新工科專業實踐教學體系構建

周劍峰，韓民

摘要：以新材料、新能源、生物技術等為代表的新工科發展需要不同學科的交叉融合和跨界整合，其課程體系仍不成熟，處于不斷探索之中。其中，如何構建科學的實踐教學體系關系到學生實踐能力培養和創新思維的形成。本文嘗試分析新工科專業的特點和教學不足后，重點介紹了所在單位實踐教學體系多層次、模塊化、集成創新的構建舉措。

關鍵詞：新工科；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）44-0109-02

我國經濟發展正處于結構調整、轉型升級的重要階段，從依靠勞動力和能耗的經濟拉升轉向依靠科技創新提升，“中國制造2025”“工業制造4.0”等一個個重大戰略相繼提出。在此背景下，國家需要布局面向未來的新工科專業，培養出新經濟發展急需的新工科人才。而現階段，新工科人才培養明顯滯后于經濟產業的發展，難以培養具有創新意識和跨界整合能力的新工科人才。為此，2017年2月，教育部在復旦大學專題召開了關于新工科的高等工程教育發展戰略研討會，探討新工科學科發展和工程教育問題。

南京大學現代工程與應用科學學院是新工科人才培養的代表，一直致力于新工科教學內容和模式的探索。學院在原有功能材料專業的基礎上，面向新能源、光電信息、生物醫學工程等新技術領域，增建了三個對應工科專業，堅持“以理為基礎、以工為方向，理工結合”的人才培養理念和“‘興趣和‘重大應用雙力驅動”的學科發展理念，以現代工業的需求為導向，實施新工科人才培養的改革探索，取得了不錯的教學成效。本文將重點介紹該單位在新工科專業實踐教學方面的經驗舉措。

一、新工科的界定

雖然迄今“新工科”并未明確定義，但筆者認為至少有兩方面可以納入新工科范疇：一是傳統工科在新技術支撐下得到較大新發展，數字化、智能化、微納化以及集成度進一步提升，如智能制造、機器人等；一是以前從未出現、面向未來應用、引領技術發展的學科，如生物醫學工程、光電信息等。較之于傳統的工科，新工科在技術領域呈現出以下特征。

（一）技術門檻高，投入大

新工科多數涉及新理論、新技術、新材料的應用，沒有經驗可以借鑒，需要不斷嘗試摸索，技術難度大，相應地，也需要更大的資金投入。近期，基于量子通訊技術的應用開展很好地詮釋了此特征。

（二）需要多學科的交叉支撐

新工科多數屬于交叉學科，單一學科無法支撐新工科的發展。如本學院的生物醫學工程專業開發的“面向癌癥治療應用的高精度手術導航系統”，原理為通過具有熒光發光性質的靶向顯影粒子在儀器下顯微成像。該技術即需要通過化學方法制備納米粒子，應用熒光發光的物理性質，在電子設備中成像，整套系統涉及物理、化學、生物和電子等多學科知識的應用。

二、新工科專業實踐教學存在的問題

傳統工科實踐教學薄弱，實踐環節越來越少[1]。實踐教學僅僅作為理論教學的補充，浮于形式，內容陳舊，難以開展和新興產業相關的技術實踐。稍有難度的專業實驗傾向于演示性、驗證性開展，學生實踐能力難以提升。而新工科專業涉及知識面更廣，內容更新，難度更大，實踐教學問題相應更為突出，具體體現在以下幾個方面。

（一）教師的工程素養欠缺

高校多數教師學術科研突出，但在工業應用方面經驗欠缺，難以給予學生面向應用的工程實踐指導。

（二）實踐教學內容不科學，不成體系

新工科在發展過程中，新知識不斷繁衍，同時和傳統工科之間存有交集，實踐教學難以凝練出科學的體系，更多地體現為拼湊，教學內容因任課教師變化而異，缺乏持續性和系統性。

（三）教學設備和場地不健全，教學形式單調

新工科專業，如半導體，實踐教學所需設備要求較高，難以滿足。受教學條件限制，部分新工科的實驗，學生只能觀摩，而且教學設備遠落后于現行工藝設備，更新緩慢，學生難以受到和產業匹配的實踐訓練。

（四）缺乏激勵學生創新實踐的開放管理機制

一是教學內容設置上，缺乏拓展性實踐教學，不注重對學生在實驗基礎上發散型思維的培養和引導；二是實驗設備缺乏對學生的開放式管理，學生難以根據自身需要自主開展實驗。

三、新工科專業實踐教學體系構建

新工科的特點決定了在課程教學方面不能照搬傳統工科的教育模式，要做好新工科課程計劃：突破傳統工科基礎課、專業基礎課、專業課的“三段式”安排，擯棄將實踐課主要安排在高年級的做法，將實踐教學貫穿于教學的始終，發揮實踐教學對于激發學生興趣、活化知識聯結、激發創新意識的功能[2]。南京大學現代工程與應用科學學院針對新工科實踐教學的現存問題，從加強師資入手，以現代工程的應用需求為導向，在材料、光電、生醫和新能源等新工科專業實踐教學方面做了改革優化，取得了不錯的成效。其實踐教學中心在2016年以排名第一的優秀成績通過“江蘇省高等學校實驗教學與實踐教育中心”考核。現將其經驗介紹如下。

（一）多元化組建了“理論和實踐兼修”的師資隊伍

教師隊伍是持續提高實踐教學水平的關鍵，學院通過內部發掘和外部聘用的方式建立了具有實踐經驗的校內外“雙師”隊伍。校內發動具有學術頭銜的教師指導前瞻性實驗，校外聘任了一批具有海外現代企業實踐經驗的“青年千人”教師指導專業實驗，同時聘用了一部分高新技術企業的工程師承擔工程教育和產業實踐教學。優化的師資隊伍不僅提升了實踐教學的專業覆蓋面，而且也保證了多層次實踐課程的順利實施。

（二）開展了多層次、模塊化的專業實驗課程建設

現代工程不僅有對傳統工科的繼承，更是新工藝、新技術的創新。學院改變了傳統工科實驗教學僅在高年級開設的方式，將實踐教學貫穿本科四年培養的始終。針對不同專業分別開設了諸如“生物醫學工程專業實驗”“光學工程專業實驗”“新能源器件與工藝試驗”等模塊化專業實驗，全部實踐教學涵蓋傳統工程技術基本金工技能、專業基礎實驗、專業實驗、前瞻性實驗、產業實踐等5個層次的內容，并且將精密加工、3D打印、激光技術、微加工技術等當代前沿的工程技術與技能納入培訓教學體系中。100多門實驗課程充分考慮了實踐能力的漸次培養和與新工程技術的結合。

（三）信息化建設了開放式實踐教學管理系統

實踐教學的目的在于啟發學生的創新思維，但固化的實踐模式不利于創新意識的形成，為此學院利用信息化手段實現開放式實踐教學管理，方便學生獨立自主地進行探索性創新實驗。一方面，學院積極建設“慕課”，讓學生網上隨時學，如“真空工藝與實驗技術”課程設立20個知識點，制作了300分鐘的視頻課程。又如開發了“原子力顯微鏡”“鋰空氣電池”等一批包含由基礎到綜合型、研究型的虛擬仿真實驗。另一方面，學院也建立儀器設備管理系統，讓學生可以根據需要網上預約自由使用實驗設備，并可在系統中和教師開展討論，充分落實了“構思—設計—實現—應用”的國際工程教育理念[3]。

（四）落實了產學研深度結合的“校企協同”培養機制

企業是新產品和技術應用的最終實現者和推動者，也是人才培養的最終歸屬。學院先后和SK海力士半導體、京東方科技集團（液晶）、國泰華榮（鋰電）、江淮汽車（動力汽車）等現代企業開展實踐教學合作，讓學生有機會到企業第一線了解產品、工藝和行業，開拓了學生的視野，激活了學生的思維，也讓新工科人才培養體系更具針對性和有效性。

總之，學院整體考慮了新工科的特征，從優化師資入手，豐富了實踐教學內容，以“為產業和企業培養人才”為目標，在教學形式和教學管理方面進行了科學的改革，能夠滿足新工科人才實踐能力培養要求，取得了不錯的成效。

參考文獻：

[1]張煒，呂正則，吳藍迪，李恒.“智能科學和技術”引領工程教育發展新動向[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

[2]顧佩華，胡文龍，陸小華，包能勝，林鵬.從CDIO在中國到中國的CDIO：發展路徑、產生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017，（1）.

[3]“新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017，（1）.endprint