新工科背景下人才創新能力培養探索

尹鈺 李施 王鵬飛

摘? 要：在新工科背景下，光電信息科學與工程專業人才的創新能力培養應當引起重視。在光電信息科學與工程人才培養的過程中，高校存在課程設置不合理、實踐教學體系不完善及新老教學模式不緊密等問題。針對上述人才創新能力培養過程中所出現的問題，該文提出相應的解決方法，包括重新構建課程體系、改善實踐教學體系及改革教學方法，從而在新工科背景下增強光電信息科學與工程專業人才創新能力的培養。

關鍵詞：新工科；光電信息科學與技術；創新能力；人才培養；教學模式

中圖分類號：C961? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）05-0149-04

Abstract： Under the background of new engineering， the cultivation of innovation ability of optoelectronic information science and engineering professionals should be paid attention to. However， in the process of cultivating optoelectronic information science and engineering talents， colleges and universities have problems such as unreasonable curriculum setting， imperfect practical teaching system， and inconsistent new and old teaching models. In response to the above-mentioned problems in the cultivation of talent innovation ability， this paper proposes corresponding solutions， including rebuilding the curriculum system， improving the practical teaching system， and reforming teaching methods， so as to enhance the cultivation of innovation ability of optoelectronic information science and engineering professionals under the background of new engineering.

Keywords： new engineering; optoelectronic information science and engineering; innovation ability; talent cultivation; teaching model

新中國成立70余年以來，我國高等工程教育的發展和改革取得了巨大的進步。總的來說，我國高等工程教育改革與發展歷程可以劃分為五大階段，分別為起步探索期、快速發展期、調整優化期、創新發展期及新工科建設期[1]。我國高等工程教育探索過程如圖1所示。

起步探索期主要是指1949年至1976年之間，在這一階段，我國工科類高等院校及專業建設開始探索并逐步得到了高度重視。在我國實施的重工業優先發展的要求下，此階段前期我國工科類院校、工科學生數及工科專業數不斷攀升，注重培養工業建設人才和師資、發展專門學院和專科學校。此后，隨著《教育部直屬高等學校暫行工作條例（草案）》的發布，高等工程教育的發展速度逐步放緩。

快速發展期主要是指1977年至1986年之間，在這一階段，我國工科類院校及工科學生數持續上升，尤其是研究生教育的發展十分迅速。而工科專業數相較于起步探索期進行了一定的調整，從開始的人才培養目標不明確，不注重經濟和社會發展需求逐步開始進行科學化區分，完成了工科專業的科學化建設。

調整優化期主要是指1987年至2005年之間，在這一階段，我國工科類院校以及工科學生數的增幅較大，工科專業數量進行了逐步優化，呈現出先上升后下降的趨勢，逐漸趨向合理。同時通過建設教學基地、強化精品課程建設、建設教育教學改革項目等方式，逐步提升高等工程教育的質量。

創新發展期主要是指2006年至2016年之間，在這一階段，隨著CDIO（Conceive， Design， Implement and Operate）工程教育以及“卓越工程師教育培養計劃”的開展，高等工程教育的發展更加快速，我國工程教育專業認證逐步走向正軌。同時，通過普及高等工程職業教育、開展高層次專業學位教育等方式，來調整并優化高等工程教育的層次結構，適應產業升級和結構優化。

新工科建設期主要指2017年至今，在這一階段內，針對目前全世界科技迅猛發展的現狀以及我國對創新力提升的需求，面向國家提出的創新驅動發展、“互聯網+”“中國制造2025”等重大發展戰略，自2017年2月以來，教育部組織相關專家，針對我國工程教育中存在的脫節、壁壘、融合不足等問題，提出了“新工科”建設思路[2]，以便能夠引領高校加快工程教育機制體制創新，推進未來科技創新人才培養，最終助力我國高等教育強國建設[3]。在此基礎上，教育部積極推進新工科建設工作，先后形成了包括“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等一系列指南，努力探索符合國內實際需求的中國工程教育模式。而新工科作為一種新的具有跨界特征的工程學科概念，呈現出了引領性、交融性、創新型、跨界性和發展性等特征。新工科建設要求我國高等教育要更加注重新工科相關的學科建設、專業建設及“卓越工程高層次人才培養”計劃，聚焦于國家和社會經濟發展、產業升級以及各行業發展要求等。因此，在新工科的建設思路中，高等教育開始逐漸加重相關學科的應用性、交叉性和綜合性培養，以學生能力為中心、以產業需求為目標、以創新成果為導向，最終培養出符合國家和社會需求的新工科畢業生[4-5]。

光電信息科學與工程專業以理工融合為特色，依托于電子科學與技術、計算機科學與技術以及信息與通信工程三大專業，主要培養學生掌握光電領域和信息科學領域的相關知識，為在光電信息處理、光電子學、電子信息技術、通信技術等領域工作奠定基礎[6]。作為新工科建設的重點學科之一，光電信息科學與工程專業應根據新工科建設的需求，對本專業進行升級改造，最后，實現以更新穎的理念、更完善的模式、更優異的教育質量，培養出既面向當前社會需求，又考慮未來社會發展的創新人才[1，7]。

一? 新工科建設在光電信息科學與工程專業人才創新能力培養中的意義

在新工科建設背景下，“新工科專業”的概念也應運而生。“新工科專業”主要指針對現階段發展中的諸多新興產業，主要以互聯網和工業智能為核心，包含了大數據、人工智能、區塊鏈、智能科學與技術、光電信息科學與工程等相關專業[8]。光電信息科學與工程專業作為電子信息類專業的分支，是光電子學和信息科學與技術的交叉學科，涉及了光學、電子學、信息材料、計算機等諸多學科領域。而隨著光電信息技術在通信、傳感檢測、儀器儀表工業制造、空間探測、國防科技、生命科學、新型農業等領域的應用不斷增多，不同專業之間的學科交叉將變得更廣泛，交叉的趨勢將變得更明顯[9]。

高等教育是指學生在進入社會前的一種專業性質的學習，其主要是對大學生進行相關專業知識的授課，在此基礎上培養大學生的專業素養以及提升全面素質[10]。在當前新工科背景的需求下，高校的人才培養重心將從傳統的知識教學模式轉變為實踐和創新能力培養模式，力求培養出具有新工科應用創新能力的人才，以適應當前社會逐漸信息化、智能化的發展需求。而作為新工科建設的重點學科之一，光電信息科學與工程專業的人才培養應面向新工科的應用需求，不僅要關注對學生專業知識的教學，更應該注重培養學生對所學知識的應用探索、開拓學生的創新思維。因此，在新工科背景下，光電信息科學與工程專業人才的創新能力培養正是關鍵問題之一。

二? 光電信息科學與工程專業人才創新能力培養過程中存在的問題

由于光電信息科學與工程專業與其他專業有更多交叉融合的可能性，因此，創新能力的培養在新工科人才培養中占據非常重要的位置。然而在現階段，傳統的高校光電信息科學與工程專業人才培養模式大多以校內封閉教育為主，主要通過教師直接傳授課本知識為主，較少與社會尤其是企業進行交流，校企交流較為匱乏，對所學知識的實踐不夠重視。同時，在課程設置方面，缺少對專業知識的整體規劃，忽視學科之間的交叉融合。因而在傳統模式下，高等院校所培養的光電信息科學與技術專業學生的動手實踐能力以及創新能力之間的交叉融合，不能充分滿足現階段新工科建設的要求。具體來說，在光電信息科學與工程專業學生的創新能力的培養過程中，主要存在以下幾項問題。

（一）? 課程設置不合理

目前，在光電信息科學與工程專業人才的培養過程中，基礎課程和專業課程兩方面相輔相成構成整個人才培養體系。作為一門學科中最具有普適性、概括性的科目，基礎課程能夠鍛煉學生的邏輯思維，延伸學生思考問題的角度，為學生學習本專業課程打下堅實的基礎。基礎課程與專業課程的合理設置有助于優化提升學生的知識結構體系，發散學生思維，開闊學生視野，在此基礎上有助于學生創新能力的提升。然而，現階段針對學生的課程設置缺乏整體規劃，專業課程和基礎課程的關聯性不合理，專業課程的數量和學時設置與專業要求不匹配，無法達到學科間交叉融合授課的效果。同時，在規劃專業課程時容易忽略了課程本身存在的特點，從而造成課程內容的重復教學，不僅浪費了教學資源，也無法高效率地促進學生對本專業知識的掌握。這種不合理的課程設置限制了學生個性化的發展，遏制了學生進行積極思考，不利于鍛煉學生的探索能力，對學生創新能力的培養較為局限。

（二）? 實踐教學體系不完善

實踐教學是學生培養過程中非常重要的一環，在實現“理論聯系實際”的過程中起到了一定的促進作用，而對光電信息科學與工程專業來說，因其理工融合的專業特色，專業本身具有較強的實踐性，較強的實踐性也決定了在培養人才創新能力的過程中要重視實踐教學的影響。實踐教學主要分為實驗、課程設計和實習三部分，然而，目前很多的實踐教學內容過于陳舊。實驗部分大多設置為與理論課配套，僅針對理論課所講解的部分內容進行驗證，實驗設備也多采用實驗箱或實驗臺，實驗內容固定，實驗操作也僅是按照實驗手冊或課程講解的內容按部就班操作即可，缺少能夠讓學生進行自主設計的內容，不利于創新能力的培養。而課程設計和實習環節通過學生自主設計并實施的過程能夠一定程度上鍛煉學生的實踐能力，但受限于這兩個環節所設置的學時和光電信息科學與工程專業相對固定的題目，其對學生創新能力的鍛煉還不夠。同時，很多實踐教學的內容在設置時沒有充分考慮整個專業人才培養的系統性，導致不同實踐教學環節之間缺少關聯性。學生對每個實踐教學的內容能夠掌握，但是無法將不同的實踐教學進行系統性融合。

（三）? 新老教學模式結合不緊密

盡管新興的教學模式如慕課、微課、翻轉課堂等逐漸興起，然而目前高校教學主要還是采用傳統的“單向灌輸”“填鴨式”等傳統教學模式。目前大多數高校教學是以班級為單位，以“老師講，學生聽”的形式進行教學，這種“單項灌輸”的教學方式使老師和學生之間缺少互動和交流，導致課堂效率低，學生理解不夠深刻，學生在課后仍需要大量時間進行自學，反而對很多知識一知半解。而新興的教學模式，以慕課為例，是通過學生觀看事先準備好的教學視頻來獲得所學知識的一種教學模式，在此基礎上可以結合課堂討論、練習、測驗等環節加強對所學知識的理解，但此種模式不太適合專業課特別是實踐性強的課程，老師和學生互動性略顯不足，任課教師也難以了解學生真實的學習狀態。為了解決上述問題，諸多高校開始將新興的教學模式與傳統教學模式相結合，然而，由于目前在線教育平臺支持不足、資源匱乏、相應功能不完善、教師運用不熟練等諸多問題，新興與傳統教學模式之間的結合依舊不夠緊密，較難在學生自主學習的過程中培養其創新能力。

三? 新工科背景下光電信息科學與工程專業人才創新能力培養舉措

為主動服務國家經濟轉型升級和社會發展，加快推進新工科建設，助力新工科高質量發展，為提高我國工程領域關鍵技術核心能力、自主創新能力作出積極貢獻，需要進一步加強對學生創新能力的培養。

（一）? 構建課程體系：調整專業課程和基礎課程體系

為了改善學生創新能力的培養，課程體系構建不僅僅要注重專業課程體系，更要兼顧基礎課程體系。對于專業課程體系，一方面，堅實的專業基礎是創新能力培養的保證，在創建科學課程體系的同時，要加強專業課的教學，實現理論與實踐的有機結合，實現對學生專業知識水平的提高，使學生在“能學”的基礎上實現“能用”。例如，針對光纖理論與技術、激光原理等理論性較強的課程，可以在設計教學大綱的過程中增加相應理論學時的占比，有助于加強學生的理論知識基礎。同時，為了鍛煉學生實踐創新的能力，在課程體系構建時可以增加一些相關課程，如光電信息綜合實驗、光纖技術實驗、光電系統設計等，使學生不僅能通過實驗過程掌握了一些基本的實驗操作，還可以了解本專業相關領域的科學前沿動態，為以后的工作和學習奠定良好堅實的基礎。對于基礎課程體系，要根據專業特性調整不同學科基礎課程的占比。針對光電信息科學與工程專業，其較強的應用性和實踐性決定了數學類和物理類的基礎課程對人才創新能力的培養起到了更強的作用，因而，可以適當增加數學類和物理類基礎課程的學時。另一方面，為了改善學生的知識結構，擴大學生的知識面，可以增加一部分相關專業的基礎課程，如計算機學科以及電子信息類學科。通過設置其他專業基礎課程的授課，能夠提高學生的邏輯思維能力，使學生學會從不同學科的角度思考本專業知識，鍛煉學生的發散思維，并且通過不同專業知識的結合，讓學生對所學知識融會貫通。

（二）? 改善實踐教學體系：重視實踐教學的創新和系統化

針對實踐教學的內容，尤其是實驗部分，要注重內容的創新，減少驗證性實驗，重視綜合類實驗、設計類實驗的比重，加強實驗的自主設計性。在向學生講解實驗時，著重講解實驗方法和方案設計，鼓勵學生對實驗進行重新設計與改進，甚至可以在實驗內容中加入學生自己設計的內容。在課程設計、實習環節中，可以加大學生的自主選擇性，鼓勵學生自我探索課題并獨立或教師輔助完成。而對實踐教學體系構建，可以建立多層結構的實踐教學體系。如針對光電信息科學與工程專業，可以將其分為基礎能力培養、綜合應用能力培養及實踐創新能力培養三層結構。基礎能力培養主要是通過實際教學，包括基礎課程和專業課程來加強學生對本專業相關知識的掌握，為后續其他能力的培養和擴展奠定扎實的基礎。綜合應用能力培養主要是通過參加各類相關光電競賽、專業課程設計以及實習等實踐環節，使學生將學習過的理論知識和實踐環節有機地結合在一起，以達到培養學生利用所學知識來解決復雜問題的能力。實踐創新能力培養主要是對學生創新能力進行養成和提升，通過鼓勵學生參加專業相關項目、創新競賽等，從而促進學生主動學習能力、工程思維能力、工程實踐能力和主動創新能力的提升[11]。

（三）? 改革教學方法：融合多種教學模式

由于傳統教學模式和新興教學模式各有優劣，因此，傳統教學模式和新興教學模式相結合成為目前高校教育改革的發展趨勢，可以起到揚長避短的教學效果。將傳統教學模式和新興教學模式相結合可以大大加強學生和教師之間以及學生相互之間的交流探討，使學生可以真正地進入深層次學習中，學習成果更容易積累，更容易培養學生的創新能力。針對光電科學與工程專業學生，可以采用以慕課平臺為基礎，以傳統線下授課為主，雨課堂等互動性強的教育形式加以輔助的教學模式。在預習階段，學生在進行傳統預習的同時，結合慕課的講解，能預先了解所學知識，并通過雨課堂等平臺對教師提出問題。而教師可根據學生所提出的問題了解學生預習情況并有針對性地調整課堂內容，提高傳統教學的教學效率。課后，學生可以通過反復觀看慕課、雨課堂中的授課內容進行復習及答疑解惑，從交流中獲取新知識和鞏固已學知識。在傳統教學模式中可以通過分享優秀的教學資源和教學形式引入新興教學模式，使學生能夠獲得新知識的同時還能與其他同學共同學習和討論，提高學習效率。而傳統教學模式可以彌補學生設備不完善和網絡交流障礙的缺陷，更重要的是能彌補新興教學模式中對學生督促不利和考核不便等弊端。因此，將二者有效地結合，可以使教學效率最大化，從而為學生創新能力的培養奠定良好的理論基礎。

四? 結束語

光電信息科學與工程專業作為新工科建設中的重點專業之一，其專業人才的能力培養問題是目前各高校教學改革的研究熱點。本文針對光電信息科學與工程專業人才創新能力培養中的問題，包括課程設置不合理、實踐教學體系不完善、新老教學模式結合不緊密等，提出了相應的解決方法。在專業課程中增加理論部分的學時以及實踐創新類的課程，在基礎課程中增加相關專業課程的占有量，重新構建專業課程體系，為學生創新能力的培養奠定良好的基礎。在實踐教學中加強創新性、自主設計性的內容，建立多層結構的實踐教學體系，促進學生創新能力的培養。在教學中將傳統教學模式和新興教學模式結合，提高教學效率，培養學生的創新能力。在今后的實踐教學和教學改革中，還應繼續探索更有效的培養學生創新能力的方法和策略，并不斷總結經驗，為新工科創新人才建設提供良好的借鑒。

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