新工科背景下新建本科院校光電信息科學與工程專業建設探索

周 遠，陳 英，孫利平，胡放榮，張竹嫻，劉安玲

(長沙學院電子信息與電氣工程學院， 湖南 長沙 410022)

第四次工業革命正引領著全球工業發展和產業變革，為高等工程教育帶來挑戰.為了保障產業變革所需的人力資源，促進新技術、新產業的形成和發展，教育部于2017年開始實施系列新工科建設計劃[1]，包括“復旦共識”[2]、“天大行動”[3]、“北京指南”[4]等.新工科建設的重點在于新工科專業建設及其人才培養上[5].高校在建設某個具體的新工科專業時無統一詳細的現成路徑可走，需要在形成和發展過程中不斷摸索.一要考慮新工科專業的建設類型以及專業性質[6-7]，根據專業溯源、內涵、特征來摸索建設路徑.二要根據學校類型和特征有區別地建設新工科專業[8].不同高校的類型、辦學層次、辦學定位、服務面向各不相同，導致新工科建設思路和側重點不同.各校工科專業需按照所在學校類型特征以及專業自身現狀來建設和發展具有各自特色的新工科[4-9].

光電信息科學與工程專業是教育部2012年下發文件，將原有光電類五個專業合并而來的專業[10]，為教育部公布的首批戰略性新興產業相關本科專業[11].該專業具有引領性、交融性[12]、創新性、跨界性和發展性等新工科專業的典型特征.目前全國已有230所不同層次、不同類別的高校開設有光電信息科學與工程專業，其中有超過80所高校屬于新建本科院校[13].該類院校本科辦學時間不長，基礎薄弱，辦學經驗較為不足，專業建設系統性、計劃性、全局性欠缺.在這樣的辦學基礎上建設如光電信息科學與工程這類戰略性新興產業相關專業面臨較大挑戰.本文基于光電信息科學與工程專業的典型特征以及新建本科院校的辦學基礎和特點，分析了專業建設方向.提出了政校企共同體構建、辦學資源籌措、人才隊伍建設的思路.從課程體系、教學內容、教學方法、教學手段以及課程考核方式等方面初步摸索了人才培養的途徑和方法.

1 由地方經濟社會、產業發展及企業技術創新需求確定專業建設方向

新建本科院校的光電信息科學與工程新工科專業建設，首先需要正確樹立建設理念和思路.一要從學科導向轉向以地方經濟社會、產業發展需求為導向[3].既要深入分析地方激光加工、光纖通信、光電顯示、光照明、光存儲、太陽能光伏、激光醫療、軍用光電裝備等產業當前和未來的發展需求，又需研判地方光計算、物聯網、人工智能、3D顯示、虛擬現實等未來新型產業領域對光電信息技術的需求.圍繞這些產業對光電信息類人才知識結構、素質能力的要求確定人才培養方案，培養出“適銷對路”的人才[5].二是走應用型發展之路，培養復合型高素質光電工程專業人才.三要走差異化、特色化、內涵式發展思路.在地方范圍內，比較分析設置有光電類專業的其他院校的辦學特點和服務面向.結合自身特點確定在光電領域具有明顯優勢和潛力并有資源投入保障的專業發展方向并集中資源投入建設，形成特色，與地方其他高校成為互補.

2 構建政校企共同體，推進專業建設

新建本科院校建設光電信息科學與工程新工科專業，需要建立與地方范圍內電子、信息類產業實務部門、行業、企業、研究院所、高校的聯系，開展產學研合作[14].新建本科院校在與綜合性大學開展校企合作競爭中處于劣勢的情況下，只能堅持差異化發展思路[15].一是根據地方企業的人才需求和高校自身特點，集中資源建設具有自身優勢和特色而又在區域內老牌綜合性大學發展偏弱的光電領域專業方向.二是與綜合性大學培養學術型人才偏向相異，新建本科院校要強調提升學生光電信息工程實踐能力和創新創業能力，培養與地方企業需求零距離接縫的應用型人才.三是與綜合性大學教師科學研究偏向學術研究相異，新建本科院校需引導教師主動對接區域行業企業的需求開展科研和技術研發，幫助企業解決轉型升級和產品創新中的關鍵技術問題.通過以上路徑，使企業愿意參與到應用型工程教育人才培養中來，形成校企共生共贏的協同育人模式.要讓光電類行業企業參與到教育教學各個環節.校企合作培養人才或開展技術創新研發要具有前瞻性，不但要針對光電行業企業當前發展所需，更要面向未來的發展需求[5].

3 多元化渠道爭取辦學資源，建設教學和科研平臺

新建本科院校辦學基礎薄弱，而相對其他專業，光電信息科學與工程專業建設所需的教學科研實踐平臺搭建相對昂貴，辦學資源創建為該專業新工科建設帶來了挑戰.資源創建和平臺搭建的思路可歸納為三條：一是在優化整合校內資源的同時，通過多元化渠道爭取外部辦學資源，創造辦學條件.不但要利用區域優勢爭取各級政府、行業部門在政策、經費和其他資源的支持，還需主動聯系和挖掘產業行業和社會各界優勢資源.二是建設貼近工程實際的實踐教學創新平臺.基于地方光電類產業需求，有針對性地建設貼近光電行業生產實際，滿足光電企業崗位需求的真實崗位實習實訓平臺，典型例子如激光制造與測試實訓系統、光電子器件制備與測試組網實訓系統、光通信技術與應用實訓系統等.基于光電信息技術前沿創新性和學科交叉性特征，建設工程創新和技術開發平臺，如針對物聯網、人工智能、3D顯示、虛擬現實等新型應用的光電信息技術開發平臺等.三是充分利用優質共享教學資源，如國家、地方開放型光電類相關實驗室、工程技術中心以及線上光電類課程教學資源.

4 組建雙師型人才隊伍

高等工程教育的新工科改革成敗關鍵在人.新建本科院校師資普遍工程實踐能力弱，需要建立一支教育教學能力、科研能力和工作經驗兼備的“雙師型”跨學科教師隊伍.首先，根據新工科改革需要改造現有教師隊伍.一是與企業合作，建立設在企業的教師訪學或培訓基地，通過掛職、工作、訪學、培訓等多種方式有計劃有組織地派遣教師到企業一線工作.二是鼓勵和支持青年博士到企業博士后流動站從事工程技術研發工作.三是改革教師職稱評定體系，為工程實踐能力強、應用性研究成果突出的教師爭取更大職稱晉升空間.然后，完善教師聘用體系，解除人事制度的制約，從企業、產業部門引進工程經驗豐富、工程能力強的光電類專家或工程師充實教師隊伍.

5 優化人才培養模式和課程體系，改進教學方法和教學手段

人才培養模式的改革與創新是新工科專業建設中的關鍵[16]，需要結合自身優勢和特點，堅持以學生為中心的理念，按照新工科建設的需求改革課程體系、教學內容和考核方式，更新教學方法和教學手段.

5.1課程體系和教學內容改革

新建本科院校在建設光電信息科學與工程新工科專業時，由于基礎較弱，課程體系不宜求大求全.一要針對地方光電相關產業發展需求，確定具有明顯優勢和潛力并有資源投入保障的課程構建課程體系并集中有限教育和研究資源建設各門課程，形成辦學特色.二要結合光電信息新技術的發展、應用現狀和趨勢更新教學內容，優化課程結構.既要發揮現有專業基礎和優勢，又要關注影響地方光電信息相關產業發展的新思想、新知識、新技術與新方法，將其融入教學內容.三要注重多學科交叉融合與問題導向.光電信息科學與工程本身是以光電子為主體，光學、電子、信息、機械等多學科交叉衍生的專業，在新工科背景下，該專業在新經濟、新產業需求驅動下，其課程體系和教學內容更需要注重學科交叉融合.一方面可根據地方相關產業需要的光電新技術發展需求開設一些跨學科專業課程，另一方面也可在經典課程內容基礎上融入其他學科的前沿新知識、新技術和新動態.四要圍繞光電信息相關行業標準推進教學內容改革，通過實施諸如光電卓越工程師人才培養計劃來突出培養具有實踐能力、創新能力、工程思維以及職業素養的親產業型人才.

5.2教學方法改革

新工科背景下，應以提升學生工程實踐能力、創新能力為動機，以提升學生學習興趣為主線，構建以學生為中心的工程教育生態，推進工程人才培養的新型教學方式方法變革.典型教學方法有工程崗位模擬教學法、工程案例教學法、任務驅動式教學法、線上線下混合式教學法等.

工程崗位模擬教學法是指基于校內模塊化實踐教學平臺，通過光電企業運營中的生產、裝配、檢測等真實崗位對學生實施輪崗實踐教學，全面模擬光電企業典型產品生產的全過程.該教學法將工程實際嵌入課程教學，能讓學生直接掌握典型光電器件、系統的設計、制作、工藝、檢測等環節流程，從而將職業標準中對崗位知識、能力、素質的要求內化于課程實踐教學，培養高層次光電信息技術應用型人才.

工程案例教學法是指在課程教學中結合知識模塊引入光電信息類實際工程案例，組織學生分析討論并提出解決方案，最后引導學生總結評述各方案的優缺點.首先，需要結合工程實際，將同一課程甚至多門課程的多個知識點有機結合構建工程案例.然后，靈活選擇案例的引入方式引導學生應用模塊知識解決具體工程問題.

任務驅動式教學法是指結合教學內容設計工程任務分配給學生分組完成.首先綜合光電理論知識的應用前景構建有一定工程意義的項目任務，按照學生基礎、興趣及特長分組分派.然后引導學生根據任務目標實施資料查閱調研、方案設計優化、軟件仿真預判、器件選型購置、系統制作調試、性能測試優化.最后學生分組討論、撰寫報告、答辯驗收.

線上線下混合式教學法是指傳統面授教學與網絡在線教學相結合的教學方法.首先，依托校內網絡教學平臺、校外在線教學平臺及QQ 、微信、E-mail等通訊工具，在線發布授課計劃、課前自學任務、教學視頻、教學課件等資源，引導學生課前自主學習并完成在線測試以初步掌握基本知識點.然后，在課堂教學時，著重強化重難點并進行答疑，必要時還可組織學生專題討論.課后，利用網絡平臺布置適當作業任務并批閱匯總.

5.3教學手段更新

新工科背景下，傳統 “黑板+粉筆”式的教學手段已不能滿足現代工程教育發展的要求，信息技術與教育教學的深度融合催生了許多新型教學手段.一是合理利用多媒體技術來擴展課堂教學中信息傳播的方式.利用圖片、聲音、動畫、視頻等信息載體，可使抽象概念形象化，可更清晰、準確地描述工程系統的結構和原理，可形象地呈現工程動態過程.二是將在線教學手段引入教學.將本校教學團隊精心組織的教學資源以及校外網絡共享優質在線課程資源上傳在線網絡教學平臺，采用線上線下混合式教學方法融通線下與線上空間，教師引導學生自主學習和交流，滿足學生個性化學習需要.三是將虛擬仿真手段引入教學，充分利用虛擬仿真技術創新工程實踐教學方式.可利用Zemax、LightTools等光學類設計或仿真軟件對各類光電設備中的光學系統進行設計，仿真分析其光線傳輸規律并評估其光學性能.可利用Multisim、Proteus等電路仿真軟件模擬、分析和優化光電設備中的典型功能電路.可利用虛擬現實技術構建實踐教學環境，突破時空限制虛擬演示工程過程和結果并為學生創造探索性的實驗情境.

5.4課程考核方式改革

高等工程教育傳統的課程考核方式單一且過于偏向理論考試，難以達到考核新工科人才工程實踐能力的目的.改革的思路有兩點：一是提高過程性評價在總評成績中的占比，二是加強工程實踐方面的評價.過程性評價形式可靈活多樣，典型如平時作業、課堂表現、平時測驗、課程項目、團隊協作、調查報告、課程論文等評價環節.工程實踐方面的評價典型方式如課程實驗評分(包括實驗預習、實驗操作、實驗報告等)、崗位實訓評分(包括工程素養、工程能力、實訓效果等)、工程設計(包括資料調研、方案制定、器材選型、設計效果、系統性能等).通過課程教學各環節的綜合評價體現考核的多元化.

6 結論

新建本科院校建設光電信息科學與工程新工科專業需要由地方經濟社會、光電相關產業發展及企業技術創新需求確定專業建設方向，培養“適銷對路”的應用型光電工程技術人才.堅持差異化發展思路，建設光電領域特色專業方向，緊貼企業需求培養人才，構建政校企共同體.通過多渠道籌措辦學資源，組建雙師型人才隊伍.結合光電信息新技術的發展現狀和趨勢，注重多學科交叉融合與問題導向，圍繞相關行業標準來更新教學內容.以學生為中心，通過工程崗位模擬教學法、工程案例教學法、任務驅動式教學法、線上線下混合式教學法等來提升學生學習興趣，構建自主互助的探究式主動學習模式.合理利用多媒體技術，將在線教學、虛擬仿真手段引入教學.提高過程性評價、工程實踐評價在課程總評成績中的占比，體現考核的多元化.