地方本科院校信息专业新工科人才培养模式研究

关键词：地方本科院校；信息专业；新工科；科教融合；ICAP；PBL；OBE

0 引言

人工智能、区块链、知识图谱等新技术的蓬勃发展，推动着全球新一轮科技革命和工业革命的浪潮。如何培养符合时代发展需求的新时代、新工科人才，成为国内外高校共同关注的重要课题。欧美国家于2016年启动了“新工程教育转型”改革计划[1]，旨在培养学生在工程实践中解决复杂问题的思维能力和创新能力。我国于2017年启动新工科工程建设，旨在培养适应新一轮工业革命的新工科人才，积极应对新机遇和挑战[2]。教育部先后发布了“关于开展新工科研究和实践”的相关通知，引导高校积极推进新工科人才培养。2021年4月，习近平总书记在清华大学考察时强调指出推进“四新建设”，并将新工科建设放在首位。总书记的重要讲话精神指明了新工科人才培养的方向，对于解决国家重要紧缺人才问题具有重要意义[3]。

我国一流本科高校普遍具备良好的人工智能等新工科技术科研基础和团队，已探索出一些可行的新工科人才培养模式。例如，成立专门的“卓越班”培养机制，导师+研究生+本科生建立科研创新基地，推行“科教协同育人”理念[4-5]。一流本科高校拥有博士点、硕士点，教师将科研和教学有机融合，学生深度参与前沿科研项目，有力推动了新工科人才的培养。然而，普通高校，尤其是地方本科院校，受限于科研平台和团队的不足，难以直接复制一流本科高校的协同育人机制。基于此，本文针对地方本科院校信息专业，探索构建“ICAP+PBL”协同育人机制，通过项目式教学与地方产业深度融合，激发教师科研热情，培养应用实践和应用创新人才。该机制旨在促进学生应用素质提升，实现教师科教融合，最终推动学校高质量发展，形成良性循环。

1“ ICAP+PBL”协同育人模式构建

ICAP框架将学习者的行为特征的认知参与方式进行分类，把学习者的学习过程划分成了四个阶段：被动（Passive） 、主动（Active） 、建构（Constructive） 、交互（Interactive） 学习，形成了由浅入深的四种层次的深度学习框架[6]。项目式学习（Project-Based Learning，PBL） 以学科知识和技能为核心，通过创造性地完成任务，利用多种资源进行探索，最终解决复杂的问题，从而获得更深入的认知[7]。ICAP+PBL是在ICAP理念引导下的项目式学习机制，ICAP框架及其相关理论，明确了学生学习行为与学习结果之间的关联，指出了不同学习方式之间的联系，并对如何通过对话、提问和活动等形式提高学生的学习状态提供建议[8]。ICAP+PBL能够有效解决传统项目式教学缺乏学生学习行为视角分析、课程层析目标不清晰、项目流于形式等问题，引导学生进入深度学习，有效提升学生应用实践和应用创新能力，促进教师科研和教学融合，培养服务于地方的科研团队，提升地方本科高校的综合实力。

“ICAP+PBL”协同育人模式中，教师结合自身的科研项目优化教学内容，并在教学过程中深入挖掘学生的潜能。教师引导应用创新型学生参与纵向科研项目，应用实践型学生参与横向科研项目，既在培养学生的过程中解决地方本科院校教师科研项目推进难的问题，又促进了教师的高质量发展。在教师的指导下，学生进入深度学习状态，通过参与科研项目提高应用实践和创新水平，从而实现学生的高质量发展。推进“ICAP+PBL”协同育人机制，能够有效促进地方本科高校教师科研与教学的融合，以及学生基础扎实、应用能力强和创新能力优，最终推动应用型本科高校的高质量发展。

2“ ICAP+PBL”深度学习模型构建

“ICAP+PBL”深度学习模型旨在提高学生的学习状态，并通过合理设计不同层次的教学目标和活动，真正做到项目为目标服务，项目为学习服务。在该模型中，课程项目的背景和项目完成的场所构成深度学习的主要环境。学生在项目中承担序列任务时，通过积极挑战、自我调整、情感投入和自我控制等行为表现出深度学习，这些行为在深度学习过程中得到激发。在学生深度学习后，教师给予正向反馈，使学生获得成就感，促使学习态度和积极性发生积极变化。在下一个任务到来时，学生能够更加主动地学习。这种循环将学生的沉浸过程和沉浸结果联系起来，使得学生在完成一个个项目任务的过程中推动深度学习的动态发展。表现为学习中的动态发展过程，学习者不断进步，将所学知识融入个人知识体系中，从而不断提升自身的应用实践和创新水平。

“ICAP+PBL”深度学习模型如图2所示。

通过构建融合教师科研与地方产业应用的项目资源，设计课堂教学内容，同时开展讨论、评估并不断修正和完善课程，通过微型教学资源的设计、制作、上线及课堂实践等环节，逐步完善教学资源，提升教学技能。“ICAP+PBL”深度学习模型能将教师的科研成果转化为课堂教学内容。教师在此基础上设计基于“ICAP+PBL”的课程目标、项目需求、任务序列、项目资源以及评价标准。学生在教师指导下学习相关背景知识和基础知识，提升项目开发能力和应用创新能力。通过深度参与教师科研项目，学生既能学习到学科前沿技术，培养应用和创新能力，又能促进教师科研项目的进展，从而推动地方本科院校形成稳定、可持续发展的科研团队，促进学校的高质量发展。

3 基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学

3.1 基于“ICAP+PBL”的信息专业课程课前教学设计

在基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学中，课前阶段需要教师投入大量精力进行项目设计和准备。项目设计需涵盖课本基础知识，结合地方产业应用以增强实用性，同时融入教师自身的科研成果。精心设计的项目不仅能提升学生的应用实践和创新能力，还能推动教师自身科研项目的进展。这有利于教师在职称评定、项目申请等方面形成良性循环，促进可持续发展。因此，教师在课前投入精力进行项目设计具有重要意义。

在课前项目制订阶段，教师团队应通过调研地方产业应用，结合自身科研项目，制定适用于信息专业的项目资源。例如，可以设计住房价格预测、PM2.5预测、手写字符识别神经网络、汽车评估分类、动漫人物图像生成、卷积自动编码器图像去噪、YOLO图像目标检测应用等项目。教师可以通过在线平台布置学习任务，跟踪学生的学习反馈，并及时收集学习中的问题。根据反馈信息，教师对教学活动进行适当调整，确保项目设计既能激发学生的学习兴趣、强化他们的应用技能，又能推动他们在应用实践和应用创新方面的发展。学生通过完成教师布置的课前学习任务，并参与课前测验（作业），能够更好地准备课堂学习内容，从而在课堂上高效完成项目任务。

3.2 基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学实施

基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学是落实科教融合、培养应用实践和创新型人才，并打造地方本科院校可持续发展科研团队的重要基础。因此，深入研究和实践基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学对于本课题至关重要。该教学实施步骤主要包括：导言、目标（目的）、前测、参与式学习、后测及总结。

基于“ICAP+PBL”的地方本科院校信息专业课程（如数字图像处理、计算机网络等）的教学实施包含六个阶段：导言、目标（目的）、前测、参与式学习、后测及总结。其中，导言、目标和前测属于课前学习内容；参与式学习属于课中学习内容；后测及总结属于课后学习内容。通过导言和目标介绍课程内容，引导学生以线上线下结合的方式进行预习。前测帮助学生深入理解教学重点和难点，确保课中学习的效果。在课中学习过程中，教师应以学生为中心，通过参与式学习让学生深度参与课堂教学，这有助于学生牢固掌握所学知识。最后，通过后测和总结，帮助学生运用所学知识解决项目中的问题，实现学以致用的目标。

导言的重点在于通过介绍学习内容来吸引学生的注意力。教师可以重点介绍与学习内容相关的科研项目，让学生明确学习相关知识后能够完成的任务和解决的问题。或者，教师也可以引入问题，让学生意识到需要进一步完善之前所学知识，以解决现实中的问题。目的部分由认知、情感及技能三个元素组成。这部分首先应清楚传达教学目标，如课程的重点知识、学习价值以及能力培养方向，使学生明确学习方向。然后给出具体的描述，如学习对象、要学到的内容、学习的情境及学习效果等。前测的目的是让学生了解即将学习内容的难度，并让教师了解学生的基础，从而为制定合理的学习进度提供依据。参与式学习部分强调师生互动，要求教师以学生为中心，摒弃“填鸭式”教学，通过设计问答、开展讨论、小组汇报等形式，促进师生互动和学生间互动，提升课堂教学效果。后测旨在评价学生对所学知识的掌握情况，了解学生的学习效果。总结中，教师根据前面的五个阶段进一步优化教学内容和方法。例如，如果科研项目的难度过大以致学生无法掌握，则需要降低项目难度，引导学生先掌握基础项目，再逐步增加难度。

3.3 基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学评价

基于“ICAP+PBL”的信息专业课程的目标是培养应用实践和创新型人才。传统的“30% 平时成绩 +70%期末考试成绩”的评价方式并不适合该课程。因此，需要构建多维评价标准，重点考核学生运用所学知识解决实际问题的能力。基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学评价更注重过程考核。因此，需要增加平时成绩的比例，并将期末考核的一部分内容分解到日常教学中。平时成绩中，日常考勤占总成绩的10%；项目完成情况（包括项目调研、项目代码、项目汇报）占30%；平时测验（前测、后测、作业、实验报告）占20%，总计占60%。通过增加平时成绩比例，建立以项目考核为中心的多维考核标准，引导学生将学习重心放在运用知识解决实际问题上。期末考试为综合评价，笔试用于评价学生掌握基础知识的情况，机试用于评价学生的项目开发能力。通过构建多维评价标准，引导学生注重能力提升，促进学校、教师、学生的高质量发展。

4 结论

学生和教师的高质量发展是地方本科高校高质量发展的核心。在新工科背景下，地方本科高校信息专业探索科教融合、师生协同高质量发展的方式，既能以学生为中心培养应用型创新人才，又能促进教师积极开展科学研究和教学改革，从而形成稳定、可持续的高质量发展局面。实施“ICAP+PBL”协同育人，设计“ICAP+PBL”协同育人模式，构建“ICAP+PBL”深度学习模型，实施基于“ICAP+PBL”的信息专业课程教学，激发地方本科院校教师的科研热情，通过科教融合培养OBE导向的应用实践和应用创新人才，促进地方本科院校教师、学生的高质量良性循环发展。