新工科背景下基于创新人才培养的教学生态构建

陈祥

（江苏师范大学科文学院，江苏徐州 221000）

伴随新技术革命和我国产业架构的转变升级，特别是《中国制造2025》等的落实，我国亟需一大批工程创新能力较强、具有全球竞争力的技术人才，在中华民族伟大复兴之路上担起促进产业革命的重任。自教育部2017年明确提出新工科概念以来，各院校积极探索新工科的建设之路，深入理解当前产业需求，推动人才培养供给侧改革，努力培养工程技术实践中创新创造能力强、并能处理复杂工程技术领域问题的高层次复合型人才。

1 新工科建设的趋势

新工科的迅速发展，一方面是工业科技发展对人才提出了更高要求，另一方面，传统的偏理论和单学科教育的人才培养，在面对复杂工程问题时凸显实践性和创新性的不足。新工科建设服务国家战略，顺应经济发展，强调学科交叉融合和过程实践，在交叉领域践行多学科的研究思想和方法，在解决复杂工程问题的过程中培养创新型、复合型、应用型人才。

近年来，新工科建设也带动了基于CDIO 理念的工程教育改革热潮。CDIO 工程教育理念，旨在通过互为支撑的课程体系，让学生在构思（Conceive）-设计（Design）-实现（Implement）-运行（Operate）产品的全流程中完成知识学习和工程实践，并强调学习者为中心，加强过程实践，综合培养学生的专业技术知识、个人能力、团队精神和工程系统能力等，在高素质、创新型工程人才培养方面，与新工科内涵有较强的一致性[1]。电子科技大学基于CDIO 理念，设计了逐级挑战的新工科项目课程体系，基于项目课唤起好学生的奇心，激发学生的兴趣与潜能，在系统性项目训练中提升学生的设计思维、创造性思维[2]。

在新工科课程体系设置中，跨学科教育成了创新人才培养的核心举措。跨学科教育以交叉学科研究领域和前沿项目为导向，以学科知识为依托，以整合见解、构建更全面认知为目的，培养学生主动学习和创造性研究的能力[3]。近年来，新工科建设者以构建跨学科课程体系促进创新人才培养，在夯实学科基础课的前提下，以跨学科课程提升学生运用多领域知识、方法、技能解决问题的能力。南京大学开设了“计算机与金融工程”“地球系统科学与环境”等交叉方向试点实验班，整合学科资源构建了跨学科人才培养方案，开设了数据结构与金融算法、金融软件工程等复合型课程[4]。

随着学者们对新工科的研究和探索的不断深入，对新工科内涵的讨论已日臻完善，新工科落地的行动方向也日渐清晰，但新工科创新人才培养的效果仍待实践检验。新工科创新人才培养不是通过几项举措的实施就能实现的，而是一个长期过程，需要不断评价、反馈和调整，以保证人才培养的适用性和实效性。本文从教学生态构建出发，讨论新工科建设稳定和持续改进的底层支撑，为高校新工科创新人才培养探索实践之路。

2 教学生态的构建

4M1E 法（Man、Machine、Material、Method、Environments，即“人，机，料，法，环”）是全面质量管理的关键工具，这五大要素涵盖了生产管理体系中的全部重要因素，可用来分析导致产品质量低的具体原因。在高校中，教学是一项涉及多角色多层级的复杂管理工作，也是人才培养的核心载体。本文从质量管理的角度出发，将人才培养视为产品，基于人、机、料、法、环五要素构建新工科创新人才培养的教学生态。

2.1 人——以教师团队服务学生团队

“人”是质量管理中最重要的元素。教学生态运转的质量依赖教师“人”的管理维护，对学生“人”的培养是生态运转的目标，学生和教师构成了教学生态的双核驱动。唯有激活“人”，教学生态才有持续运转的动力。

新工科建设亟需大量“双师型”教师，其既熟悉学科知识教学，又有丰富的行业经历和项目经验，这种教师是极为稀缺的，传统教师也难以通过短暂的培训符合要求。一种可行的替代方法是组建教学团队，一方面校企合作，邀请企业人员担任导师，另一方面跨学科组建教师团队，在跨学科课程中协同教学。不同领域的师资在工程问题驱动下进行思想和方法的碰撞，在学生求知和创造的路上扮演引导者、服务者的角色，同时也在团队教学中拓展自己的知识，提升“双师”技能。

虽然有教师团队的引领，但从心理上学生更愿意学习和讨论的对象仍来自身边的同学。新工科并不培养千篇一律的人才，同一门课，不同学科背景甚至不同年级的学生可组成学生团队开展学习。在团队中，基于项目协作，个人可依据学科背景、性格和个人意愿找到自我定位，发挥专长；在同辈中，学生更易激发展示欲和求知欲，互相学习模仿，优秀的领导者或优秀的项目本身可起到传帮带的作用。

2.2 机——实践平台上的智能空间

实践教学平台是新工科必不可少的基础设施。“工欲善其事，必先利其器”，基于跨学科项目的实践教学平台是新工科建设的重“器”。实践教学平台使新工科课程体系建设具象化，在平台上沉淀跨学科项目和教学资源，使教学生态的建设有了着力点，也便于借助人工智能信息技术提升教学效率。

实践平台的建设，可着眼于项目导入与分解、知识中心建设、学习社区管理和考核机制四个方面[5]。新工科跨学科项目，涵盖的专业领域和知识点较多，教学时既要保持实践项目的完整性和吸引力，也要划分子项目，提高课程实践的可操作性；知识中心的建设为教学生态的“料”元素提供了落脚点；学习社区拓展了学校、教师、企业以及不同学科不同年级学生之间的沟通纽带；考核机制完成线上教学模式的评估反馈。

通过教学平台，对用户行为数据进行深度挖掘与分析，对学生实践过程进行分析与反馈，评估学习效果，引导学习方向，结合平台的学习资源推送、测练提升、消息传递、大数据分析等智能服务，围绕每个学生形成个性化学习空间。同时，依据平台的数据辅助，教师准确评估学生水平，便于实施定向干预、精准教学。

2.3 料——课程与多媒体资源

“料”是教学生态的核心元素，教师是“料”的主要生产者，学生是“料”的主要消费者。新工科创新人才培养的实现最终都要以课程为载体，而课程的实施除了教师，更需拓展线上多媒体资源。

跨学科课程的设置，需要高校从自身学科优势和师生水平出发，构建完整课程体系，开设跨学科专业或学科方向，或以公选课和第二课堂的形式开展跨学科素质拓展教育。课程内容从当前热门交叉学科领域问题中汲取灵感，由现实问题激发学生的学习兴趣和研究欲望。如中科院以脑认知神经基础和类脑智能计算为核心问题，设置了“脑科学与类脑智能研究”学科方向，构建跨学科的深度学习，符合中科院学生的层次和中科院科研院所的定位。

多媒体资源既要为课程教学服务，便于学生课程预习和反馈，更应围绕跨学科项目知识点及关联关系颗粒化构建、网状编织。跨学科课程的知识往往不是线性的，颗粒化构建便于学生针对知识点进行碎片化学习，网状编织避免学生陷入大量零碎的知识片段，难以构建完整的学科体系和思维逻辑，故多媒体资源的管理离不开智能化信息平台。多媒体资源与课堂教学、项目实践构成学生多元化的学习方式。

2.4 法——教学与评价之法

教学方“法”是教学生态的催化剂，将各类教学元素组合起来发挥更高效的作用。在信息科技的引领下，翻转课堂、OBE 理念、情景式教学、混合式教学、智慧课堂等教学理念带来了一波创新思潮。落实创新教学方法需要各类基础资源的支撑，如“双师型”师资、实践教学平台、多媒体资源等，而这正和新工科教学生态完美契合；同样，新工科创新人才培养也亟须多元化教法的支撑。

如OBE（Outcome Based Education，成果导向教育）理念强调能力本位，注重项目实战，让学生在自我挑战的过程中主动开展理论和实践学习；翻转课堂强调以学习者为中心，运用线上多媒体资源和课堂互动教学，重构学生课堂内外的学习方式，提高学生问题意识和逻辑思维能力。

与多元化教学方法对应，传统的以考查知识为主的卷面考核也应升级到更多维度，全面反映学生的逻辑思维和创新实践能力。可综合线上实践平台的智能评估与翻转课堂的表现构建过程考核体系，在学生实践团队中，根据团队项目成果和个人报告、组员互评构建成果考核体系，并从创新创意、工作态度、沟通分工等角度构建职业素质考核体系。

2.5 环——产教融合、赛教融合的协同创新环境

教学“环”境虽不直接参与教学过程，但却深刻影响“人机料法”等教学生态的构建质量。新工科创新精神的培养没有固定范式，唯有在最新行业问题和项目实践中不断探索，即通过产教融合与赛教融合，整合校内外资源，打造协同创新环境。

产教融合通过校地、校所、校企等多主体合作，将相关产业的最新技术及发展方向引入高校，开展以项目为牵引的创新创业教学，培养服务区域经济与社会发展的应用型创新人才[6]。校地协同，发挥地方政府的引导作用，熟悉地方产业发展特色，服务地方经济发展；校所协同，发挥科研院所的项目、科研优势，资源共享，协同创新；校企协作，按照产业需求定向培养人才，实现人才培养与产业精准对接、同步发展。

赛教融合以学科竞赛、技能竞赛为载体，是大学生拓宽知识面和锻炼综合能力的重要举措。新工科竞赛更强调专业实践能力，鼓励学生探索行业前沿，发现行业问题并通过创新创业解决问题，在实践中培养团队协作、营销管理等综合素质。赛教融合进一步激发学生创造性学习的动力，主动融入行业应用，知行合一、学以致用，更具现实意义。

3 教学生态的实践效果

新工科创新人才培养强调实践和跨学科属性，教学生态的构建促进了人才培养的持续良性发展。新工科建设需激活“人”，即教师团队和学生团队；建设成“机”，即跨学科项目的实践教学平台，构建学习的智能空间；丰富学习资“料”，即跨学科课程和多媒体资源；拓展“法”，即多元化的教学方法和评价方法；形成协同创新“环”境，即产教融合、赛教融合等管理机制。教学生态各要素需要密切配合才能彰显生命力，并在教与学的实施中，发挥生态的自我反馈调整功能，保证人才培养与行业需求的契合度。

江苏师范大学科文学院积极构建新工科创新人才培养教学生态，改革课程实施方案。如电子商务技术课，融合了软件开发、网络营销、贸易物流等多学科知识，借助交叉学科实践教学平台，引导学生对多款开源电商框架进行分解对比，课程邀请多学科教师参与制作了系列网课，如秒杀中的并发控制、SEO 概述、电商品类与营销策略等。协助学生跨学科组建3～5 人团队，分别承担后端服务开发、人机交互设计、文案宣传、营销策划等工作。团队在深入学习平台开发和商品贸易等知识后，主动进行市场调研和技术选型，创造性地设计了活体宠物、同城驾培等行业的电商方案。指导教师从项目成果的功能性能、美观易用、行业策划等方面进行了综合评估，推荐优秀项目参加创新创业学科竞赛，并取得了较好成绩。

4 结语

本文分析了当前新工科建设的研究现状，明确了跨学科教育和过程实践对新工科创新人才培养的重要意义。借鉴质量管理的“人机料法环”五要素，从教学生态角度探索新工科的落地实施策略，强调组织教师团队和学生团队以激活“人”，建成智能实践教学平台，沉淀跨学科课程，优化多媒体资料组织形式，实施多元化的教学和评价方法，打造协同创新环境，形成创新人才培养的良性循环，推动新工科建设的持续发展。