電子信息類新工科專業群模式研究

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摘要:加快推進傳統工科專業升級改造,面向新經濟培養新工科人才是廣大地方高校亟須解決的重要課題.以大工程觀為指導,設計符合湖南理工學院實際情況的“4(4+1)”型電子信息類新工科人才培養模式.通過深化學科專業交叉融合打造專業群,聚焦知識關聯力和工程能力構建課程群,有效提升了專業辦學水平和人才培養質量.經實踐檢驗,該模式推行效果良好.

關鍵詞:新工科;專業群;大工程觀;電子信息;地方高校

0引言

近年來,國家提出并實施創新驅動發展戰略.“十四五”規劃進一步強調,堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位.在“十四五”期間,湖南省將大力實施“三高四新”戰略,打造國家重要先進制造業高地、具有核心競爭力的科技創新高地、內陸地區改革開放高地.湖南理工學院所在地岳陽市,確立了包括電子信息在內的七大千億產業目標.國家強大要靠創新,創新要靠人才.2017年以來,為積極回應國家發展新需求、產業轉型升級新趨勢、國際競爭新形式及立德樹人新要求,教育部和廣大高校積極推進新工科建設,先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等綱要文件.如何主動布局新工科專業建設,加快推進傳統學科專業升級改造,培養高素質工程技術人才,為新經濟發展提供新型工科人才支撐,已成為國內工程教育界亟須解決的重大課題[1~3].截至2016年,我國工科在校生占高等教育在校生總數的三分之一,其中工科本科在校生達538萬人,專業布點17000余個[4].這些數據表明,我國已成為全球工程教育大國,但工程人才數量和質量仍然無法滿足我國社會發展需求.預計到2025年,我國新一代信息技術產業人才缺口將達950萬人,居制造業十大重點領域之首[5].此外,根據世界經濟論壇發表的《全球競爭力報告(2016-2017年)》,我國創新能力排名全球第34位.由此可見,當前我國高校工程人才培養還面臨艱巨的任務,特別是占全國高?？倲?0.8%的地方本科院校采用什么樣的新模式,來升級改造傳統工科專業,有效培養符合新經濟需求的新工科人才是極富價值的研究課題[6,7].本文基于湖南理工學院信息科學與工程學院在“十三五”期間圍繞高素質工程應用型創新人才培養目標開展的系列改革舉措和取得的成效,重點闡述在大工程觀指導下的電子信息類“4(4+1)”新工科專業群改革模式與經驗,以期為同層面地方高校相關工科專業建設提供參考.

1新工科專業群建設依據

1.1專業群的大工程觀

專業群的概念源自產業集群理論,其要義是通過聚集相近專業、優化專業要素、共享專業資源、降低發展成本,從而提升專業社會競爭力[8].發達國家的工程教育經歷了技術范式到科學范式,再到現在已形成廣泛共識的回歸工程范式[9].大工程觀是伴隨美國工程教育發展歷程而形成的工程教育改革指導理論.謝笑珍[10]認為,大工程觀就是以整合、系統、應變、再循環的視角看待大規模復雜系統的思想,其本質是將科學、技術、非技術、工程實踐融為一體的,具有實踐性、整合性、創新性的工程模式教育理念體系.專業群是本科專業建設的模式和手段,大工程觀是工程教育的理論思想,兩者都以系統論為基礎.因此,以大工程觀為指導,構建新工科專業群具有理論可行性.

1.2新工科的內涵要求

新工科建設“復旦共識”指明,地方高校要對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用,要主動對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求,培養具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才.顧佩華[1]認為,新工科教育改革可分為建設新工科專業和升級改造現有工科專業兩大類.一是建設新工科專業或專業方向,如近年來開設的人工智能等新專業;二是根據新工科教育范式框架改造現有專業,即以新理念、新模式、新方法、新內容和新質量標準來改造現在的工科專業.由于學科專業分類的歷史沉淀,專業師資條件,招生就業政策等原因,改造現有工科專業是目前新工科專業建設的主流模式.李培根[2]提出,面向未來的工程人才應該具備包括“形而上”的工程技術問題思考能力、使命感和價值感、空間感、關聯力、宏思維等若干新素養,并重點對關聯力進行了全面論述,認為關聯力是未來創造者所應該具備的基本素養,新工科應幫助學生建立專業節點或信息源的關聯,并成為獲取知識的重要途徑.李茂國[11]等認為“回歸工程”范式適應當前工程人才培養的新挑戰和要求,提出體現工業革命需求、科技革命趨勢,與當前的大學范式相適應的“融合創新”工程教育范式.綜上所述,在興辦新專業存在師資匱乏、經費有限、參考經驗不足的現實條件下,打破現有同類或相近專業壁壘,構建共生共進的專業群模式,推行專業課程群改革,強化產教融合和校企合作,是當前地方高校新工科專業建設的內涵要求.

2“4(4+1)”新工科人才培養模式

湖南理工學院電子信息工程專業獲批“十二五”國家級專業綜合改革試點項目,經過五年的探索和實踐,形成了“331”結構的人才培養特色,產生了一系列改革成果[12,13].為進一步提升人才培養能力和質量,在“十三五”期間,以大工程觀為指導,對照新工科建設標準要求,圍繞工程應用型創新人才培養目標,通過推進學科專業交叉融合,深化校企合作,優化人才培養方案,加強校企協同育人實踐平臺和創新創業教育體系建設,構建并實施了4個“4+1”結構為特色的電子信息類新工科專業群人才培養模式,如圖1所示.

2.1“4專業+1試點”專業群結構

學科專業群是指由若干基本屬性相近的專業構成一個相互依托支撐的整體,具有服務面向基本一致、理論與實踐基礎相同、學科專業資源可共享等特點[14].學科專業群模式可有效節約資源,有益于具有關聯力的工程應用型創新人才培養.湖南理工學院信息科學與工程學院將現開設的電子信息工程、通信工程、信息工程和自動化等4個本科專業視為一個整體,以國家級專業綜合改革試點電子信息工程專業為龍頭,堅持“寬基礎、精理論、重實踐、育專長”培養理念,以工程素質、創新精神和創新能力培養為主線,統籌推進電子信息類專業群建設.各專業培養方案的創新創業教育體系共建,校企協同育人實踐平臺共享,通識素質課程及學科基礎課程同構,專業方向課程差異化.

2.2“4模塊+1體系”課程群結構

課程群是指圍繞專業人才培養目標要求,為完善學生的知識、能力、素質結構,將相應專業培養方案中的知識、方法和問題等方面具有邏輯聯系的若干課程重新規劃,再整合構建而成的有機課程體系.將電子信息類專業的課程體系分為通識素質、學科基礎、專業課程、實踐教學4個課程群模塊和創新創業教育體系.通識素質模塊注重人文素養、責任感、價值觀等非技術性綜合素質培養.學科基礎模塊以電子信息類專業核心基礎課程為主,包括高等數學、線性代數、概率論與數理統計、電路分析、模擬電路和數字電路等.專業課程和實踐教學模塊注重工程問題空間感、知識關聯力、宏思維等教育,重點培養學生應用知識解決復雜工程問題的能力和素養.構建“7個1”創新創業教育體系(主要面向電子信息工程實驗班),即規劃1套交融式創新創業課程(含創業通識、創業技能、就業指導),研制1套融入創新教育理念與方法等元素的課程質量標準(加強研究方法與學科前沿教學),培養期內要求學生主持或參加1項研究課題、參加1次學科競賽或創新創業大賽,獲得1項競賽獎勵,取得1項成果(科技論文、專利、軟件著作等),參加不少于1次的企業專業實習,將創新創業教育融入人才培養全過程、各環節.

2.3“4實踐+1平臺”實踐體系

將實踐教學環節劃分為基礎實踐、專業實踐、工程實踐、學科競賽訓練4個模塊,同時加強校企協同育人實踐平臺的建設.基礎實踐、專業實踐主要是加深學生對專業基礎理論的理解與掌握,鍛煉專業基礎實踐能力.工程實踐直接或間接依托產學研合作項目開展,注重學生的工程意識、工程素質、知識關聯與應用創新能力培養.此外,通過學科競賽訓練,培養學生科技創新意識,強化知識關聯能力.實踐體系的建設重點是通過項目合作、技術服務、專業實習、共建實驗室等措施深化產教融合、強化校企聯系;同時打造互補共贏的校企協同育人實踐平臺,為教學提供新內容,為實踐提供新渠道,為創新提供新源泉.目前已與多家科技型企業聯合建立工程技術中心、產學研合作示范基地、創新創業示范基地等,部分獲批為省級平臺.

2.4“4學年+小學期”培養方式

將創新創業教育貫穿于本科階段的四學年,且采用小學期制(暑期)強化學生工程實踐和創新創業能力培養.通過創新教育體系的思想引領和創新指標要求,促使學生積極參與學科競賽訓練和大學生創新訓練項目,或參與教師科研和產學研合作項目.充分發揮小學期的作用,切實加強暑期國家級、省級電子設計競賽和數學建模競賽等培訓的覆蓋面,提升訓練質量;充分挖掘校企合作項目資源,作為教學和學科競賽訓練內容.例如電子信息工程專業實驗班開設的CDIO一級、二級、三級項目實訓,分別在第一、二、三學年的暑期完成.CDIO一級項目實訓為電子技術基礎訓練,含電子線路CAD和PCB電路板制作;二級項目實訓針對現代電子電路和單片機等課程開設,并進行電子設計競賽訓練;三級項目實訓指導學生研制電子工程樣機或參加電子設計競賽,強化多學科知識關聯力培養.

3改革實踐成效

湖南理工學院信息科學與工程學院在“十三五”期間,通過大力推進學科專業群和課程群建設,積極探索面向新經濟的新工科人才培養路徑,形成了4個“4+1”結構為特色的電子信息類新工科人才培養模式,在專業建設、課程改革、人才培養等方面取得了喜人成績.電子信息工程和通信工程專業獲批為省級一流本科專業建設點,并在省專業綜合評價中分別以全省第4和第5的成績被評為A等專業.電子信息工程專業申請工程教育專業認證獲受理.專任教師主持首批國家級新工科研究與實踐項目、湖南省教育科學規劃重點項目、省教研教改課題等20余項,形成了一套“OBE理念+自制實驗設備+現代信息技術+工程案例”的立體化課程改革模式.學院與企業聯合共建省電子信息類重點實驗室等省級實踐平臺4個.教師主編出版工程類特色教材4部,建有省級精品課程3門,獲省高校教師課堂教學競賽一等獎2項.電子工程實訓“四自興趣驅動”教學模式入選教育部高校實驗教指委組編的《高等學校實驗教學典型案例匯編》.2016年以來,學生主持國家級、省級創新訓練計劃項目20余項,在《IEEESignalProcessingLetters》《IEEEGeoscienceandRemoteSensingLetters》《物理學報》《光子學報》等期刊發表科研論文30余篇,申請專利20余項.電子信息類本科生獲各類學科競賽省級一等獎以上獎勵數十項,特別是2017年、2019年連續兩屆分別獲全國大學生電子設計競賽國家一等獎4項、3項,一等獎獲獎數量分別排名全國第13位、15位,均居湖南榜首.2020年,在全國大學生電子設計競賽——模擬電子系統專題邀請賽(TI杯)中,獲一等獎1項(全國僅6項).近年來,電子信息類專業畢業生考研上線率均超過20%,一次性就業率高達98%,并深受科技企業和研究生培養單位歡迎.

作者:童耀南 李武 涂兵 陳松 單位:湖南理工學院信息科學與工程學院