新工科背景下地方高校专业升级探索与实践

林春梅

(绍兴文理学院 机械与电气工程学院，浙江 绍兴 312000)

“新工科”建设作为国家战略，以应对变化、塑造未来为理念，要求各类高校的工程教育必须及时做出回应，并按照社会需求和自身特点确定定位，以新理念、新模式、新质量、新方法、新内容作为新工科建设的基本内容，通过构建新工科专业或改造升级现有专业，形成各自特色，以满足新型工科人才的培养需求。如何在国家战略框架下，建设适合学校层次、特色鲜明的新工科是一项需要认真探讨的新课题。特别是对于地方高校更具有特殊的意义和价值。本文从地方高校目前工程专业教育现状与新工科建设要求存在的不适应和面临的突出问题着手，结合绍兴文理学院正在推进的新工科建设和工程专业认证，探讨地方高校的新工科建设思路，并结合绍兴文理学院计算机科学与技术专业的新工科建设实践给出了初步解决方案。

一、新技术 新业态 新工科

大数据、云计算、人工智能技术的突破性发展，出现了以新技术为核心的科技与产业变革，并呈现出前所未有的智能化、个性化、定制化“新业态”特征，同时也启动了产业在设计、制造、管理和服务形态上的升级进程。2015年5月国务院发布了“中国制造2025”计划，给出了新工业模型，该模型将科技创新驱动发展作为核心，两化融合作为主线，智能制造为其主攻方向，旨在通过两化融合推动新一代信息技术在产品、制造装备、业务流程、生产要素等产业体系中的全面渗透和深度集成，从而建立新型生产模式、组织体系和产业形态，形成新型工业化体系。这种以新技术驱动的产业特征决定了对未来工程师的素质与能力的新要求，并赋予工程教育新的使命。

“新工科”从概念的产生到行动，学者们围绕着“新”在教育“理念”“内涵”“范式”“质量”“内容”“方法”“路径”等方面展开了热烈的讨论，先行者们的开创性研究与实践为我们做了很好的引领和启发。他们从什么是新工科、为什么建设新工科和如何建设新工科为出发点提出了新工科的内涵[1]，还从工科之新的“文化高度”去俯视工程教育，将“文化”要素视为工科新的关键[2]，不断丰富了“新工科”的内涵。在工程教育创新方面，提出新工科的通宽性、前瞻性、交叉性、开放性和实践性，以及工程教育创新所要解决的问题[3]。在建设方面，提出建设应遵循满足社会需求、立足分类自主发展。在建设中应直面理念认识不足、碎片化建设、产学合作不深入等问题提出新工科建设未来走向的思考[4]。分析了新工科建设的主要瓶颈，提出了新工科建设的基本路径，并对不同类型的高校如何推动新工科建设给出了思路以及经验[5]。在具体行动方面，提出了以CDIO模式引入新工科建设，实现从理念到行动的转变[6]。从质量管理的视角，指出新工科专业建设本质上是教育相关方要求动态性的具体体现，并给出了新工科专业建设质量的过程要素分析模型和实证分析[7]。从培养的层面，设计了“理论”与“实践”交融互动的“双线”跨学科培养方案及创新课程体系[8]。分析和研究了新工科专业课程体系改革和课程建设中的主要任务和核心工作，提出新工科课程体系的价值取向、构成要素等[9]。在培养模式方面，提出了新工科背景下实践教学新思路“三元协同育人机制”以及教育教学资源配置方式，并对实践教学提出了新思路[10]。

二、地方高校面临的突出问题

根据新工科内涵及建设要求，认为地方高校的新工科建设面临以下几个方面的突出问题。

(一)地方高校的定位与其应有的价值取向不相适应

一直以来，地方高校在学校定位、专业培养方案的制订、培养模式选择等方面存在盲目地向国家级高校看齐的现象，因此，部分消解了地方院校在高等教育系统中所赋予的特有功能，导致了趋同性和位置的迷失，使得培养的学生与产业需求差距较大，竞争力较弱。目前开展的新工科建设，强调注重分类发展，促进高校在不同层次不同领域办出特色、办出水平，在产业中发挥各自作用，并特别要求地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用。不难看出，新工科建设过程是一个让地方高校纠偏正位、回归价值的过程。

(二)专业教育理念和导向与新工科人才需求不相适应

长期以来，工科专业教育理科化在各高校普通存在，科学导向的教育观念和培养模式已深深固化。具体表现为：(1)对专业的问题空间定义大而全,无适当的子集切分，缺少针对性；(2)培养方案中关于工程教育的整体性设计缺乏，在人才培养目标、毕业要求和知识、能力、素质要求方面没有充分体现工程主导的理念，课程体系设计中缺少工程全生命周期的课程布局，课程孤岛现象严重；(3)课程教学过程中，缺少工程导向的教学设计和实践，产业中优质的工程教育资源没有被充分利用，学生得到的工程教育和训练大多停留在模拟的层面，因此，学生的工程思维能力和工程素养没有得到系统化的培养。

(三)人才培养体系与产业发展不相适应

根据MIT构想，未来的产业会由物联网、自动化体系、机器人体系、智慧城市、可持续材料和能源体系、大数据组成，具有高度的整合性、复杂性、连通性。因此，未来专业教育的学科范畴和边界较传统工科专业有着新的内涵，交叉、融合、渗透、拓展将成为新工科的学科特征。而目前的专业教育和人才培养与产业重大发展战略存在方向偏离，或步调不一致，对产业发展和重大变化的敏感度较低，面向产业的开放性、融入性、支撑度不够。主要表现在：(1)知识体系滞后于市场和产业发展需求,缺少前沿技术的引领；(2)缺乏多学科有效融合的机制和平台；(3)培养方案缺少灵活的适应性调整和改进机制；(4)多方协同、合作培养缺少协作动力和制度的保障，从而导致协作机制不健全、不规范，系统性、实质性协作培养体系难以建立起来，大多停留在某门课程或某个环节的协作层面，培养的有效性较低。产学、产教结合的深度、广度和效度不够，难以真正实现“接地区”“近产业”“重应用”的协作培养。

(四)师资的工程化水平与工程教育不相适应

教师的工程化意识不强、工程能力不足，与新工科对教师工程能力的要求有较大的差距。一是表现在教育理念上，长期以来科学导向的教育理念主导着教师的教学全过程，无论是教学的整体设计，还是教学过程的实施，工程主导的思想并未充分建立并融入其中；二是学校的政策导向、管理规范、教学环境、教师的发展和评价，对教师深入产业的促进作用不足；三是教师与产业“距离”较远，甚至是完全隔离的，因而导致大多数教师对产业的发展和变化缺少了解，工程实施的现场经验严重缺乏，使产学结合、产教结合浮于表面。

(五)新工科专业教育可持续改进的需要与现有专业质量保障体系不相适应

结果导向、不断改进的专业教育质量管理方法是应对技术、产业快速变化背景下高质量培养人才的保障,而目前专业教育缺乏内部可操作的专业质量诊断、评价、反馈和持续改进的保障机制，导致结果导向、不断改进成为一句空话。其原因主要可归结为三个方面：一是改进机制需要有专业教育保障制度和规范的支持；二是要将常态化的评估和评价作为专业改进的基础，并成为一种自觉；三是要有行之有效的教学质量监控、反馈机制和环境支持。而这三方面目前各高校相对缺乏。

三、地方高校新工科建设思路

新工科建设是一项系统工程，不仅在教育“理念”“内涵”“范式”“质量”“内容”“方法”“路径”等方面透着“新”，且渗着“广”，因此，通过重点解决与新工科要求不相适应的突出问题，对推进地方高校的新工科建设更具现实意义。基于以上分析，认为地方高校的新工科建设应重点解决以下几个问题：一是纠正偏离的价值取向和定位，将主动适应区域产业升级和主要应用问题的解决作为人才培养依据；二是调整大而全的专业问题空间，构建以实现区域应用问题解决为目标的专业问题空间，解决培养与需求的结构性矛盾；三是设计并构建多个以区域应用为主线，以产品全生命周期为依据布局课程体系，支持柔性化培养方案的形成，提高培养方案的动态适应性，促进人才培养多样化、个性化；四是搭建并做实多方协同培养的新环境，真正实现多学科、多机构协同的培养；五是建立支持结果导向、不断改进的工程教育质量保障体系，支持专业教育质量的不断提升。

基于上述问题，本文提出以下解决方案。

一是针对地方高校工科专业定位与其应有价值取向不相适应，专业问题空间大而不实，教学内容全而不强的问题，建立多维(新技术、区域应用、产品价值链)人才需求动态模型，将新技术、区域产业应用、区域产业升级中突出工程问题解决作为人才需求要素，并以此作为约束，在强调新技术及区域应用的同时，使用与CDIO理念匹配的产品价值链维度以突出人才的工程特质，从而解决服务区域特征不突出、专业问题空间大而不实、教学内容全而不强的价值偏离等问题。

二是针对重学科导向、教学方式理科化等问题，通过应用驱动、工程主导的培养方案再造加以解决。首先，将区域主要应用工程问题解决作为目标，通过对区域主要应用工程活动所涉及的完整链条、组织管理、设计过程(技术形态、信息流等)、产品开发、服务等进行识别；参考CDIO框架，重建专业问题空间，重塑专业边界，重构培养方案，从根本上建立工程人才培养的基础架构和路线，形成多学科融合的工程人才培养新生态。

三是针对人才培养与社会需求的结构性矛盾，以新技术在区域产业中的应用和发展为引导，在重构知识体系的同时，通过技术的共性和应用的特性，在培养方案中嵌入可灵活调整的改进机制，支持柔性化培养方案的形成。同时，建全并做实多层面协同平台，其中，重点建设好校内校企协作平台。此外，通过保障标准中的不断改进机制，进一步强化人才培养与需求的匹配，解决人才培养与需求的结构性矛盾。

四是针对专业的可持续改进与现有质量保障体系的不相适应，通过建立工程认证为导向的质量保障标准，实现常态化的专业诊断、评估、反馈、指导，并以此规范专业管理，促进专业建设，支持专业不断改进，最终实现专业教育质量保障和提升。新工科建设思路如图1所示。

图1 地方高校新工科建设思路

四、计算机科学与技术专业升级改造的新工科建设实践

(一)区域应用驱动的人才需求模型建设

新工科人才培养的一个重要导向是支持新技术驱动的本轮工业革命，因此，新业态的技术特征、行业(区域)应用是发现人才需求的基本出发点。此外，由于新技术应用的深度、广度不同，对人才的需求规格层次不尽相同，因此，人才需求与新技术应用的深度和广度相关。除此之外，以工程人才培养的CDIO框架和模式为启发，认为产品价值链更能体现工程的过程性以及产品形成各阶段的业务特征，一方面给出了作为一个工程人才应该具有哪些方面的能力，同时为培养者从哪些方面进行培养提供了依据。针对本地区及周边区域未来与新技术相关的重点发展方向和行业新技术的应用需求，在上述模型的三个维度中(模型图如图2、图3所示)，区域应用作为培养实施的载体，不仅决定了人才培养方向、内容，也决定了参与人才培养所涉及的学科专业，支持专业问题空间的确定；新技术应用的深度和范围很大程度上决定了要解决问题的层次，即确定人才培养层次；产品价值链中的设计、研发、制造、营销、服务各环节支持新工业体系各个阶段人才的需求相对应，构成了课程及课程体系设置的依据。同时，学科专业可以根据优势在价值链中选择人才培养重点，确定各学科专业在培养过程中参与的权重。而由三个维度确定的空间则构成精确的专业问题空间。

图2 智能制造人才模型

图3 深度信息化应用人才模型

以下是根据本地区新技术驱动下率先和重点发展的产业和行业的人才需求模型。本地区的新技术应用按行业可分为六个大类，18个子类，技术特征归为两大类：智能化制造(或改造)和企业深度信息化。

设H为智能深度，A为应用问题域，V为专业问题空间，L为价值链长度，针对第i个应用、深度为第j层的人才需求则可以表达为：

人才培养层次：Hj=f(z)

人才应解决的应用问题域：A=f(x,z)=(xi-xi-1)×(zj-zj-1)

专业问题空间：V=f(x,y,z)=(xi-xi-1)×(zj-zj-1)×L

(二)学科融合的专业问题空间分析

通过对本地区产业相关应用问题调研梳理，以应用问题解决为目的对相关应用的工程活动进行剖析和识别，确定了应用问题解决所涉及的学科专业以及各学科专业在问题空间中的责任区域，表1是根据区域目前及未来重点支持和发展的产业应用所确定的学科专业及各专业的问题空间。

表1 应用问题解决的相关学科专业支持情况

(三)课程体系建设

根据专业问题空间的分析及划分，设定了三个专业方向：物联网、大数据、人工智能。并对不同应用，以产品全生命周期的主要环节为参考，设置课程，并按工程逻辑对课程进行整体布局。具体步骤如下：(1)按国家认证标准选择核心课程；(2)抽取各应用所使用的公共技术，形成专业平台课；(3)根据本专业的培养方向以及各应用所使用的核心技术，建立专业方向课；(4)以特定的应用建立应用方向课；(5)将课程按工程逻辑布局。课程体系如图4所示。

图4 新技术应用驱动的专业课程体系架构

(四)协同培养平台建设

遵循“面向需求、创新机制、强化实践、协同育人”的理念，设计了多层次协同培养平台，支持产学三级联动。在具体实践上，建立了校内校企协同培养平台-百度云人工智能学院，以及大数据、人工智能、物联网为技术核心的人工智能协同创新中心。同时，进一步优化了专业实验室、校外基地。产学联动工程能力培养模式，如图5所示。

图5 “产学协同”工程能力培养模式

(五)认证导向的质量保障标准建设

依据学科专业教育规律，以工程教育认证通用标准和专业补充标准为依据，围绕工科专业培养目标和毕业要求的达成。同时，关注认证过程的“说(目标)、做(实行)、证(证明)”三个基本环节，确定专业质量保障标准的指标体系。其中包含了4个一级指标、13个二级指标、36个三级指标(表中的项目符号对应国家认证标准)。具体指标体系如表2所示。

表2 专业教学质量保障标准框架(指标体系)

根据以上指标框架，我们建立了计算机科学与技术专业教育质量保障标准。标准分为四大部分，对应4个一级指标，覆盖了为达成国家认证标准和补充标准而制定的制度、规则和措施。专业培养方案质量保障标准、专业教学条件质量保障标准和专业及教学建设质量保障标准是保障“说得准确，做得到位”。专业管理质量保障标准在支持说得准确、做得到位的基础上，更多的是保障“证得有据”。

专业培养方案质量保障标准建立了专业培养方案的制定和修订制度以及具有可操作性的措施。按认证的要求制定了制度和措施，保障培养目标、课程体系建设质量。同时，按工程认证要求建立计算机科学与技术专业课程体系，为培养方案提供支持。专业教学条件质量保障标准规定了计算机科学与技术专业教育应达到或努力达到的师资标准、教学设施标准和支持学生标准。在师资条件标准中，强调了教师的工程能力以及提升工程能力的保障制度，强化了促进教师的可持续发展的手段和措施，为师资规划、建设、水平提升提供可操作的依据。在设施条件中按认证要求制定了各类教学设施、资源的要求，特别强调资源的利用率以及新型媒体资源的建设和利用。在学生支持方面，按认证要求制定了各种支持举措和要求，从多层面支持学生学习指导、职业规划、就业指导和心理指导。专业及教学建设质量保障标准分为专业建设和教学建设质量标准，专业建设质量标准是保障专业培养目标定位的准确性，培养方案能有效支持培养目标的达成和专业特色的形成，专业可持续发展的改进机制完善有效。教学建设质量标准是课程建设、教材建设、实践教学建设和教学改革的规范和质量要求。专业管理质量保障标准是保证专业教育“做得规范、到位”“证得有据”，该标准主要是在学校专业教育管理的框架下，从专业层面对专业的教学管理、教学规范、教学质量评价、分析及改进制订的标准。

五、总结与展望

我们从地方高校工程专业教育现状与新工科要求存在的不适应以及面临的突出问题着手，按照“面向区域产业、工程应用导向、强化多方协同、质量不断改进”的理念和思路，探索了新工科背景下地方高校计算机专业的升级改造。提出一种全新的人才需求模型，该模型充分考虑了新工业模型的特点，并支持人才需求的动态调整。在具体实践上，重建了专业问题空间，形成以区域应用问题解决为目标的专业问题空间，并按照CDIO的核心理念构建课程体系，支持柔性培养方案形成。此外，制定了认证导向的计算机专业质量保障标准，对专业教育的“说、做、证”三个环节进行保障。在具体操作上，建设了以百度云人工智能学院为主体的协同培养平台和人工智能协同创新中心，使协同培养落在实处。然而，通过实践我们也看到，新工科建设是一项复杂的系统工程，还有许多值得研究的问题，因此，未来将进一步开展以下工作：(1)学科间的协同机制以及操作层面的规范；(2)信息技术在质量管理中的深度使用；(3)深入研究和完善人才需求模型；(4)实践并不断完善质量保障标准。