数字化教育背景下新工科高质量人才培养路径研究

■陈利伟

（河北美术学院，河北 石家庄 050700）

数字化教育是以数字技术为基础，运用信息技术手段进行教育教学的过程，是当今教育领域的一个重要发展方向。随着科技的不断进步，新工科成为高等教育改革的热点，新工科教育的核心是培养适应未来发展需求的高素质、复合型创新型人才。然而，当前高校新工科教育存在一些不足，例如，培养模式和课程体系与未来产业需求不匹配、教学方法滞后等问题，如何突破这些困境，探索出适应数字化教育背景下新工科高质量人才培养的路径，成为当前教育领域需要解决的重要问题。

一、数字化教育和新工科人才概述

（一）数字化教育的定义和内涵

数字化教育是以数字技术为基础，运用信息技术手段进行教育教学的过程。它通过将传统的教育内容、教学方法与数字技术相结合，借助计算机、互联网、移动设备等工具，实现教学资源的数字化，教学过程的在线化和学习方式的个性化。数字化教育的内涵包括以下几个方面。第一，教学资源数字化：将教材、课件、视频、音频等教学资源以数字形式存储和传播，使学习者能够随时随地通过互联网等途径获取所需的学习资料。第二，教学过程在线化：通过网络教学平台、远程教育技术等手段，实现教学过程的在线交互和远程教学，使学生可以与教师和其他学习者进行实时互动。第三，学习方式个性化：通过智能化教学系统和个化学习平台，根据学生的学习情况和兴趣特点，进行个性化的学习内容和路径设计，使每个学生能够按照自己的节奏和方式进行学习。第四，教学评价和监控的数据化：通过数据分析和挖掘技术，对学生的学习过程和成果进行跟踪和评估，为教师提供个性化的教学指导，为学生提供及时的学习反馈。数字化教育的核心目标是提供更加灵活、个性化的学习方式，促进学生的自主学习和创新能力的培养，以应对信息时代快速变化的学习和职业需求。

（二）新工科人才的定义和内涵

新工科人才是指具备工程素养和软实力、创新能力、领导能力和团队合作精神的高素质工程人才，是适应数字化、智能化等新科技发展所需的工程实践人才。新工科人才应具备以下内涵。第一，工程素养：掌握扎实的工程基础知识和技能，具备工程实践能力和解决实际问题的能力。第二，创新能力：具备创思维和实践能力，能在工作中提出创新性解决方案，推进工程领域技术和业务创新。第三，领导力：具备团队管理和领导能力，能够组织和管理团队，领导实现项目目标。第四，团队合作精神：具备跨专业合作、跨文化交流能力，能够积极地融入和推动团队的发展和改进。第五，软实力：具备良好的人际沟通、表达和社交能力，拥有国际化视野和社会责任感。新工科人才的培养目标是引导学生形成全面发展、复合型人才的能力结构，不仅要具备扎实的学科知识技能，而且要拥有创新思维，成为具有广阔国际视野和社会责感的高素质人才，适应数字化、智能化等新科技发展所需的工程实践人才的需要[1]。

二、数字化教育在新工科人才培养过程中的作用和发展方向

（一）数字化教育在新工科人才培养过程中的作用

数字化教育在新工科人才培养过程中起着重要的作用，主要体现在以下几个方面。一是拓宽学习资源：数字化教育利用网络平台，提供了更广泛的学习资源，使学生可以接触到更多的高质量教学内容。例如，学生可以通过在线课程学习计算机编程、网络安全等专业知识，这对于新工科人才的培养具有重要意义，数字化教育打破了时空限制，学生可以根据自己的需求和兴趣进行学习，不受地理位置和时间的限制。二是提供交互平台：数字化教育为学生提供了互动交流的平台，学生可以与教师和同学进行实时互动。通过在线讨论、在线作业批改等方式，学生可以更深入地理解和应用所学知识。与此同时，数字化教育还鼓励学生之间的合作学习，通过小组项目和论坛讨论，提高新工科人才的团队合作能力和创新意识。三是为文化设计提供理念支持：数字化教育能为我们建立一套正确的工业设计理念体系和教育体系，可以正确处理好“讣与数字化技术”之间的关系，也才能把数字化技术更充分、更完美地运用于当代工业设计的各个领域、各个环节中。研究工业设计的发展历程，为后面建立数字化时代的工业设计理念体系和教育体系打下基础。总之，数字化教育能够通过拓宽学习资源和提供交互平台等方式，为新工科人才的培养提供重要的支持作用。

（二）数字化教育背景下新工科人才的发展方向

数字化教育背景下，新工科人才的发展方向可以从以下几个方面进行分析。一是数字化技能与工程实践能力的提升。数字化时代工程实践已经从传统的实验与测试向化仿真与虚拟现实转化。因此，学生需要掌握数字化技能，以更好地实现工程实践和创新思维。二是多学科、跨学科知识与跨界交流的能力数字化时代不仅需要掌握单一学科的知识，而且需要具备跨学科的综合能力，建立跨学科研究团队和复合型项目开发团队，进行高水平的跨领域合作创新。三是国际化背景下的领导型素质。国际化是数字化时代的必然趋势，新工科人才不仅要具备开阔的国际化视野，还需具备优秀的领导型素质、国际化背景下的合作与沟通能力。四是持续学习能力。数字化时代的快速变化，使人才需要不停地更新知识和技能，持续学习和创新能力成为数字化教育背景下新工科人才的重要素质。五是工程伦理与社会责任感。数字化时代的高新技术如人工智能、大数据挖掘等在推动社会发展和进步的同时，也带来了一系列伦理和社会问题。因此，新工科人才需要具备良好的工程伦理和社会责任感，面对工程领域的复杂问题和挑战，能够积极探索有益的解决方式。总之，数字化教育背景下，新工科人才需要具备更加全面、复合、国际化的素质和能力，以适应数字化时代对工程人才的全新要求[2]。

三、运用数字化技术培养新工科高质量人才的建议

（一）加强数字化教育基础设施建设

数字化教育基础设施建设是培养新工科高质量人才的关键之一。加强数字化教育基础设施建设可以从以下几个方面入手。一是高速网络：网络是数字化教育的基础，学校必须为学生提供稳定、高速的网络服务。通过建设校园无线网络、增加网络带宽等方式，确保学生在校园内任何地点都可以方便地获取网络资源，满足在线学习、视频会议、大数据处理等需求。二是高性能计算机：数字化教育需要依赖高性能计算机完成数据处理、仿真模拟等任务。学校应提供一定数量的高性能计算机，并确保计算机的软硬件配置能够满足各种教学需求。此外，学校也可以建设云计算平台，为学生提供更加灵活、高效的计算资源。三是虚拟仿真设备：对于一些需要实验或实践的学科，如工程、医学等，虚拟仿真设备是数字化教育的重要工具。学校可以购买或开发虚拟仿真软件，让学生进行模拟实验和操作训练。这些软件需要能够模拟真实的环境和操作过程，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。四是数字化教育平台：除了硬件设施外，还需要建设数字化教育平台，为学生提供统一的数字化教育环境。该平台应包括在线学习、在线考试、在线交流等功能，支持多种终端设备，如电脑、手机、平板等，方便学生在学校内任何时间、任何地点进行学习。五是数据中心：数字化教育需要大量的存储和计算资源，因此建设一个稳定、安全的数据中心十分必要。该中心应能够存储大量的数据和教学资源，保证数据的安全性和可靠性，并为全校师生提供优质的服务。综上所述，加强数字化教育基础设施建设需要综合考虑网络、计算机、虚拟仿真设备、数字化教育平台和数据中心等多个方面，为学生提供更加优质、便捷的数字化教育服务，促进新工科高质量人才的培养。

（二）开发数字化教育资源

开发数字化教育资源是培养新工科高质量人才的另一重要措施。一是优质课程资源：针对新工科各领域的需求，可以开发一系列优质课程资源。这些课程应注重理论与实践相结合，使学生能够通过理论学习掌握基本知识和技能，同时通过实践环节提高解决复杂问题的能力。学校可以采用在线课程的形式，方便学生随时随地学习。二是虚拟实验资源：虚拟实验可以为学生提供安全、经济的实验环境，帮助学生更好地理解和掌握相关知识和技能。可以针对新工科各领域的需求，开发一系列虚拟实验资源，包括软件实验、硬件实验、网络实验等。这些实验资源应注重真实性和可操作性，使学生能够通过虚拟实验获得真实的实验体验。三是仿真软件资源：仿真软件可以为学生提供直观、生动的模拟演示，帮助学生更好地理解和掌握相关知识和技能。学校可以针对新工科各领域的需求，开发一系列仿真软件资源，包括工程仿真、物理仿真、化学仿真等。这些仿真软件应注重真实性和可操作性，使学生能够通过仿真软件获得真实的模拟体验。四是学科交叉资源：新工科各领域的知识和技术相互交叉、相互融合，因此，数字化教育资源也应注重学科交叉。学校可以开发一些跨学科的数字化教育资源，如工程与艺术的结合、信息技术与生物医学的结合等，帮助学生扩展视野，培养跨界思维能力。五是案例教学资源：可以积极开发一些案例教学资源，将真实的工作场景、实际案例引入到数字化教育资源中，帮助学生更好地理解和掌握相关知识和技能。这些案例教学资源应注重实践性和可操作性，使学生能够通过案例学习获得解决实际问题的能力。综上所述，开发数字化教育资源需要针对新工科各领域的需求，注重理论与实践相结合、学科交叉和培养学生解决复杂问题的能力。通过优质课程资源、虚拟实验资源、仿真软件资源、学科交叉资源和案例教学资源等多种形式，为学生提供更加丰富、灵活的数字化教育服务[3]。

（三）推广在线学习模式

推广在线学习模式是培养新工科高质量人才的必要手段。我国可以从以下几个方面推广在线学习模式。一是在线课程引入：利用数字化技术，可以引入知名高校、优秀教师的在线课程，使学生可以根据自己的兴趣和需求进行自主学习。这些在线课程应针对新工科各领域的需求进行精心选择和设计，涵盖基础理论、应用技能、前沿技术等多个方面，帮助学生构建完整的知识体系。二是在线学习平台建设：可以建设一个功能强大的在线学习平台，为学生提供丰富的数字化教育资源，包括在线课程、虚拟实验、仿真软件等。该平台应具备课程管理、学习进度跟踪、学习评估等功能，支持学生的个性化学习。三是在线讨论与答疑：在线学习平台应具备讨论、答疑等教学活动功能，方便学生之间、学生与教师之间的交流与互动。学生可以在线提出疑问、分享学习心得，教师可以通过在线答疑、提供学习指导，提高教学质量。四是在线协作与项目实践：在线学习平台可以支持学生之间的协作与项目实践。学生可以通过平台进行组队、分工合作，共同完成一些综合性较强的项目或课题，培养团队协作和实践能力。四是移动学习：随着移动设备的普及，可以开发移动学习应用，使学生可以通过手机、平板等设备随时随地学习。该应用应具有支持离线学习、学习进度同步等功能，方便学生在不同情况下进行学习。

（四）提高教师数字化教育能力

教师是教育过程中的关键因素，他们的教育能力和技术水平直接影响着学生的学习效果和未来发展。在培养新工科人才方面，教师的作用尤为重要。新工科领域涉及的技术和创新非常多，要求教师具备较高的科技素养和创新能力，能够灵活运用数字化技术进行教学，以下是对提高教师数字化教育能力的一些建议。一是培训和研讨会：定期组织教师培训和研讨会，向教师介绍最新的数字化教育理念和技术，以及如何将它们应用到教学过程中。这些活动不仅可以帮助教师更新知识，而且可以提高他们的教学技能。二是在线学习平台：利用在线学习平台，教师可以随时随地学习和掌握新的数字化教育技能。学校应提供一些优质的在线课程和资源，鼓励教师进行自主学习。三是实践项目：设计一些实践项目，让教师有机会将所学知识应用到实际教学中。这可以是一些创新的教学项目，或者是改进现有教学方法的项目。四是互动和分享：鼓励教师进行经验分享和互动学习。可以组织教师交流会，让教师在一个宽松的环境中分享自己的成功经验和困难，从而获得新的启示和提高。五是评估和反馈：定期对教师的教学进行评估和反馈，这不仅可以帮助教师了解自己的优点和不足，而且可以提供改进教学的机会。六是提供支持：为教师提供持续的技术支持和学习机会，例如，提供数字教育设备、软件等资源，以及专业的技术支持服务，帮助教师解决在数字化教育中遇到的问题。

（五）加强产学研合作

运用数字化技术加强产学研合作培养新工科人才，可以从以下几个方面进行。一是构建数字化平台，促进产学研信息共享。通过构建数字化平台，如云平台、大数据平台等，可以促进高校、企业和科研机构之间的信息共享和交流，使得产学研合作更加便捷和高效。二是利用数字化工具，优化产学研合作方式。数字化工具可以帮助产学研合作各方优化合作方式，提高合作效率。例如，利用项目管理工具可以更好地协调和管理产学研合作项目，利用远程会议工具可以方便地进行在线沟通和交流等。三是借助数字化技术，加强实践教学。数字化技术可以帮助学生更好地掌握新工科领域的相关知识和技能。例如，通过模拟仿真软件，可以让学生在计算机上模拟实验和实训，提高实践能力和技能水平；通过虚拟现实技术，可以让学生在虚拟环境中进行实际操作，增强实践体验和实践效果。四是运用数字化思维，创新人才培养模式。数字化思维可以帮助高校和企业创新人才培养模式，实现个性化、多元化和差异化的人才培养。例如，利用大数据分析技术，可以对学生的学习情况和职业倾向进行分析，为每个学生提供个性化的培养方案和建议；利用互联网技术，可以实现线上线下相结合的教学方式，增强学生的学习体验和参与度等。总之，数字化技术可以为产学研合作培养新工科人才提供新的机遇和挑战，有助于促进产学研之间的深度融合和创新发展，提高人才培养质量和效果[4]。

数字化教育已经成为不可避免的趋势，它不仅可以提高教学效率和效果，还可以通过创新教学方式和手段，帮助学生更好地掌握新工科领域的相关知识和技能。因此，在培养新工科高质量人才的过程中，必须重视数字化教育的作用，并不断推进数字化教育的深入发展。