李 颖，郑新旺，张志炼，杨光松
(1.集美大学诚毅学院；
2.集美大学信息工程学院，福建 厦门 361021)
“新工科”的概念自2016年提出以来，先后形成“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”。教育部高教司也在2017年明确提出推进“新工科”建设和发展，深化工程教育改革、服务产业转型升级的指导文件。2018年教育部办公厅发布《教育部办公厅关于工部首批“新工科”研究与实践项目通知》，积极推进高校“新工科建设”。如何建设新工科已经成为高等工程教育的新热点。
在“天大行动”中把“新工科”定义为：“新理念——应对变化，塑造未来；
新要求——培养多元化、创新型卓越人才；
新途径——继承与创新，交叉与融合，协调与贡献”。在“三新”背景下，要求工程科技人才能够解决“跨界”的“复杂工程问题”[1]，这对工科技术人才的工程创新能力以及学科的交叉与融合提出更高的要求，因此急需高校从战略高度创新高等工程教育理念，推动高等工程教育的学科专业、课程体系和教学模式的改革，对新型工科人才的培养做出强有力的支撑[2]。
电子信息产业是国民经济发展的支柱产业，电子信息类专业应用型本科主要面向生产实践和工程技术应用开发，培养具有较强创新实践能力的高素质工程技术人员[3]，以支持新经济发展所亟需的工程技术人才，这与“新工科”注重学生工程创新能力的培养以及加强学科交叉融合的要求高度契合[4]。而传统的电子信息类专业课程体系通常以知识传授为重点，实践教学中对所学知识的综合实践和创新应用不够深入，无法支撑“新工科”的标准。集美大学诚毅学院作为应用型本科高校的独立学院，电子信息类专业课程的教学培养模式必需满足“新工科”的要求，因此基于“新工科”电子信息类专业创新实践能力培养课程体系的改革和实践意义重大。
“电路分析基础”“模拟电子线路”“数字电路与逻辑设计”和“单片机原理与应用”等是电子信息类专业的专业基础课程，知识量丰富，新器件、新技术层出不穷，具有很强综合实践要求，是电子信息类专业学习深层次专业学科的前提和基础。因此，该类课程体系的教学质量对实现电子信息类专业的培养目标至关重要。
课程教学中存在的问题:1.课程间联系薄弱，不成体系。专业基础课程教学内容缺乏基于专业体系的统筹规划，大多依据授课教师个人理解自成体系，课程间联系薄弱，知识模块没有交集，存在知识重复讲授、重难点知识判定不一致、部分基础知识缺漏等情况，教学效率受到局限。2.理论与实践脱节。电子信息类课程的特点是工程性、实践性强，而传统“以教师为中心、以知识传授为目的”的教学方式，导致学生在学完该课程后，仍然对知识体系、课程间连贯和承接缺乏理解，在实践设计应用中没有思路，无从下手，学生的专业素养、实践能力和创新能力欠缺。3.教学模式不适应。长期以来，课程教学大多采用传统的课堂教学，即教师课堂讲授为主，学生被动接受知识。这种教学模式下，忽视了学生的主体地位，很难激发学生学习积极性，课堂参与度低，不利于培养学生创新实践的潜能，难以达到教学目标和要求。4.考核评价体系不合理。传统的考核方式主要是卷面考试作为学习效果的最终评价，缺乏过程评价，同时注重知识记忆，忽视考查学生运用知识分析和解决实际问题的能力，导致部分学生考前临时抱佛脚，从而忽略对理论知识与实践应用的综合理解，未能反映学生在整个教学过程中的表现，难以反映学生的真实能力。
集美大学诚毅学院是2003年创办的应用型本科独立学院，电子信息类专业是“新工科”专业改革类项目重点建设群之一，以我院电子信息工程、通信工程、自动化、物联网工程专业作为电子信息类专业代表，基于专业基础课程，探索建设“厚基础、强实践、重创新”为教学目标的创新实践能力培养课程体系，适应“新工科”计划的培养需求，体现工程教育的工程主体性。
(一)基于“新工科”理念，构建“厚基础、强实践、重创新”电子信息类专业“新工科”实践创新能力培养课程体系
“新工科”强调前沿技术引领性、学科间交融性、知识体系多样性、人才培养创新性，不拘泥传统教育的科学范式、技术范式和工程范式，回到以实践、设计以及综合应用为核心的轨道，打造新工科范式，体现工程教育的工程主体[5-6]。
基于“新工科”教育理念[7-8]，优化课程内容，以“电路分析基础”“模拟电子线路”“数字电路与逻辑设计”和“单片机原理与应用”四门专业基础课程为试点建设实践创新能力培养课程体系，以创新实践能力培养为核心，同时遵循我院学生普遍的认知规律，重新梳理教学知识、修订培养方案以及教学计划，去“重”增“新”，以案例项目贯穿知识的教学，理论联系实际，更好地夯实专业基础，助益知识的内化和交融。强化实践教学，以实践项目贯穿教学，鼓励工程创新，实施“实验设计→实务实践→科技竞赛”阶梯式递进的实践教学改革，不断精进学生创新实践能力；
改进混合教学模式，搭建线上课程教学平台，推行“一心、二融、三环、四力”任务驱动式混合式教学，线上自主学习和线下探究性的翻转教学优势互补，学生随时随地可以学习，大大锻炼自主学习能力，提升教学质量。从优化内容体系、强化实践教学和改进教学模式三个方面共同构建起“厚基础、强实践、重创新”电子信息类专业实践创新能力培养课程体系。
(二)优化课程整合内容，构建“交叉、融合”教学内容子体系
优化课程，注重课程知识间的承接和联系，重新规划“交叉、融合”电子信息类专业基础课程的教学内容体系，制定适合电子信息类学生特色的教学计划和教学大纲。以系统的角度，重新梳理“电路分析基础”“模拟电子线路”“数字电路与逻辑设计”和“单片机原理及应用”四门专业基础课程的知识内容，以“夯实知识基础，强化实践能力，提升创新意识”为主线，重新审定教学计划，着重科目间的交叉和融合，充分考虑课程间的连贯和承接，打破基础课程和专业课程间的界限，剔除重复知识点，增补前沿新知识，同时将相关独立单元模块化，穿插到具体的实务案例教学中。以项目贯穿系列课程的教学中，促进课程间知识的融合贯通，提升学生综合应用能力。例如在“电路分析基础”课程教学过程中讲授电阻和电容的测量、RC一阶电路中如何选择合适电容和电阻产生三角波；
在“模拟电子线路”课程中去除电容、电阻等重复知识点，直接延续解析如何将三角波、正弦波和方波三者进行相互转换，紧接着贯穿运算放大器、功率放大，三极管放大等零散知识点进行“音频放大电路”的设计训练；
最后在“单片机原理与应用”课程中融合前修课程的知识，完成音频放大器声控灯的实践项目，由简入繁，由局部到整体，交叉融合，层层递进，使学生从单门课程、系列课程到专业方向，有一个系统的认知。理清专业知识结构的脉络、理论和实践的关系，在学习中实实在在地感受到自身的成长，激发学习动力。
(三)强化实践创新教学，构建“实验设计、实务实践、科技竞赛”梯度式实践教学子体系
实践教学遵循“梯度式进阶”的思路，分为“实验设计”“实务实践”“科技竞赛”三大梯度进阶模块，着重学生自主学习能力、创新探索能力、分析问题能力、实验研究能力、沟通协作能力等实践能力的培养[9]，重构实践教学体系，提升学生实践动手能力。
1.实验设计强化自主学习能力培养。精选验证性实验，以设计性实验为主。引入Multisim、Pspice、LabVIEW等软件，根据实验目标，要求学生课前完成基础实验的仿真并在面包板上搭好相关电路。进入实验室后，学生很快就能适应并完成基础实验，在此基础上教师鼓励学生在原有实验内容基础上另辟方法修改电路、仿真验证并搭建完成创新硬件电路。学生从小模块开始操练，逐渐过渡到多模块的综合应用，不断实现创新功能，大大增强学生自我效能感，提升自我创新的欲望，此时导入综合性设计任务，学生跃跃欲试，进而实现综合设计和创新实践动手能力提高。
开展“精品实验项目”建设。将教师科研成果部分导入实验教学，优化更新实验教学内容和手段。教师只提供项目需求并负责疑难点技术指导，具体实现路径由学生团队讨论并执行。部分创新项目经过升级改造推荐参加大学生创新创业项目，同时选拔部分动手能力强的学生进入教研室科研团队，参与横、纵向项目研发。
在实验设备方面，将原有数字电路、模拟电路、电路分析基础独立的实验箱合并成一个综合的电子电工实验箱，并配套便携式开发板。便携式开发板的数量充足，学生只要申请就可以借用开发板，课外随时进行实验设计和创意实践，大大提升创新实践学习的效率。
2.实务实践驱动工程应用能力递升。课程体系中增加32课时作为实践训练环节。学生从基本元器件选型和练习焊接技能开始，学习电路搭建、开发和调试，要求完成智能小车的制作和寻迹、竞速、对抗等测试，培养基本实践动手能力。同时，依托校企合作资源，邀请业界优秀项目经理人介绍企业落地项目，把产业和技术发展的新成果导入教学，尽可能让学生感受企业完整的研发过程。
学生4、5人为一组，制定项目计划，确定各项任务期限，分工协作，相互支撑、相互督促，协同完成项目。期间，教师模拟“真实客户”，调整部分要求、调整工期甚至调换团队成员，让学生在“刁难”中体会并学着适应真实研发过程的压力。“准员工”式的实务实践让学生体验行业前沿技术的同时，培养独立思考的习惯，解决问题的能力和团队合作意识，发现自身差距，努力改进，进一步提升学生变通适应能力和实践创新能力，缩短产学落差，为毕业后与行业顺利衔接做好准备。
3.科技竞赛激发创新探索能力。
第一，以“赛”促学。依托“电子创新实验室”平台，组织电子信息工程、通信工程、自动化、物联网工程专业等多专业的学生一起搞竞赛和做项目，例如大学生创新创业大赛、全国大学生电子竞赛、全国大学生智能汽车竞赛、全国大学生机器人大赛Robo Master机甲大师赛及和泰杯单片机应用设计竞赛等跨学科比赛，促进跨学科交融分享，取长补短，以“赛”促学，不断地探索钻研，促进团队协作，锻炼辨识、规划、创新及解决工程问题的能力。同时以“赛”评鉴教学成效，及时修正，以“赛”促教。2016年至2021年本教学团队指导学生参加电子信息类竞赛获省级以上奖项139项，其中全国一等奖4项，全国二等奖10项。
第二，促进竞赛成果的转化。引导学生把行业一线“技术”和所学各科目间的知识做链接，融会贯通，结合实际需求开发创新，鼓励学用合一，优选作品参加大学生创新创业项目，改进后作为毕业设计的内容。如果作品的指标具备实用水平的，协助学生申请专利，促进学科交融，培养学生创新和动手实践能力。
(四)引入优质资源，建设线上教学平台，构建“一心、二融、三环、四力”任务驱动式混合式教学模式，提升教学质量
搭建“电路分析基础”“模拟电子线路”“数字电路与逻辑设计”和“单片机原理及应用”四门专业基础课程线上教学平台。教学过程中引入优质的线上教学资源。如“电路分析基础”课程教学中引入清华大学于歆杰教授的慕课资源“电路原理”；
“模拟电子技术基础”课程教学中引入华中科技大学张林教授慕课资源“模拟电子技术基础”；
“单片机原理与应用”课程教学中引入集美大学方怡冰副教授的福建省线上精品课程“微机原理与应用”，等。通过积极探索，摸索出一套适合学生学习习惯的“一心、二融、三环、四力”任务驱动式混合式教学模式(见图1)。
图1 “一心、二融、三环、四力”任务驱动式
始终围绕学生这“一个中心”，充分尊重00后学生碎片化的学习习惯，依托线上智慧教学平台(超星“学习通”、清华“雨课堂”和中国大学MOOC等)，精选优秀的线上“慕课”资源，融通线上、线下“两个空间”，将学生线上“慕课”自主学习与线下探究性的翻转教学紧密结合，紧抓课前线上自学、课堂互动内化、课后巩固提升“三个环节”，以任务为驱动，提高学生学习积极性和课堂参与度，培养学生自主学习的习惯，鼓励个性发展，不断推进混合式教学方法，提高教学效率[10]。任课教师以项目贯穿教学，注重学生创新实践能力的训练，典型作业和设计作为范例在线上课程平台展示，大大点燃学生动手实践的热情。通过整理和研究线上教学平台的课堂互动、章节测试、论坛互动、视频学习任务、章节访问、签到等教学数据，教师及时跟进并总结教学效果，查漏补缺，反馈再教，同时对学习困难的学生进行督学，提醒并针对性推送学习资料，不断优化混合教学过程，进而提升学生学习能力、实践能力、创新能力以及教师的教学能力(“四力”)。关于线上线下混合教学模式的具体措施和实施情况，详见“MCU原理与应用”课程混合式教学改革[11]。
在课程体系的建设过程中，课程组特别注重课程思政与专业教育协同共建，除了专业知识的教授、能力的培养，还注重价值观的塑造。在课程线上教学平台专门开辟思政育人学习交流论坛——“能量池”，充分挖掘课程中蕴藏的思政元素，将名人故事、身边时事、红色经典与混合教学过程中的知识讲授和技能实践环节结合起来，激发学生主观能动性，进而促进专业学习。例如，在“电路分析基础”课程中，当讲授如何确定参考方向时，教师引导学生要树立正确的人生目标，目标引领人生，勤勉成就未来；
分析计算欧姆定律时，简要介绍科学家欧姆的生平以及发现欧姆定律初期遭遇的种种质疑，说明科学研究除了挑战精神，还要有坚持不懈的努力。在学习电路等效变换时，教师则强调遇到矛盾，要学会换位思考，学着分析问题，分步骤逐个解决。
(五)教学过程评测
传统的教学考核通常以理论考试成绩为主，对实践应用不做考查，不能科学反映学生专业学习的成效。为了培养学生工程实践能力，提高综合应用知识的能力，教学考核成绩由实操考核(占比15%)、翻转课堂表现(占比25%)、理论考试(占比60%)三部分组成。翻转课堂表现由教学平台跟踪评价学生视频自学、论坛互动、答题、小测、作品演示等学习行为自动生成数据。通过过程评价，尽可能客观地呈现学生动态学习的效果，查漏补缺。教师和学生以及学习伙伴之间是互相激励的关系。通过评价来激励学生主动参与，使学生在学习的过程中得到激励，产生自信心和成就感，享受学习的乐趣，形成持续学习的动力。
(一)重构课程解决教学痛点
“交叉、融合”教学内容体系，注重课程间的联系、交融，打破基础课程和专业课的界限，引入实践案例，查漏补缺，拓宽学生视野，帮助学生理解和内化知识点，夯实基础，课程交融，学用合一，有效解决课程间联系薄弱、不成体系的问题。
“实验设计→实务实践→科技竞赛”梯度式实践教学体系，从基础实验开始，认识小模块，学习多模块综合应用到具体实践项目的开发，最终参与跨学科竞赛，学生动手实践和创新思考能力逐级递进，有效地解决理论与实践脱节问题。
“一心、二融、三环、四力”混合教学模式，依托线上智慧教学平台，将学生线上“慕课”自主学习与线下探究性的翻转教学结合起来，融合线上、线下优质资源和优秀的教学工具，挖掘“思政”教育的力量，激发学生学习主动性，培养学生自主学习和个性化学习能力，提升教学质量，有效地解决教学模式不适应问题。同时，借助线上平台对学生学习行为进行跟踪评价。通过过程评价，尽可能客观地呈现学生的动态学习效果，有效地解决传统教学中考核评价体系不合理的问题。经过不懈努力，“单片机原理与应用”课程获得福建省线上线下混合教学精品课程和福建省线上混合式一流课程。
(二)精进学生实践创新能力
经过4年多不断探索改进，课程教学效果不断提升，主要表现在学生对电子信息类专业和课程有了系统的认知、自主学习能力和综合实践应用能力大幅度提升。在针对电子信息类学生(2016级和2017级为主)“新工科”创新实践能力培养课程体系的教学内容、教学模式、教学效果的满意度调研中，学生对“创新能力培养”的满意度8分以上的占81.25%，对“实践能力提升”的满意度8分以上的占85.25%(见图2)。同时，学生的专业课程成绩对比传统教学有显著提升，以“单片机原理与应用”为例，结果显示80分以上人数明显增多，表明学生的自主学习能力以及综合应用能力得到锻炼和有效提升(见图3)。
图2 “新工科”创新实践能力培养课程体系满意度调查
图3 普通班和历年改革班成绩对比折线图
近4年，本教学团队指导学生参加电子信息类竞赛获得省级以上奖项139项，其中全国一等奖4项，全国二等奖10项。实践证明“新工科”创新实践能力培养课程体系在夯实学生理论知识和提升创新实践应用能力等方面有积极的助益。据学校就业促进部门统计，用人单位对我校电子信息类毕业生的创新实践能力、扎实的专业知识以及踏实的工作态度等给予高度的评价。电子信息工程、通信工程、自动化、物联网工程专业的平均就业率为92.08%，位居学校各专业前茅，大部分学生毕业后从事电子信息类产业技术开发和管理工作，目前不少毕业生已经成为企业的骨干力量。
(三)提高教师教学育人能力
教学探索对教师本身的业务能力提出新的要求，需要教师不断学习新技能。本教学团队以教改为契机，定期组织进行教学讨论、业务切磋，积极参加教师业务培训和各类教学竞赛，不断总结，反馈再教。教师在高效完成教学改革任务的同时，大大提高教学育人能力，在省级、校级多项教学技能竞赛中均获得较好成绩。
电子信息类“新工科”专业创新实践能力培养课程体系围绕“新工科”工程教育的理念，以“夯实知识基础，强化实践能力，提升创新意识”为目标，基于电子信息类专业基础课程，从优化课程体系、强化实践和改进教学模式三个方面进行探索和创新，课程思政和专业教学协同共进。经过不断实践、总结和完善，证明该教学模式符合教学和教育的规律，能切实提升学生工程实践能力和创新应变能力，在“新工科”创新应用型人才培养方面具有较高的实践意义，后续将持续探索优化。
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