新工科背景下电类“专业认知实训”课程改革

付 奎，徐 咏，韦吉爵

（河池学院 人工智能与制造学院，广西 宜州 546300）

0 引言

从18世纪60年代开始的第一次工业革命（科技革命）至今，科技创新能力一直发挥着不可忽视的作用，并随着时代的发展逐渐成为核心竞争力。来自英国的生化学家李约瑟提出了著名的难题：“为何近代科学没有产生在中国，而是在十七世纪的西方，特别是文艺复兴之后的欧洲？”。此外，我国科学泰斗钱学森也曾提出：“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”。这两个问题都是对中国科技创新提出挑战，同样也是对中国科学技术的关怀。为主动应对新一轮科技变革与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，“新工科”概念在2017年2月正式提出[1]。此外，形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等多个指导性意见[2，3]。

近年来，中国电类相关产业正处理快速成长期，需要大量具备实践动手能力与创新能力的专业人才[4，5]。国家经贸委经济信息中心组织的一项调查表明（638家企业），在生产类型企业、服务类企业和其他类型企业人才需求上，电类相关专业人才招聘都处于前3位。“新工科”建设中“复旦共识”明确提出地方高校要对区域经济发展和产业转型发挥支撑作用。河池学院作为一所地方本科高校，其电类专业以培养具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才为主。电类“专业认知实训”作为大一新生的认知实训课程，能够使得学生较早接受工程意识培养，建立学习兴趣，明确专业目标。通过项目载体将不同学科知识交叉融合，培养学生思维方法，学会提出问题、分析问题并解决。有利于培养具有工匠精神、丰富实践能力、扎实理论基础以及创新能力的应用型人才，有利于推动我校“新工科”专业的建设。

1 传统认知实训中存在的问题

由于中小学阶段的教育和大学教育在知识结构与学习方法上存在差别，地方高校在探索“新工科”项目建设及应用型人才培养方面还存在以下几方面困难。

1.1 学生专业认知模糊

我校2020年一项对新生专业的调查报告显示，38.10%的学生在高考志愿填报时完全不了解报考专业、30.95%的学生不清楚报考专业的就业前景、16.67%的学生明确要报考公务员或自主创业，其他学校也存在的同样的问题[6]。专业认知上的不足对学生的学习目标、学习态度、学习方法和职业规划产生直接影响。专业认知课程建设的好坏，关系到学生未来的学习。

工科学生需要大量的实践操作将所学知识进行梳理和整合，套用其他学科进行纯粹的视频学习、实验室参观和简单仪器熟悉等，很难建立有效的专业认知。新生入学后还需进行军事训练、校规校纪和安全教学等入学教育。因此，如何在有限时间内，提高新生专业认知程度及专业认同感成为落实我校应用型人才培养的一个重点。

1.2 培养方式的不同

在传统学习中，学生长期受“流水线生产”的影响，即“灌输式”学习。这在一定程度上制约着学生认知思维的转变，导致新生在入学阶段多方面的不适应。对于强调自主学习，要求学生敢于思考和创新、敢于动手实践等本科教育而言，认知思维和能力不足的学生在后续课程学习中容易陷入迷茫、怀疑和失望等消极状态。

1.3 教学方面的不足

专业认知内容形式化，方法单一化，即教师进行相关知识、技能的讲授，缺乏启发性。不同专业的学生认知实训内容重过程轻结果，实训内容的目标不明确，仅仅将其作为新生适应性教育，缺乏对学生整个大学学习及职业生涯规划思考。此外，专业认知课程缺乏针对性与导向性，不同学科区分呈现泛化性，专业认知内容浮于表面，缺乏真正的沉淀。多数工科认知教育仍处于“技工”式教育，即只要求学生学好某些知识点，创新实践上没有明确要求。“新工科”教育为应对科技革命和产业革命，其核心在于科技创新能力。作为地方应用型本科院校，我校大多数工科学生未来将进入工程领域工作。而作为一名工程师，需要具备相当的创新思考能力和实际动手技能。因此，如何做好工科学生专业认知实训，迫切需要一个系统完整、针对专业学科不同、有启发性与趣味性的课程[7]。

2 专业认知实训课程构建

知而后行，在“新工科”不断改革推动下，原有的一些辅助类教学——“专业认知实训”也需要进行改革。专业认知是新生融入专业学习、促进个人发展、明确毕业方向、开展职业规划的基础。针对我校学生在专业认知上的不足，以及教育培养方式上的转变，以OBE教学模式为基础，在专业认知实训的项目内容设计、项目组织形式、项目实施流程等方面对专业认知课程进行改革实践。

2.1 项目内容设计

专业认知实训不同于工程项目实训，需要具有明确的教育目标性、项目内容启发性和项目内容针对性。针对教育目标性，以培养学生学习兴趣与学习方法为主要目标，实训内容难度成“阶梯式”上升，确保不同能力层次同学均能完成主体设计内容。例如：针对教师任务需求，设计一款电子琴，具有不同难度的需求，如图1所示。其次，电子琴的制作也是多学科交叉的项目，制作者也需要懂乐理知识。

图1 不同难度的电子琴需求

针对项目内容启发性，即项目内容涉及的知识点具有一定超前性，学生通过思考提出相应的解决思路，教师进行相关引导。例如：触摸按键电子琴设计中，引导学生思考日常用的智能手机是如何检测手指是否按下。通过形成触摸按键的概念，查找相关资料，设计方案进行验证。针对项目内容针对性，首先根据不同专业的人才培养方案，设计不同的项目实训内容。其次学生可根据不同的喜好，选择偏软件、偏硬件，或者两者均衡的实训题目。

2.2 项目组织形式

项目组织均为团队合作项目，分配导师进行管理与监督。学生在项目进行过程中学习探索、综合运用所学知识。项目组织结构如图2所示。

图2 项目组织结构

通过外在不同需求，思考相应概念模型并设计方案进行验证。在此过程中培养团队合作能力、项目组织管理能力、创新创业能力及其理论联系实践的思维能力与动手能力等。导师在项目过程中注重引导学生培养大国工匠精神、职业精神、责任感和使命感。

2.3 项目实施流程

项目实施流程如图3所示。教师前期对相关专业基础知识进行介绍，交代项目开发流程、评分细则，提出相关的任务需求或学生自拟题目由导师进行把握。学生组队选题并采用“增量模型”进行开发，即学生通过提交多阶段性项目策划书，导师进行评价并给予相关意见。具体来说，首先形成项目需求的概念及策划书，通过初步设计进行试错、探索和思考等。在经过充分设计与验证后，最终实现初步结果。为培养学生精益求精的大国工匠精神，项目初步完整之后学生需要进行反馈，由同学和老师进行优化意见的讨论。学生根据反馈意见完善作品，随后进行下一阶段的需求增量开发。整个实训结果不设上限，时间为一学期，期末进行实训项目总体验收和评分。

为保证学生在不同阶段能够完成相应实训内容，学生需根据指定的项目周期按时进行反馈。整个教学过程教师主要起到引导与管理，充分发挥学生学习的主观能动性，锻炼自主学习能力。通过引导学生探索、实验进而培养各自的兴趣，最终初步定位自己的目标和未来几年的职业、学习规划。

图3 认知实训项目实施流程

3 课程改革效果

“专业认知实训”课程在电子信息工程、电气工程及其自动化和建筑电气与智能化三个专业开展，人数214人。课程通过项目内容设计、项目组织形式和项目实施流程3方面进行改革，实训周期为一年，学生具有充裕的时间完成课程任务。相较于传统“专业认知实训”课程，改革情况如下：

（1）项目内容设计明确化。采用项目策划书形式，学生利用已有资料和网上查阅自主设计。设计的项目策划书包括：项目简介、项目框架、项目软硬件设计及项目预算。改革后的项目内容相比于以前，设计思路、设计内容和设计方案更为规范与详细，能够较好地指导后续项目展开。学生在项目实施过程中得到的收获更具导向性，能够帮助自身尽早确立今后的学习目标与职业规划。

（2）项目组织结构多样化。项目采用团队合作，并由团队组长总负责。项目团队严格划分不同成员的工作量，并明确输出结果及项目里程碑，这在很大程度上打消了以往多数学生浑水摸鱼的想法。此外，项目采用导师制，并在项目过程中注重引导学生素质能力，落实立德树人根本任务。提高了学生不同方面的工程素质，锻炼了学生理念创新和实践创新能力。

（3）项目实施流程增量化。学生按增量模型进行项目开发，在每个增量模型都采用完整的设计到反馈方案，真正落实“新工科”教学理念，培养学生分析问题和解决问题的能力。从项目实施的结果和反馈来看，学生各方面能力整体水平较未改革之前的学生都取得了相应地提高。

（4）存在问题及解决方案。在团队组建过程中，学生自由组队导致了团队呈现出较大的差异化，部分团队之间方案设计存在抄袭。教师需要在入门阶段培养学生各方面能力，合理分配团队成员，确保各个团队后续方案设计和实施具备自主化。项目采用任务分配制，不同学生在任务实施阶段具有惰性。为了激励学生按时间节点高质量完成阶段任务，还需进一步完善小组和个人评分机制，使学生保持高效地学习效率。

4 结语

在新工科背景下，将项目式教学方法应用于新生专业认知实训中。整个“专业认知实训”课程从项目需求出发，学生通过建立相关项目概念，进而进行方案构思、设计、验证反馈等环节，培养学生在“新工科”背景下所需的科技创新能力，真正落实“新工科”教学理念并切合学校应用型技能型人才的培养方案。此外，使学生在实践中深刻了解工程开发流程，全面培养学生知识检索能力、自主学习能力、人际沟通能力、创新能力，将自身培养成具有专业精神、终身学习能力和工程技术自我提升能力的高素质工程师，为后续国家实施制造强国战略助力。