新工科专业实践教学体系构建
摘要：以新材料、新能源、生物技术等为代表的新工科发展需要不同学科的交叉融合和跨界整合，其课程体系仍不成熟，处于不断探索之中。其中，如何构建科学的实践教学体系关系到学生实践能力培养和创新思维的形成。本文尝试分析新工科专业的特点和教学不足后，重点介绍了所在单位实践教学体系多层次、模块化、集成创新的构建举措。
关键词：新工科；实践教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）44-0109-02
我国经济发展正处于结构调整、转型升级的重要阶段，从依靠劳动力和能耗的经济拉升转向依靠科技创新提升，“中国制造2025”“工业制造4.0”等一个个重大战略相继提出。在此背景下，国家需要布局面向未来的新工科专业，培养出新经济发展急需的新工科人才。而现阶段，新工科人才培养明显滞后于经济产业的发展，难以培养具有创新意识和跨界整合能力的新工科人才。为此，2017年2月，教育部在复旦大学专题召开了关于新工科的高等工程教育发展战略研讨会，探讨新工科學科发展和工程教育问题。
南京大学现代工程与应用科学学院是新工科人才培养的代表，一直致力于新工科教学内容和模式的探索。学院在原有功能材料专业的基础上，面向新能源、光电信息、生物医学工程等新技术领域，增建了三个对应工科专业，坚持“以理为基础、以工为方向，理工结合”的人才培养理念和“‘兴趣’和‘重大应用’双力驱动”的学科发展理念，以现代工业的需求为导向，实施新工科人才培养的改革探索，取得了不错的教学成效。本文将重点介绍该单位在新工科专业实践教学方面的经验举措。
一、新工科的界定
虽然迄今“新工科”并未明确定义，但笔者认为至少有两方面可以纳入新工科范畴：一是传统工科在新技术支撑下得到较大新发展，数字化、智能化、微纳化以及集成度进一步提升，如智能制造、机器人等；一是以前从未出现、面向未来应用、引领技术发展的学科，如生物医学工程、光电信息等。较之于传统的工科，新工科在技术领域呈现出以下特征。
（一）技术门槛高，投入大
新工科多数涉及新理论、新技术、新材料的应用，没有经验可以借鉴，需要不断尝试摸索，技术难度大，相应地，也需要更大的资金投入。近期，基于量子通讯技术的应用开展很好地诠释了此特征。
（二）需要多学科的交叉支撑
新工科多数属于交叉学科，单一学科无法支撑新工科的发展。如本学院的生物医学工程专业开发的“面向癌症治疗应用的高精度手术导航系统”，原理为通过具有荧光发光性质的靶向显影粒子在仪器下显微成像。该技术即需要通过化学方法制备纳米粒子，应用荧光发光的物理性质，在电子设备中成像，整套系统涉及物理、化学、生物和电子等多学科知识的应用。
二、新工科专业实践教学存在的问题
传统工科实践教学薄弱，实践环节越来越少[1]。实践教学仅仅作为理论教学的补充，浮于形式，内容陈旧，难以开展和新兴产业相关的技术实践。稍有难度的专业实验倾向于演示性、验证性开展，学生实践能力难以提升。而新工科专业涉及知识面更广，内容更新，难度更大，实践教学问题相应更为突出，具体体现在以下几个方面。
（一）教师的工程素养欠缺
高校多数教师学术科研突出，但在工业应用方面经验欠缺，难以给予学生面向应用的工程实践指导。
（二）实践教学内容不科学，不成体系
新工科在发展过程中，新知识不断繁衍，同时和传统工科之间存有交集，实践教学难以凝练出科学的体系，更多地体现为拼凑，教学内容因任课教师变化而异，缺乏持续性和系统性。
（三）教学设备和场地不健全，教学形式单调
新工科专业，如半导体，实践教学所需设备要求较高，难以满足。受教学条件限制，部分新工科的实验，学生只能观摩，而且教学设备远落后于现行工艺设备，更新缓慢，学生难以受到和产业匹配的实践训练。
（四）缺乏激励学生创新实践的开放管理机制
一是教学内容设置上，缺乏拓展性实践教学，不注重对学生在实验基础上发散型思维的培养和引导；二是实验设备缺乏对学生的开放式管理，学生难以根据自身需要自主开展实验。
三、新工科专业实践教学体系构建
新工科的特点决定了在课程教学方面不能照搬传统工科的教育模式，要做好新工科课程计划：突破传统工科基础课、专业基础课、专业课的“三段式”安排，摈弃将实践课主要安排在高年级的做法，将实践教学贯穿于教学的始终，发挥实践教学对于激发学生兴趣、活化知识联结、激发创新意识的功能[2]。南京大学现代工程与应用科学学院针对新工科实践教学的现存问题，从加强师资入手，以现代工程的应用需求为导向，在材料、光电、生医和新能源等新工科专业实践教学方面做了改革优化，取得了不错的成效。其实践教学中心在2016年以排名第一的优秀成绩通过“江苏省高等学校实验教学与实践教育中心”考核。现将其经验介绍如下。
（一）多元化组建了“理论和实践兼修”的师资队伍
教师队伍是持续提高实践教学水平的关键，学院通过内部发掘和外部聘用的方式建立了具有实践经验的校内外“双师”队伍。校内发动具有学术头衔的教师指导前瞻性实验，校外聘任了一批具有海外现代企业实践经验的“青年千人”教师指导专业实验，同时聘用了一部分高新技术企业的工程师承担工程教育和产业实践教学。优化的师资队伍不仅提升了实践教学的专业覆盖面，而且也保证了多层次实践课程的顺利实施。
（二）开展了多层次、模块化的专业实验课程建设
现代工程不仅有对传统工科的继承，更是新工艺、新技术的创新。学院改变了传统工科实验教学仅在高年级开设的方式，将实践教学贯穿本科四年培养的始终。针对不同专业分别开设了诸如“生物医学工程专业实验”“光学工程专业实验”“新能源器件与工艺试验”等模块化专业实验，全部实践教学涵盖传统工程技术基本金工技能、专业基础实验、专业实验、前瞻性实验、产业实践等5个层次的内容，并且将精密加工、3D打印、激光技术、微加工技术等当代前沿的工程技术与技能纳入培训教学体系中。100多门实验课程充分考虑了实践能力的渐次培养和与新工程技术的结合。
（三）信息化建设了开放式实践教学管理系统
实践教学的目的在于启发学生的创新思维，但固化的实践模式不利于创新意识的形成，为此学院利用信息化手段实现开放式实践教学管理，方便学生独立自主地进行探索性创新实验。一方面，学院积极建设“慕课”，让学生网上随时学，如“真空工艺与实验技术”课程设立20个知识点，制作了300分钟的视频课程。又如开发了“原子力显微镜”“锂空气电池”等一批包含由基础到综合型、研究型的虚拟仿真实验。另一方面，学院也建立仪器设备管理系统，让学生可以根据需要网上预约自由使用实验设备，并可在系统中和教师开展讨论，充分落实了“构思—设计—实现—应用”的国际工程教育理念[3]。
（四）落实了产学研深度结合的“校企协同”培养机制
企业是新产品和技术应用的最终实现者和推动者，也是人才培养的最终归属。学院先后和SK海力士半导体、京东方科技集团（液晶）、国泰华荣（锂电）、江淮汽车（动力汽车）等现代企业开展实践教学合作，让学生有机会到企业第一线了解产品、工艺和行业，开拓了学生的视野，激活了学生的思维，也让新工科人才培养体系更具针对性和有效性。
总之，学院整体考虑了新工科的特征，从优化师资入手，丰富了实践教学内容，以“为产业和企业培养人才”为目标，在教学形式和教学管理方面进行了科学的改革，能够满足新工科人才实践能力培养要求，取得了不错的成效。
参考文献：
[1]张炜，吕正则，吴蓝迪，李恒.“智能科学和技术”引领工程教育发展新动向[J].高等工程教育研究，2017，（1）.
[2]顾佩华，胡文龙，陆小华，包能胜，林鹏.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017，（1）.
[3]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017，（1）.
上一篇：万卷