地方高校电子信息类新工科专业群模式研究与实践

童耀南,李 武,涂 兵,陈 松

(湖南理工学院信息科学与工程学院,湖南 岳阳 414006)

0 引言

近年来,国家提出并实施创新驱动发展战略.“十四五”规划进一步强调,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位.在“十四五”期间,湖南省将大力实施“三高四新”战略,打造国家重要先进制造业高地、具有核心竞争力的科技创新高地、内陆地区改革开放高地.湖南理工学院所在地岳阳市,确立了包括电子信息在内的七大千亿产业目标.国家强大要靠创新,创新要靠人才.2017年以来,为积极回应国家发展新需求、产业转型升级新趋势、国际竞争新形式及立德树人新要求,教育部和广大高校积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等纲要文件.如何主动布局新工科专业建设,加快推进传统学科专业升级改造,培养高素质工程技术人才,为新经济发展提供新型工科人才支撑,已成为国内工程教育界亟须解决的重大课题[1～3].

截至2016年,我国工科在校生占高等教育在校生总数的三分之一,其中工科本科在校生达538万人,专业布点17000 余个[4].这些数据表明,我国已成为全球工程教育大国,但工程人才数量和质量仍然无法满足我国社会发展需求.预计到2025年,我国新一代信息技术产业人才缺口将达950万人,居制造业十大重点领域之首[5].此外,根据世界经济论坛发表的《全球竞争力报告(2016-2017年)》,我国创新能力排名全球第34 位.由此可见,当前我国高校工程人才培养还面临艰巨的任务,特别是占全国高校总数90.8%的地方本科院校采用什么样的新模式,来升级改造传统工科专业,有效培养符合新经济需求的新工科人才是极富价值的研究课题[6,7].本文基于湖南理工学院信息科学与工程学院在“十三五”期间围绕高素质工程应用型创新人才培养目标开展的系列改革举措和取得的成效,重点阐述在大工程观指导下的电子信息类“4(4+1)”新工科专业群改革模式与经验,以期为同层面地方高校相关工科专业建设提供参考.

1 新工科专业群建设依据

1.1 专业群的大工程观

专业群的概念源自产业集群理论,其要义是通过聚集相近专业、优化专业要素、共享专业资源、降低发展成本,从而提升专业社会竞争力[8].发达国家的工程教育经历了技术范式到科学范式,再到现在已形成广泛共识的回归工程范式[9].大工程观是伴随美国工程教育发展历程而形成的工程教育改革指导理论.谢笑珍[10]认为,大工程观就是以整合、系统、应变、再循环的视角看待大规模复杂系统的思想,其本质是将科学、技术、非技术、工程实践融为一体的,具有实践性、整合性、创新性的工程模式教育理念体系.专业群是本科专业建设的模式和手段,大工程观是工程教育的理论思想,两者都以系统论为基础.因此,以大工程观为指导,构建新工科专业群具有理论可行性.

1.2 新工科的内涵要求

新工科建设“复旦共识”指明,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,要主动对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求,培养具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才.顾佩华[1]认为,新工科教育改革可分为建设新工科专业和升级改造现有工科专业两大类.一是建设新工科专业或专业方向,如近年来开设的人工智能等新专业;二是根据新工科教育范式框架改造现有专业,即以新理念、新模式、新方法、新内容和新质量标准来改造现在的工科专业.由于学科专业分类的历史沉淀,专业师资条件,招生就业政策等原因,改造现有工科专业是目前新工科专业建设的主流模式.李培根[2]提出,面向未来的工程人才应该具备包括“形而上”的工程技术问题思考能力、使命感和价值感、空间感、关联力、宏思维等若干新素养,并重点对关联力进行了全面论述,认为关联力是未来创造者所应该具备的基本素养,新工科应帮助学生建立专业节点或信息源的关联,并成为获取知识的重要途径.李茂国[11]等认为“回归工程”范式适应当前工程人才培养的新挑战和要求,提出体现工业革命需求、科技革命趋势,与当前的大学范式相适应的“融合创新”工程教育范式.综上所述,在兴办新专业存在师资匮乏、经费有限、参考经验不足的现实条件下,打破现有同类或相近专业壁垒,构建共生共进的专业群模式,推行专业课程群改革,强化产教融合和校企合作,是当前地方高校新工科专业建设的内涵要求.

2 “4(4+1)”新工科人才培养模式

湖南理工学院电子信息工程专业获批“十二五”国家级专业综合改革试点项目,经过五年的探索和实践,形成了“331”结构的人才培养特色,产生了一系列改革成果[12,13].为进一步提升人才培养能力和质量,在“十三五”期间,以大工程观为指导,对照新工科建设标准要求,围绕工程应用型创新人才培养目标,通过推进学科专业交叉融合,深化校企合作,优化人才培养方案,加强校企协同育人实践平台和创新创业教育体系建设,构建并实施了4个“4+1”结构为特色的电子信息类新工科专业群人才培养模式,如图1所示.

图1 基于专业群和课程群的电子信息类新工科人才“4(4+1)”培养模式

2.1 “4专业+1试点”专业群结构

学科专业群是指由若干基本属性相近的专业构成一个相互依托支撑的整体,具有服务面向基本一致、理论与实践基础相同、学科专业资源可共享等特点[14].学科专业群模式可有效节约资源,有益于具有关联力的工程应用型创新人才培养.湖南理工学院信息科学与工程学院将现开设的电子信息工程、通信工程、信息工程和自动化等4个本科专业视为一个整体,以国家级专业综合改革试点电子信息工程专业为龙头,坚持“宽基础、精理论、重实践、育专长”培养理念,以工程素质、创新精神和创新能力培养为主线,统筹推进电子信息类专业群建设.各专业培养方案的创新创业教育体系共建,校企协同育人实践平台共享,通识素质课程及学科基础课程同构,专业方向课程差异化.

2.2 “4模块+1体系”课程群结构

课程群是指围绕专业人才培养目标要求,为完善学生的知识、能力、素质结构,将相应专业培养方案中的知识、方法和问题等方面具有逻辑联系的若干课程重新规划,再整合构建而成的有机课程体系.将电子信息类专业的课程体系分为通识素质、学科基础、专业课程、实践教学4个课程群模块和创新创业教育体系.通识素质模块注重人文素养、责任感、价值观等非技术性综合素质培养.学科基础模块以电子信息类专业核心基础课程为主,包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计、电路分析、模拟电路和数字电路等.专业课程和实践教学模块注重工程问题空间感、知识关联力、宏思维等教育,重点培养学生应用知识解决复杂工程问题的能力和素养.构建“7 个1”创新创业教育体系(主要面向电子信息工程实验班),即规划1 套交融式创新创业课程(含创业通识、创业技能、就业指导),研制1套融入创新教育理念与方法等元素的课程质量标准(加强研究方法与学科前沿教学),培养期内要求学生主持或参加1项研究课题、参加1次学科竞赛或创新创业大赛,获得1项竞赛奖励,取得1项成果(科技论文、专利、软件著作等),参加不少于1 次的企业专业实习,将创新创业教育融入人才培养全过程、各环节.

2.3 “4实践+1平台”实践体系

将实践教学环节划分为基础实践、专业实践、工程实践、学科竞赛训练4 个模块,同时加强校企协同育人实践平台的建设.基础实践、专业实践主要是加深学生对专业基础理论的理解与掌握,锻炼专业基础实践能力.工程实践直接或间接依托产学研合作项目开展,注重学生的工程意识、工程素质、知识关联与应用创新能力培养.此外,通过学科竞赛训练,培养学生科技创新意识,强化知识关联能力.实践体系的建设重点是通过项目合作、技术服务、专业实习、共建实验室等措施深化产教融合、强化校企联系;同时打造互补共赢的校企协同育人实践平台,为教学提供新内容,为实践提供新渠道,为创新提供新源泉.目前已与多家科技型企业联合建立工程技术中心、产学研合作示范基地、创新创业示范基地等,部分获批为省级平台.

2.4 “4学年+小学期”培养方式

将创新创业教育贯穿于本科阶段的四学年,且采用小学期制(暑期)强化学生工程实践和创新创业能力培养.通过创新教育体系的思想引领和创新指标要求,促使学生积极参与学科竞赛训练和大学生创新训练项目,或参与教师科研和产学研合作项目.充分发挥小学期的作用,切实加强暑期国家级、省级电子设计竞赛和数学建模竞赛等培训的覆盖面,提升训练质量;充分挖掘校企合作项目资源,作为教学和学科竞赛训练内容.例如电子信息工程专业实验班开设的CDIO一级、二级、三级项目实训,分别在第一、二、三学年的暑期完成.CDIO 一级项目实训为电子技术基础训练,含电子线路CAD 和PCB 电路板制作;二级项目实训针对现代电子电路和单片机等课程开设,并进行电子设计竞赛训练;三级项目实训指导学生研制电子工程样机或参加电子设计竞赛,强化多学科知识关联力培养.

3 改革实践成效

湖南理工学院信息科学与工程学院在“十三五”期间,通过大力推进学科专业群和课程群建设,积极探索面向新经济的新工科人才培养路径,形成了4 个“4+1”结构为特色的电子信息类新工科人才培养模式,在专业建设、课程改革、人才培养等方面取得了喜人成绩.

电子信息工程和通信工程专业获批为省级一流本科专业建设点,并在省专业综合评价中分别以全省第4 和第5 的成绩被评为A 等专业.电子信息工程专业申请工程教育专业认证获受理.专任教师主持首批国家级新工科研究与实践项目、湖南省教育科学规划重点项目、省教研教改课题等20余项,形成了一套“OBE 理念+自制实验设备+现代信息技术+工程案例”的立体化课程改革模式.学院与企业联合共建省电子信息类重点实验室等省级实践平台4个.教师主编出版工程类特色教材4部,建有省级精品课程3门,获省高校教师课堂教学竞赛一等奖2项.电子工程实训“四自兴趣驱动”教学模式入选教育部高校实验教指委组编的《高等学校实验教学典型案例汇编》.

2016年以来,学生主持国家级、省级创新训练计划项目20余项,在《IEEE Signal Processing Letters》《IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters》《物理学报》《光子学报》等期刊发表科研论文30余篇,申请专利20 余项.电子信息类本科生获各类学科竞赛省级一等奖以上奖励数十项,特别是2017年、2019年连续两届分别获全国大学生电子设计竞赛国家一等奖4项、3项,一等奖获奖数量分别排名全国第13位、15 位,均居湖南榜首.2020年,在全国大学生电子设计竞赛——模拟电子系统专题邀请赛(TI 杯)中,获一等奖1项(全国仅6项).近年来,电子信息类专业毕业生考研上线率均超过20%,一次性就业率高达98%,并深受科技企业和研究生培养单位欢迎.