新工科背景下新建本科院校光电信息科学与工程专业建设探索

周 远，陈 英，孙利平，胡放荣，张竹娴，刘安玲

(长沙学院电子信息与电气工程学院， 湖南 长沙 410022)

第四次工业革命正引领着全球工业发展和产业变革，为高等工程教育带来挑战.为了保障产业变革所需的人力资源，促进新技术、新产业的形成和发展，教育部于2017年开始实施系列新工科建设计划[1]，包括“复旦共识”[2]、“天大行动”[3]、“北京指南”[4]等.新工科建设的重点在于新工科专业建设及其人才培养上[5].高校在建设某个具体的新工科专业时无统一详细的现成路径可走，需要在形成和发展过程中不断摸索.一要考虑新工科专业的建设类型以及专业性质[6-7]，根据专业溯源、内涵、特征来摸索建设路径.二要根据学校类型和特征有区别地建设新工科专业[8].不同高校的类型、办学层次、办学定位、服务面向各不相同，导致新工科建设思路和侧重点不同.各校工科专业需按照所在学校类型特征以及专业自身现状来建设和发展具有各自特色的新工科[4-9].

光电信息科学与工程专业是教育部2012年下发文件，将原有光电类五个专业合并而来的专业[10]，为教育部公布的首批战略性新兴产业相关本科专业[11].该专业具有引领性、交融性[12]、创新性、跨界性和发展性等新工科专业的典型特征.目前全国已有230所不同层次、不同类别的高校开设有光电信息科学与工程专业，其中有超过80所高校属于新建本科院校[13].该类院校本科办学时间不长，基础薄弱，办学经验较为不足，专业建设系统性、计划性、全局性欠缺.在这样的办学基础上建设如光电信息科学与工程这类战略性新兴产业相关专业面临较大挑战.本文基于光电信息科学与工程专业的典型特征以及新建本科院校的办学基础和特点，分析了专业建设方向.提出了政校企共同体构建、办学资源筹措、人才队伍建设的思路.从课程体系、教学内容、教学方法、教学手段以及课程考核方式等方面初步摸索了人才培养的途径和方法.

1 由地方经济社会、产业发展及企业技术创新需求确定专业建设方向

新建本科院校的光电信息科学与工程新工科专业建设，首先需要正确树立建设理念和思路.一要从学科导向转向以地方经济社会、产业发展需求为导向[3].既要深入分析地方激光加工、光纤通信、光电显示、光照明、光存储、太阳能光伏、激光医疗、军用光电装备等产业当前和未来的发展需求，又需研判地方光计算、物联网、人工智能、3D显示、虚拟现实等未来新型产业领域对光电信息技术的需求.围绕这些产业对光电信息类人才知识结构、素质能力的要求确定人才培养方案，培养出“适销对路”的人才[5].二是走应用型发展之路，培养复合型高素质光电工程专业人才.三要走差异化、特色化、内涵式发展思路.在地方范围内，比较分析设置有光电类专业的其他院校的办学特点和服务面向.结合自身特点确定在光电领域具有明显优势和潜力并有资源投入保障的专业发展方向并集中资源投入建设，形成特色，与地方其他高校成为互补.

2 构建政校企共同体，推进专业建设

新建本科院校建设光电信息科学与工程新工科专业，需要建立与地方范围内电子、信息类产业实务部门、行业、企业、研究院所、高校的联系，开展产学研合作[14].新建本科院校在与综合性大学开展校企合作竞争中处于劣势的情况下，只能坚持差异化发展思路[15].一是根据地方企业的人才需求和高校自身特点，集中资源建设具有自身优势和特色而又在区域内老牌综合性大学发展偏弱的光电领域专业方向.二是与综合性大学培养学术型人才偏向相异，新建本科院校要强调提升学生光电信息工程实践能力和创新创业能力，培养与地方企业需求零距离接缝的应用型人才.三是与综合性大学教师科学研究偏向学术研究相异，新建本科院校需引导教师主动对接区域行业企业的需求开展科研和技术研发，帮助企业解决转型升级和产品创新中的关键技术问题.通过以上路径，使企业愿意参与到应用型工程教育人才培养中来，形成校企共生共赢的协同育人模式.要让光电类行业企业参与到教育教学各个环节.校企合作培养人才或开展技术创新研发要具有前瞻性，不但要针对光电行业企业当前发展所需，更要面向未来的发展需求[5].

3 多元化渠道争取办学资源，建设教学和科研平台

新建本科院校办学基础薄弱，而相对其他专业，光电信息科学与工程专业建设所需的教学科研实践平台搭建相对昂贵，办学资源创建为该专业新工科建设带来了挑战.资源创建和平台搭建的思路可归纳为三条：一是在优化整合校内资源的同时，通过多元化渠道争取外部办学资源，创造办学条件.不但要利用区域优势争取各级政府、行业部门在政策、经费和其他资源的支持，还需主动联系和挖掘产业行业和社会各界优势资源.二是建设贴近工程实际的实践教学创新平台.基于地方光电类产业需求，有针对性地建设贴近光电行业生产实际，满足光电企业岗位需求的真实岗位实习实训平台，典型例子如激光制造与测试实训系统、光电子器件制备与测试组网实训系统、光通信技术与应用实训系统等.基于光电信息技术前沿创新性和学科交叉性特征，建设工程创新和技术开发平台，如针对物联网、人工智能、3D显示、虚拟现实等新型应用的光电信息技术开发平台等.三是充分利用优质共享教学资源，如国家、地方开放型光电类相关实验室、工程技术中心以及线上光电类课程教学资源.

4 组建双师型人才队伍

高等工程教育的新工科改革成败关键在人.新建本科院校师资普遍工程实践能力弱，需要建立一支教育教学能力、科研能力和工作经验兼备的“双师型”跨学科教师队伍.首先，根据新工科改革需要改造现有教师队伍.一是与企业合作，建立设在企业的教师访学或培训基地，通过挂职、工作、访学、培训等多种方式有计划有组织地派遣教师到企业一线工作.二是鼓励和支持青年博士到企业博士后流动站从事工程技术研发工作.三是改革教师职称评定体系，为工程实践能力强、应用性研究成果突出的教师争取更大职称晋升空间.然后，完善教师聘用体系，解除人事制度的制约，从企业、产业部门引进工程经验丰富、工程能力强的光电类专家或工程师充实教师队伍.

5 优化人才培养模式和课程体系，改进教学方法和教学手段

人才培养模式的改革与创新是新工科专业建设中的关键[16]，需要结合自身优势和特点，坚持以学生为中心的理念，按照新工科建设的需求改革课程体系、教学内容和考核方式，更新教学方法和教学手段.

5.1课程体系和教学内容改革

新建本科院校在建设光电信息科学与工程新工科专业时，由于基础较弱，课程体系不宜求大求全.一要针对地方光电相关产业发展需求，确定具有明显优势和潜力并有资源投入保障的课程构建课程体系并集中有限教育和研究资源建设各门课程，形成办学特色.二要结合光电信息新技术的发展、应用现状和趋势更新教学内容，优化课程结构.既要发挥现有专业基础和优势，又要关注影响地方光电信息相关产业发展的新思想、新知识、新技术与新方法，将其融入教学内容.三要注重多学科交叉融合与问题导向.光电信息科学与工程本身是以光电子为主体，光学、电子、信息、机械等多学科交叉衍生的专业，在新工科背景下，该专业在新经济、新产业需求驱动下，其课程体系和教学内容更需要注重学科交叉融合.一方面可根据地方相关产业需要的光电新技术发展需求开设一些跨学科专业课程，另一方面也可在经典课程内容基础上融入其他学科的前沿新知识、新技术和新动态.四要围绕光电信息相关行业标准推进教学内容改革，通过实施诸如光电卓越工程师人才培养计划来突出培养具有实践能力、创新能力、工程思维以及职业素养的亲产业型人才.

5.2教学方法改革

新工科背景下，应以提升学生工程实践能力、创新能力为动机，以提升学生学习兴趣为主线，构建以学生为中心的工程教育生态，推进工程人才培养的新型教学方式方法变革.典型教学方法有工程岗位模拟教学法、工程案例教学法、任务驱动式教学法、线上线下混合式教学法等.

工程岗位模拟教学法是指基于校内模块化实践教学平台，通过光电企业运营中的生产、装配、检测等真实岗位对学生实施轮岗实践教学，全面模拟光电企业典型产品生产的全过程.该教学法将工程实际嵌入课程教学，能让学生直接掌握典型光电器件、系统的设计、制作、工艺、检测等环节流程，从而将职业标准中对岗位知识、能力、素质的要求内化于课程实践教学，培养高层次光电信息技术应用型人才.

工程案例教学法是指在课程教学中结合知识模块引入光电信息类实际工程案例，组织学生分析讨论并提出解决方案，最后引导学生总结评述各方案的优缺点.首先，需要结合工程实际，将同一课程甚至多门课程的多个知识点有机结合构建工程案例.然后，灵活选择案例的引入方式引导学生应用模块知识解决具体工程问题.

任务驱动式教学法是指结合教学内容设计工程任务分配给学生分组完成.首先综合光电理论知识的应用前景构建有一定工程意义的项目任务，按照学生基础、兴趣及特长分组分派.然后引导学生根据任务目标实施资料查阅调研、方案设计优化、软件仿真预判、器件选型购置、系统制作调试、性能测试优化.最后学生分组讨论、撰写报告、答辩验收.

线上线下混合式教学法是指传统面授教学与网络在线教学相结合的教学方法.首先，依托校内网络教学平台、校外在线教学平台及QQ 、微信、E-mail等通讯工具，在线发布授课计划、课前自学任务、教学视频、教学课件等资源，引导学生课前自主学习并完成在线测试以初步掌握基本知识点.然后，在课堂教学时，着重强化重难点并进行答疑，必要时还可组织学生专题讨论.课后，利用网络平台布置适当作业任务并批阅汇总.

5.3教学手段更新

新工科背景下，传统 “黑板+粉笔”式的教学手段已不能满足现代工程教育发展的要求，信息技术与教育教学的深度融合催生了许多新型教学手段.一是合理利用多媒体技术来扩展课堂教学中信息传播的方式.利用图片、声音、动画、视频等信息载体，可使抽象概念形象化，可更清晰、准确地描述工程系统的结构和原理，可形象地呈现工程动态过程.二是将在线教学手段引入教学.将本校教学团队精心组织的教学资源以及校外网络共享优质在线课程资源上传在线网络教学平台，采用线上线下混合式教学方法融通线下与线上空间，教师引导学生自主学习和交流，满足学生个性化学习需要.三是将虚拟仿真手段引入教学，充分利用虚拟仿真技术创新工程实践教学方式.可利用Zemax、LightTools等光学类设计或仿真软件对各类光电设备中的光学系统进行设计，仿真分析其光线传输规律并评估其光学性能.可利用Multisim、Proteus等电路仿真软件模拟、分析和优化光电设备中的典型功能电路.可利用虚拟现实技术构建实践教学环境，突破时空限制虚拟演示工程过程和结果并为学生创造探索性的实验情境.

5.4课程考核方式改革

高等工程教育传统的课程考核方式单一且过于偏向理论考试，难以达到考核新工科人才工程实践能力的目的.改革的思路有两点：一是提高过程性评价在总评成绩中的占比，二是加强工程实践方面的评价.过程性评价形式可灵活多样，典型如平时作业、课堂表现、平时测验、课程项目、团队协作、调查报告、课程论文等评价环节.工程实践方面的评价典型方式如课程实验评分(包括实验预习、实验操作、实验报告等)、岗位实训评分(包括工程素养、工程能力、实训效果等)、工程设计(包括资料调研、方案制定、器材选型、设计效果、系统性能等).通过课程教学各环节的综合评价体现考核的多元化.

6 结论

新建本科院校建设光电信息科学与工程新工科专业需要由地方经济社会、光电相关产业发展及企业技术创新需求确定专业建设方向，培养“适销对路”的应用型光电工程技术人才.坚持差异化发展思路，建设光电领域特色专业方向，紧贴企业需求培养人才，构建政校企共同体.通过多渠道筹措办学资源，组建双师型人才队伍.结合光电信息新技术的发展现状和趋势，注重多学科交叉融合与问题导向，围绕相关行业标准来更新教学内容.以学生为中心，通过工程岗位模拟教学法、工程案例教学法、任务驱动式教学法、线上线下混合式教学法等来提升学生学习兴趣，构建自主互助的探究式主动学习模式.合理利用多媒体技术，将在线教学、虚拟仿真手段引入教学.提高过程性评价、工程实践评价在课程总评成绩中的占比，体现考核的多元化.