基于互联网思维的应用型高校新工科实验教学中心构建机制研究

薛鹏 田海杰

[摘 要] “新工科”建设背景下，运用大数据、强依赖、真跨界及多融合等互联网新思维，明晰应用型高校实验教学中心的职责定位与业务方向不失为一种创新研究方法。以此为基础，重点关注人员结构、激励驱动机制及与工科类学院边界划分等现实问题对策，以期达成基于互联网思维的立足于工程素质培养的应用型高校实验教学中心发展愿景。

[关键词] 互联网思维;新工科;任务驱动

[中图分类号] G 642  [文献标志码] A  [文章编号] 1005-0310（2021）03-0016-05

Abstract：  Under the background of Emerging Engineering Education （3E）， its an innovative research approach to clarify the responsibility orientation and development of experimental teaching center in application-oriented universities by applying such Internet thinking as big data， intensity-dependence， real cross-border and multi-integration. On this basis， we focus on the personnel structure， incentive driving mechanism and boundary division with engineering colleges， so as to achieve the development vision of the experimental teaching center in application-oriented universities based on Internet thoughts and engineering quality training.

Keywords： Internet thought;Emerging Engineering Education;Task-driven

1 “新工科”時代实验教学中心之发展背景

当今时代正处于新科技革命与产业变革的大背景与趋势之下，经济社会发展对高等教育提出了严峻且亟待破解的新需求和高期待。在这其中，“高等教育与产业结构、经济社会、社会发展的紧密协调”是核心要义之一。高等工程教育与产业发展有着多层次的密切关联，深化工程教育改革、建设工程教育强国，对服务和支撑我国经济转型升级意义重大。在此背景下，教育部于2016年首次提出了“新工科”建设构想，先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等纲领性文件[1]，开启了“新工科”研究与实践大幕;随后教育部于2018年和2020年，相继发布了《高等学校人工智能创新行动计划》《未来技术学院建设指南》等，持续推动“新工科”建设再深化。作为地方应用型高校，工程教育更要紧密服务于区域经济，满足地方的高质量发展需求。

同时，面向产出导向的教育理念（Outcome-Based Education， OBE）作为国际工程教育改革的主流方向，以“产出导向、学生中心、持续改进”为基本思想，实现“以教为中心”向“以学为中心”的根本转变。其中“OBE进课堂”既为关键又是挑战，既具有“广泛性”，需要广大师生共同参与;又具有“深刻性”，需要从教与学两方面深刻变革[2]。研究趋势之一是应用信息技术推动教师、学生之间构成全天候的实验指导与教学的新场景，进而实现针对全员因材施教的工程素质育人开放课堂。

分析上述背景将有利于了解我们所处的发展方位，探索应用型高校工程教育改革与地方经济需求相适应且可实施的发展路径。实验教学是工程教育非常重要的组成部分，也是工程教育改革的重点和难点所在[3]。当前众多高校的工科类学院专门分设实验中心，负责统筹所属学院的实验教学环境、教学资源及规划实验类课程等，不同学院的实验中心多年来形成了各自相对独立的实验教学生态。部分高校亦创新开展工科综合性实验教学中心或工程训练中心（以下简称“中心”）建设，为的是在更大范围内统筹使用和管理学校的工程教育资源，得到最大程度的共享，提高工程实验资源的利用率。

高等工程教育具有实践性和交叉性的本质特征[4]。其中，“实践性”在于“重应用”，能够解决实际工程问题;教育部提出的“新工科”建设即是在强调“交叉性”。“新工科”本质上是相对传统“旧工科”在学科或领域上的交叉或新兴学科方向，而中心以应用为载体汇聚学科专业，可以跨越学院建制的藩篱，推动多方形成合力，实现由多条平行线逐步变换为跨学科交叉发展。当然，由于中心赋有统筹性的内涵，会增加其在建设和运行过程中的难度，也会面对某些不确定性，面临中心与学院之间在全局与部分、专业与交叉等层面的关系。因此，立足校本的中心清晰定位至关重要。

2 基于互联网思维的实验教学中心之再定位

互联网的本质是互联互通、开放共享，在其高速发展进程中衍生出顺应时代变换的互联网新思维。在“新工科”背景下的中心再定位也同样蕴含了这样一些新的思维方式，具有较强的共通性，尤其值得在明晰中心业务定位方面加以运用。

2.1 大数据思维

大数据思维不完全是新生事物，调查研究即是用数据说话。信息网络技术的发展使得采集、处理足够大体量的数据成为可能。基于用户行为大数据的市场营销已广泛应用于各大电商平台，国内外的MOOC应用通过挖掘学员学习过程数据来持续改进服务。鉴于中心是以“实验”为特质，构建顺应“新工科”人才培养的实验条件是己任，在此需要具备一定的大数据思维意识。

中心的首要定位是提供满足实验教学需求的实验条件与配套的管理运行机制。首先，面向工程素质基础训练，为通识基础课程提供开放与共享的实验条件。其次，立足多院系的专业培养实际，开展具有多学科交叉的综合性应用实验室建设，面向多院系师生一致的能力素养需求。在此，特别需要在“会用”上多下功夫，即推行实验任务驱动下实验环境的开放与共享，以此为切入点形成中心的“大数据”。

依托物联网和人工智能等新兴技术，以数据思维构建基于实验室开放管理与实验教学过程的智能化、开放型和互动式的实验支持环境。北京联合大学已初步构建了以数据驱动的开放实验教学环境，如图1所示。

首先，伴随式采集师生在多维度上的使用行为数据。如学生在开放实验室的使用时间、地点及时长等偏重于开放过程管理的动态数据;师生从课前、课中、课后乃至第二课堂，以实验项目为单元偏重于实验教学过程的动态数据，并形成每一教师个体与对应指导的学生、与开设和使用的实验项目等之间的动态关联。其次，实时地开展多维度采集数据的交叉统计与分析，促进实验室开放使用与实验教学过程双方面的透明，及时发现相对隐性的情况甚至规律，辅助决策与持续改进。实践中，鉴于工程素质基础训练的重实践性特征，客观上需要增大在教师指导下完成的学生课外实验学时。而依托上述实验室开放支持环境，恰可以应用以实验项目为单元的相关数据，推动中心的工程基础训练更便于操作和可持续发展。

2.2 强依赖思维

强依赖思维强调不可或缺，难以替代。其实这一思想在互联网出现之前就在品牌建设、创业定位等方面有所体现，只是互联网应用将其明显放大。家喻户晓的网络服务、移动App都有各自独特的“杀手锏”。中心作为相对年轻的教学类部门，自然地就与其他院系在业务方面存在不少关联，故划清与院系的业务边界是中心健康发展的逻辑起点。以学院各专业对工科类通识教育和学科基础的实践能力需求为出发点，中心的实验教学必然与学院專业错位发展，与院系之间构成互为支持的关系。

在此，本科工程基础实验课程教学是中心的第二位职能。不同于院系，中心是教学规模大、学生覆盖面广的公共实验教学基地，既拥有面向工科类专业的基础必修课，同时开设服务于非工科专业的工程通识实验素养类课程等。显然这一职能由单一的某一学院难以完成。同时，中心有利于突破院系层面，同步推行统一的工程类实践性教与学标准与质量持续改进，规模化地深化实验教学环节;又在机制上便于与各学院协调，开展更贴近各专业所需的定制化实验内容设计，作为相关学院后续专业课程的前置准备。工程类实践学习的突出特点之一是知识的实时更新，这预示着此类课程需要根据科技发展与专业需要定期地进行动态调整，次年的教学内容与前一学年就有不同程度的区别。实践中通过凸显大规模、全覆盖、基础性和系统化特质，将强依赖性做到名副其实。

2.3 真跨界思维

跨界思维在专利发明等不少原始创新中是一种常用思维方式，在互联网行业体现得更为充分，如以工具为载体延伸至多个行业，形成诸多应用型创新。中央提出的“互联网+”行动计划亦是一道互联网与其他行业领域交汇的开放命题，引导多行业在与互联网交叉中形成新发展动能。在中心定位中，跨界思维强调打破两重边界，即对内要突破学科、专业思维，对外要探索与产业界、企业界的交叉协作。同时，对外合作的根本是找到双方利益共同点，解决各自关心的问题[5]。

就工科类学生而言，实验技能是培养解决复杂工程问题的基础性能力，需要学生能够灵活地、综合性地、创造性地运用所学，这个培养过程必须落实到第一课堂中，而不能简单地依托第二课堂[6]。

传统的分科学习方式对这种能力的培养效果是低效的，突破学科思维是实现科技和教育创新的一个重要途径[7]。

因此，需要突破实验教学原有的单一维度，探索带有跨界性质的工程实验课题。这类课题可分为3个递进层次：一是将学院相关专业课程的少量学时划转至中心偏于综合性实验室开展，侧重学生直观体验;二是通过聚焦同一科技主题，归拢几门支撑该主题的相关课程构成课程群，以若干实验项目的形式由课程群的相关课程公用，并逐步形成交叉实验项目库;三是借鉴以产品研发到产品运行生命周期为载体的CDIO工程教育理念，开发跨不同院系的创新创业系列化“专班”课程。通过跨院系完成专题制作，融入理工结合、工工交叉、工文渗透的思维理念，在学生实践中加深不同学科之间的延拓性和交融性。跨学科、跨专业的交叉不可或缺产业、企业的持续参与，这既是开发具有交叉性质实验项目的工程实践资源的直接来源，又是与产业、行业发展同步的有效做法。引入工程类资质认证课程、联合开发课程实践案例、聘请企业一线工程师亲临授课或课外指导等都是潜在的合作项目。实践中建议从院校实际，挖潜易于开展的合作模式，形成自身特色。

2.4 多融合思维

融合思维关键在于同一目标下的有效协同。智能制造可理解为客制化产品目标下产业链下游至上游的一种融通与整合，“中国制造2025”蕴含着将人、机器与信息技术之间相互融合之义。信息化的“化”亦是一种融合思维，“业务流程再造”旨在将信息化应用由有形过渡至无形。“新工科”背景下的工程训练则需要运用融合共通的思想，形成多节点互补的工程实验教学效果。

基于这种思维，中心以“人”的两重融合来贯穿以实验项目为驱动的“新工科”实验教学进程，工科类实验教学依靠指导学生课内外实验项目去完成工程基本实践能力的培养。首先，中心专任教师与实验教师之间强化协作，即两类角色分别向对方适量延伸，促进实验教学过程与实验支持环境之间的融合。以实验项目为纽带，实验教师在其开发设计与指导学生上更多实践，要在有利于开展任务驱动的实验支持环境与机制上强化研究;专任教师全程同步参与实验条件建设，在编制实验项目及指导学生完成课外实验任务中多下功夫，而不仅仅是实验教师的职责。其次，中心教师与工科类学院专业教师、企业工程师之间多方协同开发多类别层次的课内与课外实验项目。通过课程实验案例、科技竞赛题目、厂商培训资源、行业一线工程实例复盘等多渠道来源，并经多方素材的裁剪与拼接，形成难度不一的共享实验项目库，以“人”的协同促动实验项目的融合。在此，相关学院教师的融入是为了加强中心的基础课程，服务于学院专业的发展，而企业工程师的融入则是为了使实验项目贴合行业发展，与专任教师联合指导学生完成更具高阶性、创新性和挑战度的实验任务。

3 若干实际问题的对策分析

3.1 人员结构设计

“实验教学体系设计”是中心的灵魂，通用实验环境是高素质应用型人才培养的沃土。中心的主营业务即是开放实验条件的建设与服务，辐射全校甚至校际。因此，实验教师是基础的决定性角色。由于实验环境面向对象覆盖面广，要满足多类别课程实验需求，加之推行实验项目驱动的实验室安全开放，有必要配备充足的实验教师，以完成中心这个“根本任务”。为搭建工科类学院共用的交叉学科实验平台，其不宜隶属于学院，而是相对独立形成完整体系的通识教育机构，从分散到聚合，从而可以确保“新工科”实验教学发挥更大的效率。

以此为基础，融工程类通识教育和专业基础教育或称学科基础实验教学为特质的专任教师是中心的另一梯队，肩负面向全校工科类通识基础及工科学院互通的专业基础（学科基础）课程责任。辐射全校、聚焦工科类学院是专任教师的根本任务，从而形成与学院错位发展、各自发挥最大优势的发展格局。

除此之外，以产教开放合作等形式聘用企业业师人员，为实验项目的开发提供行业素材，为各级科技赛事、创新创业项目充实指导教师力量，甚至与中心教师联合授课。这亦会反向带动实验教师与专业教师自身的专业实践能力。这类企业业师需要相对稳定，是一种“引企入教”机制，对业师设定较长期的明确职责与考核，非“即用即聘”的临时行为，而是走向持续系列化的深耕、产教深度融合之路。

3.2 激励驱动机制

当中心具备良好的实验条件，并实现了师生灵活自由使用等人性化支持之后，如何调动教师开展常态化的实验项目开发与指导是现实中的一大难题。这触及教师的直接利益，产生深远影响。中心的实践性不仅体现在所属实验课的有限课时，而是通过教师对课程的全程指导、学生的全员参与、教师的全方位监督教学来实现的。将教师投入与课程教学效果捆绑在一起，增大由课内延伸至课外的实验学时，承认教师的付出和贡献大小，这与OBE理念提出的“在时间和资源上保障每个学生都有达成学习产出的机会”相吻合，强调覆盖面广的规模效应。这同时与中共中央国务院印发的《深化新时代教育评价改革总体方案》精神高度契合，把参与教研活动，编写教材、案例，指导学生计入工作量，突出教育教学实绩。

而现实中，除了课程大纲规定的基础性实验外，还有教师指导少数优秀学生参赛的形式，因此，针对教师的激励驱动机制是要害，而开发实验任务及指导全员学生完成实验任务是这一要害的两端，可以将开发的每一实验项目，按照学生完成其所需的课时数为基数，同时依托实验室开放支持环境，将实验项目、指导教师、学生及实验用时等关键数据项之间形成动态关联，定时统计每一实验项目对学生开放实验总学时的贡献率，之后按贡献率的不同等级将实验项目基数乘以一定系数，形成课外实验课时，核算计入每学年教师教学工作量。尤其鼓励教师开展基于所授课程的课外实验，按课外实验课时的排名序次给予薪酬奖励。非教师本人开发的实验项目（如企业或他人开发）但由其指导学生完成或是相反情形，则采用对核算出的课外实验课时核减（如减半）等计量方式。由此从操作层面将缓解实验任务与教师指导缺乏的情况，并有利于课时不足教师的转型。同样，教师将课程的课外实验任务列入相应课程大纲计划并作为过程性评价，形成对学生的刚性驱动。

综上，以实验任务为核心，将课程、实验项目、指导教师、学生及其随时性生成的预约开放使用数据多向交汇，使得多维度的实验教学过程观测成为可能，力求以客观数据形成激励的基本依据，继而形成师带徒的规模化机制。

3.3 与工科类学院边界划分

中心的核心价值在于做好“实验”这篇大文章，摆正作为工程素质训练大基地的定位。实验条件建设、师生开放使用并形成多任务驱动的实验教学过程构成了业务逻辑主线，避免出现与工科类学院存有模糊地带。在此建议将实验条件能否共享作为边界划分的唯一标准。

一方面，工科类学院共需的实验条件由中心共建、共管、共用，体现在工科类通识基础实验教学与配套实验条件的统筹规划和实施，不为某一学院所独享。反之，工科类学院拥有的是专业课程与配套的专业实验室，亦不宜出现非本学院也可共用的同质化情况。其实，现实中可共用的实验条件意味着其后的课程是相近相通的，这其中的相同部分可作为专业基础课性质归属于中心。另一方面，具有交叉学科特质的综合实验室自然地就跨越多学院，不同教师利用实验室中不同的局部开展实验教学，各取所需。这类实验室设立于中心将更有利于多学院参与协同，除实验室运维之外尤其在实验项目开发、使用与管理上发挥中心实验教学的本色。

鉴于工科类学院的建设与发展是动态变化的，也为了在跨界与融合思维下与工科类学院联合开展实验教学，有必要建立相关协同机制，如以中心牵头的与工科类学院之间的工作组，利用常态渠道商议遇到的不确定性或涉及边界的重要事项等，使得中心与工科类学院各司其职，提升实验条件的效率、效益、效果，联合实现适应行业发展的高素质应用型人才培养。

4 结束语

中心作为高校工科类公共实践教学基地，“实验”是中心的生命线。运用大数据、强依赖、真跨界和多融合的互联网思维，面向产出导向教育理念，持续创建以工程素质高质量培养为目标的实践教学体系，努力绘就针对学生全员因材施教的实践育人图景。同时紧扣“应用”，强化与校内相关学科的联合，并以开放姿态充分利用行业、企业、兄弟院校等社会资源，挖潜多主体协同育人空间，逐步建成能够满足地方应用型人才需求的高水平实验教学中心。

[参考文献]

[1] 顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017（6）：1-13.

[2] 李志义.中国工程教育专业认证的“最后一公里”[J].高教发展与评估，2020，36（3）：1-13+109.

[3] 王保建，王永泉，段玉岗，等.“新工科”背景下国家级实验教学示范中心建设与实践[J].高等工程教育研究，2018（6）：47-54.

[4] 崔玉祥，艾红.高等工程教育创新理论与实践[M].北京：科学出版社，2015：4-5.

[5] 马鹏举，邱玉婷，崔剑， 等.面向“新工科”“双一流”建设的工程训练系统性改革[J].实验技术与管理，2020，37（1）：220-224.

[6] 蔣宗礼.培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力[M].北京：清华大学出版社，2018：5-6.

[7] 顾佩华.新工科与新范式：实践探索和思考[J]. 高等工程教育研究，2020（4）：1-19.

（责任编辑 李亚青）