新工科背景下电子专业工程实践改革与创新

陆晓燕 冯正勇 肖顺文

摘 要：随着人工智能产业新一轮科技革命和产业革命，新工科建设已经成为我国产业升级与发展的必然要求，也是高校工程教育改革的一项新举措。本文指出了现有工程实践中存在的一些问题，提出了工程实践改革的措施，旨在为同类学校的新工科建设提供参考。

关键词：新工科;工程实践;课程体系

中图分类号：G642

Abstract：With the new round of scientific and technological revolution and industrial revolution in artificial intelligence industry，the construction of new engineering has become an inevitable requirement for China's industrial upgrading and development，and it is also a new measure for the reform of Engineering Education in Colleges and universities.This paper points out some problems existing in the existing engineering practice，and puts forward the measures of engineering practice reform，in order to provide reference for the construction of new engineering courses in similar schools.

Keywords：new engineering;engineering practice;curriculum system

隨着人工智能、大数据、云计算等前沿科技逐步取得技术性的突破，以智能产业牵引的新一轮科技革命和产业革命如火如荼地进行着。面向未来技术和产业发展的新趋势和新需求，高等工程教育面临着新机遇、新挑战，我国高等工程教育的改革发展已经站在新的历史起点，但目前来看，我国工程教育还面临着很多问题，比如工科教育理科化，工程人才综合实践能力缺乏，工科教育的核心能力定位不明确，所学知识技能与社会发展和产业需求不完全契合等，人才培养瓶颈对我国未来工业的发展和综合国力的提升形成了巨大阻碍。可以预见，在未来二十年里，技术与产业变革趋势下的工程“新业态”，将给我国工程科技人才培养带来新要求，我国教育部恰逢其时地提出了“新工科”计划，这是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、人才全面能力培养新要求而提出的我国工程教育改革方向。

“新工科”倡议是我国工程教育对“互联网+”“中国制造2025”“一带一路”等国家重大战略的积极响应，主要解决国家和产业的重大需求与科技的重大需求问题，为下一步的工程教育创新指明了方向，较好地应对了当前我国工程教育环境的变化。在这样的历史背景下，地方高校现有传统的电子信息类工科专业必须建立一套新的工程教育体系，深入推进产学研用合作，通过校企联合制定培养目标和培养方案、共同建设工程实践类课，建立实训实习基地，邀请行业企业的优秀技术人员、管理人员参与到教育教学各个环节中，促进人才培养与产业需求紧密结合。

工程实践能力的培养是高等工科工程教育的主要内容。它关系到培养学生的动手能力、创新能力和适应能力。在“新工科”的背景下，工程实践教育应该进一步将“工程”理念深化，通过建立更加多样化和个性化的工程实践模式，培养学生创新创业和跨界整合能力。然而，目前除了一些重点的电子类的学校外，其他很多学校学生的工程实践能力存在明显不足，特别是一些综合类和师范类的学校。

1 工程实践存在的问题

1.1 教师对工程实践的认识不足

实践教学与理论教学不同，需要教师具有丰富的工程实践经验和动手能力。近年来高校引进的教师往往具有博士学位，拥有丰富的理论知识和很强的研究能力。但是，大多数博士生毕业后直接进入高校，没有企业实际工作的经历，缺乏工程实践经验和实践操作能力。一些有科研项目的博士，由于所选的科研课题具有前沿性，对于大多数本科学生而言，需要的知识体系和理论层次不能达到课题的要求，因此也不能锻炼学生的实践能力。再者，目前高校教师对于如何提升学生的工程实践能力的探究所做的工作有些欠缺。

1.2 以实验为中心的实践教学模式

很多学校的实践教学主要是通过实验来实现的。实验是教学的重要组成部分，也是培养学生实践和创新能力等综合素质的重要环节。实验教学在高校实践教学中占据着重要的地位。当前，应用型高校实验课程中也存在着一些问题。首先，实验内容缺乏实用性、创新性，无法激发学生的兴趣。其次，实验教学内容主要为所学知识的验证，其目的主要是对学生学习的知识进行深化和理解。学生按照实验指导书中所列的操作步骤和实验内容完成，整个过程中，没有自主设计和创新的环节，无法培养学生的创新能力。最后，实验教学是按照课程设置的，而实际的开发项目往往需要多门课程的知识。例如，智能小车设计，需要《电路设计》《单片机开发》等课程的知识。因此，在工程实践教育中必须加入其他的环节，提升学生的自主设计能力和创新能力。

1.3 教学过程中工程实践意识薄弱

教学是培养学生知识储备和实践能力的重要环节。现有的教学过程中，很多课程主要注重知识的理解，对于知识的应用没有提到应有的高度。对于工程实践而言，知识的积累只是基础，最重要的是如何将所学的知识应用于具体的实践环境。大多数的教学是按照教材的章节进行，各个知识点独立讲解，最后一两章内容才提及工程应用，这部分教学时间相对比较少，学生思想中形成的工程意识也比较薄弱。

2 工程实践的改革措施

2.1 提高教师的工程实践能力

学校应该制定相应的政策和制度，要求和鼓励教师主动到“产学研协同创新基地”顶岗工作和挂职锻炼，参与企业的技术项目，提升教师的工程实践能力与企业管理能力，在与企业的深入合作中，将新的知识、实践经验带入教学中。另外，在注重教师的工程实践能力培养的基础上，有方向性地聘任一些工程实践经验丰富的相关企业的工程师作为兼职教师来讲授部分课程、指导课程设计，拓宽学生的知识面，丰富其工程实践经验。除此以外，聘请的兼职教师除了指导学生实践教学工作外，还指导专业课程教师的实践教学，通过“传、帮、带”作用，提升专业教师的实践教学水平，建成一支与新工科教育相适应的规模适度、结构合理、教育教学水平高的双师型师资队伍。

2.2 构建新的课程体系

原有的课程体系中，主要由课程、实验、实习三部分组成。这些传统的组成模块，对于工程实践方面的训练明显存在不足。由于各个教学模块的独立，使学生无法建立系统集成开发的框架。

为了与新兴产业人才需求相对接，实施“专业基础模块+新工科模块+工程实践模块”校企协同的立体型课程体系。

从培养学生的电子专业知识和工程技能实践两个方面着手，将专业课程分为通识教育层、专业基础层、实践发展层三个层次，按照层次梯度又将专业课程分为理论基础模块、技术基础模块、专业选修模块、综合应用模块，最终形成一个立体型课程体系。在课程体系中设置“新工科模块”，构建“专业基础模块+新工科模块+工程实践模块”传统工科与新工科对接的课程体系结构。

2.3 多层次、全方位构建工程实践体系

在原有的工程实践教育中，主要以实验教学为核心，这对于提升工程实践能力是远远不够的，必须建立一个多层次、全方位的工程实践体系。多层次体现在工程实践活动可以在大学阶段的各个时间段开展，全方位体现在这一工程实践体系可以覆盖本专业的所有学生。这一實践体系主要体现在创建卓越工程师班、参与学科竞赛、工程实训这三个方面。

2.3.1 创建卓越工程师班

卓越工程师班的建立主要是为了解决教学和实验环节中工程意识的薄弱问题。大一的第二学期开始创建，根据学生的基础和所学课程的内容，设立工程实践的目标。大一的工程师班主要为了提高学生对专业的认识，设立的主题为小车印制电路板的设计与制作，需要每位同学独立完成电路板的设计，电器元件的焊接，完成小车的硬件结构。通过这样的训练，使学生明确了形成了工程实践的需要一定的硬件平台。大二的工程师班主要完成小车的控制。需要学生独立完成对小车的行进方向的控制和避障等功能。具体项目实训中可以通过按键、或者上位机的应用程序来实现。在原有的硬件平台上，进行软件设计，完成工程实训的各项要求，形成了一个实际的工程项目。将软件与硬件相结合，所学知识应用于具体的项目中，使学生逐步明确了工程实践的意义。

2.3.2 学科竞赛

参与学科竞赛是提升工程实践能力的最好途径。电子类的学科竞赛有：全国大学生电子设计大赛、全国大学生Robocon机器人大赛、“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛等。以全国大学生电子设计竞赛为例，它是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风;有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。纵观这几年的电子设计大赛的题目，与当前主流技术发展趋势的关系日益密切，对学生基础知识和实践创新技能的培养起到了强化的作用，对于新技术的应用，拓宽了学生的就业范围。同时，通过学科竞赛的训练，增强了学生的专业意识和实践创新能力。

2.3.3 工程实训

电子类本科专业人才的培养中理论知识的比重明显高于实践能力，这就造成了学生工程实践能力的缺乏。由此，需要增强校企合作力度，加强学生工程实践能力的实训。

智能家居作为目前热门、成熟的物联网项目可以应用于工程实训中。智能家居主要通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。在工程实训中，主要完成照明控制、安全监控、环境监测等功能。项目的硬件主要有：PC机、主控板、无线传感器模块。完成程序设计需要三大主要模块的支持：系统移植和驱动开发、嵌入式技术与应用、物联网技术应用。系统移植和驱动开发对学生而言，难度较大，这部分内容在实训中可以不做要求。嵌入式技术与应用模块主要在Linux平台上，通过网络编程、文件编程等操作完成项目要求的功能。联网技术应用主要应用于信息采集模块和主控模块之间的通信。

在实际的工程实训中，采用QT软件作为客户端、A9开发板作服务器载体，实现服务器与客户端之间的数据传输。摄像头、传感器等设备安装在信息采集模块上，实现对室内各种环境信息的采集。项目中主要涉及C编程技术、调试技术、网络编程、QT编程等诸多方面的知识。这些技术可应用于智能电子产品的设计和物联网产品的设计。通过实训使学生所学的基础知识，加以融会贯通，让学生了解、熟悉、掌握硬件编程、规范编程、开发流程、调试技术等实际开发的经验和方法，积累一定的嵌入式的开发经验，为后续的毕业设计和就业打下良好的基础。

通过上述措施的改进与创新，我院专业双师型教师占比达48%，学生对教师课堂授课的满意度提升至97%，教师队伍的结构和素质得到了提高，初步建成了一支与新工科教育相适应的规模适度、结构合理、富有创新精神、教育教学水平高的师资队伍。第三方评价机构调查显示，学校毕业生专业对口率达87%，企业对学生的满意度达到92%，有效促进了所在学校传统工科专业与新产业对接，提高了专业建设水平和新工科人才培养质量。

结语

新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，培养多元化、创新型卓越工程人才。在电子领域，创新能力的培养和提升主要来源于工程实训能力。通过上述的改革措施，使学生增强了专业学习的兴趣和创新能力，提升了工程实践能力，增加了就业的专业对口率。

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基金项目：四川省教育厅人才质量重点项目（JG2018-691）;校科研创新团队及英才科研基金项目（CXTD2017-8、17YC055）

作者简介：陆晓燕（1967— ），女，汉族，四川资阳人，硕士，主要从事嵌入式、物联网、人工智能实践教学与研究。