培養(yǎng)機制，以實踐活動帶動教學，并以實際案例來組織課程內(nèi)容，使教學內(nèi)容由理論知識向?qū)嶋H應用過渡，逐步提高學生的創(chuàng)新思維能力和實際動手能力。同時研發(fā)教學實驗系統(tǒng)，加強學生實際技能與專業(yè)知識的訓練，促進課堂與產(chǎn)業(yè)的緊密結合，切實提升新工科學生的數(shù)字思維、創(chuàng)新思維、工程化思維和跨學科思維，培養(yǎng)出符合大數(shù)據(jù)時代要求的具有創(chuàng)新思維能力、工程實踐能力和跨學科能力的綜合型新工科人才。