新工科背景下理工科院校实践教学改革思考及实践
霍凤财 任伟建 康朝海
摘 ? ?要：文章在综合分析新工科背景下理工科院校实践教学问题的基础上，分别从政策、师生、教学方法及培养模式等层面剖析问题成因，并提出完善理工科院校实践教学的措施，这些实践与新工科背景深入融合，对于培养学生的创意、创新和创业“三创融合”的能力，以及提升高校实践教学具有一定的指导意义。
关键词：实践教学;新工科;理工科院校
中图分类号：G642.0 ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? 文章编号：1002-4107（2020）05-0001-03
隨着人工智能、机器人、智能制造、大数据和云计算等新技术、新领域的发展，“互联网+”[1]和“中国制造2025”[2]等一系列重要战略措施也逐步纳入经济建设的日程，传统工科专业面临新的挑战。为了积极应对新一轮信息技术产业革命，2017年，教育部高教司推出“新工科”计划[3]，并先后达成了“复旦共识”[4]“天大行动”[5]“北京指南”[6]。在国内高校逐步推行“卓越工程师教育培养计划”和“工程教育专业认证”等系列举措，旨在把我国工科高等教育做强，从工程教育大国建设为工程教育强国[7]，培养大批新兴产业亟须的工程科技人才，服务于新经济建设。这些举措对高校，尤其是理工科高校而言既是机会也是挑战，本科人才培养模式既要适应当下经济形势的发展又要不断更新理念[8]，改革旧的体制，创新思维来不断调整政策[9]，使理工科院校整体进入到发展的快车道。
本文在结合新工科的背景下，首先重点分析工科院校中实践教学存在的问题;然后针对这些问题提出改革的建议和实施方案。以此促进培养的新工科人才更加适应时代和社会的发展，达到教育不拘泥于传统，培养模式不流于形式的目的。
一、理工科院校实践教学存在的问题
浙江大学的陆国栋教授[10]将实践分为基础规范类、综合设计类、研究探索类，这一分类方法包含了课内和课外所有与实践相关的类型，这里采用这种分类方法分析当前国内理工科院校实践教学环节所存在的问题。
（一） 班额过大，效果不理想
理工科院校本科基础规范类和综合设计类的实验课程，大部分采用标准班（30人左右）的上课模式，而每个实验室实验设备标准配置一般为15—17套，形成2人一个小组的组合模式。这种设置的初衷是增强互相学习和团队合作能力，但在实际运行过程中，总存在一名学生主做，另一名学生在旁边看热闹的现象。甚至两名学生都不做，完全参照附近组进行类比连接或拷贝的方式，而不去思考实验目的和分析实验现象。
（二） 设备更新慢，实践种类单一，实操性差
由于资金投入、高校管理等诸多因素影响，专业实验室的实验设备更新速度很难跟上专业新技术的发展，尤其与电子信息、计算机、自动化、人工智能、大数据和新型材料等相关的专业都面临这样的问题。从而导致用旧的设备和待更新的技术去实施设备厂家自身提供的几个实验项目，对于一些本专业当前的新技术只能是任课教师通过口头叙述的方式表述出可能的实验现象，无法吸引学生的注意力，创新更是纸上谈兵。同时，少部分高校只单纯地考核课内实验，没有或只是部分将创新性实验、校企合作、校外实践和学科竞赛等形式纳入实践范畴，单一的实践教学种类对学生的积极性和能动性起到了抑制作用。
（三）学生积极性不高
由于国内中学教育模式的影响，家长的监督和指导起主导作用，大学生在刚入学时对自己未来都有理想和规划，要么准备考研，要么想多动手实际操作增加自己的创新能力，为自己以后“独闯天下”积累一些本事。但是，在经过一段时间的无家长监督自主学习模式以后，发现教室外的诱惑很大，所有的理想和规划都抛之脑后。对于基础规范类和综合设计类的实践课程只是应付了事，研究探索类的实践课程更是无人问津。
（四）教师队伍界限不清，激励机制不健全
部分理工科院校的实验室编制人员与理论教学教师界限不明确，导致实验设备无人维护，实践项目无人开发，实践教学开出不利。同时，当前高校职称评聘和考核制度还是以支撑学科评估对应的科研项目、论文著作、奖项和专利等作为指挥棒，其他所做的任何工作都是“草芥”。针对那些默默地在实验室工作的人员没有专门的评聘规则和考核机制，导致这些人员的积极性不高。
（五）经费支持力度不够，整体观念缺失
在“大众创新，全民创业”的格局下，大多数理工科院校能够意识到学生利用课余时间动手实践是好事，学生“以赛代练”的方式出去交流也是好事。但是，往往经费支持力度不够，学生需要提前垫付部分费用;同时，在校企合作的过程中，院校相关领导或教师仍放不下知识分子的清高，相关企业人员不能“请进来”，而是主动“找上来”，院校更达不到“走出去”，再“请进来”的过程。从而导致学校培养出只是空有理论高度而不接地气的“人才”。
（六）“为创新而创新”的思维定式影响整体发展
“创新创业”是国家积极鼓励推行的政策，但部分高校为了响应国家号召，只在表面做文章，开了几次会，搞了几次场面，而不是将学生的创新思维方法作为理论基础，不去鼓励以创新思维方法为指导设计具有良好创意的作品，并将该作品转化为生产力。从而造成高校为了宣传而宣传，为了创新而创新的思维模式愈演愈烈，一方面影响学校的整体发展，另一方面打击了想参与这类实践活动师生的积极性。
二、理工科院校实践教学的策略
实践教学环节是理论教学的必要补充，只有充分调动学生的积极性和主动性，才能达到理想的实践教学效果。但提升实践教学效果除了用先进的技术以外还需要一系列的政策支持和环境支持，因此提出如图1所示的双平台互支撑实践教学体系，该体系分为支撑平台和实践平台，支撑平台中将VR/AR、数据库和互联网等技术的融合，还包括政策和环境等的支持作用;实践平台中基础规范类、综合设计类和研究探索类等各实践类型既是逐步递进的关系又是学生兴趣培养的过程，调动学生能动性，发挥主观因素，才能将青年学生思维开阔、思想敏锐等优点发挥出来，逐步将好的创意变成创新产品，并转化为生产力，从而达到创意、创新和创业“三创融合”的目的，在具体实施过程中建议采用以下的方法和手段。
（一） 增强教师使命感，健全评聘考核机制
高校教师的评聘和考核机制是当前高校衡量教师的一把尺子，同时也是教师工作的指示标。评聘和考核机制中所指定的条条框框亦是所有教师追求的方向，但往往容易忽略一些实验教师实际工作所付出的努力，导致评聘中对不上“条”，考核中对不上“档”。因此，在评聘和考核过程中采取实验工作量量化的方式，积极鼓励开发新的实验项目和实验设备，使教师有动力指导有创意的学生，开发出有创新的产品。同时针对资金分配上引入评估机制，对实践项目、实践内容、实践难易程度等综合评价，从而根据各种指标的权重确定分配资金的金额，从而为实践平台的良性发展提供优质的政策和环境支持。与此同时，教师也要提升个人的时代感和使命感，以自我激励的方式不断提高，为高校的协调发展提供原动力。
（二）推行小班额与小组教学模式
针对课内基础规范类和综合设计类实验内容建议采用分时段分小班的授课方式，在实验设备数量有限的情况下既创设学生之间互相探讨交流的机会又避免“一个干另一个看”等尴尬现象的发生。而针对研究探索类实践鼓励打破传统实验室有时间的限制，特定实验室全天开放，只要有好的创意，随时组成2—3人小组在与指导教师有效沟通的前提下一起研究探索，高效地将好的创意付诸实施。
（三）综合应用多种实践模式
该实践教学是广义的实践教学，既包括课内的实验内容，也包括课余的自主实验项目;既含校内的开放实践平台又涵盖校企合作等校外实践体系。因此，构建如图2递进式具有持续改进反馈机制的多类型实践教学模式。该教学模式中，以学生这一产出为导向，通过线上虚拟仿真和在线实践课程的学习，以身临其境的感悟，独立地思考分析实践现象和结果，通过线下实际操作验证对应现象和结果，使学生真正掌握解决此类问题的方法;再将该方法通过学科竞赛、创新创业项目和校企合作等校外实践进行推广和外延，发挥青年学生思路开阔、思维发散等特点，逐步培养出符合本专业的创新型人才。运行过程中摒弃弊端和不足，利用持续改进机制动态调整每个单元或模块中内容及相应的方式方法，打造一批具有与现代信息技术融合的实践教学“金课”。
（四）信息技术与实践教学相融合
充分发挥“互联网+”优势，并贯彻《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》（教高函〔2018〕5号）的精神，将虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等具有良好三维交互的技术融入教学平台，构建一批具有体验感好、互动性强的实验教学项目，并通过互联网的方式使实验教学内容在时间和空间进行无限延展。另外，在网络形形色色内容的充斥下，线上实践教学内容要想在大学生的业余时间中占据一席之地，必须集知识性和趣味性于一身，在感官上吸引学生的眼球，在内容上引入竞争机制，使学生在学中娱乐，在竞争中获取知识，从而提升教学效果。
（五）用创新驱动发展
理论联系实际、校企合作、从实际应用出发等这些实践模式在国内理工科院校被提及，但以学生这一产出作为导向，正确引导青年学生的创意思维沿着科学的方向健康发展，尚需做大量基础工作。首先，培养观察能力。比如传统电风扇要么是固定方向吹风，要么周期地进行旋转摇头吹风，可否考虑在人进入有效范围内采用定向追踪的方式对其进行有效吹风，根据范围内人数量的多少进行风速的控制等等，这些创意既来源于生活又回馈于生活。但人们往往不能用心观察周围的实物，不善于改变传统思维方式。该过程既需要创新思维方法系统地学习，也需要专业指导教师从理论高度进行有益的指导。其次，注重坚持的态度。坚持态度的好与坏，直接决定未来成功与否。但这里重点强调的是针对发现问题的根源，寻求创意的心态要坚持，任何事情都不能一蹴而就，更不能为了寻求创意而寻求创意，要始终保持一颗积极活跃的心态，善于发现问题，及时归纳总结，将好的想法付诸实际，用创意达成创新，创新驱动发展。
（六） 鼓励校企协同发展
很多具有发展眼光的企业逐渐意识到先入为主的重要性，于是将目光投放到针对某个行业或某个领域人才培养比较有影响力的院校，与该类院校深入合作共同建设实验室，搞冠名的学科竞赛等，这种先期的投入在学生毕业一段时间后会逐渐显现出这些公司的优势。这一营销方式既对企业产品进行了宣传，又促进了高校实践教学水平的提升;2017年，为贯彻落实《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（国办发〔2015〕36号）和《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》（国办发〔2017〕95号）精神，深化产教融合、校企合作，教育部高等教育司组织有关企业支持高校共同开展产学合作协同育人项目。面对这样的需求，华为、腾讯、百度等知名企业和一些具有行业特点的中小企业都逐渐意识到通过协同育人项目进行校企合作的优势，让实践从高校走入企业，让知识从课堂走进工厂，让企业人才的需求从供给侧进行结构性的改革，使走入社会的大学生真正是具有“硬功夫”的卓越人才。
在新工科这一背景下，认真分析理工科院校实践教学环节中所存在的问题，在增强教师使命感，健全评聘考核等相关机制;鼓励小班和小组教学模式;结合实际应用的多类型实践模式;信息技术与实践教学相融合，增强学生的体验感和竞争意识;克服“走形式，讲排场”，用创新驱动发展和鼓励协同发展，真正达到校企有效融合等方面对实践教学进行了思考和实践，以学生这一产出为导向，改进了人才的培养模式，提升了理工科院校的实践教学水平。
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[10]陆国栋.实验教学改革的思考与实验分类研究[J].中国大学教学，2010，（9）.
