面向新工科的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索與實(shí)踐
——以北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)為例

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(北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院)

信息通信產(chǎn)業(yè)是知識(shí)和智力密集型產(chǎn)業(yè)，具有高滲透、高增值的特點(diǎn)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等專業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)相關(guān)專業(yè)人才需求量巨增，為此，需要針對(duì)不同專業(yè)、以不同的方式進(jìn)行人才培養(yǎng)。

信息工程專業(yè)主要依托信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，是高度交叉的新工科專業(yè)。在新工科背景下，需要將信息技術(shù)與教育深度融合，培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型的人才，應(yīng)該具有應(yīng)用信息處理與信息系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)理論和專門知識(shí)、解決科學(xué)研究或工程技術(shù)相關(guān)問(wèn)題的能力；具有跟蹤和發(fā)展新理論、新知識(shí)、新技術(shù)的能力；具備團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)；具備人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感等綜合素質(zhì)；能夠成為在信息通信領(lǐng)域及相關(guān)產(chǎn)業(yè)中從事研究開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、技術(shù)管理等工作的高級(jí)專業(yè)技術(shù)人才或領(lǐng)軍型人才。因此，在新工科時(shí)代背景下，對(duì)信息工程專業(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)踐進(jìn)行研究分析，為當(dāng)前新工科建設(shè)提供參考。

一、人才培養(yǎng)支撐體系

面向新工科信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)的支撐體系，如圖1所示，以學(xué)生為本的教育教學(xué)理念作為指導(dǎo)思想；以學(xué)生學(xué)為中心的培養(yǎng)模式作為基本原則；以教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)方法改革、體系結(jié)構(gòu)改革等為手段；以“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重素質(zhì)、求創(chuàng)新”為辦學(xué)宗旨；培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、思維活躍、創(chuàng)新能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的信息工程專業(yè)畢業(yè)生為目標(biāo)，最終讓信息工程專業(yè)的學(xué)生能夠成長(zhǎng)為“寬厚扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)、開(kāi)拓進(jìn)取的創(chuàng)新能力、求真求實(shí)的實(shí)踐精神、開(kāi)闊前瞻的國(guó)際視野和穩(wěn)健卓越的領(lǐng)袖素質(zhì)”的拔尖創(chuàng)新人才奠定堅(jiān)實(shí)牢固的基礎(chǔ)。

北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)新工科人才培養(yǎng)，依托信息與通信工程國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，依附國(guó)家和教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支撐，以國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和國(guó)家級(jí)工程實(shí)踐教育中心等為實(shí)踐創(chuàng)新基地，從多方面改革，探索信息工程專業(yè)的人才培養(yǎng)機(jī)制。

二、人才培養(yǎng)方法措施

隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)復(fù)合型與創(chuàng)新型人才的迫切需求，對(duì)信息工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)提出了更高的要求。特別是新工科、教育2.0時(shí)代，如何協(xié)同創(chuàng)新、開(kāi)放創(chuàng)新，推動(dòng)大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展，是目前教育教學(xué)面臨的主要問(wèn)題，具體包括：(1)如何加強(qiáng)學(xué)生對(duì)信息系統(tǒng)及工程的理解并激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)；(2)如何適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，提高學(xué)生綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力；(3)如何促進(jìn)學(xué)生對(duì)信息理論知識(shí)與信息工程實(shí)踐深度融合；(4)如何有效推廣創(chuàng)新成果并反哺教學(xué)實(shí)踐培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索，以面向信息系統(tǒng)的創(chuàng)新項(xiàng)目為載體，通過(guò)學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)，快速搭建系統(tǒng)原型，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)驗(yàn)證，并考慮工程中的非技術(shù)因素，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐。

從系統(tǒng)理念、專業(yè)技術(shù)和工程素養(yǎng)的立體角度，通過(guò)軟硬虛實(shí)的多維教學(xué)方法，完成非技術(shù)方面的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)學(xué)生“軟”知識(shí)和能力的提高；通過(guò)創(chuàng)新工程實(shí)踐中的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，掌握信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的各項(xiàng)技術(shù)，完成學(xué)生“硬”知識(shí)和能力的提升；通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提升信息化教學(xué)水平，為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)“線上課下”知識(shí)“虛”的學(xué)習(xí)；結(jié)合工程創(chuàng)新實(shí)踐，為學(xué)生提供工程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“線下課上”能力“實(shí)”的學(xué)習(xí)。

(一)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)與指導(dǎo)，貫徹面向系統(tǒng)理念，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)

以市場(chǎng)應(yīng)用為需求，以構(gòu)建信息系統(tǒng)為載體，以激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)，構(gòu)思創(chuàng)新案例；通過(guò)信息獲取、信息傳輸、信息處理、信息存儲(chǔ)、信息應(yīng)用的具體環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生以工程創(chuàng)新的思維進(jìn)行構(gòu)想，拓展學(xué)生對(duì)信息系統(tǒng)的整體認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，貫徹面向系統(tǒng)工程的教育理念。

面向系統(tǒng)工程的教育理念，適應(yīng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，從培養(yǎng)學(xué)生的能力為出發(fā)點(diǎn)，將工程創(chuàng)新融入到具體教學(xué)的實(shí)施過(guò)程，以軟硬虛實(shí)的教學(xué)方法，提高和完善了同學(xué)們的專業(yè)知識(shí)和綜合能力，拓展了學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)踐的空間，提升了指導(dǎo)教師的專業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新人才培養(yǎng)和教師隊(duì)伍建設(shè)的雙重并進(jìn)。

面向系統(tǒng)創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)踐，“注重興趣驅(qū)動(dòng)、尊重自主創(chuàng)新，重在過(guò)程管理”。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的興趣和自主性，通過(guò)驅(qū)動(dòng)式策略，使學(xué)生在創(chuàng)新項(xiàng)目研究過(guò)程中目標(biāo)明確、有的放矢。學(xué)生根據(jù)興趣選擇各類實(shí)際問(wèn)題作為研究對(duì)象，在指導(dǎo)教師的幫助下完成實(shí)踐活動(dòng)。

創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)工作分為三個(gè)過(guò)程，即創(chuàng)新構(gòu)思、過(guò)程督導(dǎo)和結(jié)題驗(yàn)收。由教師組織研究生及校外專家組進(jìn)行指導(dǎo)。創(chuàng)新項(xiàng)目基于信息獲取、傳輸、處理、存儲(chǔ)和應(yīng)用的全過(guò)程，具有明確的可操作性、實(shí)施的可行性、指導(dǎo)方法的科學(xué)性，經(jīng)過(guò)創(chuàng)新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，無(wú)論結(jié)果如何，學(xué)生們都會(huì)加深對(duì)信息系統(tǒng)的理解，從中汲取寶貴的經(jīng)驗(yàn)和成長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)。

將項(xiàng)目指導(dǎo)和技術(shù)交流相結(jié)合是本成果的特色，以專題形式開(kāi)展中期檢查，按項(xiàng)目分類的結(jié)題參展和答辯，讓參與同類型項(xiàng)目的學(xué)生相互了解對(duì)方的進(jìn)展和技術(shù)方案，便于學(xué)生在對(duì)比中反觀不足，交流中促進(jìn)發(fā)展。盡管工作量很大，但學(xué)生進(jìn)步成效顯著。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)機(jī)制的靈活性與系統(tǒng)性。一方面，根據(jù)學(xué)生的需求及個(gè)性培養(yǎng)創(chuàng)新思維；另一方面，實(shí)施靈活的項(xiàng)目管理方式，為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)拓展空間。以學(xué)生自主創(chuàng)新為主，分類指導(dǎo)，全程引導(dǎo)，建立關(guān)鍵技術(shù)的協(xié)同項(xiàng)目群，進(jìn)行技術(shù)討論，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的交流融合，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的系統(tǒng)性。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)技術(shù)與非技術(shù)因素的“雙重并舉”。學(xué)校非常注重項(xiàng)目技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程與未來(lái)職業(yè)發(fā)展中的非技術(shù)因素緊密結(jié)合。從創(chuàng)新工程的解決方案可能對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律、文化帶來(lái)的影響，到工程職業(yè)道德和規(guī)范、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、表達(dá)能力、工程管理與經(jīng)濟(jì)決策，都有機(jī)的融入到創(chuàng)新教育實(shí)踐之中。

(二)開(kāi)源平臺(tái)與保障，立體支撐教學(xué)過(guò)程，促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐

通過(guò)傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)技術(shù)、前端應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)原型，并在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中不斷完善方案，促進(jìn)創(chuàng)新成果的產(chǎn)生。從系統(tǒng)的解決方案可能對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律、文化帶來(lái)的影響，到職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、表達(dá)能力、工程管理與經(jīng)濟(jì)決策，融入創(chuàng)新教育實(shí)踐之中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、技術(shù)、素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

以開(kāi)源平臺(tái)為保障，完成面向信息系統(tǒng)的創(chuàng)新案例，快速實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的原型，縮短創(chuàng)新項(xiàng)目的周期，綜合實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新驗(yàn)證，促進(jìn)創(chuàng)新成果的產(chǎn)生。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，采用多種開(kāi)源及開(kāi)放技術(shù)，解決系統(tǒng)中不同信息處理階段的技術(shù)問(wèn)題。

通過(guò)開(kāi)源硬件、開(kāi)源軟件、開(kāi)源平臺(tái)、開(kāi)源技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的實(shí)施，根據(jù)創(chuàng)新項(xiàng)目需求，在此過(guò)程中，逐步完善技術(shù)開(kāi)發(fā)，推進(jìn)原型快速實(shí)現(xiàn)，使得創(chuàng)新從理論到實(shí)踐盡快轉(zhuǎn)變，促進(jìn)創(chuàng)新成果落地。同時(shí)，創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)踐開(kāi)發(fā)，不僅鍛煉了同學(xué)們的綜合能力，也為創(chuàng)新項(xiàng)目的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。

(三)閉環(huán)迭代與總結(jié)，開(kāi)放推廣教學(xué)成果，培養(yǎng)創(chuàng)新人才

人才培養(yǎng)是閉環(huán)迭代的過(guò)程，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，以創(chuàng)新項(xiàng)目為基礎(chǔ)，落實(shí)每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，以發(fā)散的思維進(jìn)行構(gòu)思，以規(guī)范的工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，以先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，以市場(chǎng)的需求進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)新教育的閉環(huán)教學(xué)。

針對(duì)工程創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)施分類指導(dǎo)，建立全程引導(dǎo)機(jī)制，規(guī)范創(chuàng)新案例的實(shí)施，完善案例實(shí)施的制度，指導(dǎo)創(chuàng)新案例的展示方法，通過(guò)將創(chuàng)新案例進(jìn)行梳理總結(jié)，促進(jìn)項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，并以網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源開(kāi)放，形成了閉環(huán)迭代，反哺教學(xué)，進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)創(chuàng)新成果的梳理和總結(jié)，出版了多部具有時(shí)代特色的系列教材并不斷迭代更新。以物聯(lián)網(wǎng)和智能開(kāi)源硬件的發(fā)展為背景，總結(jié)開(kāi)源硬件的開(kāi)發(fā)方法，給出了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)際案例。主要內(nèi)容包括四個(gè)方面：開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境及編程語(yǔ)言；技術(shù)開(kāi)發(fā)的基本方法；外圍硬件及傳感器的使用方法；綜合案例的開(kāi)發(fā)。同時(shí)，在網(wǎng)站上開(kāi)放電路圖和代碼，提供開(kāi)源的學(xué)習(xí)資源，進(jìn)一步指導(dǎo)創(chuàng)新教育。

在教學(xué)過(guò)程中，不斷融入新的開(kāi)源技術(shù)，一方面，考慮到電子信息類專業(yè)同學(xué)的基礎(chǔ)，加強(qiáng)基本技能訓(xùn)練的同時(shí)，注重創(chuàng)新方法和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。另一方面，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)，選擇先進(jìn)的技術(shù)方案，考慮不同技術(shù)的區(qū)別，快速提高學(xué)生的綜合能力。

三、人才培養(yǎng)實(shí)踐成效

面向系統(tǒng)的學(xué)習(xí)是一種自我激勵(lì)的學(xué)習(xí)模式，對(duì)當(dāng)前培養(yǎng)創(chuàng)新人才取得了良好效果，特別是針對(duì)新工科多學(xué)科的融合性特點(diǎn)，通過(guò)面向系統(tǒng)的創(chuàng)新案例，學(xué)習(xí)信息系統(tǒng)不同階段的技術(shù)應(yīng)用，并考慮非技術(shù)因素在工程實(shí)踐中的影響，完成教學(xué)過(guò)程。

面向信息系統(tǒng)的創(chuàng)新案例，圍繞構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用實(shí)施教學(xué)過(guò)程，全面描述現(xiàn)代工程師所需的知識(shí)、能力及態(tài)度的完整內(nèi)容，即通過(guò)人才培養(yǎng)機(jī)制的研究獲得良好的教學(xué)效果。工程師需具備業(yè)務(wù)能力、溝通能力以及產(chǎn)品、過(guò)程及系統(tǒng)的構(gòu)建能力，以保證學(xué)生在實(shí)際的社會(huì)和企業(yè)背景環(huán)境下在團(tuán)隊(duì)工作中發(fā)揮重要作用。通過(guò)理論、實(shí)踐和效果，最終評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

為適應(yīng)新工科快速發(fā)展，經(jīng)過(guò)改革嘗試，拔尖創(chuàng)新人才能力培養(yǎng)實(shí)踐取得了顯著成效，在國(guó)內(nèi)高校中起到了良好的示范作用。承擔(dān)了多項(xiàng)高水平國(guó)家、省部級(jí)教改項(xiàng)目，出版了多部具有時(shí)代特色的教材，搭建了校內(nèi)外產(chǎn)學(xué)融合創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)；建設(shè)了多個(gè)校內(nèi)企業(yè)聯(lián)合實(shí)踐基地，設(shè)立了不同形式的創(chuàng)新實(shí)踐課題，形成了良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)氛圍。

根據(jù)國(guó)家對(duì)畢業(yè)生質(zhì)量評(píng)估的要求，對(duì)畢業(yè)生當(dāng)年就業(yè)及5年后工作的質(zhì)量進(jìn)行了分析。當(dāng)年畢業(yè)生攻讀研究生的比例達(dá)到了65%，如圖2所示。畢業(yè)五年后就業(yè)情況如圖3所示，在通信、軟件和信息技術(shù)行業(yè)達(dá)到了66%，在金融業(yè)、公共管理、社會(huì)保障和社會(huì)組織也從事著與信息通信相關(guān)的職業(yè)，占比為26%，數(shù)據(jù)表明92%的畢業(yè)生就職崗位與所學(xué)專業(yè)關(guān)聯(lián)度較高，說(shuō)明專業(yè)的畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量好，培養(yǎng)目標(biāo)合理。

電子信息類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)需要緊跟新工科的發(fā)展，面對(duì)新工科交叉性，教育教學(xué)過(guò)程從多方面優(yōu)化學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，塑造具有創(chuàng)新意識(shí)和適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展的拔尖人才。