产教研联合实践教学模式的研究与探索

吴 俊 谭艳华 江雪华

(东南大学 电子科学与工程学院,南京 210096)

百年未有之大变局下世界格局震荡交织,科技创新能力已成为国际间综合国力的决定性因素,人才是国家科技创新的根本源动力。电子信息产业作为新一轮科技革命的关键,关系到国民经济社会发展的全局,对于加快推动经济发展、促进产业结构调整、保障国家战略安全、提高国际竞争力有重要意义[1-2]。电子科学与技术专业作为国家一级学科在电子信息化时代的重要性日益突出。

电子科学与技术专业(以下简称“电子专业”)不仅要求学生具有扎实的理论基础、深厚的专业素养,更注重学生创新意识与实践能力的培养。创新始于问题、源于实践,实践教学是高校本科人才培养过程中贯彻始终、不可或缺的重要组成部分,是研究型大学教学的重要方式、建设的主要内容、创新的根本途径[3]。如何让本科生在校获取并掌握知识,提升创新和应用能力,培养综合素质和实践能力是电子专业培养过程中亟需解决的重要问题。因此,高校要在机遇与挑战的考验中,提升教学的内涵,建设适应高素质创新人才培养要求的现代化实践教学模式。

1 实践教学存在的问题

目前高校实践教学还存在一些问题亟待解决,与培养拔尖创新人才目标还有较大差距[4],主要表现在以下几个方面。

(1)全面发展的创新型人才培养需要强化实践性教学环节,这就要求高校教师不仅具备扎实的专业理论知识,而且具有实践操作和应用创新能力。由于高校教师擅长理论教学,但普遍缺乏产业背景和工程实践经验,客观上教师队伍工程实践能力偏弱,不能有效培养学生工程实践的意识和能力,在日常教学环节难以对学生进行高效的实践创新训练。

(2)企业拥有先进的生产设备和生产环境、制造技术和大批高素质的工程技术人员,具有真实的工程实践和创新环境、先进的企业文化氛围,能准确把握行业当前状况、发展趋势和社会的需求[5]。因此高校通过校企合作教学模式,以期提高学生创新能力。但部分高校采用的校企合作模式未能实现一体化教学联动,企业浅层参与实践教学,相关合作教学项目仅在形式上为高校提供支持。在人才协同培养实践方面,无法对接产业对学生工程创新和技术攻关能力的培养需求[6]。

(3)教学理论与实际脱节,理论落后于实际,实践教学内容更新不足,通常只围绕理论教学内容,缺少教学手段和方法创新。教学手段传统单调,教学方式单一,使培养的学生在解决实际问题上力不从心。

针对以上问题,高校要在教学实践体系方面进行改革,一方面,改革教学手段,多元化教学方式,激发学生动手实践的积极性;另一方面,切实加强与企业之间教育协作能力,提升企业在高校人才培养中实践参与能力。

2 产教研三维联合实践教学模式探索

教育部《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》要求,着力提升学生解决复杂工程问题的能力,加大课程整合力度,推广实施项目式教学等研究性教学方法,注重综合性项目训练。同时,完善多主体协同育人机制,推进产教融合,创新校企合作机制,布局建设人才培养实践平台,搭建校企对接平台,以产业和技术发展的最新需求推动人才培养改革[7]。

东南大学在探索建设“实践型”人才培养体系中,坚持理论教学、实践教学、自主研学的“三元结合”教学模式[8]。电子科学与工程学院(以下简称“电子学院”)坚持立德树人根本任务,在学校“三元结合”教学模式的基础上构建“产教研”三维联合实践教育模式,如图1所示。“产教研”三维联合是指企业、教学单位和科研基地共同协作,以培养学生综合实践能力为核心,深化产教融合、践行协同育人的人才培养和教学模式。“产教研”通过全面引入优势科研资源和企业重大技术需求,充分发挥企业在工程能力、实践经验、产业需求和学校在理论根因、研究能力、学术视野等方面的优势,拓展实习实践资源,推动人才培养改革。

图1 三维联动教研融合、校企共赢的实践教育体系

学院以互利共赢为原则,通过政策措施引导,分层次重点建设一批集实习、生产、研究功能于一体的高水平校外实践教学基地,形成18个重点建设的校企联合培养基地为引领,17家企业共建研究生工作站为支撑,16个校企联合研究中心为主体,4个国际联合实验室为补充的布局合理的校企联合实践架构,推动校外实践教学基地的可持续发展。通过实践教学基地,企业积极参与教学安排并提供师资、场所和先进设备,使学生能全方位、多角度地学习企业先进技术及文化,将理论培养与实践锻炼融为一体[9]。

科研基地拥有先进的实验设备、丰富的实验资源和雄厚的师资力量。电子学院通过面向本科生开放重点实验室,将国家专用集成电路工程技术研究中心、光传感/通信国地方联合工程研究中心两个国家级科研基地及8个省部级科研基地作为科研实践载体。一方面,通过科研实践载体将科研成果融于教学,拓宽学生科研视野,激发学生专业学习兴趣,增强学生自主创新意识,拓展学生科研探索思维。另一方面,在科研基地开展实践教学及学术研讨活动,让学生感受科研实践氛围,激发求知、探索欲。此外,科研基地能将科研项目转化为科研实践资源,培育大学生创新训练项目、毕业设计等项目[10],为本科生提供自主研学、自主发展、自主创新、自主探索的良好实践环境。总之,通过全面开放重点实验室,为学生创新意识和实践动手能力培养提供环境保障,为实践教学提供良好的支撑。

电子学院通过整合校内外实践资源,搭建学校专业理论教育与社会人才需求衔接的平台。以科教结合、产教联动方式形成优质教学资源,以“项目链”为载体,以“导师组”为抓手,构建了实战型、校企共赢、多方协同的工程紧缺人才培养教育实践平台新体系。

2.1 构建立体化人才培养结构

本科生导师制以促进学生全面发展为目标,在充分尊重学生个性差异、多元发展的前提下,结合学生的实际情况,分层设计目标要求,为学生提供个性化指导。导师指导本科生有内容上的针对性、组织上的灵活性、方法上的多样性等特点[11]。为充分发挥导师的育人功能,电子学院根据学生在学术、实践和创新等方面的特殊需求,从不同的认知领域出发,为其配备了由一流学者担任的学术导师、一线青年教师担任的实践导师和具有丰富产业经验的企业导师,构建立体化人才培养结构。目前推出的“低年级有学术导师,高年级有实践导师和企业导师”的导师组模式,让育人力量下沉到学生学习、实践和科研的一线,为学生提供沉浸式学习研究环境,激发他们的创新潜能。

学术导师了解电子专业的培养目标,熟悉专业培养方案以及教学模块之间的关系,对专业有深刻的认识。学术导师向学生介绍专业的前沿发展趋势,引导学生提高专业认识、增强专业认同感和归属感。一线青年教师创新思维活跃,掌握着专业最前沿的知识。实践导师利用科研基地资源,将本科生纳入自己科研团队,指导本科生参加竞赛、大学生科研训练、毕业设计等项目。在实际的科研项目中,让学生感受科研氛围、树立科研态度、掌握科研方法。企业导师从企业联合实践载体中选聘,具有丰富的产业知识和实践经验,了解行业前沿问题。企业导师以产业需求为契机,通过讲座、交流、开发项目等手段,可更好地激发学生对科研实践的兴趣,培养学生对科研实践的参与感和解决实际复杂工程问题的能力。

每学年初,电子学院结合上一学年的导师考核结果对导师库实行动态进出管理,并以学生意向优先、双向选择的原则充分满足学生和导师的双选需求。为加强导师工作,电子学院每学期定期召开导师工作会议,对相关工作进行研究、布置和总结。一方面,通过认定工作量、年底绩效考核等方式有效调动导师工作积极性,激活导师资源。另一方面,通过设置年度考核和导师库动态进出机制,保障导师指导质量。通过“导师组”的立体化人才培养结构,电子学院完成对学生全程化、多维化、个性化的专业培养和科研实训。

2.2 搭建递阶式“项目链”

实践教学不是一蹴而就,而是循序渐进、不断提高的过程。学院通过重构培养方案,搭建以课程项目为先导、以竞赛课题为依托、以大学生科研训练计划为突破、以毕业设计为支撑的“项目链”,达到实践教学不断线,实现“递阶式”实践教学;通过以项目为纽带,促进企业、科研基地参与人才培养,落实“导师组”指导,达到产教研融合。具体实施方案为:重点建设实践教学课程;营造浓郁竞赛氛围,激励更多的学生在实践导师的指导下参与学科竞赛;实践导师和企业导师面向全体学生,进行多元化的大学生科研训练计划和毕业设计指导。

实践教学的根本还是本专业的基本理论,课堂教学是本科获取知识和能力的主渠道、主阵地。为培养学生的实践能力,抓住课堂教学这一重要支点,充分发挥课堂教学的基础作用,学院与企业共建“计算机综合课程设计”“集成电路综合课程设计”“光电系统工程设计”等23门实践课程。这类实践教学课程采用课程项目研究的形式,在课程教师的指导下,组织学生立足专业基础、打破课程空间/时间限制,通过文献梳理、实践探索等方式自主完成课程项目研究,将课内延展到课外。该类实践课是“桥梁课”,使学生了解前沿科研成果,吸引学生积极探求知识,让理论与实际、教与学、教学与科研得到有效融合,同时还是“基础课”,以研究问题为核心,以研究方法为过程,着重思维方式和研究方法的训练,培养了学生创新实践的思维模式。

在紧密结合课堂教学的基础上,通过竞赛的方法可激发学生理论联系实际的实践探索能力,通过发现问题、思考问题、研究问题、解决问题和反思问题的过程,培养学生创新思维和实践探索能力[12]。一方面,学院修订推荐免试攻读研究生条例对学科竞赛获奖进行加分,调动学生参赛激情;另一方面,学院通过设立科学技术协会和本科生创新活动实验室、定期举办竞赛经验交流会、沙龙等系列举措,为学生提供竞赛条件支撑。学院通过梳理专业特色并结合学校实际,联合企业举办全国大学生FPGA创新设计竞赛、全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛和集成电路EDA设计精英挑战赛三大国家级竞赛。三大竞赛以“创新实践”为最终目的,依托企业和科研基地,发布以产业为导向的科研前沿项目,系统地培养学生创新能力,解决课堂教学缺乏针对性的问题。其中嵌入式芯片与系统设计竞赛于2020年成功入围全国普通高校大学生竞赛排行榜,成为该领域顶级赛事之一。

科研训练计划能将教师的科研工作、企业需求与教学充分融合,其本质是科研项目[5]。学院基于其“项目”的特质,面向所有本科生,提供自选课程、教师课题和企业课题,强化电子专业学生创新创业意识和实践能力,提升创新实践教育实效。通过参与教学与科研、产业与理论紧密结合的项目,本科生能够理解自身知识、能力如何在科研和工程实践中得到应用、发挥,完成学以致用的过渡。

经过课程项目、竞赛以及科研训练计划,学生已初步具有科研探索能力。在此基础上,利用企业和科研基地平台,结合企业生产实际和科研前沿问题,通过毕业设计项目可对学生进行一次全面系统的综合训练。通过毕业设计项目,学生的知识和技能得到综合应用,设计方法和手段得到综合使用,能力和素质得到综合提高。同时,学院通过“卓工”项目,使学生在校企双方导师的指导下,让学生参与真实工程项目,得到“真刀真枪”解决工程实践问题的机会。

3 结语

本科生创新实践能力的培养是高校高质量本科教育的题中之义,渗透和贯穿于大学教育的全过程。东南大学电子科学与工程学院通过充分发挥高校培养实践创新人才的主体地位,构建“产教研”三维联合实践教学模式,按照“夯实课程项目、强化科研训练项目、活化竞赛项目、落实毕业设计项目”的原则实施“项目链”。以项目为纽带,“导师组”通过“产教研”三维联合“跨界”教学模式,让企业充分参与人才培养,破解了教学实践与教师科研、企业应用脱节的问题,提高了学生的知识积累、能力拓展与综合素养,在创新型人才培养方面具有显著的优势和重要作用。