溫泉河，黃文愷，吳羽，伍馮潔

（1.廣州大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣州510006；2.廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，廣州510006）

1 新工科的提出與內(nèi)涵

2015 年李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”、“中國(guó)制造2025”，掀起了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱潮。信息技術(shù)，特別是AI 技術(shù)的快速發(fā)展迅速推動(dòng)著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，我們已經(jīng)步入人工智能與“互聯(lián)網(wǎng)+”的“工業(yè)4.0”時(shí)代。過(guò)去勞動(dòng)密集型的制造業(yè)需要轉(zhuǎn)型升級(jí)，為了服務(wù)科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，培養(yǎng)新時(shí)期創(chuàng)新人才，高等教育需要做出相應(yīng)的改革與創(chuàng)新。

隨著2016 年新工科概念的提出，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”、“北京指南”等指導(dǎo)性文件[1]。有學(xué)者指出，新工科代表的是最新的產(chǎn)業(yè)或行業(yè)發(fā)展方向，指的是正在形成的或?qū)⒁纬傻男碌墓こ虒W(xué)科，在新工科建設(shè)時(shí)要注重一批具有跨行業(yè)界限、跨學(xué)科界限的跨界特征的新學(xué)科[2]。新工科具有“跨學(xué)科”的特點(diǎn)。鐘登華院士指出，新工科的內(nèi)涵是，以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[3]。新工科包含交叉與融合。李華教授等認(rèn)為，簡(jiǎn)而言之，“新工科”是指新的工科形態(tài)，即對(duì)工科注入新的內(nèi)涵以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而產(chǎn)生的工科新形態(tài)，可表述為“工科+”，即工科+新理念、工科+新專業(yè)、工科+新結(jié)構(gòu)、工科+新模式、工科[4]。

新工科是在原有工科、原有專業(yè)的基礎(chǔ)上，注入新的元素以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，適應(yīng)人力資源需求培養(yǎng)新人才?？偨Y(jié)起來(lái)，新工科有“跨學(xué)科”、“共享”、“融合”、“創(chuàng)新”等特點(diǎn)。以新內(nèi)涵、新模式揉合原有工科，是新工科實(shí)施的一個(gè)理念。新興產(chǎn)業(yè)需要的是基礎(chǔ)理論扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具備創(chuàng)新意識(shí)的復(fù)合型人才，新工科同時(shí)注重動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

2 大學(xué)生新工科背景下跨學(xué)科創(chuàng)新教育模式探索

長(zhǎng)期以來(lái)，大學(xué)生實(shí)踐偏少，動(dòng)手不足，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

（1）查閱文獻(xiàn)不足。很多大學(xué)有開設(shè)文獻(xiàn)檢索課，但是課程結(jié)束之后，能主動(dòng)再查閱文獻(xiàn)的學(xué)生比較少。針對(duì)某一個(gè)研究方向進(jìn)行相關(guān)的檢索總結(jié)就更少了。

（2）寫作水平有待提高。查看學(xué)生寫的創(chuàng)新訓(xùn)練、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的申報(bào)書，普遍存在是口語(yǔ)化嚴(yán)重、錯(cuò)別字的問(wèn)題，甚至比不上當(dāng)年的高考作文。原因是多方面的，一方面是動(dòng)手寫作的機(jī)會(huì)少了，離學(xué)術(shù)論文的要求還有一定距離。最近討論的大學(xué)生開設(shè)大學(xué)語(yǔ)文課程，也是有原因的。如果能夠針對(duì)不同專業(yè)開設(shè)，相信效果會(huì)更好。另一方面的原因是閱讀文獻(xiàn)的不足。

（3）表達(dá)能力欠缺。大學(xué)除了師范生，其他專業(yè)的學(xué)生甚少有語(yǔ)言表達(dá)的訓(xùn)練。而創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯等項(xiàng)目往往需要路演、答辯，這時(shí)表達(dá)能力欠缺就凸顯出來(lái)。而表達(dá)能力的提高需要長(zhǎng)期的訓(xùn)練積累。

（4）缺乏項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。例如計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，大一已經(jīng)學(xué)過(guò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，到大二已經(jīng)可以進(jìn)行實(shí)際開發(fā)實(shí)踐，大多缺乏的是感興趣的項(xiàng)目。對(duì)理工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，除了學(xué)業(yè)成績(jī)，項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)是招聘單位看重的另一個(gè)方面，也是學(xué)生能力的集中表現(xiàn)。

新工科背景下，提高學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力，需要一套行之有效的機(jī)制。我們從學(xué)生感興趣的課題出發(fā)，以項(xiàng)目開發(fā)為主線，進(jìn)行跨學(xué)科的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐嘗試。

（1）開展目的

通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐激發(fā)大學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提升大學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以及為將來(lái)進(jìn)一步深造打好基礎(chǔ)。

（2）項(xiàng)目選題

項(xiàng)目來(lái)源有多種，如教師的科研項(xiàng)目、某些領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、發(fā)明專利，等等。就目前我們開展的項(xiàng)目來(lái)看，基本是軟件和硬件結(jié)合的項(xiàng)目。項(xiàng)目開發(fā)的目標(biāo)是參加各種競(jìng)賽及形成科研成果，如發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請(qǐng)專利。

（3）組織方式

通過(guò)宣講會(huì)、參觀活動(dòng)組織學(xué)生預(yù)報(bào)名，通過(guò)面試、考核進(jìn)行篩選，然后學(xué)生根據(jù)導(dǎo)師公布的選題，以項(xiàng)目為單位組成小組。以機(jī)械類、電氣類、計(jì)算機(jī)和應(yīng)用數(shù)學(xué)類專業(yè)為組合。人數(shù)多為4 至6 人。

3 以項(xiàng)目開發(fā)為主線的跨學(xué)科創(chuàng)新教育模式實(shí)踐

新工科的其中一個(gè)特點(diǎn)是“加入新元素”，就項(xiàng)目開發(fā)而言，很多項(xiàng)目涉及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和前沿課題，大學(xué)二年級(jí)的學(xué)生并不具備這方面的知識(shí)。例如我們的無(wú)人車項(xiàng)目，需要使用圖像處理技術(shù)。而大部分學(xué)生并沒有開設(shè)這類課程，或者這類課程設(shè)置在高年級(jí)。因此我們首先進(jìn)行了相關(guān)課程的補(bǔ)充。通過(guò)基礎(chǔ)

課程的補(bǔ)充再進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐，分為四個(gè)階段。（1）基礎(chǔ)知識(shí)補(bǔ)充階段

根據(jù)研究方向的不同，補(bǔ)充進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)的必要知識(shí)。導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)根據(jù)當(dāng)年主題，面對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生設(shè)立幾類課程，利用暑假或寒假集中教學(xué)，或者布置學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行自學(xué)。我們?cè)?jīng)開設(shè)的課程有元件焊接基礎(chǔ)、Arduino、STM32、C++與面向?qū)ο箝_發(fā)、OpenCV、Python 等。課程結(jié)束會(huì)安排一個(gè)作業(yè)作為考核。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生快速進(jìn)入可以動(dòng)手開發(fā)的狀態(tài)。另外，部分學(xué)生還會(huì)自學(xué)其它的軟件，例如學(xué)習(xí)ANSYS 用于仿真，學(xué)習(xí)ROS 系統(tǒng)用于機(jī)器人架構(gòu)，等等。

例如我們開發(fā)的“洗車機(jī)器人”項(xiàng)目，需要使用圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)以及仿真等技術(shù)，還融合了超聲波、激光雷達(dá)等各種傳感器。首先需要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目技術(shù)路線的整理，以及了解并掌握必要的知識(shí)。對(duì)有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的同學(xué)，布置OpenCV 課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。由導(dǎo)師提供課程資料以及答疑。導(dǎo)師通過(guò)查看課程作業(yè)檢查學(xué)習(xí)情況。經(jīng)過(guò)6 到8 周的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了一定的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠嘗試運(yùn)用圖像處理解決相關(guān)問(wèn)題。而水平隨著項(xiàng)目開發(fā)的進(jìn)行將不斷提高。

（2）項(xiàng)目開發(fā)階段

通過(guò)補(bǔ)充必要的基礎(chǔ)知識(shí)之后，開始進(jìn)入分組項(xiàng)目開發(fā)階段。導(dǎo)師先根據(jù)選題，布置學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。讓學(xué)生充分了解項(xiàng)目的研究背景以及當(dāng)前研究的進(jìn)展。文獻(xiàn)檢索要求學(xué)生查閱一定數(shù)量的文獻(xiàn)，整理要點(diǎn)，提交相關(guān)文檔。這樣一來(lái)，學(xué)生增加了閱讀量，同時(shí)提高寫作水平和表達(dá)能力，為后面階段撰寫論文和專利打下基礎(chǔ)。

進(jìn)入項(xiàng)目開發(fā)階段是按照項(xiàng)目開發(fā)流程進(jìn)行的。即要經(jīng)過(guò)需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等階段。這個(gè)階段最重要的是定期的開會(huì)討論和檢查進(jìn)度。檢查的方式是每周舉行例會(huì)，項(xiàng)目組成員將有關(guān)內(nèi)容整理成文檔要點(diǎn)，輪流向其他人分享。項(xiàng)目開發(fā)的周期較長(zhǎng)，也不同于單個(gè)科目的課程學(xué)習(xí)，導(dǎo)師除了檢查進(jìn)度，在學(xué)生遇到困難時(shí)需要引導(dǎo)他們解決問(wèn)題。這個(gè)階段要避免學(xué)生的畏難心理。通過(guò)組員間相互討論，和在導(dǎo)師的指導(dǎo)下解決難題，學(xué)生的研究得以進(jìn)一步深入，從而逐步提高。項(xiàng)目也能夠按計(jì)劃持續(xù)開發(fā)下去，直到完成。

這個(gè)階段開展的順利與否有兩個(gè)關(guān)鍵因素。一個(gè)是導(dǎo)師的作用。導(dǎo)師除了熟悉項(xiàng)目掌握進(jìn)度，遇到難題指明方向之外，堅(jiān)持定期開展項(xiàng)目討論少不了。通過(guò)項(xiàng)目討論交流，還便于掌握組員的參與情況。第二，組員的考核方式。項(xiàng)目組內(nèi)有不同的分工，如何有效對(duì)每個(gè)組員進(jìn)行管理，我們采用文檔提交及分享的方式。不同階段提交相關(guān)文檔，并在組內(nèi)分享討論。提交文檔的另一個(gè)好處是項(xiàng)目資料得以保存，當(dāng)組員發(fā)生變化時(shí)能根據(jù)文檔快速了解項(xiàng)目進(jìn)展。

（3）總結(jié)轉(zhuǎn)化階段

學(xué)生通過(guò)前期課程補(bǔ)充學(xué)習(xí)、檢索文獻(xiàn)、整理開發(fā)文檔，項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)行過(guò)程中材料就得到了積累。項(xiàng)目開發(fā)完成，接著申報(bào)各種創(chuàng)新訓(xùn)練、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目及參加比賽和發(fā)表科研論文、撰寫專利。項(xiàng)目開發(fā)的積累轉(zhuǎn)化成了一系列的成果，水到渠成。目前已經(jīng)完成課題幾十項(xiàng)，在研課題十多項(xiàng)，學(xué)生獲省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)達(dá)幾十項(xiàng)，通過(guò)課題申請(qǐng)專利二十多件。

4 結(jié)語(yǔ)

大學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐，先通過(guò)一系列課程的補(bǔ)充，基礎(chǔ)知識(shí)得到進(jìn)一步梳理和重新構(gòu)建；通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐解決問(wèn)題，實(shí)踐能力得到提高；撰寫論文和專利，得到最終的成果。實(shí)踐證明，以項(xiàng)目開發(fā)為主線的跨學(xué)科培養(yǎng)模式，有利于建立跨學(xué)科的學(xué)生科研團(tuán)隊(duì)，有利于學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。