多學科交叉融合構建新工科創(chuàng)新淺議

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了多學科交叉融合構建新工科創(chuàng)新淺議范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：在連續(xù)多年本科實踐課程教改的基礎上，探索高校新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效方式。構建了適用于新工科人才培養(yǎng)的實踐教學平臺，以多學科交叉融合為主線，設計了新工科創(chuàng)新實踐教學體系。運用目標分解法，將本科階段大學生的培養(yǎng)總目標進行分解，完成每個學期的培養(yǎng)任務。整合課程群知識點，構建了6個一級課程項目和5個二級課程項目，提升本科生的創(chuàng)新精神和工程實踐能力。按照新工科人才培養(yǎng)的要求，作為交通行業(yè)特色高校，圍繞“新能源汽車與智能汽車”創(chuàng)新產業(yè)鏈的需求，深化校企協(xié)同培養(yǎng)新工科人才的方案。人才培養(yǎng)過程中，采用興趣驅動、項目引領、分層推進，結合工程教育專業(yè)認證的要求，提出實踐教學體系的4個層次。通過課程內外實踐活動相結合、人文精神與工程教育相結合、學校與企業(yè)結合協(xié)同培育新工科人才。

關鍵詞：新工科；實踐教學；專業(yè)認證；多學科交叉

我國高等教育發(fā)展處于新的歷史時期，面對新型產業(yè)鏈引起的新挑戰(zhàn)和新機遇，高校的新工科教育勢在必行。這不僅要求教師積極開展相關教育政策的研究和實踐，推動高校的新專業(yè)改革和人才培養(yǎng)模式構建，而且通過新工科建設，可以使高校能夠重新認識高等工程教育的實質和發(fā)展規(guī)律[1−3]。長安大學是教育部直屬的交通類行業(yè)特色高校，車輛工程專業(yè)是國家級特色專業(yè)，成為我國商用汽車技術領域高層次人才培養(yǎng)的重要來源，并建設了一支國家級教學團隊。計算機科學與技術、交通信息工程、自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)主要依托國家二級重點學科−交通信息工程及控制來辦學。自動化專業(yè)是國家級綜合改革試點專業(yè)，并在此基礎上于2019年申報獲批了“機器人工程”這一新工科專業(yè)，傾向于無人智能汽車（輪式機器人）人才的培養(yǎng)。電氣工程及其自動化和計算機科學與技術兩個專業(yè)都是陜西省第一類特色專業(yè)建設點。5個專業(yè)都具有明顯的交通行業(yè)特色。學校在此基礎上，通過多學科交叉與融合，構建了產業(yè)鏈上的新工科專業(yè)−車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車。它能夠適應新能源汽車產業(yè)、技術和業(yè)態(tài)對各環(huán)節(jié)或層次新工科人才培養(yǎng)提出的多樣化的新要求，提高人才就業(yè)競爭力。在新工科專業(yè)建設過程中，構建車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車特色專業(yè)的創(chuàng)新實踐教學體系，制定基于企業(yè)需求同時又高于企業(yè)需求的培養(yǎng)目標，所培養(yǎng)學生又服務于企業(yè)，緊密結合工程應用，服務于行業(yè)，有效地保證了培養(yǎng)和使用形成一個有機的新工科人才培養(yǎng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1新工科專業(yè)實踐教育教學平臺的構建

2016年，長安大學獲批“車聯(lián)網(wǎng)”教育部−中國移動聯(lián)合重點實驗室，并聯(lián)合30多家高校和企業(yè)組建“中國車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車測試技術創(chuàng)新聯(lián)盟”，學校作為理事長單位，開始持續(xù)圍繞“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車”產業(yè)鏈進行新工科專業(yè)建設，培養(yǎng)產業(yè)需要的人才。在長期學科建設積累和項目驅動條件下，以重點實驗室的汽車試驗場為總載體，如圖1所示，構建了“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車”新工科專業(yè)實踐教學平臺，并在新工科專業(yè)基礎上建立了陜西省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)試點學院。通過汽車、電控、信息等多個學院層面協(xié)同和積極參與，統(tǒng)籌學校現(xiàn)有實踐教學資源，實現(xiàn)充分利用和資源共享，同時借助合作單位設備資助和資金投入等，形成校企協(xié)同的教育體系。平臺整合了“道路交通運輸工程”和“交通信息工程及控制”兩個國家級虛擬仿真實驗教學中心以及“自動化與交通控制工程”和“電工電子”兩個陜西省高校實驗教學示范中心，在宏觀上實現(xiàn)教學資源共享和調配，構建專門的新工科實踐教學平臺，實現(xiàn)對新工科人才培養(yǎng)方案的頂層設計和有工程經(jīng)驗的師資隊伍建設。按照教學大綱要求，在中觀層面上建立平臺的管理制度和運行機制，既保證最大限度發(fā)揮實訓和創(chuàng)業(yè)功能，又充分高效利用平臺，兼顧效率和質量。微觀操作層面上，實踐教學平臺綜合了各種車路協(xié)同與測試教學實驗室功能，注重彌補現(xiàn)有實驗室在“綜合”上的不足，充分考慮并預留實驗室未來拓展和發(fā)展的空間和余地，平臺內更新教學方法，科學完整構建新工科實踐教學體系。

2貫穿多學科交叉融合主線的“四層次三結合”新工科實踐教學體系

在構建新工科實踐教學體系的過程中，結合行業(yè)特色注重學生個性化培養(yǎng)，通過校企緊密合作[4−5]，將多學科交叉融合作為項目執(zhí)行的主要手段，著力提升本科生的大工程教育觀、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力，重構多階段、多層次、多要素、多環(huán)節(jié)的新工科培養(yǎng)實踐教學體系，為我國新能源汽車與智能汽車行業(yè)信息化培養(yǎng)新工科人才。

2.1實踐教學體系制訂的原則

根據(jù)新工科人才培養(yǎng)目標和“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車”產業(yè)鏈的要求[6−7]，制定原則如下。1）按照課堂教學、課程實驗、綜合實驗、學校實訓和企業(yè)實際項目緊密結合、系統(tǒng)連續(xù)、循序漸進、層次分明的教學模式，完成理論與實踐相互滲透、相互促進的培養(yǎng)方式，構建新工科實踐教學體系。2）采用層次分析法[8]，分解本科期間所在專業(yè)的總的人才培養(yǎng)目標，在每個年級和學期中，分別建立培養(yǎng)子目標，以集群專業(yè)課程為基礎，以課題為主線整合交叉知識點，完善高質量的實訓項目。3）節(jié)約實踐環(huán)節(jié)的操作成本，在“學中做”和“做中學”的過程中不斷循環(huán)，培養(yǎng)新生的研究興趣。4）加強校企合作。經(jīng)過大一到大三持續(xù)培養(yǎng)，為新工科學生參加企業(yè)生產實踐提供過渡，加上校企結合的畢業(yè)設計，完成新工科學生的完整實訓。2.2實踐教學體系的總體框架根據(jù)對新工科人才知識、能力和素質的要求[9−12]，按照學習內容由易到難和學生掌握能力的實際情況，在4年的本科教學過程中，將學生應掌握的核心技術劃分為基礎入門層、軟硬件綜合應用層、系統(tǒng)工程設計層、企業(yè)實踐層4個層次，設計了相應的實踐教學內容環(huán)節(jié)，通過結合理論、實驗和項目，循序漸進，組織教學。在執(zhí)行過程中，采用“課堂+實驗室+學校+企業(yè)+產業(yè)鏈”五位一體的方式，聯(lián)合培養(yǎng)本科生的大工程觀以及工程創(chuàng)新與綜合實踐能力，將課內外實踐能力培養(yǎng)、校企協(xié)同培養(yǎng)、人文與工匠精神培養(yǎng)相結合，構建了貫穿多學科交叉融合主線的“四層次三結合”新工科實踐教學體系，發(fā)揮多主體協(xié)同條件下規(guī)?；?、集約化的優(yōu)勢，如圖2所示。構建新工科專業(yè)實踐教育綜合教學平臺，并不是簡單疊加多門課程的知識點，而是綜合跨越了多個傳統(tǒng)專業(yè)和新工科專業(yè)的內涵。從圖2可以看出，實踐教學體系是以多學科交叉融合為主線，從入門項目、基礎實驗、專業(yè)課的綜合實驗到畢業(yè)設計擬定的題目都針對多學科交叉知識開展，著重培養(yǎng)本科生的工程素養(yǎng)和實踐能力。

3各級項目的建設

新工科創(chuàng)新實踐教學體系整合課程內容構建課程群，貫穿每學期的教學任務，完成了各級項目的建設，包含具體的設計和研究的6個一級項目，以及每個建設的課程群對應的5個二級項目。

3.1一級項目建設

“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車”新工科專業(yè)本科實踐教學體系所包含的6個一級項目如下：1）車聯(lián)網(wǎng)設計入門；2）車聯(lián)網(wǎng)算法軟件程序設計；3）智能車載儀器儀表設計；4）智能汽車設計；5）交通自動控制系統(tǒng)設計；6）畢業(yè)設計。以車聯(lián)網(wǎng)設計入門為例來介紹一級項目的具體實施方法。車聯(lián)網(wǎng)設計入門作為一級項目，相關課程及具體課時安排如圖3所示。兩個國家級實驗教學中心2016年自獲批以來，構建了多套虛擬仿真實驗平臺供專業(yè)學生完成創(chuàng)新實踐教學，由微觀交通模擬模塊、駕駛員半物理執(zhí)行模塊、車輛運動控制實物仿真模塊、三維仿真顯示平臺、多點觸控桌面、多通道超大屏幕投影、路車協(xié)同平臺等子系統(tǒng)組成，完全可以支撐車聯(lián)網(wǎng)設計入門實驗的開展。車聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真綜合實驗內容分為基本實驗和綜合實驗兩部分?；静僮鲗嶒灠?項，如表1所示，第1~4項為必做題目，第5項為選做題目；綜合實驗項目有14項，如表2所示，學生按3人一組，任選其一，每組題目不能相同，學生也可自選題目（需要在匯報環(huán)節(jié)審核通過）。教師或者實驗人員于學期的第2周給出題目列表，學生從查詢課題的基本資料開始，每個小組獨立完成Conceive（構思）−Design（設計）−Implement（實現(xiàn)）−Operate（過程），即CDIO全過程，包括課題的思路構建、方案設計、方法改進和運行結果，通過方案評比、PPT答辯匯報和實物測試最終綜合確定組內每個學生的成績。

3.2二級項目建設

“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車”新工科專業(yè)本科實踐教學體系所包含的5個二級項目如下。1）思想品德與職業(yè)道德類課程。2）軟件算法程序設計。主要課程包括C語言程序設計、Python程序設計與應用、VC++程序設計、數(shù)據(jù)結構、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)仿真技術、軟件工程和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)仿真設計綜合實驗。3）汽車電子系統(tǒng)設計。主要課程包括電路、數(shù)電、模電、車載電子原理與設計、汽車總線技術和汽車電子技術課程設計。4）車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計。主要課程包括單片機、計算機網(wǎng)絡、現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理、物聯(lián)網(wǎng)技術及應用、通信與網(wǎng)絡原理綜合實驗。5）汽車控制系統(tǒng)設計。主要課程包括自控原理、電機拖動、線性控制理論、汽車控制技術、運動控制系統(tǒng)、汽車控制系統(tǒng)綜合實驗。通過項目完成綜合的課程實驗設計，把知識點進行有機關聯(lián)，消除了課程群內容重復的部分，可大大減少學時數(shù)。

3.3項目建設的特點

綜合實驗里的各開放項目都取材于實際的工程現(xiàn)場，會根據(jù)內容和難度循序漸進讓學生開展設計，項目引領，分層推進。隨著學生設計的深入，可以將各個項目綜合起來構建成一個綜合的控制系統(tǒng)，掌握設計的概念。學生在開發(fā)的過程中，可以串聯(lián)很多已學的知識點，并自學很多新的知識點，通過探究的方式完成課題獲取知識，培養(yǎng)學生工程實踐能力和終生學習的能力。

4結束語

通過多學科交叉融合構建“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車”新工科專業(yè)創(chuàng)新實踐教學體系，圍繞社會新興產業(yè)鏈的發(fā)展，拓展和升級原有工科專業(yè)的內涵，優(yōu)化本科專業(yè)布局，推動工科專業(yè)交叉復合、多學科的融合，使專業(yè)設置和培養(yǎng)方案的制定更貼近實際，能夠大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新人才，服務新興產業(yè)。

作者:黃鶴 趙祥模 黃鶯 汪貴平 林海 單位:長安大學電子與控制工程學院 空軍工程大學裝備管理與無人機工程學院