地方高校電子信息類新工科專業(yè)群模式研究與實踐

童耀南,李 武,涂 兵,陳 松

(湖南理工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

0 引言

近年來,國家提出并實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略.“十四五”規(guī)劃進一步強調(diào),堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)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(zhàn)略,打造國家重要先進制造業(yè)高地、具有核心競爭力的科技創(chuàng)新高地、內(nèi)陸地區(qū)改革開放高地.湖南理工學(xué)院所在地岳陽市,確立了包括電子信息在內(nèi)的七大千億產(chǎn)業(yè)目標(biāo).國家強大要靠創(chuàng)新,創(chuàng)新要靠人才.2017年以來,為積極回應(yīng)國家發(fā)展新需求、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(shè),先后形成了“復(fù)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(yè)建設(shè),加快推進傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)升級改造,培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才,為新經(jīng)濟發(fā)展提供新型工科人才支撐,已成為國內(nèi)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(shù)的三分之一,其中工科本科在校生達538萬人,專業(yè)布點17000 余個[4].這些數(shù)據(jù)表明,我國已成為全球工程教育大國,但工程人才數(shù)量和質(zhì)量仍然無法滿足我國社會發(fā)展需求.預(yù)計到2025年,我國新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將達950萬人,居制造業(yè)十大重點領(lǐng)域之首[5].此外,根據(jù)世界經(jīng)濟論壇發(fā)表的《全球競爭力報告(2016-2017年)》,我國創(chuàng)新能力排名全球第34 位.由此可見,當(dāng)前我國高校工程人才培養(yǎng)還面臨艱巨的任務(wù),特別是占全國高校總數(shù)90.8%的地方本科院校采用什么樣的新模式,來升級改造傳統(tǒng)工科專業(yè),有效培養(yǎng)符合新經(jīng)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(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院在“十三五”期間圍繞高素質(zhì)工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)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(dǎo)下的電子信息類“4(4+1)”新工科專業(yè)群改革模式與經(jīng)驗,以期為同層面地方高校相關(guān)工科專業(yè)建設(shè)提供參考.

1 新工科專業(yè)群建設(shè)依據(jù)

1.1 專業(yè)群的大工程觀

專業(yè)群的概念源自產(chǎn)業(yè)集群理論,其要義是通過聚集相近專業(yè)、優(yōu)化專業(yè)要素、共享專業(yè)資源、降低發(fā)展成本,從而提升專業(yè)社會競爭力[8].發(fā)達國家的工程教育經(jīng)歷了技術(shù)范式到科學(xué)范式,再到現(xiàn)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(fā)展歷程而形成的工程教育改革指導(dǎo)理論.謝笑珍[10]認為,大工程觀就是以整合、系統(tǒng)、應(yīng)變、再循環(huán)的視角看待大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的思想,其本質(zhì)是將科學(xué)、技術(shù)、非技術(shù)、工程實踐融為一體的,具有實踐性、整合性、創(chuàng)新性的工程模式教育理念體系.專業(yè)群是本科專業(yè)建設(shè)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(tǒng)論為基礎(chǔ).因此,以大工程觀為指導(dǎo),構(gòu)建新工科專業(yè)群具有理論可行性.

1.2 新工科的內(nèi)涵要求

新工科建設(shè)“復(fù)旦共識”指明,地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用,要主動對接地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求,培養(yǎng)具有較強行業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才.顧佩華[1]認為,新工科教育改革可分為建設(shè)新工科專業(yè)和升級改造現(xiàn)有工科專業(yè)兩大類.一是建設(shè)新工科專業(yè)或?qū)I(yè)方向,如近年來開設(shè)的人工智能等新專業(yè);二是根據(jù)新工科教育范式框架改造現(xiàn)有專業(yè),即以新理念、新模式、新方法、新內(nèi)容和新質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來改造現(xiàn)在的工科專業(yè).由于學(xué)科專業(yè)分類的歷史沉淀,專業(yè)師資條件,招生就業(yè)政策等原因,改造現(xiàn)有工科專業(yè)是目前新工科專業(yè)建設(shè)的主流模式.李培根[2]提出,面向未來的工程人才應(yīng)該具備包括“形而上”的工程技術(shù)問題思考能力、使命感和價值感、空間感、關(guān)聯(lián)力、宏思維等若干新素養(yǎng),并重點對關(guān)聯(lián)力進行了全面論述,認為關(guān)聯(lián)力是未來創(chuàng)造者所應(yīng)該具備的基本素養(yǎng),新工科應(yīng)幫助學(xué)生建立專業(yè)節(jié)點或信息源的關(guān)聯(lián),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(yīng)當(dāng)前工程人才培養(yǎng)的新挑戰(zhàn)和要求,提出體現(xiàn)工業(yè)革命需求、科技革命趨勢,與當(dāng)前的大學(xué)范式相適應(yīng)的“融合創(chuàng)新”工程教育范式.綜上所述,在興辦新專業(yè)存在師資匱乏、經(jīng)費有限、參考經(jīng)驗不足的現(xiàn)實條件下,打破現(xiàn)有同類或相近專業(yè)壁壘,構(gòu)建共生共進的專業(yè)群模式,推行專業(yè)課程群改革,強化產(chǎn)教融合和校企合作,是當(dāng)前地方高校新工科專業(yè)建設(shè)的內(nèi)涵要求.

2 “4(4+1)”新工科人才培養(yǎng)模式

湖南理工學(xué)院電子信息工程專業(yè)獲批“十二五”國家級專業(yè)綜合改革試點項目,經(jīng)過五年的探索和實踐,形成了“331”結(jié)構(gòu)的人才培養(yǎng)特色,產(chǎn)生了一系列改革成果[12,13].為進一步提升人才培養(yǎng)能力和質(zhì)量,在“十三五”期間,以大工程觀為指導(dǎo),對照新工科建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求,圍繞工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo),通過推進學(xué)科專業(yè)交叉融合,深化校企合作,優(yōu)化人才培養(yǎng)方案,加強校企協(xié)同育人實踐平臺和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系建設(shè),構(gòu)建并實施了4個“4+1”結(jié)構(gòu)為特色的電子信息類新工科專業(yè)群人才培養(yǎng)模式,如圖1所示.

圖1 基于專業(yè)群和課程群的電子信息類新工科人才“4(4+1)”培養(yǎng)模式

2.1 “4專業(yè)+1試點”專業(yè)群結(jié)構(gòu)

學(xué)科專業(yè)群是指由若干基本屬性相近的專業(yè)構(gòu)成一個相互依托支撐的整體,具有服務(wù)面向基本一致、理論與實踐基礎(chǔ)相同、學(xué)科專業(yè)資源可共享等特點[14].學(xué)科專業(yè)群模式可有效節(jié)約資源,有益于具有關(guān)聯(lián)力的工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng).湖南理工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院將現(xiàn)開設(shè)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(yè)視為一個整體,以國家級專業(yè)綜合改革試點電子信息工程專業(yè)為龍頭,堅持“寬基礎(chǔ)、精理論、重實踐、育專長”培養(yǎng)理念,以工程素質(zhì)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,統(tǒng)籌推進電子信息類專業(yè)群建設(shè).各專業(yè)培養(yǎng)方案的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系共建,校企協(xié)同育人實踐平臺共享,通識素質(zhì)課程及學(xué)科基礎(chǔ)課程同構(gòu),專業(yè)方向課程差異化.

2.2 “4模塊+1體系”課程群結(jié)構(gòu)

課程群是指圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求,為完善學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu),將相應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)方案中的知識、方法和問題等方面具有邏輯聯(lián)系的若干課程重新規(guī)劃,再整合構(gòu)建而成的有機課程體系.將電子信息類專業(yè)的課程體系分為通識素質(zhì)、學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)課程、實踐教學(xué)4個課程群模塊和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系.通識素質(zhì)模塊注重人文素養(yǎng)、責(zé)任感、價值觀等非技術(shù)性綜合素質(zhì)培養(yǎng).學(xué)科基礎(chǔ)模塊以電子信息類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程為主,包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、電路分析、模擬電路和數(shù)字電路等.專業(yè)課程和實踐教學(xué)模塊注重工程問題空間感、知識關(guān)聯(lián)力、宏思維等教育,重點培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識解決復(fù)雜工程問題的能力和素養(yǎng).構(gòu)建“7 個1”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系(主要面向電子信息工程實驗班),即規(guī)劃1 套交融式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程(含創(chuàng)業(yè)通識、創(chuàng)業(yè)技能、就業(yè)指導(dǎo)),研制1套融入創(chuàng)新教育理念與方法等元素的課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(加強研究方法與學(xué)科前沿教學(xué)),培養(yǎng)期內(nèi)要求學(xué)生主持或參加1項研究課題、參加1次學(xué)科競賽或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(yè)專業(yè)實習(xí),將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng)全過程、各環(huán)節(jié).

2.3 “4實踐+1平臺”實踐體系

將實踐教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐、工程實踐、學(xué)科競賽訓(xùn)練4 個模塊,同時加強校企協(xié)同育人實踐平臺的建設(shè).基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐主要是加深學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)理論的理解與掌握,鍛煉專業(yè)基礎(chǔ)實踐能力.工程實踐直接或間接依托產(chǎn)學(xué)研合作項目開展,注重學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)、知識關(guān)聯(lián)與應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng).此外,通過學(xué)科競賽訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新意識,強化知識關(guān)聯(lián)能力.實踐體系的建設(shè)重點是通過項目合作、技術(shù)服務(wù)、專業(yè)實習(xí)、共建實驗室等措施深化產(chǎn)教融合、強化校企聯(lián)系;同時打造互補共贏的校企協(xié)同育人實踐平臺,為教學(xué)提供新內(nèi)容,為實踐提供新渠道,為創(chuàng)新提供新源泉.目前已與多家科技型企業(yè)聯(lián)合建立工程技術(shù)中心、產(chǎn)學(xué)研合作示范基地、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范基地等,部分獲批為省級平臺.

2.4 “4學(xué)年+小學(xué)期”培養(yǎng)方式

將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿于本科階段的四學(xué)年,且采用小學(xué)期制(暑期)強化學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng).通過創(chuàng)新教育體系的思想引領(lǐng)和創(chuàng)新指標(biāo)要求,促使學(xué)生積極參與學(xué)科競賽訓(xùn)練和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目,或參與教師科研和產(chǎn)學(xué)研合作項目.充分發(fā)揮小學(xué)期的作用,切實加強暑期國家級、省級電子設(shè)計競賽和數(shù)學(xué)建模競賽等培訓(xùn)的覆蓋面,提升訓(xùn)練質(zhì)量;充分挖掘校企合作項目資源,作為教學(xué)和學(xué)科競賽訓(xùn)練內(nèi)容.例如電子信息工程專業(yè)實驗班開設(shè)的CDIO一級、二級、三級項目實訓(xùn),分別在第一、二、三學(xué)年的暑期完成.CDIO 一級項目實訓(xùn)為電子技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練,含電子線路CAD 和PCB 電路板制作;二級項目實訓(xùn)針對現(xiàn)代電子電路和單片機等課程開設(shè),并進行電子設(shè)計競賽訓(xùn)練;三級項目實訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生研制電子工程樣機或參加電子設(shè)計競賽,強化多學(xué)科知識關(guān)聯(lián)力培養(yǎng).

3 改革實踐成效

湖南理工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院在“十三五”期間,通過大力推進學(xué)科專業(yè)群和課程群建設(shè),積極探索面向新經(jīng)濟的新工科人才培養(yǎng)路徑,形成了4 個“4+1”結(jié)構(gòu)為特色的電子信息類新工科人才培養(yǎng)模式,在專業(yè)建設(shè)、課程改革、人才培養(yǎng)等方面取得了喜人成績.

電子信息工程和通信工程專業(yè)獲批為省級一流本科專業(yè)建設(shè)點,并在省專業(yè)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(yè).電子信息工程專業(yè)申請工程教育專業(yè)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(xué)規(guī)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(shè)備+現(xiàn)代信息技術(shù)+工程案例”的立體化課程改革模式.學(xué)院與企業(yè)聯(lián)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(xué)競賽一等獎2項.電子工程實訓(xùn)“四自興趣驅(qū)動”教學(xué)模式入選教育部高校實驗教指委組編的《高等學(xué)校實驗教學(xué)典型案例匯編》.

2016年以來,學(xué)生主持國家級、省級創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目20余項,在《IEEE Signal Processing Letters》《IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters》《物理學(xué)報》《光子學(xué)報》等期刊發(fā)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(xué)科競賽省級一等獎以上獎勵數(shù)十項,特別是2017年、2019年連續(xù)兩屆分別獲全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽國家一等獎4項、3項,一等獎獲獎數(shù)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(xué)生電子設(shè)計競賽——模擬電子系統(tǒng)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(yè)畢業(yè)生考研上線率均超過20%,一次性就業(yè)率高達98%,并深受科技企業(yè)和研究生培養(yǎng)單位歡迎.