地方本科院校信息專業(yè)新工科人才培養(yǎng)模式研究

關鍵詞：地方本科院校；信息專業(yè)；新工科；科教融合；ICAP；PBL；OBE

0 引言

人工智能、區(qū)塊鏈、知識圖譜等新技術的蓬勃發(fā)展，推動著全球新一輪科技革命和工業(yè)革命的浪潮。如何培養(yǎng)符合時代發(fā)展需求的新時代、新工科人才，成為國內外高校共同關注的重要課題。歐美國家于2016年啟動了“新工程教育轉型”改革計劃[1]，旨在培養(yǎng)學生在工程實踐中解決復雜問題的思維能力和創(chuàng)新能力。我國于2017年啟動新工科工程建設，旨在培養(yǎng)適應新一輪工業(yè)革命的新工科人才，積極應對新機遇和挑戰(zhàn)[2]。教育部先后發(fā)布了“關于開展新工科研究和實踐”的相關通知，引導高校積極推進新工科人才培養(yǎng)。2021年4月，習近平總書記在清華大學考察時強調指出推進“四新建設”，并將新工科建設放在首位。總書記的重要講話精神指明了新工科人才培養(yǎng)的方向，對于解決國家重要緊缺人才問題具有重要意義[3]。

我國一流本科高校普遍具備良好的人工智能等新工科技術科研基礎和團隊，已探索出一些可行的新工科人才培養(yǎng)模式。例如，成立專門的“卓越班”培養(yǎng)機制，導師+研究生+本科生建立科研創(chuàng)新基地，推行“科教協(xié)同育人”理念[4-5]。一流本科高校擁有博士點、碩士點，教師將科研和教學有機融合，學生深度參與前沿科研項目，有力推動了新工科人才的培養(yǎng)。然而，普通高校，尤其是地方本科院校，受限于科研平臺和團隊的不足，難以直接復制一流本科高校的協(xié)同育人機制?；诖?，本文針對地方本科院校信息專業(yè)，探索構建“ICAP+PBL”協(xié)同育人機制，通過項目式教學與地方產業(yè)深度融合，激發(fā)教師科研熱情，培養(yǎng)應用實踐和應用創(chuàng)新人才。該機制旨在促進學生應用素質提升，實現(xiàn)教師科教融合，最終推動學校高質量發(fā)展，形成良性循環(huán)。

1“ ICAP+PBL”協(xié)同育人模式構建

ICAP框架將學習者的行為特征的認知參與方式進行分類，把學習者的學習過程劃分成了四個階段：被動（Passive） 、主動（Active） 、建構（Constructive） 、交互（Interactive） 學習，形成了由淺入深的四種層次的深度學習框架[6]。項目式學習（Project-Based Learning，PBL） 以學科知識和技能為核心，通過創(chuàng)造性地完成任務，利用多種資源進行探索，最終解決復雜的問題，從而獲得更深入的認知[7]。ICAP+PBL是在ICAP理念引導下的項目式學習機制，ICAP框架及其相關理論，明確了學生學習行為與學習結果之間的關聯(lián)，指出了不同學習方式之間的聯(lián)系，并對如何通過對話、提問和活動等形式提高學生的學習狀態(tài)提供建議[8]。ICAP+PBL能夠有效解決傳統(tǒng)項目式教學缺乏學生學習行為視角分析、課程層析目標不清晰、項目流于形式等問題，引導學生進入深度學習，有效提升學生應用實踐和應用創(chuàng)新能力，促進教師科研和教學融合，培養(yǎng)服務于地方的科研團隊，提升地方本科高校的綜合實力。

“ICAP+PBL”協(xié)同育人模式中，教師結合自身的科研項目優(yōu)化教學內容，并在教學過程中深入挖掘學生的潛能。教師引導應用創(chuàng)新型學生參與縱向科研項目，應用實踐型學生參與橫向科研項目，既在培養(yǎng)學生的過程中解決地方本科院校教師科研項目推進難的問題，又促進了教師的高質量發(fā)展。在教師的指導下，學生進入深度學習狀態(tài)，通過參與科研項目提高應用實踐和創(chuàng)新水平，從而實現(xiàn)學生的高質量發(fā)展。推進“ICAP+PBL”協(xié)同育人機制，能夠有效促進地方本科高校教師科研與教學的融合，以及學生基礎扎實、應用能力強和創(chuàng)新能力優(yōu)，最終推動應用型本科高校的高質量發(fā)展。

2“ ICAP+PBL”深度學習模型構建

“ICAP+PBL”深度學習模型旨在提高學生的學習狀態(tài)，并通過合理設計不同層次的教學目標和活動，真正做到項目為目標服務，項目為學習服務。在該模型中，課程項目的背景和項目完成的場所構成深度學習的主要環(huán)境。學生在項目中承擔序列任務時，通過積極挑戰(zhàn)、自我調整、情感投入和自我控制等行為表現(xiàn)出深度學習，這些行為在深度學習過程中得到激發(fā)。在學生深度學習后，教師給予正向反饋，使學生獲得成就感，促使學習態(tài)度和積極性發(fā)生積極變化。在下一個任務到來時，學生能夠更加主動地學習。這種循環(huán)將學生的沉浸過程和沉浸結果聯(lián)系起來，使得學生在完成一個個項目任務的過程中推動深度學習的動態(tài)發(fā)展。表現(xiàn)為學習中的動態(tài)發(fā)展過程，學習者不斷進步，將所學知識融入個人知識體系中，從而不斷提升自身的應用實踐和創(chuàng)新水平。

“ICAP+PBL”深度學習模型如圖2所示。

通過構建融合教師科研與地方產業(yè)應用的項目資源，設計課堂教學內容，同時開展討論、評估并不斷修正和完善課程，通過微型教學資源的設計、制作、上線及課堂實踐等環(huán)節(jié)，逐步完善教學資源，提升教學技能?！癐CAP+PBL”深度學習模型能將教師的科研成果轉化為課堂教學內容。教師在此基礎上設計基于“ICAP+PBL”的課程目標、項目需求、任務序列、項目資源以及評價標準。學生在教師指導下學習相關背景知識和基礎知識，提升項目開發(fā)能力和應用創(chuàng)新能力。通過深度參與教師科研項目，學生既能學習到學科前沿技術，培養(yǎng)應用和創(chuàng)新能力，又能促進教師科研項目的進展，從而推動地方本科院校形成穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的科研團隊，促進學校的高質量發(fā)展。

3 基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學

3.1 基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程課前教學設計

在基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學中，課前階段需要教師投入大量精力進行項目設計和準備。項目設計需涵蓋課本基礎知識，結合地方產業(yè)應用以增強實用性，同時融入教師自身的科研成果。精心設計的項目不僅能提升學生的應用實踐和創(chuàng)新能力，還能推動教師自身科研項目的進展。這有利于教師在職稱評定、項目申請等方面形成良性循環(huán)，促進可持續(xù)發(fā)展。因此，教師在課前投入精力進行項目設計具有重要意義。

在課前項目制訂階段，教師團隊應通過調研地方產業(yè)應用，結合自身科研項目，制定適用于信息專業(yè)的項目資源。例如，可以設計住房價格預測、PM2.5預測、手寫字符識別神經網絡、汽車評估分類、動漫人物圖像生成、卷積自動編碼器圖像去噪、YOLO圖像目標檢測應用等項目。教師可以通過在線平臺布置學習任務，跟蹤學生的學習反饋，并及時收集學習中的問題。根據(jù)反饋信息，教師對教學活動進行適當調整，確保項目設計既能激發(fā)學生的學習興趣、強化他們的應用技能，又能推動他們在應用實踐和應用創(chuàng)新方面的發(fā)展。學生通過完成教師布置的課前學習任務，并參與課前測驗（作業(yè)），能夠更好地準備課堂學習內容，從而在課堂上高效完成項目任務。

3.2 基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學實施

基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學是落實科教融合、培養(yǎng)應用實踐和創(chuàng)新型人才，并打造地方本科院校可持續(xù)發(fā)展科研團隊的重要基礎。因此，深入研究和實踐基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學對于本課題至關重要。該教學實施步驟主要包括：導言、目標（目的）、前測、參與式學習、后測及總結。

基于“ICAP+PBL”的地方本科院校信息專業(yè)課程（如數(shù)字圖像處理、計算機網絡等）的教學實施包含六個階段：導言、目標（目的）、前測、參與式學習、后測及總結。其中，導言、目標和前測屬于課前學習內容；參與式學習屬于課中學習內容；后測及總結屬于課后學習內容。通過導言和目標介紹課程內容，引導學生以線上線下結合的方式進行預習。前測幫助學生深入理解教學重點和難點，確保課中學習的效果。在課中學習過程中，教師應以學生為中心，通過參與式學習讓學生深度參與課堂教學，這有助于學生牢固掌握所學知識。最后，通過后測和總結，幫助學生運用所學知識解決項目中的問題，實現(xiàn)學以致用的目標。

導言的重點在于通過介紹學習內容來吸引學生的注意力。教師可以重點介紹與學習內容相關的科研項目，讓學生明確學習相關知識后能夠完成的任務和解決的問題?；蛘?，教師也可以引入問題，讓學生意識到需要進一步完善之前所學知識，以解決現(xiàn)實中的問題。目的部分由認知、情感及技能三個元素組成。這部分首先應清楚傳達教學目標，如課程的重點知識、學習價值以及能力培養(yǎng)方向，使學生明確學習方向。然后給出具體的描述，如學習對象、要學到的內容、學習的情境及學習效果等。前測的目的是讓學生了解即將學習內容的難度，并讓教師了解學生的基礎，從而為制定合理的學習進度提供依據(jù)。參與式學習部分強調師生互動，要求教師以學生為中心，摒棄“填鴨式”教學，通過設計問答、開展討論、小組匯報等形式，促進師生互動和學生間互動，提升課堂教學效果。后測旨在評價學生對所學知識的掌握情況，了解學生的學習效果?？偨Y中，教師根據(jù)前面的五個階段進一步優(yōu)化教學內容和方法。例如，如果科研項目的難度過大以致學生無法掌握，則需要降低項目難度，引導學生先掌握基礎項目，再逐步增加難度。

3.3 基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學評價

基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程的目標是培養(yǎng)應用實踐和創(chuàng)新型人才。傳統(tǒng)的“30% 平時成績 +70%期末考試成績”的評價方式并不適合該課程。因此，需要構建多維評價標準，重點考核學生運用所學知識解決實際問題的能力?；凇癐CAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學評價更注重過程考核。因此，需要增加平時成績的比例，并將期末考核的一部分內容分解到日常教學中。平時成績中，日?？记谡伎偝煽兊?0%；項目完成情況（包括項目調研、項目代碼、項目匯報）占30%；平時測驗（前測、后測、作業(yè)、實驗報告）占20%，總計占60%。通過增加平時成績比例，建立以項目考核為中心的多維考核標準，引導學生將學習重心放在運用知識解決實際問題上。期末考試為綜合評價，筆試用于評價學生掌握基礎知識的情況，機試用于評價學生的項目開發(fā)能力。通過構建多維評價標準，引導學生注重能力提升，促進學校、教師、學生的高質量發(fā)展。

4 結論

學生和教師的高質量發(fā)展是地方本科高校高質量發(fā)展的核心。在新工科背景下，地方本科高校信息專業(yè)探索科教融合、師生協(xié)同高質量發(fā)展的方式，既能以學生為中心培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才，又能促進教師積極開展科學研究和教學改革，從而形成穩(wěn)定、可持續(xù)的高質量發(fā)展局面。實施“ICAP+PBL”協(xié)同育人，設計“ICAP+PBL”協(xié)同育人模式，構建“ICAP+PBL”深度學習模型，實施基于“ICAP+PBL”的信息專業(yè)課程教學，激發(fā)地方本科院校教師的科研熱情，通過科教融合培養(yǎng)OBE導向的應用實踐和應用創(chuàng)新人才，促進地方本科院校教師、學生的高質量良性循環(huán)發(fā)展。