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喚起好奇激發潛能 全面推進新工程教育體系設計與實踐 ——新工科教育改革升級

文章來源:學生科           添加時間:2019/6/10 14:40:35

 如何將我校本科人才培養理念當中的“喚起好奇、激發潛能”“創新與實踐能力培養貫穿全過程”“全面提高學生知識綜合與集成創新能力”在“第一課堂”真正落地?在不斷調動學科學術帶頭人、杰出學術人才為本科生上課積極性的同時,如何有效跨越高水平科研與本科教育“第一課堂”的鴻溝?

5月16日、22日、29日,學校連續舉行三場新工程教育改革專項建設報告交流會,通過持續地、高強度地深入研討與交流,提升認識、進一步形成共識,全面推進我校新工科教育改革升級版的落實和實施。

報告交流的主要內容包括:在各學院推進“新工程教育體系設計與實踐專項建設”,推進“開發基于項目的新生課程專項建設”和以高水平優勢科研團隊為主體實施“科研育人”新工程教育改革專項建設。此外,新工科教育改革升級版還包括在前期系列化研究型“金課體系”基礎上的“成電標桿課程體系”建設。這些新工科教育改革成為新工科建設“成電方案”的核心內容。

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學校舉行新工程教育改革專項建設報告交流會

迭代升級,新工科教改實施“一攬子”計劃

教育部自20172月提出中國高等工程教育改革的“新工科”行動計劃以來,先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”,并發布了“關于開展新工科研究與實踐的通知”“關于推進新工科研究與實踐項目的通知”,全力探索形成領跑工程教育的中國方案、中國經驗。

在今年429日召開的“六卓越一拔尖計劃2.0”啟動大會上,教育部部長陳寶生將這個計劃概括為一個總體部署、三項核心任務、一次質量革命。新工科建設是“總體部署”中的重要內容之一,是主動應對第四次工業革命的“先手棋”。

近年來,電子科技大學將優化專業結構、加強專業建設作為突破口,通過全面重構本科人才培養方案、打造成電特色通識教育與領導力培養體系、大力推進工程教育專業認證等,升級改造傳統與優勢專業;主動把握新科技革命和產業變革的新技術與社會發展的新需求、學科交叉融合的新趨勢,新增人工智能、機器人工程、無人駕駛航空器系統工程、新能源材料與器件、互聯網金融、數據科學與大數據技術、物聯網工程、數字媒體技術、材料科學與工程、智能電網信息工程、智能制造等新工科專業,并在“成電英才拔尖計劃”數理基科班開辟“人工智能”方向,形成圍繞“智能+”“互聯網+”和“電子信息+”的“新工科”專業生態圈。

2019年3月,學校先后發布《關于啟動“科研育人”新工程教育改革專項建設的通知》《關于實施“開發基于項目的新生課程教改專項”的通知》《關于實施“新工程教育體系設計與實踐教改專項”的通知》等新工科教育改革專項“一攬子”計劃,進一步在全校范圍實行以“新工科”為牽引的新工程教育系統性改革。

通過“新工科”建設這一抓手,持續推進高水平的工程教育課程體系建設,通過系統化設計與改革,設計和建設具有系統性的、逐級遞升的、逐級挑戰性的、跨學科的基于項目的研究型課程體系,把我校以學生為中心、通專結合,“價值塑造、啟迪思想、喚起好奇、探究知識、激發潛能、個性發展”六位一體本科人才培養理念當中的“喚起好奇、激發潛能”“創新與實踐能力培養貫穿全過程”和“全面提高學生知識綜合與集成創新能力”,通過系統的基于項目的課程在“第一課堂”真正落地。

“新工程教育體系設計與實踐專項建設”的目的是:主動應對新一輪科技革命和產業變革的新挑戰,以新工科建設為牽引,努力構建高水平的工程教育體系,通過系統化設計與改革,設計和建設具有系統性的、逐級遞升的、具有逐級挑戰性的、跨學科的基于項目的研究型課程體系,并完全納入本科人才培養方案,形成工程教育改革的新理念、新方法、新模式、新質量。它要求各學院落實并進一步深化《電子科技大學本科人才培養方案全面修訂指導意見》(2016.10),《關于“大類招生、大類培養”培養方案修訂的指導性意見暨啟動2018級本科培養方案修訂工作的通知》的基本原則和要求,總結已有各類教學改革項目建設經驗,在此基礎上進行梳理與整合,并進一步解放思想、開闊視野,借鑒國際工程教育改革最前沿和先進理念,勇于改革和探索實踐,形成新體系。

“開發基于項目的新生課程教改專項建設”旨在面向大一學生引入基于項目的體驗式學習,并完全納入本科人才培養方案。讓學生從新生階段開始就了解構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)的內涵與思想,通過嘗試解決有價值的(工程)問題,激發學生的學習興趣,盡早養成主動學習的習慣,引導新生培養創新能力并養成創新習慣,同時鍛煉口頭表達能力、團隊交流能力;通過一年級基于項目的課程,了解專業課程內涵,了解產品與課程的關系,在開始專業學習之前就對專業課程增強必要的感性認識,經歷“真實世界”的(工程)體驗。

 

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信息與通信工程學院“卓越成長計劃”科研育人新工科教學改革 

跨越高水平科研與本科教育“第一課堂”的鴻溝——“‘科研育人’新工程教育改革專項建設”以高水平優勢科研團隊為主體,以學生為中心,引入基于項目的主動學習,讓學生經歷“真實世界”的(工程)經驗,強化學生的學習體驗和學習感受,激發學生的興趣與潛能,關注學生的系統性思維、批判性思維、創造性思維等思維方式的養成;以高水平的科研實踐為核心,將趣味性強和展示度高的科研課題融入本科教學環節,實現科研“項目”引領“核心課程(群)”建設,“項目”與“核心課程(群)”銜接融合,與本科人才培養方案的銜接融合,強調逐級遞進、科技創新實踐性和挑戰性;鼓勵不同學科的科研團隊合作開發跨學科(工程)項目,并將跨學科(工程)項目貫穿課程教學與人才培養全過程。

 面結合,從“課堂革命”到體系設計與實踐

學校緊抓課堂教學主陣地、課程育人核心要素,截止到2018年底,立項建設698門挑戰性研究型課程,提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度廣度,全面提高學生知識綜合與集成創新能力;建設114門核心通識課程,每個專業開設“專業寫作與口頭表達”必修課,將思辨與表達能力培養貫穿人才培養全過程;加強信息技術與教育教學深度融合,立項建設204門大規模在線開放課程,在中國大學MOOC平臺開課70門,其中29門被認定為國家精品在線開放課程,一大批課程重構教學流程,實施以學生為中心的混合式教學改革;啟動全面檢查落實挑戰性課程建設質量工作及校院兩級挑戰性示范課認定,首批認定“通信原理+綜合課程設計”等5門課程為第一批“挑戰性學習示范課程”。

專業的核心是具有邏輯結構的課程體系。隨著“課堂革命”的縱深推進,不斷總結改革經驗,進一步加強新工程教育項目課程體系設計與實踐就顯得尤為必要。新工科教育改革進入深水區,迫切地需要我們“點”“ 面”結合,通過體系設計與實踐,推動系統性改革。

在“新工程教育體系設計與實踐專項建設”立項評審暨報告交流會上,各學院圍繞“改革的預期目標是什么”“新體系之新在那里”“體系設計與實踐的系統性怎樣體現”等真問題、難問題進行深入研討與交流。

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航空航天學院在前期“新工科1.0項目系列課程”建設的基礎上,深入總結經驗與不足,啟動“新工科教育體系2.0計劃”。學院的新工科教育體系2.0版本,將建設體現工程基礎、設計、研究、創新創業內容,具有初步的跨學科屬性,與傳統專業課程并行新工科2.0課程體系。

該課程體系按照“工程基礎”“設計與工程”“研究與創業”,劃分成遞進的三個階段。學院結合專業內容,設計具有深度選修的擴展雙線模式的培養方案。以EIRE系列課程(Engineering、Innovation、Research& Entrepreneurship)作為與專業課程并行的能力/項目系列,同時在后期逐步擴展深度設計、科研實踐、商業與創業內容作為深度選修模塊。

此外,航空航天學院還將深度探索基于項目形式驅動的主動學習模式,以學習社區作為一個工作單元,提供方法、能力、技術類工作坊(現場指導課)支撐學習模式由被動引導學習向主動學習轉變;作為銜接課程與競賽/實際工程、學術研究、創新創業內容的橋梁,在機制上實現以上內容與課程的緊耦合,后期銜接雙創、社會實踐等各類企業和社會中的教學資源。該方面部分前期工作內容即將以“面向新工科的本科專業培養方案及創新課程設計與實踐”為題,發表在《高等工程教育研究》。

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   光電科學與工程學院的體系設計以服務“光電信息科學與工程”“光源與照明”“信息工程”三專業為主線,以“專業興趣與認知”“項目構思與設計能力”“項目設計與實現能力”“項目實現與運行能力”以及“綜合集成能力”為階段性培養重點的五層次課程,構成“三縱五橫”基于項目的全新課程體系。學院將結合光電產業新動向,前瞻專業發展、調研能力需求,開展光電信息+(現代通信、智慧照明、機器視覺、醫學檢測、新興顯示)等交叉融合綜合課程群建設;通過建立課程中心,完善“研究-建設-評估-淘汰”機制;依據產業實際,組建大課程組,試點建設“光、機、電、算”貫通大課程。

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電子科學與工程學院立足電子科學與技術學科特色專業方向(電子科學與技術、微電子科學與工程、集成電路與集成系統等)新工科建設要求,開展基于項目的專業實驗課程體系改革,以學生能力(理解與融合貫通、自主學習、團隊合作與溝通、多學科交叉創新等)培養為主線,強化科學與工程思維方法訓練,構建包括三大類(專業基礎課程實驗、學科專業綜合實驗、多元化實驗)、四層次(基礎性、綜合設計性、挑戰性、跨學科交叉性)、三平臺(材料與器件物理、制備工藝、器件與系統應用),內容涵蓋“電子信息材料-器件-電路-系統應用”的專業特色鮮明、科學系統的“一條龍”實驗教學平臺與內容體系。

面向真實工程世界,基于項目的學習貫穿人才培養全過程

  自20世紀末至今,國際工程教育改革風起云涌,“回歸工程”“工程教育范式轉移”“再造工程教育”等口號的提出,都反映出面向真實工程世界是創新工程教育的發展趨勢。諸多對國際名校工程教育的研究發現,基于項目的學習(Project-based learning)是激發學生學習興趣與潛能,培養其解決復雜工程問題、團隊協作及溝通與交流能力,訓練系統性思維、批判性思維、創造性思維的一種有效途徑。學校通過實施“‘科研育人’新工程教育改革專項建設”“開發基于項目的新生課程專項建設”“新工程教育體系設計與實踐改革專項建設”等專項計劃,進一步強化基于項目的體驗式學習,真正實現四年不斷線并逐級遞升挑戰強度。這些改革計劃成為新工科建設成電方案的核心內容之一。

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  “頂點計劃I-VIII是信息與通信工程學院開設的貫穿四年(持續八個學期),基于項目的綜合實踐課程。其中,“頂點計劃I/II ”面向大一學生開設,通過“重連社會”和“專業初探”,從兩個維度提升學生,并鼓勵學生應用快速習得的專業技能解決自己關心的社會問題,實現“雙翼齊飛”。

  “重連社會”由學生自行組隊調研感興趣的社會問題(發現內驅力),完成調研分析后向全體學生做報告,全體學生就相關問題進行換位思考(激發同理心/對社會對人的關注-內驅自激),小組收集整理全體同學觀點后再調研再總結。

  “專業初探”從整體/全局的視角出發,利用業界提供的在線優質教學資源,讓學生體會包括物聯網/云計算/計算機網絡/無線通信在內的ICT的應用,體會ICT在解決實際問題方面的巨大潛力。

  “雙翼齊飛”是指在內驅和專業興趣/信心的共同支撐下,針對有強烈意愿想解決的社會問題,確定項目內容,自學專業知識,嘗試設計解決方案、測試解決方案,根據反饋修改設計再測試(重復此過程)。

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“多旋翼無人機系統認識、設計與實踐”是航空航天學院建設的基于項目的新生課程群中的一門,該課程為大學一年級短期課程,通過集中式的系統學習與應用,強化學生對多旋翼飛行器的直觀感受和動手能力,提高學生對專業的認可度和學習興趣,培育學生在后續學習中理論聯系實際的能力、科研意識與興趣。

課程主要內容涵蓋多旋翼無人機系統設計的基礎介紹、機架設計、動力系統建模與估算、坐標系與姿態表示、動態模型建模與測量、狀態估計、飛行控制等方面。學生學習該課程需要完成多旋翼飛行器動力系統建模,多旋翼飛行器控制模型建立與分析,傳感器校正與標定,姿態、位置和速度估計,控制多旋翼的電機使其能夠飛到目標位置等任務。

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  “多旋翼飛行器設計與實現”是信息與軟件工程學院開始的進階式系統性工程實踐課程。該課程以“項目驅動+問題驅動”和“To learn by doing”為理念,在1.5年中分三個階段實施,后續階段依賴前一階段成果,各階段綜合應用相應階段課程核心知識點,逐步進階,依據畢業標準指標點考核,最終完成完整多旋翼飛行器系統設計。以該課程實施為基礎撰寫的教學案例獲兩項教育部產學合作項目支持,并獲得中國軟件工程教學案例競賽一等獎,案例庫的部分內容已連續三年應用在法國工程師院校ESIGELEC的“Embedded Real-Time Operating System”課程中。

  教學改革也是一項復雜的系統性工程,需要持續的、研究性地開展工作,不斷總結和學習。學校通過開展“一流本科教育大家談”“本科教學改革交流與觀摩”“本科教學創新論壇”以及各類專項報告交流會等系列活動,匯集來自校內外專家學者、本科教育管理者、一線教師的聲音,定期就國內外工程教育改革前沿、本校課程與教學改革典型案例開展研討交流和學習。

  學校近期陸續推出“新工科教改優秀案例”“挑戰性示范課”等“課堂革命”相關案例,深入挖掘學校在新工科教育改革中涌現的優秀典型,在全校范圍內進一步形成示范效應。面向新工科改革,學校先后組織編譯了《從白板開始:歐林工學院起始課程方案的開發》《2020年的工程師——工程學新世紀的愿景報告》《全球工程教育現狀研究報告》《斯坦福大學本科教育研究報告》《智利工程教育改革研究報告》等研究報告和麻省理工學院、斯坦福大學、加州大學伯克利分校、加州理工學院等國際一流大學最新“人才培養方案設計”。通過對“他山之石”的借鑒和改革經驗的不斷總結,具有國際視野的新工科教育改革“成電方案”蔚然成型。


編輯:李果  / 審核:王曉剛  / 發布者:陳偉

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