唤起好奇激发潜能 全面推进新工程教育体系设计与实践

——新工科教育改革升级

文:向桂君 图:教务处、各学院 / 来源:教务处 / 2019-06-09 / 点击量:4575

如何将我校本科人才培养理念当中的“唤起好奇、激发潜能”“创新与实践能力培养贯穿全过程”“全面提高学生知识综合与集成创新能力”在“第一课堂”真正落地?在不断调动学科学术带头人、杰出学术人才为本科生上课积极性的同时,如何有效跨越高水平科研与本科教育“第一课堂”的鸿沟?

5月16日、22日、29日,学校连续举行三场新工程教育改革专项建设报告交流会,通过持续地、高强度地深入研讨与交流,提升认识、进一步形成共识,全面推进我校新工科教育改革升级版的落实和实施。

报告交流的主要内容包括:在各学院推进“新工程教育体系设计与实践专项建设”,推进“开发基于项目的新生课程专项建设”和以高水平优势科研团队为主体实施“科研育人”新工程教育改革专项建设。此外,新工科教育改革升级版还包括在前期系列化研究型“金课体系”基础上的“成电标杆课程体系”建设。这些新工科教育改革成为新工科建设“成电方案”的核心内容。

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学校举行新工程教育改革专项建设报告交流会

迭代升级,新工科教改实施“一揽子”计划

教育部自20172月提出中国高等工程教育改革的“新工科”行动计划以来,先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”,并发布了“关于开展新工科研究与实践的通知”“关于推进新工科研究与实践项目的通知”,全力探索形成领跑工程教育的中国方案、中国经验。

在今年429日召开的“六卓越一拔尖计划2.0”启动大会上,教育部部长陈宝生将这个计划概括为一个总体部署、三项核心任务、一次质量革命。新工科建设是“总体部署”中的重要内容之一,是主动应对第四次工业革命的“先手棋”。

近年来,电子科技大学将优化专业结构、加强专业建设作为突破口,通过全面重构本科人才培养方案、打造成电特色通识教育与领导力培养体系、大力推进工程教育专业认证等,升级改造传统与优势专业;主动把握新科技革命和产业变革的新技术与社会发展的新需求、学科交叉融合的新趋势,新增人工智能、机器人工程、无人驾驶航空器系统工程、新能源材料与器件、互联网金融、数据科学与大数据技术、物联网工程、数字媒体技术、材料科学与工程、智能电网信息工程、智能制造等新工科专业,并在“成电英才拔尖计划”数理基科班开辟“人工智能”方向,形成围绕“智能+”“互联网+”和“电子信息+”的“新工科”专业生态圈。

2019年3月,学校先后发布《关于启动“科研育人”新工程教育改革专项建设的通知》《关于实施“开发基于项目的新生课程教改专项”的通知》《关于实施“新工程教育体系设计与实践教改专项”的通知》等新工科教育改革专项“一揽子”计划,进一步在全校范围实行以“新工科”为牵引的新工程教育系统性改革。

通过“新工科”建设这一抓手,持续推进高水平的工程教育课程体系建设,通过系统化设计与改革,设计和建设具有系统性的、逐级递升的、逐级挑战性的、跨学科的基于项目的研究型课程体系,把我校以学生为中心、通专结合,“价值塑造、启迪思想、唤起好奇、探究知识、激发潜能、个性发展”六位一体本科人才培养理念当中的“唤起好奇、激发潜能”“创新与实践能力培养贯穿全过程”和“全面提高学生知识综合与集成创新能力”,通过系统的基于项目的课程在“第一课堂”真正落地。

“新工程教育体系设计与实践专项建设”的目的是:主动应对新一轮科技革命和产业变革的新挑战,以新工科建设为牵引,努力构建高水平的工程教育体系,通过系统化设计与改革,设计和建设具有系统性的、逐级递升的、具有逐级挑战性的、跨学科的基于项目的研究型课程体系,并完全纳入本科人才培养方案,形成工程教育改革的新理念、新方法、新模式、新质量。它要求各学院落实并进一步深化《电子科技大学本科人才培养方案全面修订指导意见》(2016.10),《关于“大类招生、大类培养”培养方案修订的指导性意见暨启动2018级本科培养方案修订工作的通知》的基本原则和要求,总结已有各类教学改革项目建设经验,在此基础上进行梳理与整合,并进一步解放思想、开阔视野,借鉴国际工程教育改革最前沿和先进理念,勇于改革和探索实践,形成新体系。

“开发基于项目的新生课程教改专项建设”旨在面向大一学生引入基于项目的体验式学习,并完全纳入本科人才培养方案。让学生从新生阶段开始就了解构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)的内涵与思想,通过尝试解决有价值的(工程)问题,激发学生的学习兴趣,尽早养成主动学习的习惯,引导新生培养创新能力并养成创新习惯,同时锻炼口头表达能力、团队交流能力;通过一年级基于项目的课程,了解专业课程内涵,了解产品与课程的关系,在开始专业学习之前就对专业课程增强必要的感性认识,经历“真实世界”的(工程)体验。

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信息与通信工程学院“卓越成长计划”科研育人新工科教学改革 

跨越高水平科研与本科教育“第一课堂”的鸿沟——“‘科研育人’新工程教育改革专项建设”以高水平优势科研团队为主体,以学生为中心,引入基于项目的主动学习,让学生经历“真实世界”的(工程)经验,强化学生的学习体验和学习感受,激发学生的兴趣与潜能,关注学生的系统性思维、批判性思维、创造性思维等思维方式的养成;以高水平的科研实践为核心,将趣味性强和展示度高的科研课题融入本科教学环节,实现科研“项目”引领“核心课程(群)”建设,“项目”与“核心课程(群)”衔接融合,与本科人才培养方案的衔接融合,强调逐级递进、科技创新实践性和挑战性;鼓励不同学科的科研团队合作开发跨学科(工程)项目,并将跨学科(工程)项目贯穿课程教学与人才培养全过程。

 面结合,从“课堂革命”到体系设计与实践

学校紧抓课堂教学主阵地、课程育人核心要素,截止到2018年底,立项建设698门挑战性研究型课程,提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度广度,全面提高学生知识综合与集成创新能力;建设114门核心通识课程,每个专业开设“专业写作与口头表达”必修课,将思辨与表达能力培养贯穿人才培养全过程;加强信息技术与教育教学深度融合,立项建设204门大规模在线开放课程,在中国大学MOOC平台开课70门,其中29门被认定为国家精品在线开放课程,一大批课程重构教学流程,实施以学生为中心的混合式教学改革;启动全面检查落实挑战性课程建设质量工作及校院两级挑战性示范课认定,首批认定“通信原理+综合课程设计”等5门课程为第一批“挑战性学习示范课程”。

专业的核心是具有逻辑结构的课程体系。随着“课堂革命”的纵深推进,不断总结改革经验,进一步加强新工程教育项目课程体系设计与实践就显得尤为必要。新工科教育改革进入深水区,迫切地需要我们“点”“ 面”结合,通过体系设计与实践,推动系统性改革。

在“新工程教育体系设计与实践专项建设”立项评审暨报告交流会上,各学院围绕“改革的预期目标是什么”“新体系之新在那里”“体系设计与实践的系统性怎样体现”等真问题、难问题进行深入研讨与交流。

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航空航天学院在前期“新工科1.0项目系列课程”建设的基础上,深入总结经验与不足,启动“新工科教育体系2.0计划”。学院的新工科教育体系2.0版本,将建设体现工程基础、设计、研究、创新创业内容,具有初步的跨学科属性,与传统专业课程并行新工科2.0课程体系。

该课程体系按照“工程基础”“设计与工程”“研究与创业”,划分成递进的三个阶段。学院结合专业内容,设计具有深度选修的扩展双线模式的培养方案。以EIRE系列课程(Engineering、Innovation、Research& Entrepreneurship)作为与专业课程并行的能力/项目系列,同时在后期逐步扩展深度设计、科研实践、商业与创业内容作为深度选修模块。

此外,航空航天学院还将深度探索基于项目形式驱动的主动学习模式,以学习社区作为一个工作单元,提供方法、能力、技术类工作坊(现场指导课)支撑学习模式由被动引导学习向主动学习转变;作为衔接课程与竞赛/实际工程、学术研究、创新创业内容的桥梁,在机制上实现以上内容与课程的紧耦合,后期衔接双创、社会实践等各类企业和社会中的教学资源。该方面部分前期工作内容即将以“面向新工科的本科专业培养方案及创新课程设计与实践”为题,发表在《高等工程教育研究》。

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   光电科学与工程学院的体系设计以服务“光电信息科学与工程”“光源与照明”“信息工程”三专业为主线,以“专业兴趣与认知”“项目构思与设计能力”“项目设计与实现能力”“项目实现与运行能力”以及“综合集成能力”为阶段性培养重点的五层次课程,构成“三纵五横”基于项目的全新课程体系。学院将结合光电产业新动向,前瞻专业发展、调研能力需求,开展光电信息+(现代通信、智慧照明、机器视觉、医学检测、新兴显示)等交叉融合综合课程群建设;通过建立课程中心,完善“研究-建设-评估-淘汰”机制;依据产业实际,组建大课程组,试点建设“光、机、电、算”贯通大课程。

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电子科学与工程学院立足电子科学与技术学科特色专业方向(电子科学与技术、微电子科学与工程、集成电路与集成系统等)新工科建设要求,开展基于项目的专业实验课程体系改革,以学生能力(理解与融合贯通、自主学习、团队合作与沟通、多学科交叉创新等)培养为主线,强化科学与工程思维方法训练,构建包括三大类(专业基础课程实验、学科专业综合实验、多元化实验)、四层次(基础性、综合设计性、挑战性、跨学科交叉性)、三平台(材料与器件物理、制备工艺、器件与系统应用),内容涵盖“电子信息材料-器件-电路-系统应用”的专业特色鲜明、科学系统的“一条龙”实验教学平台与内容体系。

面向真实工程世界,基于项目的学习贯穿人才培养全过程

  自20世纪末至今,国际工程教育改革风起云涌,“回归工程”“工程教育范式转移”“再造工程教育”等口号的提出,都反映出面向真实工程世界是创新工程教育的发展趋势。诸多对国际名校工程教育的研究发现,基于项目的学习(Project-based learning)是激发学生学习兴趣与潜能,培养其解决复杂工程问题、团队协作及沟通与交流能力,训练系统性思维、批判性思维、创造性思维的一种有效途径。学校通过实施“‘科研育人’新工程教育改革专项建设”“开发基于项目的新生课程专项建设”“新工程教育体系设计与实践改革专项建设”等专项计划,进一步强化基于项目的体验式学习,真正实现四年不断线并逐级递升挑战强度。这些改革计划成为新工科建设成电方案的核心内容之一。

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  “顶点计划I-VIII是信息与通信工程学院开设的贯穿四年(持续八个学期),基于项目的综合实践课程。其中,“顶点计划I/II ”面向大一学生开设,通过“重连社会”和“专业初探”,从两个维度提升学生,并鼓励学生应用快速习得的专业技能解决自己关心的社会问题,实现“双翼齐飞”。

  “重连社会”由学生自行组队调研感兴趣的社会问题(发现内驱力),完成调研分析后向全体学生做报告,全体学生就相关问题进行换位思考(激发同理心/对社会对人的关注-内驱自激),小组收集整理全体同学观点后再调研再总结。

  “专业初探”从整体/全局的视角出发,利用业界提供的在线优质教学资源,让学生体会包括物联网/云计算/计算机网络/无线通信在内的ICT的应用,体会ICT在解决实际问题方面的巨大潜力。

  “双翼齐飞”是指在内驱和专业兴趣/信心的共同支撑下,针对有强烈意愿想解决的社会问题,确定项目内容,自学专业知识,尝试设计解决方案、测试解决方案,根据反馈修改设计再测试(重复此过程)。

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“多旋翼无人机系统认识、设计与实践”是航空航天学院建设的基于项目的新生课程群中的一门,该课程为大学一年级短期课程,通过集中式的系统学习与应用,强化学生对多旋翼飞行器的直观感受和动手能力,提高学生对专业的认可度和学习兴趣,培育学生在后续学习中理论联系实际的能力、科研意识与兴趣。

课程主要内容涵盖多旋翼无人机系统设计的基础介绍、机架设计、动力系统建模与估算、坐标系与姿态表示、动态模型建模与测量、状态估计、飞行控制等方面。学生学习该课程需要完成多旋翼飞行器动力系统建模,多旋翼飞行器控制模型建立与分析,传感器校正与标定,姿态、位置和速度估计,控制多旋翼的电机使其能够飞到目标位置等任务。

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  “多旋翼飞行器设计与实现”是信息与软件工程学院开始的进阶式系统性工程实践课程。该课程以“项目驱动+问题驱动”和“To learn by doing”为理念,在1.5年中分三个阶段实施,后续阶段依赖前一阶段成果,各阶段综合应用相应阶段课程核心知识点,逐步进阶,依据毕业标准指标点考核,最终完成完整多旋翼飞行器系统设计。以该课程实施为基础撰写的教学案例获两项教育部产学合作项目支持,并获得中国软件工程教学案例竞赛一等奖,案例库的部分内容已连续三年应用在法国工程师院校ESIGELEC的“Embedded Real-Time Operating System”课程中。

  教学改革也是一项复杂的系统性工程,需要持续的、研究性地开展工作,不断总结和学习。学校通过开展“一流本科教育大家谈”“本科教学改革交流与观摩”“本科教学创新论坛”以及各类专项报告交流会等系列活动,汇集来自校内外专家学者、本科教育管理者、一线教师的声音,定期就国内外工程教育改革前沿、本校课程与教学改革典型案例开展研讨交流和学习。

  学校近期陆续推出“新工科教改优秀案例”“挑战性示范课”等“课堂革命”相关案例,深入挖掘学校在新工科教育改革中涌现的优秀典型,在全校范围内进一步形成示范效应。面向新工科改革,学校先后组织编译了《从白板开始:欧林工学院起始课程方案的开发》《2020年的工程师——工程学新世纪的愿景报告》《全球工程教育现状研究报告》《斯坦福大学本科教育研究报告》《智利工程教育改革研究报告》等研究报告和麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、加州理工学院等国际一流大学最新“人才培养方案设计”。通过对“他山之石”的借鉴和改革经验的不断总结,具有国际视野的新工科教育改革“成电方案”蔚然成型。


编辑:李果  / 审核:王晓刚  / 发布者:陈伟