新工科背景下STEAM教育理念培養(yǎng)創(chuàng)新應用型工程師探析——以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例

種楠楠

（天津仁愛學院，天津 301636）

0 引 言

隨著當今世界新一輪科技革命、產業(yè)變革加速進行和“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略的出臺，我國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，高等教育步入新階段[1]。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，強調學科的適用性、交叉性和綜合性，尤其注重人工智能與近似算計、控制、數(shù)學、統(tǒng)計學、物理學、生物學、心理學、社會學、法學等學科專業(yè)教育的交叉融合，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的創(chuàng)新應用型工程科技人才[2]。STEAM教學理念突破傳統(tǒng)單一學科知識體系的束縛，將科學、技術、工程、藝術和數(shù)學（Science、Technology、Engineering、Art、Mathematics） 等學科相互融合，整合統(tǒng)一分立學科知識，并以問題解決為導向培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才[3]。STEAM教學更關注完善學生跨學科知識體系，強調提高學生實踐及創(chuàng)新能力，注重多學科知識的遷移學習，重視社會責任感與人性化培養(yǎng)，更符合教育部積極推進新工科的建設思路，將STEAM教學理念引入高等教育特別是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式中，有助于升級改造物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、機器人、基因工程等新工科專業(yè)培養(yǎng)體系，推動大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等相關技術的創(chuàng)新發(fā)展，對實現(xiàn)教育現(xiàn)代化具有重要的現(xiàn)實意義[4-5]。

1 新工科背景下創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)瓶頸

傳統(tǒng)工科人才培養(yǎng)模式下畢業(yè)生創(chuàng)新能力不強，信息化程度不足，生產產品質量不高，所在行業(yè)產業(yè)結構不合理，培養(yǎng)理念與社會實際存在沖突，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和工程化、系統(tǒng)化教育師資力量薄弱，校企愈加重視培養(yǎng)學生實踐應用能力，但仍受應試體制思維所限，成人繼續(xù)教育和校企方溝通薄弱導致學生與家長針對個人成長和職業(yè)規(guī)劃等問題存在理念差異。因此，新工科背景下高校人才培養(yǎng)必須打破學科專業(yè)壁壘限制，開展跨學科教學、跨行業(yè)實踐，實現(xiàn)工科與理科、工科與人文學科交叉融合，促進高校聯(lián)系企業(yè)、行業(yè)、產業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，完善學科專業(yè)設置，優(yōu)化綜合課程建設，更新社會實踐方案。

2 改革方案

針對傳統(tǒng)工程教育偏離工程實踐、大而不強、結構失衡等問題，STEAM教育理念強調“回歸工程”的人才培養(yǎng)模式。高校應在以項目為導向前提下，提升學生工程實踐能力、工程設計能力、工程創(chuàng)新能力。除了注重信息通信、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等新技術與傳統(tǒng)工業(yè)技術緊密結合外，更需強調學科的交叉性與綜合性，促進科學、工程、技術、人文藝術的交叉融合，同時與產業(yè)界和多元文化融合，關注創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，培養(yǎng)具備高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的新型工程科技創(chuàng)新應用型人才[6]。STEAM教育理念下高校人才培養(yǎng)思路如圖1所示。

圖1 STEAM教育理念下高校人才培養(yǎng)思路

2.1 學科整合

隨著科技發(fā)展和人工智能向各行業(yè)滲透，各種學科間不再局限于單純的某一領域研究，而是跨學科跨領域研究，科學上的新理論新發(fā)明的產生，新的工程技術日新月異涌現(xiàn)，突破了學科的邊緣或交叉點，學科交叉引領科學向著更深層次和更高水平發(fā)展，這對高等教育提出了新要求。高校應針對社會需求調整課程體系，優(yōu)化人才培養(yǎng)機制和教育模式。首先，設計有價值的課程內容；其次，進行課程教學時提供清晰且具體的學習目標，使學生有興趣且有能力按目標學習；第三要合理安排課程進度及難度，根據(jù)學生水平設置不同難度課程設計和實踐項目。STEAM理念物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育框架如圖2所示。

圖2 STEAM理念物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育框架

2.2 開放教學

STEAM教育理念引入嵌入式技術課程設置，如圖3所示。引入MOOC、智能技術和設備，補充傳統(tǒng)課程程式化固定教學內容，以模塊化、游戲化的方向開發(fā)，以工程為導向設置小組課題項目，將學生代入實際項目角色中學習體驗多元互動，促使學生在體驗信息化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化、綜合化解決項目課題過程中鍛煉溝通能力、團隊合作能力和解決問題能力[7]。除了學習成績，引入?yún)⒓痈傎?、科技論文、科技成果、專利申請、科研活動、社會實踐、專業(yè)認證等學分認證。

圖3 STEAM教育理念引入嵌入式技術課程設置

2.3 藝術滲透

長期以來，工科教育僅側重于知識教育和能力教育，而忽視了人文素養(yǎng)高尚心靈的培育。新工科涵蓋的領域比傳統(tǒng)工科更多，涉及到倫理道德、隱私保護、安全環(huán)保、公共利益等基本問題。因此，培養(yǎng)“新工科”背景下創(chuàng)新應用型人才更應關注這些問題，循道而行，盡力避免見利忘義，因功利、虛榮、妄為而走向異化，時刻牢記工程教育的初衷和使命，培養(yǎng)結合國際視野與本土情懷、科技素養(yǎng)與人文品質、個性特長與團隊意識、繼承發(fā)揚與創(chuàng)新協(xié)調的適應現(xiàn)代社會科技發(fā)展的創(chuàng)新應用型工程師。

2.4 社會服務

高校育人應結合國家政策、政府指導、企業(yè)需求，在“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念指引下，培養(yǎng)具有服務思維、設計思維、體驗思維、成長型思維、互聯(lián)網(wǎng)思維，具備跨行業(yè)工作能力與適應能力、跨領域工作能力與適應能力的畢業(yè)生。鼓勵學生參加社會活動，促進科學教育、工程教育、人文教育有機融合，深化產教融合、校企合作、協(xié)同育人。創(chuàng)新應用型工程師應具備的綜合能力如圖4所示。

圖4 創(chuàng)新應用型工程師應具備的綜合能力

3 結 語

新工科背景下引入STEAM教育理念培養(yǎng)創(chuàng)新應用型工程師，培養(yǎng)從事設計、生產、管理、決策的復合型人才，以及培養(yǎng)具有終身學習能力的智能人，有助于推動我國趕超世界經濟科技發(fā)展、引領掌控世界話語權、實現(xiàn)中華民族偉大復興，推動“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能+”等創(chuàng)新驅動的國家發(fā)展戰(zhàn)略，在新技術、新業(yè)態(tài)、新模式、新產業(yè)等形勢下實現(xiàn)國家經濟轉型升級，完成高等教育產學結合、專業(yè)升級、體系完善等供給側結構性改革，助力我國逐步走向工程教育強國、工程創(chuàng)新強國。