適應(yīng)新工科建設(shè)的電子類創(chuàng)新實驗室改革研究與探索

孫玉寬　史風(fēng)棟　沈振乾　徐國偉

摘要：在分析現(xiàn)存創(chuàng)新實驗室制度弊端的基礎(chǔ)上，細(xì)化了電子類創(chuàng)新實驗室結(jié)構(gòu)，形成“輕準(zhǔn)入、重培養(yǎng)、嚴(yán)考核”的育人體制。完善本科生課外培養(yǎng)的體系，增加多學(xué)科交流合作引導(dǎo)，形成本科生自主科研培育環(huán)境。在評價回饋上，引入第三方工程素養(yǎng)評價方法，對改革制度進行評價和修正。

關(guān)鍵詞：新工科；創(chuàng)新實驗室；培養(yǎng)機制

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2018.09.050

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-1580（2018）09-0180-03

《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》中對新工科有以下五方面的新：工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系。創(chuàng)新實驗室現(xiàn)有培養(yǎng)模式是以學(xué)校、教師為主導(dǎo)，學(xué)生的創(chuàng)新熱情不能得到充分激發(fā)。改變主導(dǎo)模式，已經(jīng)成為創(chuàng)新實驗室的改革重點。本文以降低專業(yè)實驗室招收和培訓(xùn)門檻，增加不同專業(yè)學(xué)生對電子類知識的掌握和實踐創(chuàng)新能力為目的，以改革實踐和第三方人才評價反饋形成類0BE（Outcom-basededucation）模式的創(chuàng)新培養(yǎng)過程，形成以專業(yè)和興趣能力區(qū)分學(xué)生培養(yǎng)渠道的新工科人才培養(yǎng)模式。

一、新工科人才需求

新工科人才需要具備的新素養(yǎng)有：由相關(guān)概念而引發(fā)思考的能力、使命感和價值感、對工程問題的大局觀和空間感、對問題的關(guān)聯(lián)力、想象力、宏思維、批判思維。新工科人才新素養(yǎng)的要求與“五個新”息息相關(guān)，其基礎(chǔ)為學(xué)生需具有扎實的本專業(yè)知識和實踐技能，同時具備了解和運用其他專業(yè)知識的能力和條件?，F(xiàn)行的大學(xué)教育主要在以下幾方面限制了新工科人才的培養(yǎng)：

現(xiàn)行的大學(xué)教育在一定程度上重視本專業(yè)理論課的學(xué)習(xí)，在實驗或?qū)嵙?xí)方面不夠深入；

涉及其他專業(yè)或?qū)W科的課程，對學(xué)生的要求相對放松，且沒有有效的實踐活動，其他專業(yè)和學(xué)科知識的缺乏在一定程度上限制了學(xué)生的想象力、關(guān)聯(lián)力和宏思維的形成；

大部分學(xué)生沿襲了初高中以教師為中心的思維和行為方式，對問題的思考和解決方法在一定程度上依賴于教師的指導(dǎo)和講授；

大部分學(xué)生對教師的觀點或指導(dǎo)缺乏批判精神，具有較強的從眾心理，容易形成“權(quán)威意識”。

即使現(xiàn)今出現(xiàn)了多樣化的教學(xué)方式和手段，例如MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、開放式教學(xué)、超星泛雅等，但總學(xué)時限制著實施的效果。創(chuàng)新實驗室作為課堂教學(xué)的有機補充，對課程和知識的深入實踐和學(xué)科交叉作用明顯。

二、創(chuàng)新實驗室現(xiàn)存問題

教師中心化嚴(yán)重。出現(xiàn)此類現(xiàn)象的主要原因在于兩個方面：一是，指導(dǎo)教師的個人發(fā)展問題，必然使得教師以自身科研或橫向項目為主。逐漸形成了研究課題與學(xué)生實際能力脫節(jié)、專業(yè)知識不具備、對項目興趣度不高等弊端；二是，大多數(shù)學(xué)生進入實驗室的有效時間短?；旧夏軐I(yè)知識掌握并進行實踐的時間集中在大二下半年和大三上半年，沒有培養(yǎng)自己項目探索的足夠時間。

對不同專業(yè)學(xué)生進入專業(yè)創(chuàng)新實驗室的門檻限制。專業(yè)類的創(chuàng)新實驗室大多從事本專業(yè)的實踐和研究。本專業(yè)學(xué)生得到鍛煉的同時也給非本專業(yè)學(xué)生進入實驗室造成了高門檻。專業(yè)組成單一不利于多學(xué)科的融合，從而限制了學(xué)生聯(lián)想思維能力的鍛煉。以電子類專業(yè)創(chuàng)新實驗室為例，集中的難點體現(xiàn)在于對專業(yè)性MCU的掌握和使用、對專業(yè)性模擬和數(shù)字電路的設(shè)計和理解、對專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的掌握等幾個方面。

對于普通高等學(xué)校學(xué)生的能力提升方面培養(yǎng)有欠缺。普通高等學(xué)校的學(xué)生培養(yǎng)集中在基本實踐技能的掌握和運用上，學(xué)生缺乏深入研究。以電子類專業(yè)創(chuàng)新實驗室為例，學(xué)生的培養(yǎng)拘泥于對傳感器和MCU的使用，但對傳感器數(shù)據(jù)精度提升、數(shù)據(jù)處理算法和多傳感器融合等方面研究較少。

評價指標(biāo)單一?，F(xiàn)有的創(chuàng)新俱樂部的評價多數(shù)集中在于學(xué)生參加競賽獲獎上，忽視了學(xué)生素養(yǎng)的培養(yǎng)。在學(xué)校引導(dǎo)方面，與學(xué)生利益息息相關(guān)的保研和就業(yè)也在加分和推薦上只按照分?jǐn)?shù)和競賽成績推薦，而缺乏對學(xué)生實際情況的考核。

三、創(chuàng)新實驗室改革方向

（一）細(xì)化電子類創(chuàng)新實驗室組成

將創(chuàng)新實驗室分為基礎(chǔ)部、應(yīng)用部和創(chuàng)新部三方面。

1.基礎(chǔ)部

基礎(chǔ)部主要完成學(xué)生對本專業(yè)的認(rèn)知，在大一新生中進行。電學(xué)基礎(chǔ)部針對本專業(yè)且有意愿進行實踐的同學(xué)在數(shù)模電基礎(chǔ)和PCB布局實現(xiàn)過程進行培訓(xùn)，掌握專業(yè)基礎(chǔ)。MCU基礎(chǔ)部針對學(xué)生情況進行專業(yè)級ARM內(nèi)核單片機指導(dǎo)和入門級Ardui.no系列開發(fā)板的指導(dǎo)，降低電子設(shè)計的門檻，廣泛吸收各專業(yè)同學(xué)參與?？刂苹A(chǔ)部完成學(xué)生對各種電機的選型和控制基礎(chǔ)上，針對有興趣和本專業(yè)學(xué)生進行PID參數(shù)整定培訓(xùn)，非本專業(yè)學(xué)生專注于PID參數(shù)的調(diào)整和應(yīng)用上。

2.應(yīng)用部

應(yīng)用部下設(shè)項目部和競賽部。競賽部將競賽分為專業(yè)級和非專業(yè)級兩部分，專業(yè)級競賽允許本專業(yè)和基礎(chǔ)較好的非本專業(yè)學(xué)生參與，非專業(yè)級競賽以非本專業(yè)學(xué)生參與為主，本專業(yè)學(xué)生參與為輔，隊伍組成人數(shù)2：1為宜。項目組以學(xué)生主導(dǎo)和教師主導(dǎo)為兩條并行主線。依托教師本身科研或其他項目及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，實現(xiàn)學(xué)生項目的實踐。

3.創(chuàng)新部

創(chuàng)新部主要完成多學(xué)科和專業(yè)的協(xié)作與融合。創(chuàng)新部以下屬的算法部作為主導(dǎo)，研究內(nèi)容以學(xué)生為主，教師為輔。教師只提出建議和發(fā)表意見，無決策權(quán)。算法部主要專注基礎(chǔ)算法和發(fā)展前沿，主要方向在人工智能、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等方面進行研究。協(xié)作部以完成創(chuàng)新部成果轉(zhuǎn)化為主，在研究成果轉(zhuǎn)化為實驗室設(shè)備的過程中，涉及到產(chǎn)品設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品測試和體驗管理等環(huán)節(jié)，可使各專業(yè)學(xué)生嘗試本專業(yè)內(nèi)的知識。

（二）改革選拔方式

現(xiàn)存的創(chuàng)新實驗室招新和選拔方式多為考試選拔和教師面試直接決定，考核標(biāo)準(zhǔn)主觀成分大。造成此種考核和選拔標(biāo)準(zhǔn)的原因是多樣性的，主要在于可以快速判斷出基礎(chǔ)差的學(xué)生，進行淘汰以適應(yīng)有限的實驗室資源。但是此方法不符合教書育人的本質(zhì)，將有熱情但是無基礎(chǔ)的學(xué)生擋在門外。

1.選拔方式

選拔方式的改革應(yīng)集中遵循“輕準(zhǔn)入、重培養(yǎng)、嚴(yán)考核”的原則。在進入俱樂部初期，將申請加入的同學(xué)按照基礎(chǔ)程度分為基礎(chǔ)組和加速組?；A(chǔ)組學(xué)生分為若干小組，統(tǒng)一發(fā)放所需設(shè)備和原器件等，按照小組組員課程情況分時復(fù)用，將設(shè)備和原器件的利用率提高。加速組可根據(jù)情況直接進入電子系統(tǒng)設(shè)計，不占用基礎(chǔ)的實踐資源。

2.競爭淘汰機制

競爭和淘汰是激勵學(xué)生潛力的必要方式?，F(xiàn)有的競爭和淘汰一般區(qū)別在于競賽成績和自然淘汰兩種方式，兩種評價方式都集中在點的時間層面上，沒有對過程進行評價和累積。

適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的競爭淘汰機制應(yīng)使用積分制，具體應(yīng)有以下幾個方面：

（1）在實踐過程中按照不同任務(wù)的層次進行積分，針對不同年級的學(xué)生進給予不同的權(quán)重，以綜合衡量完成任務(wù)的付出程度。由指導(dǎo)教師聯(lián)合進行評價，進行分?jǐn)?shù)平均后計入學(xué)期總積分。

（2）增加對創(chuàng)新實驗室綜合管理和新媒介維護等工作的積分。在增加實驗室成員的責(zé)任感和使命感的前提下，加大實驗室的宣傳力度。充分利用微信公眾號、藍墨云班課、超星泛雅、GitHub等平臺，鍛煉學(xué)生對外發(fā)布信息的嚴(yán)謹(jǐn)性和責(zé)任感，同時了解前沿和同行的研究方向。

（3）鼓勵不同專業(yè)和學(xué)科學(xué)生之間合作，對應(yīng)用型研究成果以自制設(shè)備形式使用，并提供一定金額的研究經(jīng)費。對學(xué)生發(fā)表教改論文提供支持。

（4）引進懲罰制度。在項目制的前提下，學(xué)生無故未完成節(jié)點任務(wù)或無故放棄的，減去相應(yīng)積分。積分每個學(xué)期清零，以激發(fā)不同層級學(xué)生的動力。

（5）按積分對學(xué)生進行實驗室準(zhǔn)入條件的考核。

（三）加強不同種類創(chuàng)新俱樂部合作

校內(nèi)不同種類創(chuàng)新俱樂部的合作，可以增加不同行業(yè)教師、學(xué)生和不同領(lǐng)域需求的融合和交流。相互合作的益處有以下三點：解決實際開發(fā)項目中不同專業(yè)知識的需求和教師跨專業(yè)知識深度之間的矛盾、解決學(xué)生實現(xiàn)中非本專業(yè)因素影響實現(xiàn)效果的現(xiàn)象、解決電子類設(shè)計偏重技術(shù)忽視外形設(shè)計和實際需求間的矛盾。

四、引入第三方評價方法和體系

NAEP是美國教育部領(lǐng)導(dǎo)下的國家教育進步評價項目（The National Assessment of Educational Progress）的簡稱，其對技術(shù)與工程素養(yǎng)的定義是指一個人運用、理解和評價技術(shù)的能力，包括理解指定解決方案和達成目標(biāo)所需的技術(shù)原理和策略。NAEP運用信息技術(shù)模擬現(xiàn)實，創(chuàng)設(shè)問題豐富的多媒體情境，基于情境、計算機和群體水平進行評價。

基于NAEP的啟發(fā)，創(chuàng)新實驗室對學(xué)生畢業(yè)前評價應(yīng)采用已存第三方評價體系進行評價。在校內(nèi)應(yīng)用評價時，可由各專業(yè)有工程背景的非創(chuàng)新實驗室指導(dǎo)教師成立評委組，組成實際場景的工程問題庫。學(xué)生針對工程問題庫提供自己的解決方案，評委從方案合理性、不同專業(yè)角度、節(jié)能環(huán)保、社會責(zé)任感等方面進行評價。

評價結(jié)果反饋用于創(chuàng)新實驗室結(jié)構(gòu)調(diào)整和培養(yǎng)項目的優(yōu)化，形成類OBE的創(chuàng)新培養(yǎng)模式。

五、結(jié)語

通過創(chuàng)新實驗室機制的改革，以不同的教學(xué)方式達到去教師中心化等弊端，加強多專業(yè)合作，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。第三方評價體系的引入可驗證改革的成效和修正改革的方向，是新工科建設(shè)下創(chuàng)新和學(xué)生素養(yǎng)提升的必然道路。

[責(zé)任編輯：韓璐]