新工科背景下電子專業工程實踐改革與創新

陸曉燕 馮正勇 肖順文

摘 要：隨著人工智能產業新一輪科技革命和產業革命，新工科建設已經成為我國產業升級與發展的必然要求，也是高校工程教育改革的一項新舉措。本文指出了現有工程實踐中存在的一些問題，提出了工程實踐改革的措施，旨在為同類學校的新工科建設提供參考。

關鍵詞：新工科;工程實踐;課程體系

中圖分類號：G642

Abstract：With the new round of scientific and technological revolution and industrial revolution in artificial intelligence industry，the construction of new engineering has become an inevitable requirement for China's industrial upgrading and development，and it is also a new measure for the reform of Engineering Education in Colleges and universities.This paper points out some problems existing in the existing engineering practice，and puts forward the measures of engineering practice reform，in order to provide reference for the construction of new engineering courses in similar schools.

Keywords：new engineering;engineering practice;curriculum system

隨著人工智能、大數據、云計算等前沿科技逐步取得技術性的突破，以智能產業牽引的新一輪科技革命和產業革命如火如荼地進行著。面向未來技術和產業發展的新趨勢和新需求，高等工程教育面臨著新機遇、新挑戰，我國高等工程教育的改革發展已經站在新的歷史起點，但目前來看，我國工程教育還面臨著很多問題，比如工科教育理科化，工程人才綜合實踐能力缺乏，工科教育的核心能力定位不明確，所學知識技能與社會發展和產業需求不完全契合等，人才培養瓶頸對我國未來工業的發展和綜合國力的提升形成了巨大阻礙。可以預見，在未來二十年里，技術與產業變革趨勢下的工程“新業態”，將給我國工程科技人才培養帶來新要求，我國教育部恰逢其時地提出了“新工科”計劃，這是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、人才全面能力培養新要求而提出的我國工程教育改革方向。

“新工科”倡議是我國工程教育對“互聯網+”“中國制造2025”“一帶一路”等國家重大戰略的積極響應，主要解決國家和產業的重大需求與科技的重大需求問題，為下一步的工程教育創新指明了方向，較好地應對了當前我國工程教育環境的變化。在這樣的歷史背景下，地方高校現有傳統的電子信息類工科專業必須建立一套新的工程教育體系，深入推進產學研用合作，通過校企聯合制定培養目標和培養方案、共同建設工程實踐類課，建立實訓實習基地，邀請行業企業的優秀技術人員、管理人員參與到教育教學各個環節中，促進人才培養與產業需求緊密結合。

工程實踐能力的培養是高等工科工程教育的主要內容。它關系到培養學生的動手能力、創新能力和適應能力。在“新工科”的背景下，工程實踐教育應該進一步將“工程”理念深化，通過建立更加多樣化和個性化的工程實踐模式，培養學生創新創業和跨界整合能力。然而，目前除了一些重點的電子類的學校外，其他很多學校學生的工程實踐能力存在明顯不足，特別是一些綜合類和師范類的學校。

1 工程實踐存在的問題

1.1 教師對工程實踐的認識不足

實踐教學與理論教學不同，需要教師具有豐富的工程實踐經驗和動手能力。近年來高校引進的教師往往具有博士學位，擁有豐富的理論知識和很強的研究能力。但是，大多數博士生畢業后直接進入高校，沒有企業實際工作的經歷，缺乏工程實踐經驗和實踐操作能力。一些有科研項目的博士，由于所選的科研課題具有前沿性，對于大多數本科學生而言，需要的知識體系和理論層次不能達到課題的要求，因此也不能鍛煉學生的實踐能力。再者，目前高校教師對于如何提升學生的工程實踐能力的探究所做的工作有些欠缺。

1.2 以實驗為中心的實踐教學模式

很多學校的實踐教學主要是通過實驗來實現的。實驗是教學的重要組成部分，也是培養學生實踐和創新能力等綜合素質的重要環節。實驗教學在高校實踐教學中占據著重要的地位。當前，應用型高校實驗課程中也存在著一些問題。首先，實驗內容缺乏實用性、創新性，無法激發學生的興趣。其次，實驗教學內容主要為所學知識的驗證，其目的主要是對學生學習的知識進行深化和理解。學生按照實驗指導書中所列的操作步驟和實驗內容完成，整個過程中，沒有自主設計和創新的環節，無法培養學生的創新能力。最后，實驗教學是按照課程設置的，而實際的開發項目往往需要多門課程的知識。例如，智能小車設計，需要《電路設計》《單片機開發》等課程的知識。因此，在工程實踐教育中必須加入其他的環節，提升學生的自主設計能力和創新能力。

1.3 教學過程中工程實踐意識薄弱

教學是培養學生知識儲備和實踐能力的重要環節。現有的教學過程中，很多課程主要注重知識的理解，對于知識的應用沒有提到應有的高度。對于工程實踐而言，知識的積累只是基礎，最重要的是如何將所學的知識應用于具體的實踐環境。大多數的教學是按照教材的章節進行，各個知識點獨立講解，最后一兩章內容才提及工程應用，這部分教學時間相對比較少，學生思想中形成的工程意識也比較薄弱。

2 工程實踐的改革措施

2.1 提高教師的工程實踐能力

學校應該制定相應的政策和制度，要求和鼓勵教師主動到“產學研協同創新基地”頂崗工作和掛職鍛煉，參與企業的技術項目，提升教師的工程實踐能力與企業管理能力，在與企業的深入合作中，將新的知識、實踐經驗帶入教學中。另外，在注重教師的工程實踐能力培養的基礎上，有方向性地聘任一些工程實踐經驗豐富的相關企業的工程師作為兼職教師來講授部分課程、指導課程設計，拓寬學生的知識面，豐富其工程實踐經驗。除此以外，聘請的兼職教師除了指導學生實踐教學工作外，還指導專業課程教師的實踐教學，通過“傳、幫、帶”作用，提升專業教師的實踐教學水平，建成一支與新工科教育相適應的規模適度、結構合理、教育教學水平高的雙師型師資隊伍。

2.2 構建新的課程體系

原有的課程體系中，主要由課程、實驗、實習三部分組成。這些傳統的組成模塊，對于工程實踐方面的訓練明顯存在不足。由于各個教學模塊的獨立，使學生無法建立系統集成開發的框架。

為了與新興產業人才需求相對接，實施“專業基礎模塊+新工科模塊+工程實踐模塊”校企協同的立體型課程體系。

從培養學生的電子專業知識和工程技能實踐兩個方面著手，將專業課程分為通識教育層、專業基礎層、實踐發展層三個層次，按照層次梯度又將專業課程分為理論基礎模塊、技術基礎模塊、專業選修模塊、綜合應用模塊，最終形成一個立體型課程體系。在課程體系中設置“新工科模塊”，構建“專業基礎模塊+新工科模塊+工程實踐模塊”傳統工科與新工科對接的課程體系結構。

2.3 多層次、全方位構建工程實踐體系

在原有的工程實踐教育中，主要以實驗教學為核心，這對于提升工程實踐能力是遠遠不夠的，必須建立一個多層次、全方位的工程實踐體系。多層次體現在工程實踐活動可以在大學階段的各個時間段開展，全方位體現在這一工程實踐體系可以覆蓋本專業的所有學生。這一實踐體系主要體現在創建卓越工程師班、參與學科競賽、工程實訓這三個方面。

2.3.1 創建卓越工程師班

卓越工程師班的建立主要是為了解決教學和實驗環節中工程意識的薄弱問題。大一的第二學期開始創建，根據學生的基礎和所學課程的內容，設立工程實踐的目標。大一的工程師班主要為了提高學生對專業的認識，設立的主題為小車印制電路板的設計與制作，需要每位同學獨立完成電路板的設計，電器元件的焊接，完成小車的硬件結構。通過這樣的訓練，使學生明確了形成了工程實踐的需要一定的硬件平臺。大二的工程師班主要完成小車的控制。需要學生獨立完成對小車的行進方向的控制和避障等功能。具體項目實訓中可以通過按鍵、或者上位機的應用程序來實現。在原有的硬件平臺上，進行軟件設計，完成工程實訓的各項要求，形成了一個實際的工程項目。將軟件與硬件相結合，所學知識應用于具體的項目中，使學生逐步明確了工程實踐的意義。

2.3.2 學科競賽

參與學科競賽是提升工程實踐能力的最好途徑。電子類的學科競賽有：全國大學生電子設計大賽、全國大學生Robocon機器人大賽、“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽等。以全國大學生電子設計競賽為例，它是教育部倡導的大學生學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革，有助于培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風;有助于學生工程實踐素質的培養、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力。縱觀這幾年的電子設計大賽的題目，與當前主流技術發展趨勢的關系日益密切，對學生基礎知識和實踐創新技能的培養起到了強化的作用，對于新技術的應用，拓寬了學生的就業范圍。同時，通過學科競賽的訓練，增強了學生的專業意識和實踐創新能力。

2.3.3 工程實訓

電子類本科專業人才的培養中理論知識的比重明顯高于實踐能力，這就造成了學生工程實踐能力的缺乏。由此，需要增強校企合作力度，加強學生工程實踐能力的實訓。

智能家居作為目前熱門、成熟的物聯網項目可以應用于工程實訓中。智能家居主要通過物聯網技術將家中的各種設備連接到一起，提供家電控制、照明控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。在工程實訓中，主要完成照明控制、安全監控、環境監測等功能。項目的硬件主要有：PC機、主控板、無線傳感器模塊。完成程序設計需要三大主要模塊的支持：系統移植和驅動開發、嵌入式技術與應用、物聯網技術應用。系統移植和驅動開發對學生而言，難度較大，這部分內容在實訓中可以不做要求。嵌入式技術與應用模塊主要在Linux平臺上，通過網絡編程、文件編程等操作完成項目要求的功能。聯網技術應用主要應用于信息采集模塊和主控模塊之間的通信。

在實際的工程實訓中，采用QT軟件作為客戶端、A9開發板作服務器載體，實現服務器與客戶端之間的數據傳輸。攝像頭、傳感器等設備安裝在信息采集模塊上，實現對室內各種環境信息的采集。項目中主要涉及C編程技術、調試技術、網絡編程、QT編程等諸多方面的知識。這些技術可應用于智能電子產品的設計和物聯網產品的設計。通過實訓使學生所學的基礎知識，加以融會貫通，讓學生了解、熟悉、掌握硬件編程、規范編程、開發流程、調試技術等實際開發的經驗和方法，積累一定的嵌入式的開發經驗，為后續的畢業設計和就業打下良好的基礎。

通過上述措施的改進與創新，我院專業雙師型教師占比達48%，學生對教師課堂授課的滿意度提升至97%，教師隊伍的結構和素質得到了提高，初步建成了一支與新工科教育相適應的規模適度、結構合理、富有創新精神、教育教學水平高的師資隊伍。第三方評價機構調查顯示，學校畢業生專業對口率達87%，企業對學生的滿意度達到92%，有效促進了所在學校傳統工科專業與新產業對接，提高了專業建設水平和新工科人才培養質量。

結語

新工科的內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，培養多元化、創新型卓越工程人才。在電子領域，創新能力的培養和提升主要來源于工程實訓能力。通過上述的改革措施，使學生增強了專業學習的興趣和創新能力，提升了工程實踐能力，增加了就業的專業對口率。

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基金項目：四川省教育廳人才質量重點項目（JG2018-691）;校科研創新團隊及英才科研基金項目（CXTD2017-8、17YC055）

作者簡介：陸曉燕（1967— ），女，漢族，四川資陽人，碩士，主要從事嵌入式、物聯網、人工智能實踐教學與研究。