新工科背景下的金课建设

张培玉，李妍

摘  要：科技发展日新月异，传统工科专业难以适应社会对人才的需求，新工科的教学需要迎接因社会迅猛发展而产生的巨大挑战。打造和建设具有“两性一度”的金课，建设新工科。文章试图以微机电系统设计与应用课程为例，以“两性一度”为目标，分析新工科背景下的金课建设的意义和传统工科教育的不足;根据“两性一度”的标准，探寻打造新工科背景下的微机电系统（MEMS）设计与应用课程金课的方法和途径。培养学生在新工科背景下的工程意识;优化现有课程体系，适应新工科的背景，实时增加现场教学环节或通过高科技手段虚拟现实现场教学;采用现有信息技术，实现课程教学模式的多样化;促进学生的实际应用能力、创新意识和创新思维能力的形成;重塑考核机制，建立多元化的考评机制。建设新工科背景下的金课，适应现代社会对新工科教育的挑战，培养综合型人才。

关键词：新工科;两性一度;金课建设;微机电系统

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）32-0113-04

Abstract： With the rapid development of science and technology， the major of traditional engineering is difficult to meet the needs of the society for talents. The teaching needs of Emerging Engineering meet the great challenges due to the rapid development of society. We should create and construct the golden course with high level， innovation and challenge to build Emerging Engineering. This paper attempts to take the course Design and Application of Micro-electro-mechanical System as an example， analyzes the significance of the construction of gold course under the background of Emerging Engineering and the deficiency of traditional engineering education; according to the standard of golden course， it explores the methods and ways to create the gold course for Design and Application of MEMS under the background of emerging engineering. To cultivate students' engineering consciousness under the background of emerging engineering， we optimize the existing curriculum system and adapt to the background of Emerging Engineering. At the same time， we increase the on-site teaching links in real time or through high-tech virtual reality field teaching and adopt the existing information technology to realize the diversification of the mode of curriculum teaching. Therefore， it may promote the formation of the ability of students' practical application， innovative consciousness and the ability of innovative thinking. Moreover， we reshape the assessment mechanism and establish a diversified evaluation mechanism. Under the new background of Emerging Engineering education， it is necessary to cultivate engineering talents to adapt to the new social background.

Keywords： emerging engineering; high level， innovation and challenge; construction of golden course; MEMS

當代科技的迅猛发展，使得物联网、人工智能、大数据和云计算等逐渐成为国民经济的支柱产业。而以传统学科诸如高等数学、大学物理等为基础的传统工科专业难以适应社会对人才的需求。为应对社会的变化，教育部在2017年颁布了《关于开展新工科研究与实践的通知》[1]，提出新工科建设。随后，又推出了一系列关于新工科研究与实践的通知，如《关于推进新工科研究与实践项目的通知》等[2]，全力推进新工科的建设，希望工科教育能适应高速变革社会的需求和发展。在 2018 年，又提出建设有创新性和挑战度的金课、消除“水课”的概念[3]。教育部实时印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，要求全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造金课[4]。国外大学也非常重视本科教育的研究[5-6]。

新工科的特点和需求对传统的教学模式与经济社会发展产生了巨大的挑战。新工业界更注重个人素质和团队合作，以及社会能力、实践能力、创新能力等。新工科必须摒弃传统工科人才培养理念与实际需求脱节的模式，探索新的模式适应新工业界的特点和需求。打造和建设具有“两性一度”，即具有高阶性、创新性和挑战度的金课，建设新工科，在学生获得基本知识的基础上，训练逻辑思维，培养创新思维，初步具备创新能力。而传统课程教学问题诸多，需要我们探索、改革、完善。因此，在新工科背景下，建设适合的金课已成为教育改革的重中之重。

一、传统工科教育的不足

传统工科教育的人才培养理念落后。多数高校为了追求学校的专业认证，片面追求学校的毕业率和就业率。课堂教学变成了纯粹的应试教育，在考试前画重点等，学生被动学习，只学习考试需要的部分，学生产生依赖性，目标只是考试过关。同时，这也使教师不重视研究教育的意义。

传统工科教育的人才培养模式单一。传统工科课程的教学内容注重理论部分，实践和应用部分较弱，或几乎没有，理论和实践相脱离。缺乏实践的锻炼，学生的动手能力缺乏，且分析能力和解决问题的能力无法得到实践验证，难以适应当代社会的需求。

传统工科教育的人才培养机制不完善。当代高科技的发展使创新成了社会发展的主旋律。而传统工科教育注重知识的传授，解决的是一个机械模仿的过程。虽然这是创新教育的基础，但传统教育缺乏创新引导，无法达到人才素质培养的升华。

传统工科大多教材内容陈旧，没有实时调整，难以适应迅猛发展的高科技。这使学生难以跟上时代的步伐，与社会发展脱节。

微机电系统设计与应用是工科类课程，尤其是电类专业一门重要的课程，兼具理论和实践双重性质[7-9]。微机电系统是近二三十年涌现出的高新技术领域，涉及众多学科，内容离散度大，且在不断地发展中。纵观国内外该课程的讲授，以基本概念、基本理论和介绍性的讲解为主，往往学生对基本概念和基本理论理解得较好，但实际应用能力较差，尤其在国内，该课程在创新能力的培养上处于被动状态。

目前，微机电系统设计课程教学中，存在授课方式单一，实践性教学环节薄弱，缺乏科研实践训练和创新能力培养训练[10-12]。在课程建设中存在的诸多问题，已不能适应新工科应用型、创新型人才的培养。所以，对原有人才培養模式进行改革，势在必行。在继承和发扬传统办学特色和优势的基础上，积极研究和探索应用型、创新型人才的培养模式。对课程的教学方法和方式进行整合和改革，从课堂教学、实践性环节的加强，在创新意识、创新思维等培养手段上进行研究[13]。

金课的建设，也对教师本身提出较高的要求。按照“两性一高”的标准建设金课，对专业课程的主讲教师也提出较高的要求。作为主讲人，必须加强自身的素养，提升自身的能力。只有这样做，才是建设金课的保障。当前，由于微机电系统技术是新兴高新技术，发展和更新速度很快，若不参与本领域的科研活动，极易与本领域的高新内容脱节。一部分专业课教师不注重在本领域的科研活动，在本领域的知识缺乏高阶性和挑战度，致使讲课内容陈旧，形式单一。疏于本领域的科研活动，会导致创新性知识的匮乏，不能胜任学生创新性能力的培养。金课的创建，会促使专业课教师反思，促进任课教师经常关注本领域的进展，辅以开展本领域的科研活动，使专业课教师主动提高相关方面的素质，主动、自觉、有意识地加强和提高自身素质，从而摒弃被动和懒惰的思想，真正担负起应有的责任。

如何有效地构建金课，作为主体的教师应从思想上重视起来，积极探索建立金课的有效方法和途径。

二、建设微机电系统设计与应用课程金课的必要性

新工科背景下金课的特点可以归结为“两性一度”。即高阶性、创新性和挑战度。为适应当代社会，必须充分重视课堂教学这一主阵地，合理运用现代信息技术手段，打造金课。

金课的高阶性， 就是注重知识、能力和素质有机融合， 使学生具备解决复杂问题的综合能力和高阶逻辑思维。课程教学不仅是知识传授， 还是知识、能力和素质的有机结合，能力和思维的训练应贯穿始终。创新性是指创新能力的培养。创新性应从基本的创新思维出发，注重课程内容的前沿性和前瞻性，紧贴时代的脉搏，并在教学形式上体现方式方法的先进性和互动性。同时，在学习过程中，发挥学生的主观能动性，引导学生去探究。挑战度是指课程要有一定高度和难度， 需要老师在本领域具有较渊博的知识和一定的科研与创新经历。需要课程主讲教师花时间花精力认真备课，认真地讲课，还需要学生课上课下要有较多的学习时间和思考做保障，给接受能力强的学生充足的发展空间。

新工科的课堂教学必须适应日新月异的高新科技的发展。微机电系统设计与应用课程介绍的微机电系统，是使人类走入微观世界的、新兴的、多学科交叉的前沿性领域，它几乎涉及自然科学和工程技术的所有领域，并集约了当今科学技术的许多尖端成果，在信息、通信、航空、航天、汽车、生物、医疗、环保、工业控制等领域都有广泛的应用前景[14-17]。微机电系统技术是21世纪最有影响的高新技术之一，是新的高技术产业生长点，被认为是21世纪一场新的产业革命。它将成为新崛起的大规模产业，还将引起一场新的工业革命。目前，微机电系统技术已进入工业、医药、汽车及计算机应用市场。MEMS器件在汽车上的用途在70种以上，甚至在消费品和娱乐市场发展也很迅猛，如Wii游戏机、iPhone等智能手机、数码相机、GPS以及空中无线鼠标等也大量采用MEMS器件。毋庸置疑，微系统技术的繁荣时代已经到来。微机电系统设计与应用课程与当今高科技发展密切相关，与实际应用关系较为紧密，既是高科技发展的前瞻性课程，又是与实际应用和实践性紧密相连的课程，它的讲授既需要丰富的科研基础和经验，又需要实际应用开发的实践经验。尤其是创新能力的培养也是课程的任务之一。它的完美讲授将会为学生奠定良好的科研实践基础，增强实际应用开发的能力，并对创新能力的培养也起到至关重要的作用。无论是对学生以后从事科研实践还是应用开发，都大有裨益。

三、建设微机电系统设计与应用课程金课的方法和措施

1. 培养学生在新工科背景下的工程意识，激发学生适应新工科背景下学习的积极性，使学生能更快地适应新的高科技社会的挑战。

2. 优化现有课程体系，适应新工科的背景，增加课程实践内容，实时增加现场教学环节或通过高科技手段虚拟现实现场教学。通过实际案例开展案例教学法，从实际问题的分析，贴合现实案例，使学生们身临其境地开展实践。让学生的综合能力和高阶逻辑思维能力得到提升，使学生的能力和素质有机融合，体现金课课程的高阶性。

3. 课程教学模式实行多样化，采用现有信息技术，引入翻转课程、微课等新颖的教学模式，利用线上和线下混合手段，充分利用线上资源，如微信、线上教学平台，建立课堂互动、线上互动、实时练习等，多方位的学习方式，使师生达到互动融合。

4. 通过一系列新颖的方式来提高学生的课堂积极性，通过学生与老师角色互换模式来拉近老师与学生的距离。通过这一课程教学改革，在培养学生对理论知识的理解及提高对实践应用能力的同时，强化学生的实际应用能力、创新意识和创新思维能力的形成，使学生逐步具有创新能力，从而体现金课课程的创新性。

5. 进一步优化課堂内容，讲授贴合本领域的最新进展，增加一些最新和一定高度和难度的内容，提高学生整体素质，也给优秀学生有更大的上升空间，从而体现金课课程的挑战度。

6. 重塑考核机制，考核与评价相结合，建立多元化的考评机制。在以往期末考试的基础上，结合平时作业情况、课堂表现以及线上课程的学习效果，给出综合评价。同时，增加小组课程论文和报告环节，考察学生综合能力、创新思维和创新能力的培养及团队合作情况，给出综合考评结果。

7. 在讲解课堂知识的同时，也会实时插入一些时事，引入思政内容[18-20]，使同学树立正确的人生观和价值观。课堂不再局限于本领域知识的传播，同时也会根据相关内容插入一些人文知识。比如，相关理论知识的来源、天文地理、名人轶事等，不仅活跃课堂气氛，也使得各种理论知识变得妙趣横生。这种文化底蕴的传播可以提升学生的个人品质。

四、微机电系统设计与应用的教学案例

在金课的建设过程中，主讲教师是主体，起主导作用。教师拥有的良好素质，是该项任务的保障。主讲教师要仔细分析专业领域的知识，根据专业知识的特点，按照“两性一度”的标准，优化课堂内容，将本领域的专业知识贴合社会生活实际，揉合成相关的案例，更好地使学生接受本领域的知识。

1. 在优化课程内容时，考虑高阶性等可将最新研究成果融入课堂内容。例如，作为主讲教师，一直进行本领域的科研活动，其有关基于MEMS微针的透皮释药的研究处于世界先进水平。该项研究可以综合体现金课的高阶性、创新性和挑战度。该研究可以消除和避免传统的口服或皮下注射的缺点，如药物的首过效应可能降解或疼痛。该技术可实现无痛给药，且不通过肠胃，可避免肠胃首过效应。该项科技尤其适合患有针恐惧症的病人，避免该类病人出现不顺应性，甚至是昏厥。通过介绍MEMS在生物医学工程中的应用时，加入该项内容。由于该项科技成果处于世界先进水平，其可以提升我们的民族自豪感，也可体现本课程的“两性一度”。

教师在课堂传授微机电系统技术的起源和发展历程时，让学生了解到该科技的起源是由外国人提出并进行研究的，以及我国发展的现状，认识到我国在该领域的差距，产生危机意识，进而培养学生的爱国主义精神，激发学生学习高科技的热情。

2. 金课内容的优化同样也不能忽视对正确的人生观和价值观的引导，这也是综合型人才培养的一部分。可将爱国主义教育融入课程内容中，结合与时事新闻贴近的专业知识，通过实例实现有机地融合。例如，在讲解微加工技术的内容时，可结合近年来的大事件进行爱国主义教育和正确的人生观和价值观的引导。近年来，中国芯片业的发展受到国际上的一些势力的封锁和禁售。例如，高端光刻机对中芯公司禁售，使得中芯公司无法加工最高端的芯片。由于我国微加工高端生产技术达不到要求，华为公司的高端芯片只能由境外公司加工。但是，国际上的一些势力以莫须有的罪名进行封锁和制裁，禁止华为生产，从而使华为公司面临艰苦运营的窘地。在讲授该部分专业知识的同时，可以详细讲解微加工工艺如何受微加工设备的限制。没有高精尖的工艺设备，无法进行高端芯片的加工，无法提升现有微加工技术。让学生们明白，落后就要挨打的道理，从而激发同学们的爱国主义情怀，激发其学习高科技的动力，为我国傲然屹立于世界之林而努力和奋斗。课程内容的安排，既符合实际，又能引导学生们的人生观和价值观。

总之，在金课的建设中，应将“两性一度”融入课程内容的优化，贴近日常生活或时事，激发学生的学习兴趣，促进学生主动自觉地学习专业知识，并将创新思维、创新能力和实践能力的提升始终贯穿于课程内容的设计。只有这样，才能有效地培养出综合素质高的全面型人才。

五、结束语

打造新工科背景下的微机电系统设计与应用课程金课，以全新的标准，建设金课，是一流专业和学科建设的要求，也是时代的需要。金课在培养全面型综合人才方面的作用至关重要。金课的实现会使大学生尽快进入新工科背景下自己应扮演的工程角色，从而使大学生尽快融入和适应当代高科技社会。

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