基于新一代信息技術(shù)的新工科核心能力與教學(xué)摸索探索

戴遠(yuǎn)泉，程 寧，黃 靜

（湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430000）

1 工業(yè)4.0背景下新工科發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

自從工業(yè)4.0的概念提出后，該概念經(jīng)過德國(guó)政府和教育機(jī)構(gòu)的大力支持，不斷將工業(yè)4.0的計(jì)劃進(jìn)行完善，并且在世界各個(gè)國(guó)家當(dāng)中掀起了一場(chǎng)工業(yè)革命的風(fēng)波。在這樣的國(guó)際發(fā)展背景下，對(duì)國(guó)家各大高校的工科教育實(shí)行進(jìn)一步深化改革已經(jīng)迫在眉睫。于是，中國(guó)各大高校開始進(jìn)行新工科的創(chuàng)新實(shí)踐，開展新型教育模式的培養(yǎng)方案，成立了“CDIO工程教育聯(lián)盟”以促進(jìn)新型工科人才的培養(yǎng)，從而加速國(guó)家將來的工業(yè)技術(shù)革命以及工業(yè)產(chǎn)業(yè)革命的進(jìn)程。新工科相比較傳統(tǒng)工科教學(xué)方案有許多新型技術(shù)的增加以及傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)。根據(jù)本人調(diào)查和研究，總結(jié)出新工科的重點(diǎn)教育方向應(yīng)該有如下幾點(diǎn)：

CDIO

1.1 環(huán)保節(jié)能型發(fā)展的創(chuàng)新探索

當(dāng)下，國(guó)家以及整個(gè)世界范圍內(nèi)已經(jīng)頻頻出現(xiàn)由于人類的過度開發(fā)和發(fā)展，導(dǎo)致的環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，自然資源不足等問題。自然資源的不斷減少，能源資源的不斷加速消耗，都在給全世界的人們敲響警鐘。這些問題已經(jīng)深刻地引起了世界各國(guó)人們的注意。而在如今的新工科教育模式下，教師應(yīng)當(dāng)大力鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生在工程項(xiàng)目的環(huán)保領(lǐng)域以及節(jié)能領(lǐng)域進(jìn)行大膽創(chuàng)新和不斷探索，將環(huán)保節(jié)能也作為當(dāng)下教育的重心以及將來學(xué)生工作的重心。

1.2 跨學(xué)科交叉分析教學(xué)

工科下有許許多多細(xì)分的專業(yè)科目，有通信工程學(xué)、土木工程學(xué)、軟件工程學(xué)、自動(dòng)化工程、材料工程學(xué)、電子信息工程學(xué)等等，這些工科類的學(xué)科有著非常大的差異同時(shí)又有著千絲萬縷的聯(lián)系。在傳統(tǒng)的高校教學(xué)中，這些學(xué)科通常都是獨(dú)立開展教學(xué)的。而在新工科教育模式下，為了進(jìn)一步提高學(xué)生的聯(lián)想能力和創(chuàng)新能力，新工科的教學(xué)的重點(diǎn)將會(huì)放在跨學(xué)科交叉教學(xué)上，讓不同工科的學(xué)生進(jìn)行融合交流、融合學(xué)習(xí)，匯集學(xué)生們的各種不同思維和想法，使得他們能夠在將來更加創(chuàng)新性地解決問題。

1.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用

在新工科背景下，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是十分廣泛的。在如今的工業(yè)革命和技術(shù)革命中，大數(shù)據(jù)技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)工程的發(fā)展有著非常關(guān)鍵的促進(jìn)作用。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用科學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)下工程項(xiàng)目中進(jìn)行研究分析的一種重要手段。在新工科的教學(xué)模式下，大數(shù)據(jù)技術(shù)也將會(huì)是教學(xué)的重心。

2 新工科的大學(xué)生所必備的核心能力

如今，大學(xué)的教育越來越注重對(duì)學(xué)生核心能力的培養(yǎng)，不僅僅只注重教會(huì)學(xué)生知識(shí)。而在第四次工業(yè)革命即將來臨之際，對(duì)新工科的大學(xué)進(jìn)行核心能力的培養(yǎng)方針也應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)新。由麻省理工學(xué)院以及瑞典皇家工學(xué)院等高校聯(lián)合研究出的CDIO工程教育模式，為當(dāng)前中國(guó)高校的新工科教育模式帶來了有效引導(dǎo)，文章對(duì)CDIO的培養(yǎng)大綱進(jìn)行分析總結(jié)，認(rèn)為新工科的大學(xué)生應(yīng)具備以下核心能力：

2.1 個(gè)人管理以及心理能力

在CDIO教育模式中，研究人員認(rèn)為工科學(xué)生需要擁有良好的個(gè)人管理能力。新工科大學(xué)生在將來的科研工程項(xiàng)目工作中，需要面對(duì)的困難將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此時(shí)在大學(xué)時(shí)期所要面對(duì)的困難。在這樣的情況下，新工科的大學(xué)生需要對(duì)自我管理能力、自我調(diào)節(jié)能力進(jìn)行充分地鍛煉。需要大學(xué)生在學(xué)校期間，就培養(yǎng)好能夠?qū)ψ晕視r(shí)間科學(xué)管理、對(duì)任務(wù)合理規(guī)劃的能力，以及能夠盡快適應(yīng)環(huán)境、融入團(tuán)體的能力。并且，在往后的工程工作研究中，新工科的大學(xué)生需要擁有一顆敬業(yè)負(fù)責(zé)的心以及勇于堅(jiān)持、敢于創(chuàng)新的精神。

2.2 知識(shí)方面的能力

新工科的大學(xué)生，雖然需要注重在工程技能方面的培養(yǎng)，但是也不可忽略對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)。在CDIO研究中也提出學(xué)生所掌握的工程基礎(chǔ)知識(shí)十分重要。在一些工程類學(xué)科除了要學(xué)生掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)以外，還需要學(xué)生掌握許多編程、信息化技術(shù)等等專業(yè)性方面的知識(shí)，除此之外，一些工科的學(xué)生還需要學(xué)習(xí)一些人文社會(huì)專業(yè)的相關(guān)學(xué)科，比如金融、政治、美術(shù)等等。最近幾年來比較火熱的數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)就是這樣，由于該專業(yè)所具備的媒體性和藝術(shù)性，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，除了要掌握專業(yè)方面的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，還需要了解一些歷史人文以及藝術(shù)類的知識(shí)。而新工科的大學(xué)生，還需要奠定好牢固的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息化技術(shù)的知識(shí)基礎(chǔ)。擁有了這些牢固的科技知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生才能在將來的工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的改革中，全力地發(fā)揮出自己的作用和價(jià)值。

2.3 專業(yè)技術(shù)的能力

如今的高校教育中，教師越來越注重學(xué)生的技術(shù)能力的培養(yǎng)。大學(xué)生如果能夠掌握好一手過硬的專業(yè)技術(shù)本領(lǐng)，那么將來在工作或者是生活中都會(huì)感到如魚得水，甚至能夠在將來的工業(yè)革命進(jìn)程中作出貢獻(xiàn)。新工科的教育下，學(xué)生需要嚴(yán)格掌握對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)的處理和分析能力，并且還需要掌握一定的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用技能，了解相關(guān)信息化自動(dòng)化的技術(shù)，并且能夠運(yùn)用相關(guān)軟件輔助自己來高效地完成工作。

2.4 學(xué)術(shù)能力

學(xué)術(shù)能力在科學(xué)探究和發(fā)現(xiàn)中，一直是一項(xiàng)被眾多科學(xué)大家以及工程大師所推崇的重要的能力。在科學(xué)學(xué)術(shù)研究或者工程學(xué)術(shù)研究中，擁有優(yōu)秀的學(xué)術(shù)能力的人，往往能在工作中取得更卓越的成就與突破。因此，對(duì)于即將投入到第四次工業(yè)革命奮斗中的新工科大學(xué)生來說，學(xué)術(shù)能力是他們需要重點(diǎn)培養(yǎng)的核心能力。在新工科的教學(xué)模式下，工科大學(xué)生需要掌握的學(xué)術(shù)能力主要包括批判性的思維、對(duì)問題的提出和解決、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)精神和素養(yǎng)等。

2.5 社會(huì)交際能力

在當(dāng)今的社會(huì)下，沒有人是能夠完全脫離社會(huì)、完全不借助他人的幫助就能夠取得一定成就的。CDIO中也明確提出，工程教育需重視學(xué)生的人際團(tuán)隊(duì)能力的培養(yǎng)。在工程科學(xué)上的研究工作中更是需要各個(gè)工程師、科學(xué)家進(jìn)行密切地交流與合作，才能得出最終的成果。因此，新工科的大學(xué)生除了需要掌握上述所提到的與工程科研工作直接相關(guān)的核心能力外，還需要掌握對(duì)學(xué)生的生活工作起到間接促進(jìn)作用的社會(huì)交際能力。新工科大學(xué)生需要能夠融入到團(tuán)隊(duì)的工作中，與團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作、有效溝通，并且在某些情況下，還需要擁有領(lǐng)導(dǎo)的才能，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成任務(wù)。

3 探索新工科的教學(xué)模式的改進(jìn)與創(chuàng)新

3.1 合作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式

在如今以及將來的各種科研工程工作中，工作人員進(jìn)行相互合作、協(xié)調(diào)工作的場(chǎng)景必不可少，因此，高校工科教師可以利用合作學(xué)習(xí)、合作探究的教學(xué)模式，來引導(dǎo)新工科的大學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。在合作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式下，教師可以拋給學(xué)生一個(gè)問題，讓學(xué)生們分好小組一起進(jìn)行討論分析，讓小組總結(jié)出一個(gè)最終的解決問題的方案。此外，在一些工程學(xué)科上，可能會(huì)有不同工科專業(yè)的學(xué)生在一起上課，教師可以盡量安排不同專業(yè)的學(xué)生為一個(gè)小組進(jìn)行合作探究。因?yàn)椴煌瑢I(yè)的學(xué)生在進(jìn)行合作時(shí)，由于他們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)不同，思維方式以及思維習(xí)慣有差異，因此，他們很容易形成思維上的碰撞，從而發(fā)現(xiàn)對(duì)方思維上的閃光點(diǎn)，并且找到自己的思維盲區(qū)，對(duì)他們學(xué)術(shù)能力以及知識(shí)能力的工科核心能力進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，同時(shí)，在學(xué)術(shù)進(jìn)行合作學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生的社會(huì)交際能力上也得到了一定程度的鍛煉。

3.2 先進(jìn)的信息化教學(xué)環(huán)境

在新工科大學(xué)生的教學(xué)過程中，高校應(yīng)當(dāng)充分完善學(xué)校的信息化教學(xué)設(shè)施，以輔助新工科的大學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師引導(dǎo)學(xué)生利用先進(jìn)的信息化的教學(xué)設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)的話，能夠在一定程度上提高教師的教學(xué)質(zhì)量以及教學(xué)效率，并且新穎的信息化教學(xué)設(shè)備能夠充分吸引到學(xué)生的注意力，加深在學(xué)生腦海中的印象。此外，由于在工業(yè)4.0時(shí)代下，科研工程技術(shù)人員的工作大多數(shù)情況都會(huì)利用到這些先進(jìn)的信息化設(shè)備，在對(duì)新工科大學(xué)生開展信息化教學(xué)設(shè)備的教育時(shí)，學(xué)生也能夠提前接觸到這些先進(jìn)的信息化設(shè)備，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行一定的了解。有條件的高校還可以為學(xué)生提供更多的信息化設(shè)備，以便學(xué)生能夠親自操作體驗(yàn)，從而提高新工科大學(xué)生的在技術(shù)方面的核心能力。

3.3 深度學(xué)習(xí)的教學(xué)模式

在高校的工科本科生學(xué)習(xí)階段，學(xué)生學(xué)習(xí)了解到的工科專業(yè)知識(shí)都是該專業(yè)相對(duì)于比較淺顯或者比較表面的知識(shí)，僅僅依靠掌握的這些知識(shí)，很難在將來的工業(yè)革命大環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自己的價(jià)值。因此，在新工科的教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)開展深入學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，利用一定的方法，積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的某些方向的知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步地深入探究，讓學(xué)生對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行逐步分解，進(jìn)而深度加工，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的體會(huì)和印象。例如，教師可以通過組織各種計(jì)算機(jī)工程軟件應(yīng)用大賽、相關(guān)專業(yè)的尖端領(lǐng)域知識(shí)探索講座等活動(dòng)，促使學(xué)生對(duì)某些知識(shí)或者技能進(jìn)行深入探究，讓學(xué)生們通過自己的努力來對(duì)專業(yè)的某個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)。這樣，教師能夠進(jìn)一步激發(fā)新工科的大學(xué)生的潛能，并且在極大程度上鍛煉了他們的學(xué)術(shù)能力、技術(shù)能力、知識(shí)能力以及個(gè)人管理能力等新工科核心能力。

4 結(jié)束語

第四次工業(yè)革命對(duì)中國(guó)來說，是再一次趕超歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)遇，在這樣的情況下，如今的高校新工科大學(xué)生肩負(fù)著極其重要的責(zé)任和使命。高校教師以及學(xué)生不應(yīng)當(dāng)滿足于當(dāng)前國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前的教育現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)力求國(guó)家以及教育事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。相關(guān)高校工科教育工作者應(yīng)當(dāng)不斷地完善新工科的教育模式和教育體系，提高對(duì)新工科學(xué)生的核心能力培養(yǎng)的重視程度，爭(zhēng)取為祖國(guó)的未來培養(yǎng)一批卓越的科研工程人才。