新工科背景下STEAM教育理念培养创新应用型工程师探析——以物联网工程专业为例

种楠楠

（天津仁爱学院，天津 301636）

0 引 言

随着当今世界新一轮科技革命、产业变革加速进行和“中国制造2025”等一系列国家战略的出台，我国经济发展进入新常态，高等教育步入新阶段[1]。2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，强调学科的适用性、交叉性和综合性，尤其注重人工智能与近似算计、控制、数学、统计学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合，旨在培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的创新应用型工程科技人才[2]。STEAM教学理念突破传统单一学科知识体系的束缚，将科学、技术、工程、艺术和数学（Science、Technology、Engineering、Art、Mathematics） 等学科相互融合，整合统一分立学科知识，并以问题解决为导向培养创新应用型人才[3]。STEAM教学更关注完善学生跨学科知识体系，强调提高学生实践及创新能力，注重多学科知识的迁移学习，重视社会责任感与人性化培养，更符合教育部积极推进新工科的建设思路，将STEAM教学理念引入高等教育特别是物联网工程专业创新人才培养模式中，有助于升级改造物联网、智能制造、机器人、基因工程等新工科专业培养体系，推动大数据、云计算、人工智能等相关技术的创新发展，对实现教育现代化具有重要的现实意义[4-5]。

1 新工科背景下创新应用型人才培养瓶颈

传统工科人才培养模式下毕业生创新能力不强，信息化程度不足，生产产品质量不高，所在行业产业结构不合理，培养理念与社会实际存在冲突，创新创业和工程化、系统化教育师资力量薄弱，校企愈加重视培养学生实践应用能力，但仍受应试体制思维所限，成人继续教育和校企方沟通薄弱导致学生与家长针对个人成长和职业规划等问题存在理念差异。因此，新工科背景下高校人才培养必须打破学科专业壁垒限制，开展跨学科教学、跨行业实践，实现工科与理科、工科与人文学科交叉融合，促进高校联系企业、行业、产业创新人才培养模式，完善学科专业设置，优化综合课程建设，更新社会实践方案。

2 改革方案

针对传统工程教育偏离工程实践、大而不强、结构失衡等问题，STEAM教育理念强调“回归工程”的人才培养模式。高校应在以项目为导向前提下，提升学生工程实践能力、工程设计能力、工程创新能力。除了注重信息通信、人工智能、大数据分析等新技术与传统工业技术紧密结合外，更需强调学科的交叉性与综合性，促进科学、工程、技术、人文艺术的交叉融合，同时与产业界和多元文化融合，关注创新创业，培养具备高创新创业能力和跨界整合能力的新型工程科技创新应用型人才[6]。STEAM教育理念下高校人才培养思路如图1所示。

图1 STEAM教育理念下高校人才培养思路

2.1 学科整合

随着科技发展和人工智能向各行业渗透，各种学科间不再局限于单纯的某一领域研究，而是跨学科跨领域研究，科学上的新理论新发明的产生，新的工程技术日新月异涌现，突破了学科的边缘或交叉点，学科交叉引领科学向着更深层次和更高水平发展，这对高等教育提出了新要求。高校应针对社会需求调整课程体系，优化人才培养机制和教育模式。首先，设计有价值的课程内容；其次，进行课程教学时提供清晰且具体的学习目标，使学生有兴趣且有能力按目标学习；第三要合理安排课程进度及难度，根据学生水平设置不同难度课程设计和实践项目。STEAM理念物联网工程专业教育框架如图2所示。

图2 STEAM理念物联网工程专业教育框架

2.2 开放教学

STEAM教育理念引入嵌入式技术课程设置，如图3所示。引入MOOC、智能技术和设备，补充传统课程程式化固定教学内容，以模块化、游戏化的方向开发，以工程为导向设置小组课题项目，将学生代入实际项目角色中学习体验多元互动，促使学生在体验信息化、系统化、网络化、综合化解决项目课题过程中锻炼沟通能力、团队合作能力和解决问题能力[7]。除了学习成绩，引入参加竞赛、科技论文、科技成果、专利申请、科研活动、社会实践、专业认证等学分认证。

图3 STEAM教育理念引入嵌入式技术课程设置

2.3 艺术渗透

长期以来，工科教育仅侧重于知识教育和能力教育，而忽视了人文素养高尚心灵的培育。新工科涵盖的领域比传统工科更多，涉及到伦理道德、隐私保护、安全环保、公共利益等基本问题。因此，培养“新工科”背景下创新应用型人才更应关注这些问题，循道而行，尽力避免见利忘义，因功利、虚荣、妄为而走向异化，时刻牢记工程教育的初衷和使命，培养结合国际视野与本土情怀、科技素养与人文品质、个性特长与团队意识、继承发扬与创新协调的适应现代社会科技发展的创新应用型工程师。

2.4 社会服务

高校育人应结合国家政策、政府指导、企业需求，在“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念指引下，培养具有服务思维、设计思维、体验思维、成长型思维、互联网思维，具备跨行业工作能力与适应能力、跨领域工作能力与适应能力的毕业生。鼓励学生参加社会活动，促进科学教育、工程教育、人文教育有机融合，深化产教融合、校企合作、协同育人。创新应用型工程师应具备的综合能力如图4所示。

图4 创新应用型工程师应具备的综合能力

3 结 语

新工科背景下引入STEAM教育理念培养创新应用型工程师，培养从事设计、生产、管理、决策的复合型人才，以及培养具有终身学习能力的智能人，有助于推动我国赶超世界经济科技发展、引领掌控世界话语权、实现中华民族伟大复兴，推动“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”“人工智能+”等创新驱动的国家发展战略，在新技术、新业态、新模式、新产业等形势下实现国家经济转型升级，完成高等教育产学结合、专业升级、体系完善等供给侧结构性改革，助力我国逐步走向工程教育强国、工程创新强国。