黃繼海 劉秋菊 張子洋 夏征
摘 要:隨著智能科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)運(yùn)而生,按照新工科建設(shè)需要,構(gòu)建面向應(yīng)用的課程體系應(yīng)服務(wù)于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。以鄭州工程技術(shù)學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例,以鄭州市區(qū)域性經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對人才的需求為導(dǎo)向,結(jié)合學(xué)校的優(yōu)勢專業(yè)和優(yōu)秀師資,以項目驅(qū)動為主線,給出了如何確定專業(yè)定位、漸進(jìn)式實踐教學(xué)體系、校企深度合作培養(yǎng)模式的理論課程體系及實踐教學(xué)體系。
關(guān)鍵詞:新工科;地方性大學(xué);智能科學(xué)與技術(shù);課程體系;產(chǎn)教融合
DOI:10. 11907/rjdk. 201983??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識碼(OSID):
中圖分類號:G436 ?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A?????????????????????????????? 文章編號:1672-7800(2020)011-0252-04
Research on the construction of Curriculum System of Intelligent Science and
Technology under the Background of New Engineering
HUANG Ji-hai,LIU Qiu-ju,ZHANG Zi-yang,XIA Zheng
(Information Engineering College, Zhengzhou University of Technology,Zhengzhou 450000,China)
Abstract: With the rapid development of intelligent science and technology, intelligent science and technology came into being. According to the needs of new engineering construction, the construction of application-oriented curriculum system should serve the local economic development. This article takes the intelligent science and technology major of Zhengzhou University of Technology as an example, takes the demand for talents in the regional economic and social development of Zhengzhou as the guidance, combines the universitys superior majors and excellent teachers, and takes the project-driven as the main line, and gives suggestions on how to determine the major positioning, progressive practical teaching system, theoretical curriculum system and practical teaching system of school-enterprise in-depth cooperation training model.
Key Words:new engineering; local University; intelligent science and technology; curriculum system; integration of industry and education
0 引言
互聯(lián)網(wǎng)極大地推動了科技產(chǎn)業(yè)變革,各行各業(yè)也發(fā)生著巨大變化。教育部于2016年提出“建設(shè)新工科”理念,2017年在復(fù)旦大學(xué)和天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會,提出“復(fù)旦共識”及“天大行動”。為了更好地建設(shè)新工科,我國教育部相繼批準(zhǔn)了網(wǎng)絡(luò)空間安全、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一系列工科專業(yè),并通過校、政、行、企的協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制,為傳統(tǒng)工科專業(yè)建設(shè)和發(fā)展提供了新思路。
目前,國家大力提倡創(chuàng)新驅(qū)動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,先后提出“互聯(lián)網(wǎng)+”、“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”、“中國制造2025”等重大國家戰(zhàn)略。為促進(jìn)我國在經(jīng)濟(jì)全球化浪潮中激流勇進(jìn),利用新的科技為行業(yè)注入活力,催生新業(yè)態(tài)和新發(fā)展模式,培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的高素質(zhì)復(fù)合型工程科技人才,加快工程教育方面的改革創(chuàng)新迫在眉睫[1-3]。計算機(jī)類專業(yè)是我國比較傳統(tǒng)的工科專業(yè),多年以來一直在創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量等諸多方面與新工科的要求存在一定差距。因而,高校如何面向新需求,助推現(xiàn)有工科升級更新存量,以戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)實際需求為驅(qū)動,以課程、教材和實踐教學(xué)體系變革為核心,從而轉(zhuǎn)型為新型工科迫在眉睫。
智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)具有跨學(xué)科的交叉復(fù)合性,對技術(shù)革新和實踐運(yùn)用要求較高,是信息學(xué)科的新興專業(yè)。鄭州工程技術(shù)學(xué)院作為鄭州市的地方應(yīng)用型本科高校,在2019年以人工智能和認(rèn)知科學(xué)為基礎(chǔ),圍繞智能科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,為了培養(yǎng)能夠綜合運(yùn)用計算機(jī)、自動化交叉學(xué)科知識進(jìn)行智能系統(tǒng)研究和設(shè)計的創(chuàng)新型人才,申請了智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè),對鄭州地方高校的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行創(chuàng)新性研究,不斷地探索跨學(xué)科的智能科學(xué)與技術(shù)人才培養(yǎng)新模式,在人才培養(yǎng)體系中融入“問產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行專業(yè)建設(shè),問技術(shù)發(fā)展進(jìn)行課程內(nèi)容改革,問學(xué)生興趣改變教學(xué)方法,問學(xué)校主體推進(jìn)教育改革”的理念[4-5]。
1 課程體系構(gòu)建面臨的問題
隨著互聯(lián)網(wǎng)時代對新一輪科技產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn),服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的新局面基本形成,計算機(jī)行業(yè)對人才的實際需求也發(fā)生了較大變化,傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式已難以滿足該行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展需求。鄭州工程技術(shù)學(xué)院作為鄭州市市屬高校,是鄭州市首屈一指的綜合性人才培養(yǎng)基地,其緊緊結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)對計算機(jī)行業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)以及工業(yè)4.0對計算機(jī)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展需求,從人才培養(yǎng)模式、人才資源需求配置、人才培養(yǎng)機(jī)制創(chuàng)新等多方面進(jìn)行改革[5-7]。智能科學(xué)與技術(shù)具有跨學(xué)科的交叉復(fù)合性特點,對技術(shù)革新和實踐運(yùn)用要求較高,可以將認(rèn)知科學(xué)與人工智能科學(xué)技術(shù)作為研究基礎(chǔ),綜合運(yùn)用腦科學(xué)、智能控制、傳感器等交叉學(xué)科知識。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是信息技術(shù)領(lǐng)域的一個新發(fā)展方向,以數(shù)學(xué)和自然科學(xué)知識為基礎(chǔ),深入研究智能科學(xué)與技術(shù)的基本理論、方法和技能,使學(xué)生掌握計算機(jī)技術(shù)、傳感信息處理、自動化控制等交叉學(xué)科知識與技能,同時具有一定的科學(xué)研究、開發(fā)設(shè)計、工程應(yīng)用、決策管理等能力[8-10]。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系構(gòu)建主要面臨以下兩個問題:
(1)專業(yè)特色不明顯,專業(yè)優(yōu)勢沒有得到很好發(fā)揮。新工科理念要求高校在進(jìn)行人才培養(yǎng)時,應(yīng)根據(jù)所設(shè)立專業(yè)的特點及發(fā)展方向,有針對性、有步驟地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力,提高學(xué)生綜合素養(yǎng)。
(2)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合不夠緊密,無法很好地將教學(xué)中的理論與實際需求進(jìn)行融合,創(chuàng)新地解決行業(yè)發(fā)展過程中遇到的問題。學(xué)校與企業(yè)合作的深度和廣度需要加強(qiáng),教學(xué)模式也需進(jìn)一步優(yōu)化,應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)造更多的實踐機(jī)會,通過社會生產(chǎn)實踐,促進(jìn)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量提升。
2 課程體系構(gòu)建路徑
2.1 以產(chǎn)業(yè)需求確定專業(yè)定位
課程體系構(gòu)建要首先對相關(guān)行業(yè)、產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行調(diào)研、分析;然后,根據(jù)行業(yè)產(chǎn)業(yè)崗位確定學(xué)生從事相關(guān)工作所需的核心能力,由核心能力確定核心課程;最后,優(yōu)化核心課程及重構(gòu)課程內(nèi)容,形成符合新工科人才需求的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系。
在調(diào)研河南省內(nèi)外地方高校人才培養(yǎng)方案及成效,走訪用人單位了解畢業(yè)生遇到的問題和用人單位需求的前提下,鄭州工程技術(shù)學(xué)院對相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總和分析,有針對性地修改人才培養(yǎng)方案,不斷完善人才培養(yǎng)各要素,構(gòu)建“融合資源”課程體系。
(1)根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要,打通學(xué)科專業(yè)壁壘,依托多個學(xué)院,增加土木工程專業(yè)、建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)、電子信息工程技術(shù)專業(yè)、信息安全與管理專業(yè)、電氣工程與智能控制等專業(yè)交叉課程,形成智能科學(xué)與技術(shù)課程群。
(2)以鄭州市區(qū)域性經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對人才的需求為導(dǎo)向,結(jié)合學(xué)校優(yōu)勢專業(yè)和優(yōu)秀師資,修改人才培養(yǎng)方案,以項目驅(qū)動為主線,設(shè)計循序漸漸的專業(yè)課程體系和實踐教學(xué)體系,形成理論教學(xué)、工程實踐、創(chuàng)新能力共同提高的創(chuàng)新培養(yǎng)機(jī)制。以需求為導(dǎo)向,設(shè)計理論課程體系,深入調(diào)研各高校人才培養(yǎng)模式,通過實地走訪了解鄭州市區(qū)域性發(fā)展對人才的需求,以市場需求為引領(lǐng),結(jié)合學(xué)校辦學(xué)特色和教師組成結(jié)構(gòu),依托優(yōu)勢專業(yè),確定合適的課程方向(比如智能信息處理方向、智能機(jī)器人方向、智能傳感器方向等)進(jìn)行課程設(shè)置,設(shè)計一套合理的理論課程體系,如圖1所示。
利用設(shè)計好的課程體系,借助搭積木的模塊化思想將課程劃分為多個主題模塊,采用“通識+平臺+模塊+方向”的模式進(jìn)行推進(jìn)和建設(shè),“通識+平臺”類課程旨在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)專業(yè)知識習(xí)得能力,“模塊+方向”類課程主要培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)核心能力或?qū)I(yè)遷移能力,條件允許的情況下每個模塊的課程可以設(shè)置不同的難易度,以滿足學(xué)習(xí)者的層次教學(xué)需要,根據(jù)學(xué)生特點因材施教,培養(yǎng)學(xué)生們的興趣愛好,為學(xué)生未來職業(yè)發(fā)展作準(zhǔn)備。目前,數(shù)字電路、模擬電路、單片機(jī)原理與應(yīng)用、傳感器原理與應(yīng)用、RFID原理與應(yīng)用課程正在向模塊化單元組織開發(fā)建設(shè)[12-14]。
2.2 強(qiáng)化面向應(yīng)用
(1)構(gòu)建階梯式實踐教學(xué)體系,如圖2所示。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的跨學(xué)科復(fù)合性較強(qiáng),主要培養(yǎng)能綜合運(yùn)用計算機(jī)和自動化交叉學(xué)科知識,進(jìn)行智能系統(tǒng)研究的應(yīng)用型人才。合理地在第2-3學(xué)期開設(shè)課程設(shè)計,在第4-7學(xué)期開設(shè)專業(yè)方向?qū)嵱?xùn)課程,保證實踐內(nèi)容不斷線。同時,將縱橫科研項目、企業(yè)項目移植到實踐體系中,全方面提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力。將企業(yè)項目分模塊穿插到實踐課程,理論聯(lián)系實際,在實踐課程中提出新問題、新思路,提升學(xué)生學(xué)以致用、舉一反三的能力。在專業(yè)教師的指導(dǎo)下參加校企合作的科技創(chuàng)新項目或各類大賽,學(xué)校安排學(xué)生進(jìn)行合作企業(yè)或培訓(xùn)公司的暑期實訓(xùn)、企業(yè)實習(xí)等,為學(xué)生提供多方位的學(xué)習(xí)資源和實訓(xùn)機(jī)會。同時,將學(xué)生的階段性表現(xiàn)和成果也納入考核的一部分,提高學(xué)生積極性。
(2)根據(jù)課程內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)要求,對教學(xué)方式進(jìn)行改革,采用靈活多樣的教學(xué)方式激發(fā)教師和學(xué)生的積極性,提高課堂效率??梢允褂梅D(zhuǎn)課堂,教師成為課堂教學(xué)的引導(dǎo)者,將學(xué)生的“被動學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃訉W(xué)”。對于一些實踐性較強(qiáng)的課程(比如智能機(jī)器人課程)理論和實踐課都安排在實驗室,教師使用控屏軟件進(jìn)行案例講解,讓學(xué)生直觀地邊學(xué)案例邊操作;對于一些較為前沿的擴(kuò)展性課程,學(xué)校可以直接聘請在一線進(jìn)行開發(fā)實踐的企業(yè)工程師或設(shè)計師到學(xué)校以講座或頭腦風(fēng)暴的形式進(jìn)行講解。
2.3 產(chǎn)教深度融合
實現(xiàn)專業(yè)特色發(fā)展,在教學(xué)實踐過程中,由教師引導(dǎo),讓學(xué)生參與企業(yè)合作項目(醫(yī)用智能配藥機(jī)項目、共享電動汽車運(yùn)營管理平臺、基于生物電子標(biāo)識的城市養(yǎng)犬管理數(shù)據(jù)平臺、自行車運(yùn)動員機(jī)能狀態(tài)數(shù)據(jù)采集及分析平臺等)研發(fā),在學(xué)生實踐過程中提升他們的創(chuàng)新實踐能力,當(dāng)遇到疑難時,由教師予以指導(dǎo)。教師指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生各類設(shè)計大賽、機(jī)器人大賽等,通過各種競賽提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力,從而體現(xiàn)專業(yè)特色。與合作企業(yè)深入開展專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)、課程建設(shè)、實驗室和實踐基地建設(shè)等,包括共建產(chǎn)業(yè)學(xué)院。目前,該專業(yè)與中原鯤鵬生態(tài)創(chuàng)新中心共建了鄭州工程技術(shù)學(xué)院鯤鵬產(chǎn)業(yè)學(xué)院,在大數(shù)據(jù)與云計算、鯤鵬應(yīng)用移植等方面進(jìn)行專業(yè)共建、課程共擔(dān),師資共享。產(chǎn)教深度融合必須遵循與地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求接軌的原則,對接區(qū)域戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),這樣才能有利于專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和學(xué)生的高質(zhì)量就業(yè)[15-16]。
為了深入開展產(chǎn)教融合,在課堂教學(xué)中,注重學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)以提高學(xué)生達(dá)成度。在設(shè)計任務(wù)時結(jié)合教師參與的實際項目讓學(xué)生進(jìn)行拓展訓(xùn)練,項目選取課程組設(shè)計的一款智能化產(chǎn)品——醫(yī)用智能配藥機(jī)。目前,靜脈用藥調(diào)配中心主要靠配藥人員使用注射器配液,勞動強(qiáng)度大、效率低,亟需一種可以緩解勞動強(qiáng)度、提升工作效率的機(jī)器?;赟TC15F2K60S2單片機(jī)配合上位機(jī)系統(tǒng)研發(fā)一套新型醫(yī)用蠕動泵配液機(jī),該醫(yī)用智能配藥機(jī)是依據(jù)“藥品集中配置理論”模型和“靜脈用藥配置工藝標(biāo)準(zhǔn)化”概念研發(fā)而成,能夠通過無線模塊多機(jī)聯(lián)合使用,具有快速、精準(zhǔn)、安全、輕松配藥的優(yōu)點,目前已在很多三甲醫(yī)院的靜脈用藥調(diào)配中心使用??梢詫㈨椖康能浖糠痔崛∵^來讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練,該醫(yī)用配藥機(jī)的總?cè)蝿?wù)框架如圖3所示。
堅持成果導(dǎo)向教育的教學(xué)理念,以智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)為達(dá)成度,并創(chuàng)設(shè)具體的生產(chǎn)生活情境對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計,提高學(xué)生分析、提出假設(shè)、解決問題的能力,讓他們初步具備創(chuàng)造性思維的能力。因此,基于此情景設(shè)計智能配藥機(jī)控制系統(tǒng)和空中機(jī)器人等作為實訓(xùn)項目案例,根據(jù)專業(yè)課程體系規(guī)劃,將相關(guān)課程中的知識點與項目進(jìn)行有效融合,讓學(xué)生邊學(xué)邊做,在實踐中加深對知識的理解,綜合利用已學(xué)知識解決實際問題。在深入研究和綜合分析智能配藥機(jī)控制系統(tǒng)和空中機(jī)器人需要實現(xiàn)的相關(guān)功能所對應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)后,將8個子模塊融入綜合項目中,涵蓋對應(yīng)的8門課程的知識點,對所學(xué)知識進(jìn)行有效擴(kuò)展,鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力,如表1所示。
對智能配藥機(jī)控制系統(tǒng)和空中機(jī)器人進(jìn)行分析,引導(dǎo)學(xué)生注重身邊存在的實際需求,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維,通過程序調(diào)試、測試機(jī)器功能等過程,讓學(xué)生有滿滿的成就感,并極大激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的興趣和對專業(yè)知識領(lǐng)域的探索欲望。利用以學(xué)生為中心的課中授課,有效解決了學(xué)生的疑問,培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的思維,從而提升課程的高階性。與此同時,增加課程的創(chuàng)新性、實踐性、趣味性、挑戰(zhàn)度,讓學(xué)生通過自己動手完成實驗,從而實現(xiàn)對知識與技能的融會貫通[17-18]。實驗教學(xué)通過形象直觀的實驗過程,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深了學(xué)生對理論知識的理解,也培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新思維。
2.4 多元切入,優(yōu)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育
按照新工科要求,圍繞學(xué)生的興趣、愛好,充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛力。在業(yè)余時間,學(xué)生可以宿舍為單位進(jìn)行科技創(chuàng)新訓(xùn)練,借助教師提供的或?qū)W生自己購買的耗材,通過趣味性的創(chuàng)客設(shè)計、實驗,通過對專業(yè)的探討、實踐、創(chuàng)新與分享,讓學(xué)生體驗一種親歷感,建立起合作學(xué)習(xí)的氛圍。新工科的學(xué)生實踐能力培養(yǎng)尤其重要,可以申請開放實驗室項目,讓學(xué)生主動走進(jìn)實驗室,可以讓有成就的學(xué)長引領(lǐng)學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中起榜樣作用,逐步形成高年級帶低年級的示范效應(yīng)。也可在業(yè)余時間組織學(xué)生參加機(jī)器人或人工智能相關(guān)學(xué)科競賽,依托學(xué)校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺,通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目,引導(dǎo)學(xué)生積極參與教師的科研項目,增強(qiáng)學(xué)生的工程實踐能力,鍛煉學(xué)生的項目管理和成本控制能力,拓展學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念[19-20]。與校外企業(yè)進(jìn)行深度項目合作,為學(xué)生校外實踐提供保障,增強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。課程組教師帶領(lǐng)學(xué)生參與的“鄭州市寵物管理系統(tǒng)”“醫(yī)用智能配藥機(jī)項目”“自行車運(yùn)動員機(jī)能狀態(tài)數(shù)據(jù)分析平臺”等項目取得了“鄭州市科技進(jìn)步二等獎”“全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎”的成績,所帶領(lǐng)的學(xué)生參加2019年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽——智能巡線機(jī)器人項目獲得國賽二等獎1項、河南省一等獎3項的好成績。學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性、實踐動手能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識都得到了提升。
3 結(jié)語
本文以智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例,對鄭州地方高校的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了創(chuàng)新性探索。研究發(fā)現(xiàn),課程體系構(gòu)建要以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求為目標(biāo),以產(chǎn)業(yè)定崗位,以崗位能力重構(gòu)課程體系。并且,課程是人才培養(yǎng)的核心要素,課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量,最終需將教學(xué)改革落實到課程建設(shè)上。這不僅有利于優(yōu)化鄭州市地方高校人才培養(yǎng)方式,改變“教師滿堂灌、學(xué)生被動學(xué)習(xí)”的狀態(tài),實現(xiàn)“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的主動學(xué)習(xí)”,提高師生各方面的積極性,而且將企業(yè)實際案例作為教學(xué)項目,使培養(yǎng)出來的學(xué)生更符合企業(yè)和社會需求,可有效推動各地方高校產(chǎn)教深度融合,進(jìn)一步深化校企合作,形成互利共贏局面。下一步研究中,將主要以新工科建設(shè)為契機(jī),以“金課”教學(xué)引領(lǐng)教育教學(xué)改革,創(chuàng)建智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一流本科課程,為創(chuàng)新型國家建設(shè)培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才。
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(責(zé)任編輯:孫 娟)