基于互聯網思維的應用型高校新工科實驗教學中心構建機制研究

薛鵬 田海杰

[摘 要] “新工科”建設背景下，運用大數據、強依賴、真跨界及多融合等互聯網新思維，明晰應用型高校實驗教學中心的職責定位與業務方向不失為一種創新研究方法。以此為基礎，重點關注人員結構、激勵驅動機制及與工科類學院邊界劃分等現實問題對策，以期達成基于互聯網思維的立足于工程素質培養的應用型高校實驗教學中心發展愿景。

[關鍵詞] 互聯網思維;新工科;任務驅動

[中圖分類號] G 642 ?[文獻標志碼] A ?[文章編號] 1005-0310（2021）03-0016-05

Abstract： ?Under the background of Emerging Engineering Education （3E）， its an innovative research approach to clarify the responsibility orientation and development of experimental teaching center in application-oriented universities by applying such Internet thinking as big data， intensity-dependence， real cross-border and multi-integration. On this basis， we focus on the personnel structure， incentive driving mechanism and boundary division with engineering colleges， so as to achieve the development vision of the experimental teaching center in application-oriented universities based on Internet thoughts and engineering quality training.

Keywords： Internet thought;Emerging Engineering Education;Task-driven

1 “新工科”時代實驗教學中心之發展背景

當今時代正處于新科技革命與產業變革的大背景與趨勢之下，經濟社會發展對高等教育提出了嚴峻且亟待破解的新需求和高期待。在這其中，“高等教育與產業結構、經濟社會、社會發展的緊密協調”是核心要義之一。高等工程教育與產業發展有著多層次的密切關聯，深化工程教育改革、建設工程教育強國，對服務和支撐我國經濟轉型升級意義重大。在此背景下，教育部于2016年首次提出了“新工科”建設構想，先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等綱領性文件[1]，開啟了“新工科”研究與實踐大幕;隨后教育部于2018年和2020年，相繼發布了《高等學校人工智能創新行動計劃》《未來技術學院建設指南》等，持續推動“新工科”建設再深化。作為地方應用型高校，工程教育更要緊密服務于區域經濟，滿足地方的高質量發展需求。

同時，面向產出導向的教育理念（Outcome-Based Education， OBE）作為國際工程教育改革的主流方向，以“產出導向、學生中心、持續改進”為基本思想，實現“以教為中心”向“以學為中心”的根本轉變。其中“OBE進課堂”既為關鍵又是挑戰，既具有“廣泛性”，需要廣大師生共同參與;又具有“深刻性”，需要從教與學兩方面深刻變革[2]。研究趨勢之一是應用信息技術推動教師、學生之間構成全天候的實驗指導與教學的新場景，進而實現針對全員因材施教的工程素質育人開放課堂。

分析上述背景將有利于了解我們所處的發展方位，探索應用型高校工程教育改革與地方經濟需求相適應且可實施的發展路徑。實驗教學是工程教育非常重要的組成部分，也是工程教育改革的重點和難點所在[3]。當前眾多高校的工科類學院專門分設實驗中心，負責統籌所屬學院的實驗教學環境、教學資源及規劃實驗類課程等，不同學院的實驗中心多年來形成了各自相對獨立的實驗教學生態。部分高校亦創新開展工科綜合性實驗教學中心或工程訓練中心（以下簡稱“中心”）建設，為的是在更大范圍內統籌使用和管理學校的工程教育資源，得到最大程度的共享，提高工程實驗資源的利用率。

高等工程教育具有實踐性和交叉性的本質特征[4]。其中，“實踐性”在于“重應用”，能夠解決實際工程問題;教育部提出的“新工科”建設即是在強調“交叉性”。“新工科”本質上是相對傳統“舊工科”在學科或領域上的交叉或新興學科方向，而中心以應用為載體匯聚學科專業，可以跨越學院建制的藩籬，推動多方形成合力，實現由多條平行線逐步變換為跨學科交叉發展。當然，由于中心賦有統籌性的內涵，會增加其在建設和運行過程中的難度，也會面對某些不確定性，面臨中心與學院之間在全局與部分、專業與交叉等層面的關系。因此，立足校本的中心清晰定位至關重要。

2 基于互聯網思維的實驗教學中心之再定位

互聯網的本質是互聯互通、開放共享，在其高速發展進程中衍生出順應時代變換的互聯網新思維。在“新工科”背景下的中心再定位也同樣蘊含了這樣一些新的思維方式，具有較強的共通性，尤其值得在明晰中心業務定位方面加以運用。

2.1 大數據思維

大數據思維不完全是新生事物，調查研究即是用數據說話。信息網絡技術的發展使得采集、處理足夠大體量的數據成為可能。基于用戶行為大數據的市場營銷已廣泛應用于各大電商平臺，國內外的MOOC應用通過挖掘學員學習過程數據來持續改進服務。鑒于中心是以“實驗”為特質，構建順應“新工科”人才培養的實驗條件是己任，在此需要具備一定的大數據思維意識。

中心的首要定位是提供滿足實驗教學需求的實驗條件與配套的管理運行機制。首先，面向工程素質基礎訓練，為通識基礎課程提供開放與共享的實驗條件。其次，立足多院系的專業培養實際，開展具有多學科交叉的綜合性應用實驗室建設，面向多院系師生一致的能力素養需求。在此，特別需要在“會用”上多下功夫，即推行實驗任務驅動下實驗環境的開放與共享，以此為切入點形成中心的“大數據”。

依托物聯網和人工智能等新興技術，以數據思維構建基于實驗室開放管理與實驗教學過程的智能化、開放型和互動式的實驗支持環境。北京聯合大學已初步構建了以數據驅動的開放實驗教學環境，如圖1所示。

首先，伴隨式采集師生在多維度上的使用行為數據。如學生在開放實驗室的使用時間、地點及時長等偏重于開放過程管理的動態數據;師生從課前、課中、課后乃至第二課堂，以實驗項目為單元偏重于實驗教學過程的動態數據，并形成每一教師個體與對應指導的學生、與開設和使用的實驗項目等之間的動態關聯。其次，實時地開展多維度采集數據的交叉統計與分析，促進實驗室開放使用與實驗教學過程雙方面的透明，及時發現相對隱性的情況甚至規律，輔助決策與持續改進。實踐中，鑒于工程素質基礎訓練的重實踐性特征，客觀上需要增大在教師指導下完成的學生課外實驗學時。而依托上述實驗室開放支持環境，恰可以應用以實驗項目為單元的相關數據，推動中心的工程基礎訓練更便于操作和可持續發展。

2.2 強依賴思維

強依賴思維強調不可或缺，難以替代。其實這一思想在互聯網出現之前就在品牌建設、創業定位等方面有所體現，只是互聯網應用將其明顯放大。家喻戶曉的網絡服務、移動App都有各自獨特的“殺手锏”。中心作為相對年輕的教學類部門，自然地就與其他院系在業務方面存在不少關聯，故劃清與院系的業務邊界是中心健康發展的邏輯起點。以學院各專業對工科類通識教育和學科基礎的實踐能力需求為出發點，中心的實驗教學必然與學院專業錯位發展，與院系之間構成互為支持的關系。

在此，本科工程基礎實驗課程教學是中心的第二位職能。不同于院系，中心是教學規模大、學生覆蓋面廣的公共實驗教學基地，既擁有面向工科類專業的基礎必修課，同時開設服務于非工科專業的工程通識實驗素養類課程等。顯然這一職能由單一的某一學院難以完成。同時，中心有利于突破院系層面，同步推行統一的工程類實踐性教與學標準與質量持續改進，規模化地深化實驗教學環節;又在機制上便于與各學院協調，開展更貼近各專業所需的定制化實驗內容設計，作為相關學院后續專業課程的前置準備。工程類實踐學習的突出特點之一是知識的實時更新，這預示著此類課程需要根據科技發展與專業需要定期地進行動態調整，次年的教學內容與前一學年就有不同程度的區別。實踐中通過凸顯大規模、全覆蓋、基礎性和系統化特質，將強依賴性做到名副其實。

2.3 真跨界思維

跨界思維在專利發明等不少原始創新中是一種常用思維方式，在互聯網行業體現得更為充分，如以工具為載體延伸至多個行業，形成諸多應用型創新。中央提出的“互聯網+”行動計劃亦是一道互聯網與其他行業領域交匯的開放命題，引導多行業在與互聯網交叉中形成新發展動能。在中心定位中，跨界思維強調打破兩重邊界，即對內要突破學科、專業思維，對外要探索與產業界、企業界的交叉協作。同時，對外合作的根本是找到雙方利益共同點，解決各自關心的問題[5]。

就工科類學生而言，實驗技能是培養解決復雜工程問題的基礎性能力，需要學生能夠靈活地、綜合性地、創造性地運用所學，這個培養過程必須落實到第一課堂中，而不能簡單地依托第二課堂[6]。

傳統的分科學習方式對這種能力的培養效果是低效的，突破學科思維是實現科技和教育創新的一個重要途徑[7]。

因此，需要突破實驗教學原有的單一維度，探索帶有跨界性質的工程實驗課題。這類課題可分為3個遞進層次：一是將學院相關專業課程的少量學時劃轉至中心偏于綜合性實驗室開展，側重學生直觀體驗;二是通過聚焦同一科技主題，歸攏幾門支撐該主題的相關課程構成課程群，以若干實驗項目的形式由課程群的相關課程公用，并逐步形成交叉實驗項目庫;三是借鑒以產品研發到產品運行生命周期為載體的CDIO工程教育理念，開發跨不同院系的創新創業系列化“專班”課程。通過跨院系完成專題制作，融入理工結合、工工交叉、工文滲透的思維理念，在學生實踐中加深不同學科之間的延拓性和交融性。跨學科、跨專業的交叉不可或缺產業、企業的持續參與，這既是開發具有交叉性質實驗項目的工程實踐資源的直接來源，又是與產業、行業發展同步的有效做法。引入工程類資質認證課程、聯合開發課程實踐案例、聘請企業一線工程師親臨授課或課外指導等都是潛在的合作項目。實踐中建議從院校實際，挖潛易于開展的合作模式，形成自身特色。

2.4 多融合思維

融合思維關鍵在于同一目標下的有效協同。智能制造可理解為客制化產品目標下產業鏈下游至上游的一種融通與整合，“中國制造2025”蘊含著將人、機器與信息技術之間相互融合之義。信息化的“化”亦是一種融合思維，“業務流程再造”旨在將信息化應用由有形過渡至無形。“新工科”背景下的工程訓練則需要運用融合共通的思想，形成多節點互補的工程實驗教學效果。

基于這種思維，中心以“人”的兩重融合來貫穿以實驗項目為驅動的“新工科”實驗教學進程，工科類實驗教學依靠指導學生課內外實驗項目去完成工程基本實踐能力的培養。首先，中心專任教師與實驗教師之間強化協作，即兩類角色分別向對方適量延伸，促進實驗教學過程與實驗支持環境之間的融合。以實驗項目為紐帶，實驗教師在其開發設計與指導學生上更多實踐，要在有利于開展任務驅動的實驗支持環境與機制上強化研究;專任教師全程同步參與實驗條件建設，在編制實驗項目及指導學生完成課外實驗任務中多下功夫，而不僅僅是實驗教師的職責。其次，中心教師與工科類學院專業教師、企業工程師之間多方協同開發多類別層次的課內與課外實驗項目。通過課程實驗案例、科技競賽題目、廠商培訓資源、行業一線工程實例復盤等多渠道來源，并經多方素材的裁剪與拼接，形成難度不一的共享實驗項目庫，以“人”的協同促動實驗項目的融合。在此，相關學院教師的融入是為了加強中心的基礎課程，服務于學院專業的發展，而企業工程師的融入則是為了使實驗項目貼合行業發展，與專任教師聯合指導學生完成更具高階性、創新性和挑戰度的實驗任務。

3 若干實際問題的對策分析

3.1 人員結構設計

“實驗教學體系設計”是中心的靈魂，通用實驗環境是高素質應用型人才培養的沃土。中心的主營業務即是開放實驗條件的建設與服務，輻射全校甚至校際。因此，實驗教師是基礎的決定性角色。由于實驗環境面向對象覆蓋面廣，要滿足多類別課程實驗需求，加之推行實驗項目驅動的實驗室安全開放，有必要配備充足的實驗教師，以完成中心這個“根本任務”。為搭建工科類學院共用的交叉學科實驗平臺，其不宜隸屬于學院，而是相對獨立形成完整體系的通識教育機構，從分散到聚合，從而可以確保“新工科”實驗教學發揮更大的效率。

以此為基礎，融工程類通識教育和專業基礎教育或稱學科基礎實驗教學為特質的專任教師是中心的另一梯隊，肩負面向全校工科類通識基礎及工科學院互通的專業基礎（學科基礎）課程責任。輻射全校、聚焦工科類學院是專任教師的根本任務，從而形成與學院錯位發展、各自發揮最大優勢的發展格局。

除此之外，以產教開放合作等形式聘用企業業師人員，為實驗項目的開發提供行業素材，為各級科技賽事、創新創業項目充實指導教師力量，甚至與中心教師聯合授課。這亦會反向帶動實驗教師與專業教師自身的專業實踐能力。這類企業業師需要相對穩定，是一種“引企入教”機制，對業師設定較長期的明確職責與考核，非“即用即聘”的臨時行為，而是走向持續系列化的深耕、產教深度融合之路。

3.2 激勵驅動機制

當中心具備良好的實驗條件，并實現了師生靈活自由使用等人性化支持之后，如何調動教師開展常態化的實驗項目開發與指導是現實中的一大難題。這觸及教師的直接利益，產生深遠影響。中心的實踐性不僅體現在所屬實驗課的有限課時，而是通過教師對課程的全程指導、學生的全員參與、教師的全方位監督教學來實現的。將教師投入與課程教學效果捆綁在一起，增大由課內延伸至課外的實驗學時，承認教師的付出和貢獻大小，這與OBE理念提出的“在時間和資源上保障每個學生都有達成學習產出的機會”相吻合，強調覆蓋面廣的規模效應。這同時與中共中央國務院印發的《深化新時代教育評價改革總體方案》精神高度契合，把參與教研活動，編寫教材、案例，指導學生計入工作量，突出教育教學實績。

而現實中，除了課程大綱規定的基礎性實驗外，還有教師指導少數優秀學生參賽的形式，因此，針對教師的激勵驅動機制是要害，而開發實驗任務及指導全員學生完成實驗任務是這一要害的兩端，可以將開發的每一實驗項目，按照學生完成其所需的課時數為基數，同時依托實驗室開放支持環境，將實驗項目、指導教師、學生及實驗用時等關鍵數據項之間形成動態關聯，定時統計每一實驗項目對學生開放實驗總學時的貢獻率，之后按貢獻率的不同等級將實驗項目基數乘以一定系數，形成課外實驗課時，核算計入每學年教師教學工作量。尤其鼓勵教師開展基于所授課程的課外實驗，按課外實驗課時的排名序次給予薪酬獎勵。非教師本人開發的實驗項目（如企業或他人開發）但由其指導學生完成或是相反情形，則采用對核算出的課外實驗課時核減（如減半）等計量方式。由此從操作層面將緩解實驗任務與教師指導缺乏的情況，并有利于課時不足教師的轉型。同樣，教師將課程的課外實驗任務列入相應課程大綱計劃并作為過程性評價，形成對學生的剛性驅動。

綜上，以實驗任務為核心，將課程、實驗項目、指導教師、學生及其隨時性生成的預約開放使用數據多向交匯，使得多維度的實驗教學過程觀測成為可能，力求以客觀數據形成激勵的基本依據，繼而形成師帶徒的規模化機制。

3.3 與工科類學院邊界劃分

中心的核心價值在于做好“實驗”這篇大文章，擺正作為工程素質訓練大基地的定位。實驗條件建設、師生開放使用并形成多任務驅動的實驗教學過程構成了業務邏輯主線，避免出現與工科類學院存有模糊地帶。在此建議將實驗條件能否共享作為邊界劃分的唯一標準。

一方面，工科類學院共需的實驗條件由中心共建、共管、共用，體現在工科類通識基礎實驗教學與配套實驗條件的統籌規劃和實施，不為某一學院所獨享。反之，工科類學院擁有的是專業課程與配套的專業實驗室，亦不宜出現非本學院也可共用的同質化情況。其實，現實中可共用的實驗條件意味著其后的課程是相近相通的，這其中的相同部分可作為專業基礎課性質歸屬于中心。另一方面，具有交叉學科特質的綜合實驗室自然地就跨越多學院，不同教師利用實驗室中不同的局部開展實驗教學，各取所需。這類實驗室設立于中心將更有利于多學院參與協同，除實驗室運維之外尤其在實驗項目開發、使用與管理上發揮中心實驗教學的本色。

鑒于工科類學院的建設與發展是動態變化的，也為了在跨界與融合思維下與工科類學院聯合開展實驗教學，有必要建立相關協同機制，如以中心牽頭的與工科類學院之間的工作組，利用常態渠道商議遇到的不確定性或涉及邊界的重要事項等，使得中心與工科類學院各司其職，提升實驗條件的效率、效益、效果，聯合實現適應行業發展的高素質應用型人才培養。

4 結束語

中心作為高校工科類公共實踐教學基地，“實驗”是中心的生命線。運用大數據、強依賴、真跨界和多融合的互聯網思維，面向產出導向教育理念，持續創建以工程素質高質量培養為目標的實踐教學體系，努力繪就針對學生全員因材施教的實踐育人圖景。同時緊扣“應用”，強化與校內相關學科的聯合，并以開放姿態充分利用行業、企業、兄弟院校等社會資源，挖潛多主體協同育人空間，逐步建成能夠滿足地方應用型人才需求的高水平實驗教學中心。

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（責任編輯 李亞青）