基于理工融合的電子信息類專業建設與實踐*

王會海 孫克輝 劉正春 吳建好

摘 要：“新工科”是新時期全面創新我國高等工程教育，適應引領新經濟發展戰略的專業建設新理念。文章以中南大學電子信息大類專業為例，開展了以理工融合為特色的新工科專業建設與探索。在提出理工融合培養新理念的基礎上，建立了電子信息類課程新體系，探索了創新人才培養的新模式，專業建設取得初步成效，形成了“導師引導、興趣導向、項目驅動、個性發展”的人才培養特色。

關鍵詞：新工科;電子信息類;理工融合;大類專業培養

中圖分類號：G642? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）22-0046-04

應用理科與傳統工科在信息化和智能化的時代交融碰撞，孕育出了一批新興工程學科[1]。我校電子信息科學與技術、光電信息科學與工程專業，就是對應用理科進行延伸，為加強IT支柱產業和戰略新興產業人才培養而設置的新興工科專業，在2018招生改革中，組成了電子信息類專業課程體系。電子信息大類專業將對接“中國制造2025”“一帶一路”等國家戰略，以引領未來新技術和新產業人才培養為發展目標，推動應用理科向工科延伸，推動學科交叉融合和跨界整合，培育新的工科領域，大力發展電子信息學科，促進科學教育、工程教育、人文教育的有機融合，培養科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高的專門人才[2][3]。本文在新工科專業建設背景下，創新理工融合培養理念，研究了電子信息大類新工科專業建設，包括培養模式、課程體系和創新創業教育等，取得了初步成效。

一、樹立“理工融合”大類培養教育新理念

電子信息類人才培養中的“理工融合”培養教育理念是指在大類培養的各個環節，高度重視創新意識和創新能力的培養，注重發揮理科與工科的各自優勢，相互借鑒、相互融合，從而培養具有如下特征的“理工融合”型創新人才，即具有扎實的理論基礎、較強的實踐能力、強勁的發展后勁、寬廣的知識面、很強的創新能力、寬廣的就業領域等。希望通過理工融合培養，使電子信息類本科生的創新創業能力得到顯著提高，進而提高本大類專業學生的競爭力和培養質量[4][5]。

理工融合本科生創新能力培養新理念的主要內容結構如圖1所示，包括生源融合、基礎融合、指導融合和訓練融合。生源融合就是實行大類招生，設置統一的招生考試課程，對高招改革試點省份選考科目設置為物理學;基礎融合就是在大類培養方案中，加強數理基礎、電類課程基礎等課程設置;指導融合就是實行本科生導師制，從大一開始為每位本科生選配指導教師，指導學生開展自主學習、創新創業訓練、科學研究等;訓練融合則是在學生的創新創業教育中，多措并舉，包括開設創新創業課程、增加創新訓練環節、鼓勵參加學科競賽和科研項目等，提高學生的創新創業意識和能力。

二、建立具有理工融合特色的大類課程新體系

從2018年起，中南大學開始實行大類專業招生和培養改革，電子信息科學與技術、光電信息科學與工程兩個本科專業組成電子信息類，其學科背景為物理學、電子科學與技術、信息與通信工程和光學工程。電子信息類的培養理念與特色是“加強基礎、理工融合”，即加強數學、物理、電路等學科基礎，同時加強工程實踐訓練和創新創業能力培養。

為此，學校在2016版培養方案的基礎上進行了調整，構建了大類培養課程新體系。主要體現在以下幾方面：①加強數理基礎，大一高等數學、大學物理均開設理工科最高要求模塊，后續開設《概率論與數理統計》《數學物理方法》等課程;②調整創新創業基礎課程設置，把電路理論、模擬電子技術、數字電子技術前移至第2、3學期，為學生參加學科競賽和創新訓練奠定知識基礎;③按專業方向，建設系列課程。電子信息科學與技術有三個專業方向，包括電子電路與系統方向、通信與信息處理、微電子與集成電路方向;光電信息科學與工程則以光電信息處理為重點方向。每個方向都設置了課程群，涵蓋核心課程和前沿課程，突出個性化特色培養;④加強創新創業教育和工程實踐能力培養。在培養方案中，開設創新創業導論、單片機原理與接口技術創新創業課程，設置創新創業實踐學分要求，包括創新創業項目、科研訓練、學科競賽和創新創業比賽、創新創業實踐調研、創新創業國際研習、論文成果、專利和著作權、自主創業等共2學分。由此可見，電子信息類課程體系將助力培養數理基礎扎實、人文素養深厚、工程實踐和創新創業能力強的電子信息領域的高級專門人才。

三、建立基于理工融合的創新人才培養新模式

1.教學團隊建設

（1）建設全過程育人學生培養團隊

依托 “物理、電子湖南省雙一流建設學科”“超微結構與超快過程湖南省重點實驗室”等平臺，建設了大類專業學生培養團隊，包括專業課程教學、科研訓練指導和創新創業教育三個培養團隊，每個團隊由一名責任教授和若干名骨干教師組成，每個團隊相對獨立、相互協調共同制定與實施課程教學內容、課堂教學、實踐教學的改革等。

專業建設團隊的主要任務是梳理課程教學體系、整合與優化教學內容、探索精品示范課堂教學改革以及實踐教學改革內容;科研訓練指導團隊的主要任務是加強教師科研隊伍建設，制定培養學生開展科學研究活動的途徑、方法，為學生進入實驗室開展科技創新創造條件。創新創業教育團隊的主要任務是探索創新創業教育的組織和實施，建設創新創業硬件和軟件平臺，為創新創業人才培養提供條件和指導。

（2）提高整體師資水平

堅持把師資隊伍建設作為電子信息類專業建設的首要任務，建成由35人組成的高水平師資隊伍。主要采取以下措施：①加大對青年教師的培養力度，提高青年教師的業務水平，有計劃地選派骨干教師出國進修、訪問。近幾年，先后有五名青年教師出國交流訪學1年。②加大人才引進和培養力度，引進包括國家“四青人才”在內的高層次人才，充實教學、科研第一線。③在相關國內知名企業和科研單位聘任一批業務能力強、工程經驗豐富的技術人員擔任創新創業導師，加強學生的工程實踐能力培養。

2.課程內容優化與教學資源建設

（1）課程內容優化

面向“互聯網+”、工業制造4.0、多學科交叉融合發展趨勢，電子信息類專業培養具有扎實的數理基礎知識、寬廣的工程學科視野、適合高科技創新和高新技術產業需求的創新型專業人才。針對這一目標，對課程體系進行調整、優化，完善電子信息類課程體系。

①開展系列課程建設。根據大類專業培養和大類分流后的專業培養，開展系列課程建設，例如為了加強基礎開設了以下課程：數理基礎系列課程，包括高等數學、線性代數、大學物理、數學物理方法等;電路與系統系列課程，包括電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子線路、電子電路CAD;信號處理系列課程，包括信號與系統、數字信號處理、通信原理、通信系統等;場波系列課程，包括電磁場與電磁波、微波原理與技術、射頻電子技術等;微電子系列課程，包括光電子學基礎、微納光電子學、半導體器件與工藝、光電檢測技術等。②開展開放式精品示范課堂建設。更新和調整了課程教學內容，改革教學方法，充實教學資源，及時反映電子信息類學科發展的新思想、新概念、新成果，使學生具有前瞻性的科學視野。③加強教材編撰和優選工作。完成編寫《單片機原理與接口技術》《量子力學》教材;預計今后五年內再出版3—4部反映新興學科教學體系的特色教材，加強教材選用管理。同時，優先選用 “面向21世紀課程教材”、規劃教材和教學指導委員會推薦的教材。此外，引入部分國外出版的經典優秀教材。

（2）教學資源建設

充分利用現代信息技術，進一步建設好電子信息類專業網絡教學平臺，使學生通過網絡了解教學計劃、教學大綱，選擇選修課程和實驗課程;更新專業學科的電子教案、試題庫、習題庫;真正做到教師可通過網絡向學生發布學習任務，在網上進行輔導和作業批閱。利用網絡平臺建立與大型開放式網絡課程（MOOC）、微課堂和精品示范課堂的引導鏈接工作，以擴大學生的視野和增加對電子信息前沿領域的了解。

3.創新創業教育平臺建設

建立健全創新創業平臺的管理制度和機構，探索平臺運行模式和長效機制，培養適應社會需求的新工程教育實踐教學平臺，主要工作如下：

（1）建設學科競賽基地

學科競賽是學生開展創新訓練的重要手段，是創新創業教育的重要內容。基地依據功能不同，分為競賽部、培訓部、論壇部和創業實踐部。組織學生積極參加全國大學生電子設計競賽、全國大學生電子設計競賽嵌入式系統專題邀請賽、湖南省大學生電子設計競賽、全國大學生物聯網設計競賽、全國大學生物理實驗競賽、湖南省大學生物理競賽等。學院設置學科競賽專用場地，基地管理采取以學生為主、教師為輔的運行模式。

（2）建設創客空間和創新創業工作室

依托國家級教學科研平臺，在學校支持下，先后建設了物理科技與虛擬仿真、生物電子、印刷電子等三個創客空間，為廣大學生參與創新創業活動提供了平臺;在物理樓建設了創新創業工作室，工作室配置多套嵌入式創新工具;將物理樓227建設為校企聯合創新創業實驗室，購置示波器、信號源、直流電源、電壓表等測試儀器和恒溫烙鐵、電吹風、鑷子、斜口鉗等制作工具;與美國Xilinx、TI和Tektronix公司合作共建實驗室，學生根據校企聯合制定的教學計劃開展創新實踐和創業訓練。

（3）建設創新創業課程群

建立創新創業課程模塊，課程包括單片機原理與接口技術、EDA技術、電子工藝學、綜合課程設計等，單片機原理與接口技術已獲學校創新創業課程建設立項，課程教材即將出版。另外，還組織力量編寫了學科競賽培訓教材，完善了學生創新創業知識體系，為學生的創新創業訓練提供指導。

（4）建設實踐教學新平臺

加強實驗室條件建設，實習實訓基地和實踐教學資源開放共享，全面提升了實踐教學質量。①全面開放實驗室。進一步堅持和完善實驗室的“全方位”開放制度，實行“時間、空間、資源”開放，營造學生創新訓練和研究探索性的實驗教學環境。② 建設一流實踐教學平臺。建設了電子信息類專業的見習與生產實踐教學、校外創新教育實踐基地和自由探索研究的創新實踐三大創新實踐教學平臺。③建設一流實習基地。與向華電子科技有限公司、大族激光、長沙航特電子科技有限公司、武漢光馳教育科技股份有限公司等建立“校企合作人才培養基地”。

四、電子信息類專業新工科建設成效

經過近幾年的探索和建設，電子信息類新工科專業建設取得初步成效，電子信息科學與技術專業成功入選首批國家一流專業建設點名單，將創新創業教育貫穿到人才培養全過程，形成了“導師引導、興趣導向、項目驅動、個性發展”的理工融合特色，培養了數理基礎深厚、電子信息實踐能力突出的創新型專業人才。

1.導師引導

實行本科生導師制，努力打造了一支由35人組成的電子信息科學與技術專業師資隊伍，其中博士學位教師占83%，海外經歷教師占66%，高級職稱占75%，為導師制的落地夯實了基礎。新生入學后，通過學生—導師互選系統雙向選擇，確定自己的專業導師，跟隨大學學習的全過程，實現教師對學生在思想引導、專業輔導、創新指導、心理疏導等方面的全方位、系統化、個性化的教育引導和指導幫扶，注重培養學生的思考能力和學習能力培養，特別注重學生思想道德水平的提升，為國家培養具有擔當精神的中南電子人才。

2.興趣導向

興趣是學生學習最好的動力來源，在導師制牽引下，注重兩個舉措的落地，培養學生的學習興趣。其一是引導學生繼續深造，引導他們到更高的平臺發展，我校多屆畢業生考研和出國深造率均超過40%。有了更高的目標，學生的精神面貌會發生很大的變化，學習積極性明顯提高，也變得更自信。其二是全面開放實驗室，允許本科生把弱電實驗帶回宿舍，成為本科生培養的一個特色。把培養學生興趣貫穿于大學學習的整個過程，明顯提高了學生實踐能力和創新創業能力。每當各級各類競賽場上、創新創業匯報會上，活躍的學生們拿出炫酷的作品（見圖2）時，就是這些潤物細無聲的創新創業教育最好的佐證。

3.項目驅動

以項目為載體，開展創新活動;積極參加學科競賽，以賽促學，推進創新創業人才培養，學生的創新意識和創新能力全面提升，達到創新創業和競賽覆蓋率100%，學生創新創業實踐活動比例達90%以上，學生參加國家級創新課題占總人數的30%，學科競賽年均獲獎率達學生人數的37%，培養出一批創新能力強的畢業生。

4.個性發展

遵循學生個性發展規律，依照導師科研方向搭建創新創業實訓平臺，營造學生個性化成長環境，引導學生投身創新創業，發揮學生創造力。為此，重點建設創客空間，在創客空間實驗室，學生可自由組合研究團隊，盡情發揮自己的創造力，學生參與教師科研的積極性明顯提高，開發了具有應用前景的創新研究產品，如生物芯片制備儀器系統及穿戴式傳感器等（見圖3）。

五、結論

為了適應新時代對工程人才的需求，各高校對工程教育進行了一系列的探索和改革。我校針對電子信息類專業，開展了新型工程教育的建設與探索，建設了一支結構合理、師德高尚、業務能力強的高水平師資隊伍，構建了電子信息類課程新體系，建立了創新人才培養的新模式，形成了理工融合的專業特色，專業建設取得初步成效，為國家輸送了一批優秀人才。今后，電子信息科學與技術專業將會繼續加強國家一流本科專業建設，圍繞立德樹人的根本任務，以學生為中心，優化理工融合專業人才培養體系，創建全國電子信息類專業的中南創新培養模式，為國家培養具有擔當精神和中南特色的高端電子信息人才。

參考文獻：

[1]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2]徐雷，胡波，馮輝，等.關于綜合性高校開展新型工程教育的思考[J].高等工程教育研究，2017（2）：6-12

[3]陳慧，陳敏.關于綜合性大學培養新工科人才的思考與探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19-23+47.

[4]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（4）：1-4+15.

[5]李華，胡娜，游振聲.新工科：形態、內涵與方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19+57.

（編輯：李曉萍）