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新型交叉学科工程人才培养的协同模式探究
2020年09月02日 11:36 来源:《东南大学学报:哲学社会科学版》 作者:柴干 郭建华 字号
2020年09月02日 11:36
来源:《东南大学学报:哲学社会科学版》 作者:柴干 郭建华

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  摘 要:为了达到提高新型交叉学科工程人才创新思维能力, 不断适应社会发展和人才市场需求的目的, 针对我国当前新型交叉学科工程人才培养模式所存在的不足, 从工程教育的课程体系、工程人才的实践教学、多元协同培养模式、工程教育协同教学平台等方面探讨高质量、创新型交叉学科工程人才的培养机制。

  关键词:新用户送58彩金亚博工程人才;新型交叉学科;协同模式;交通信息工程

  作者简介: 柴干,博士, 东南大学智能运输系统研究中心副教授, 研究方向:交通工程研究与教学。

  基金: 东南大学2017年教学改革研究与实践项目资助成果之一。

新用户送58彩金亚博  当前科学技术的发展呈现出交叉创新的趋势, 已经打破了原来的单一学科领域, 即在学科的交叉结合部产生出一批有未来前景的新兴学科。新型交叉学科是众多学科之间的交叉所形成的综合性、系统性的知识体系, 是知识体系的融合, 是知识、技术、方法的集成, 是不同思维、观点、理论的碰撞1。新型交叉学科发展代表了当代科学技术的发展方向和本质特征。

  目前我国高等工程教育仍然存在着培养规格单一、培养模式趋同、教学方法传统、实践教学薄弱等现实问题;另一方面, 由于新型交叉学科的专业课程体系、实践教学方式、人才培养模式等正处于逐步完善阶段, 仍存在诸多不足, 工程教学指导思想和教学策略还不够清晰, 工程人才协同培养模式需要稳步且可持续的建设。因此, 探索新型交叉学科工程人才培养模式的多样化、注重新型交叉学科学生创新思维和实践能力的培养、深化新型交叉学科课程体系、教学内容和教学方法及实践手段的改革, 校企联盟与社会实践协同模式的探究已经成为工科专业人员和教育教学管理人员关注的焦点和高等教育改革的重要课题。

  新型交叉学科工程人才的协同式培养, 能够充分体现学科交叉融合的优势, 复合型知识的获取, 知识与工程实践的无缝衔接, 为社会和市场提供适应性人才。本文根据该新型交叉学科的专业特点, 通过学科的教学和科研实践, 探索工程人才的培养模式与实践教学;研究工程型人才需求的多样性, 如何以社会需求为导向, 实际工程为背景, 工程技术为主线, 探索改革工程教育人才培养模式, 提高学生工程意识、工程素质、工程实践和创新能力的教学方式。

  一、新型交叉学科工程人才培养的现状分析

新用户送58彩金亚博  新型交叉学科的工程教育不仅需要课程教学的改革与创新, 还需要校企联盟、政府合作、社会实践的协同培养模式的探索与实践。我国新型交叉学科本科生创新能力的培养还存在一些缺憾, 主要表现在工程实践经验匮乏, 教育模式陈旧, 前沿性和国际性的先进知识与技术掌握的不足、工程实践能力无法满足当前社会的需求。近年来, 国内相关专业的教育工作者正积极在培养具有高素质和工程应用技术本科生的协同培养模式、工程实践能力等领域开展教学改革与实践。

  当前国内新型交叉学科工程人才的培养模式、教学内容和工程实践, 不利于本科生工程实践能力的培养, 具体表现为:

  1. 课程内容更新滞后是课程建设最突出的问题。

新用户送58彩金亚博  课程教学采用传统课堂讲授方式, 学生被动接收相关知识, 需要通过课题案例设计和工程应用案例, 引导学生自己总结课题的背景、国内外现状及知识与技术掌握的切入点。

新用户送58彩金亚博  2. 缺乏工程实践能力。

  过于侧重对学生理论思维能力、推理能力的评测, 忽视在工程实践中动手能力和知识应用能力的要求。

  3. 缺乏开拓新领域的潜力。

  如何在现有知识的集成上, 通过引用、联想等思维方式, 发展工科新领域的探索精神, 知识与技能的衔接点, 以及快速掌握新领域知识的能力。

新用户送58彩金亚博  4. 不利于团队合作精神的培养。

  新型交叉学科与产业, 需要多学科技术人员的合作, 才能进行工程实施。如何通过教学模式的改革, 培养学生的团队合作精神是目前教学的一个挑战。

新用户送58彩金亚博  5. 与工程师、科研人员和政府管理人员的沟通能力不足。

  如何增强教师、工程师、科研人员与学生在教学过程中的互动, 提高工程实践经验的表达与交流能力, 是协同培养模式改革的重要内容。

  6. 缺乏工程人员协同培养的媒介。

  近十年来, 随着科学工程先进技术的深入研究、快速发展与现代工程的建设需求, 现有的交叉学科相关教学平台无法跟上当前工程技术的发展, 需要在技术的深度与广度上作较大的修改与补充。急需开发工程教育所需的协同教学平台。

  因此, 如何提高本科生的工程实践能力和科研实践素养, 探究并实施工程人员的多元协同培养模式, 是我国当前新型交叉学科本科生培养所面临的关键问题。

  二、新型交叉学科工程教育的课程体系改革

  为了适应当前工程设计与建设的多学科交叉, 多技术融合的现实需求, 及工程人才教育协同培养模式的探索研究, 进行交叉学科工程教学的课程体系改革势在必行。

  1. 改革课程体系, 适应新型交叉学科人才教学需要

  国外新型交叉学科的工程专业, 不仅要求学生掌握特定工程技术与工程方案的应用, 更应了解不同类型技术与工程方案的理论基础及其背后所蕴涵的工程技术实施的策略与方式。新构建的课程体系包括公共基础课、专业基础课和专业工程实验课三大模块。以专业基础课程构建教学基础体系;以专业课构成应用技术教学体系;以工程案例与课程实验构成实践教学体系。根据教学过程中的实际情况, 学生可以根据自身的能力和需求, 从不同的课程体系选择相关的课程。将原课程体系中相互孤立的基础内容和当前专业的最新理论与工程应用技术成果整合成新的课程内容, 以改变传统的课程体系, 增加多学科交叉, 多技术融合的教学内容, 适应教学模式实践的需要。

  传统教材是从知识系统性的角度编排章节, 不利于交叉学科人才的教学需求, 因此必须对传统教材的架构进行改造, 使知识内容按照问题起源、有关背景、对策与解决方案、对策的比较、工程案例分析等逻辑发展顺序重新组合。以《智能运输技术》课程2中有关交通动态数据自动采集的内容为例,以阐述课程内容调整与重构。将交通动态数据自动采集划分为三个章节:(1)交通检测器的布设位置与间距;(2)交通采集技术的优化选择;(3)多检测器的交通动态数据融合。根据专业知识在三个课题中的逻辑关系,将交通运行状况分析、整数规划等知识放在章节(1)中讲解, 增加现代道路交通管理与控制对交通动态数据的需求分析;将磁频、波频与射频交通采集技术相关特性、应用条件等知识放在章节(2)中讲解,增加基于浮动车和手机行令的动态数据采集技术等内容;将基于最小二乘和神经网络的数据融合知识放入章节(3)讲解, 增加智能交通数据融合与挖掘技术, 大数据分析技术等内容。

新用户送58彩金亚博  2. 引入研究性教学模式, 培养创新思维能力

新用户送58彩金亚博  新型交叉学科工程专业, 需要根据培养目标、专业特点与工程需求, 优化与改革教学模式, 以适应社会经济对该专业创新能力培养的需求。通过采用研究性教学模式, 结合改革的专业课程体系, 探讨培养工程人才创新思维能力及课程教学改革问题。通过课程的研究性教学改革, 促使学生适应本专业知识与技能的新颖性与交叉性发展需求, 掌握新型交叉型学科理论与技术知识的集成创新特性, 特别是多领域知识与技术融合过程中的创新性思维能力。

新用户送58彩金亚博  基于课程教学的角度, 如何实施研究性课程教学是创新型工程人才培养的关键。工程课题研究是研究性教学很好的切入点, 不仅能够改变传统的教学模式, 嵌入现代工程理论知识与工程应用技术, 而且可以让学生和教师共同探讨本学科知识和工程技术的最新进展, 认识与探究研究课题的形成、发展与工程应用的整个过程, 为迅速融入老师的研究课题和工程项目奠定基础。

  课题研究式教学就是把所需讲述的主要内容变成需要研究和工程实践的特定课题, 把其放在相关的实际背景下, 让学生去探索课题的背景、国内外研究现状, 工程技术应用特点, 去发现真理, 获得知识, 同时也让学生获得研究过程和工程实践的体验, 尝试应用新的工程技术与方法, 创新性的解决课题和工程应用中的重点与难点。

  为了提高学生凝练课题的能力, 教师需要重点讲解专业领域的研究和工程应用背景, 课题提出的必要性与重要的工程现实意义。背景知识介绍是指和课题研究有重要关系的相关知识。如各种交通数据采集技术的原理、性能指标、历史应用效果与存在的问题, 补充相关背景知识以便学生更好的参与课题和工程案例分析与解决方案的制定。

  通过教师与学生的教学互动行为, 开展课题内容和工程案例的分析、难点与重点的锁定、技术路线的初步形成, 工程技术应用的切入点和途径。教师引导学生对课题和工程案例本身和有关背景知识展开讨论, 要求每个学生针对课题和工程案例发表意见, 提出可能采取的技术途径和工程解决方案。教师通过引导与启发学生发言, 并就学生在课堂上提出的不成熟技术路线, 给出引导思路, 优劣评判, 促使其做进一步的思考, 激发其潜在的创新能力是该教学阶段的关键。如非接触式检测技术应用的优点是解决养护管理的难题, 但其个别交通参数检测不精确的问题, 要求学生思考并给出技术途径;通过启发的方式, 使学生考虑新的技术手段, 进而与当前最新的研究前沿和工程应用相接轨, 更重要作用是引发了学生今后解决该难题的兴趣与创新思路。鼓励学生积极与老师、工程师、科研人员、政府管理人员进行相互沟通, 通过广泛的知识积淀、思维方式、处事策略、技术创新的碰撞与融合, 实现自身综合工程素质的全面提升。

  通过适当讲解当前国际上比较流行的工程解决方案及其优缺点, 并结合自己科研中的最新研究成果, 给出工程的解决方案, 启发学生提出合理且不成熟的工程方案修正思路, 进而启发学生对这些工程中没有解决的难题进行思考的愿望。多年的教学实践证明, 学生在课程教学过程中所提出的技术路线、解决方案, 在其后项目研究、毕业设计等工作中得到了进一步的挖掘。特别地, 学生深刻认识到创新思维与技术集成创新在工程难题解决中的核心地位。

  通过对课堂教学内容的回顾和评述, 重要知识点的复习, 具有新意的技术路线点评, 启发学生在课后通过网络教学平台, 进一步探究工程技术的解决方案, 使学生不仅掌握相关工程领域的知识, 而且明白工程难点的解决方案及需要开展创新性研究的技术特点。

  三、基于校企联合的新型交叉学科工程人才协同培养模式

  基于校企联合协同教学方式的探索, 主要为研究学校与企业联合教学的协同机制, 包括:协同组织协议、工作职责、责任范围、联席会议、培养目标、检验标准;科学设计责任、权利和利益的制度规范;建设产学研联合培养基地, 通过实习、项目依托、兼职等方式形成协同培养的过程控制。

新用户送58彩金亚博  1. 建立校企的有效协同机制

  建立高校与企业之间必要的协同保障制度与运行机制是实现校企联合交叉学科工程人才协同培养的基础3。世界各国均重视工程教育的实践性, 重视与企业紧密合作, 实现校企合作的协同化。尤其是欧美国家的工程教育, 充分利用企业、社会资源, 开展多层次的海内外实习训练, 提高学生动手能力和解决实际工程问题的能力。建立校企协同培养机制, 其协同培养机制细化内容主要包括: (1) 明确学校与企业各自的责任、权利和利益, 并在制度设计上形成有效协同条款。 (2) 设计统一的各方对工程人才质量标准和培养质量预期与评价指标。

  2. 建立产学研联合的工程人才培养基地

  新一代工程师们需要的能力将不只是限于传统科学知识及基础工程概念, 而应该具备独立解决工程应用中问题的能力, 这就需要将课程教学与工程项目有机结合, 依托工程人才培养基地, 开展工程实践教学活动, 融合企业、科研单位的工程设计与施工技术, 提高工程人才的培养质量, 面向就业、面向社会, 面向实际工程。

  学校在注重对新型交叉学科工程人才知识和技术的教学培养过程中, 需要企业不断完善人才的孵化机制, 广泛参与社会合作, 积极探索产学合作的道路。通过建设交叉学科工程人才培养基地和教师实习基地, 企业将会与学校实现资源共享、优势互补、协同合作的具体形式和实质性措施, 十分有助于培养创新型和实践性俱佳的交叉学科工程人才。

新用户送58彩金亚博  3. 建立工程人才协同培养的管理机构

  工程人才协同培养的管理机构以技术创新需求为纽带, 以契约关系为保障, 有效整合产、学、研、用各方资源, 充分发挥自身优势, 搭建一个综合性工程人才培养的有效服务机构。该机构进行交叉学科工程人才培养产业化新机制、新模式的管理, 加强院校与企业的全方位联系, 建立校企合作长效运行机制, 深化产教融合, 强化科技和工程人才对企业经济发展的支撑和作用。

  该管理机构需要配备必要的管理人员, 加强管理, 提高效率。建立工作绩效考评与淘汰机制, 加强学生日常管理、生活管理、安全与纪律教育。

  4. 建立统一的工程教育考核标准

  CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思 (Conceive) 、设计 (Design) 、实现 (Implement) 和运作 (Operate) , 其以产品研发到产品运行的生命周期为载体, 让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面, 大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。2016年, 教育部成立“CDIO工程教育联盟”, 共有105所高校加入“CDIO工程教育联盟”。基于以上分析, 建立统一的工程教育考核标准十分必要。该考核标准的核心在于:不仅考虑学生成绩, 还要重视学生工程实践水平、职业能力、管理能力的社会适应性。

  四、新型交叉学科工程人才的实践教学

  采用协同的实践性教学方法, 有助于实现课程教学与工程实践的有机结合, 便于企业等机构对工程教学过程的渗透。实践性教学环节不仅能检验学生的理论知识、动手能力与研究水平, 还可提高分析问题、解决问题的能力。

  1. 强化新型交叉学科工程人才的实践性教学

新用户送58彩金亚博  实践性课程在研究生创新能力培养过程中有着重要的作用。实践性教学不仅能检验研究生的理论知识、动手能力与研究水平, 还可提高其分析问题、解决问题的能力, 为其从事研究奠定基础4。

新用户送58彩金亚博  (1) 在国家教委面向21世纪工科教学内容体系改革精神指导下, 遵循学生对知识需求、学习能力和工程实践能力提高的要求, 推行“课内与课外结合、教学与科研结合, 学校与企业联合、理论与实践结合”的创新工程人才培养机制, 依托实验中心、校企联盟, 结合学生工程实践环节, 坚持“知识、能力、素质、工程”的实践性教学体系, 增加实践教学的学时数, 使学生有充分时间参加企业和工程的现场调研, 培养学生动手实践的能力。

  (2) 引入课题式的工程人才课程教学、结合协同培养模式, 依托产学研培养基地, 针对实际工程中真实问题的演变机理、关键技术应用、解决方案效果, 应用案例教学手段, 使用多媒体、动画仿真、图形或图表的显示方法, 演示解决方案的比选与技术应用, 重点结合实际工程项目, 将课题式的课程教学内容与实践性教学过程中现场试验相融合, 从微观、时变及工程实践的角度引发学生理论联系实际的辩证思维和解决实际问题的技术思路。

新用户送58彩金亚博  (3) 建立开放实验室的教学制度, 学生可与指导教师预约、自主选择、自主设计工程与技术的课题。充分利用专业老师和企业工程师丰富的科研和工程实践经验, 对学生素质提升方向和面临的各种挑战进行透彻的分析, 培养学生建立严谨、求实的科学作风, 形成科学的思维方式和创新意识, 结合工程实践的技术路线。鼓励学生积极与老师、工程师相互沟通, 鼓励不同专业背景的交叉学科学生在遇到外部问题与挑战时相互交流, 通过不同的知识积淀、思维方式、处事策略的碰撞与融合, 实现自身综合素质的全面提升。

  (4) 针对工程实践中真实问题的演变机理、关键技术应用、解决方案效果, 应用工程教学软件、工程项目应用软件和案例教学手段, 使用多媒体、动画仿真、图形或图表的显示方法, 演示解决方案的比选与技术应用的效果评价, 以克服实践性教学过程中现场试验不安全的局限性, 从微观、时变的角度引发学生科研创新和工程实践的直观性。

  2. 改革实践教学设计与考核评估机制

  (1) 现行的大学教育评估策略大多采取期末考试方式, 然而, 现在的学生对考试的不合格越来越麻木。有必要制定一个完善的评估体制, 更多的考查学生的实际动手能力, 以促进学生学习设计合理的实践课程教学的内容、进度和任务分工, 且课程设计方案融合新型交叉学科工程技术的最新发展, 并且将这些技术有机地结合起来讲授, 而不是孤立的讲授, 与此同时布置与课程教学配套的研究性教学课题、典型工程案例。这些课题的内容来自现实中具有代表性的项目与示范工程。

  (2) 单一的闭卷考试方式, 虽然能够考查学生对知识的掌握程度, 督促学生努力学习, 但不利于培养其创新能力和工程实践能力, 需要建立科学的考核体系和多样化的考试方式。学生的学习成绩要综合平时的课堂研讨、提问、作业、实践操作和工程实施的成绩, 终考成绩不能超总成绩的70%。终考的方式也采取多样化的形式, 包括小论文、课题讨论、作业答辩、制作专题多媒体课件、设计小实验、工程实践总结等。考核方式的改革可以提高学生自主学习的兴趣, 提供个性发展的空间, 扩展学生的知识面, 培养学生的创新能力, 增强学生工程实践效果。

  五、新型交叉学科工程教育协同教学平台

新用户送58彩金亚博  新型交叉学科工程教育协同教学平台的开发与应用, 以提高工程课程教学的效率, 增强实践教学的效果, 服务校企联合培养的协同机制, 实现工程教育的考核评估机制。该平台可以为教学管理人员、任课教师、企业工程师、辅导员和学生提供便利的教学和工程实践交流平台。教学管理人员负责课程的开设;任课老师和企业工程师通过该平台申报课程、上载课件、发布教学信息 (如授课时间和授课地点的变改等) 、布置作业、工程案例分析, 回答提问等;学生通过该平台注册课程 (实现选课) 、从事实践教学过程, 提交作业、报告等。借助该平台, 学生可以根据自身的能力和需求, 从平台中选择相适应的交叉学科专业课程;教师可以将讲授的知识、技术方法, 与工程案例相结合, 充分提升学生应用专业知识与专业技能, 进行工程案例和工程实践的问题分析和问题解决能力。

  六、结语

新用户送58彩金亚博  新型交叉学科工程教育存在教学模式与教学方法传统、实践教学薄弱, 缺乏校企联合培养等现实问题。探索交叉学科工程人才培养模式的多样化, 注重其创新精神和实践能力的培养, 深化课程体系, 教学内容和教学方法改革, 是迫切需要解决的重大教学改革课题。

  引入研究性教学模式及课题教学方式将有效提高学生创新性思维能力, 极大调动学生学习课程的积极性, 培养学生的科学创新精神, 提升学生的工程应用能力。

新用户送58彩金亚博  新型交叉学科的工程教育不仅需要课程教学的改革, 还需要校企联盟、政府合作、社会实践的协同模式。需要重点建立校企的有效协同机制、建立产学研联合的工程人才培养基地、建立工程人才协同培养的管理机构、建立统一的工程教育考核标准。

  实践性课程在学生能力培养过程中有着非常重要的作用。实践性教学不仅能检验学生的基础理论知识、动手能力, 还可提高学生分析与解决实际工程问题的能力。

  而新型交叉学科工程教育协同教学平台构建将有助于交叉学科工程人才教学内容的改革, 提高学生的实践教学效果, 增强工程案例的学习、讨论和消化。

  注释

新用户送58彩金亚博  1 任露泉, 刘燕, 韩志武, 等:《新型交叉学科人才培养的研究与实践》, 《中国高等教育》2008年第18期。

  2 (1) 柴干:《智能运输技术专业人才培养的教学研究》, 《东南大学学报 (社会科学版) 》2012年12月增刊, 第125-129页。

新用户送58彩金亚博  3 (1) 王丰元, 邹旭东, 潘福全, 等:《基于校企协同机制的应用型人才培养模式探索》, 《大学教育》2018年第2期, 第140-143页。

  4 (1) 马鹏举, 王亮, 胡殿明:《工程实践教学的现状分析与对策研究》, 《高等工程教育研究》2011年第1期, 第143-147页。

作者简介

姓名:柴干 郭建华 工作单位:

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