基于理工融合的电子信息类专业建设与实践*
王会海 孙克辉 刘正春 吴建好
摘 要：“新工科”是新时期全面创新我国高等工程教育，适应引领新经济发展战略的专业建设新理念。文章以中南大学电子信息大类专业为例，开展了以理工融合为特色的新工科专业建设与探索。在提出理工融合培养新理念的基础上，建立了电子信息类课程新体系，探索了创新人才培养的新模式，专业建设取得初步成效，形成了“导师引导、兴趣导向、项目驱动、个性发展”的人才培养特色。
关键词：新工科;电子信息类;理工融合;大类专业培养
中图分类号：G642? ? 文獻标志码：A? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）22-0046-04
应用理科与传统工科在信息化和智能化的时代交融碰撞，孕育出了一批新兴工程学科[1]。我校电子信息科学与技术、光电信息科学与工程专业，就是对应用理科进行延伸，为加强IT支柱产业和战略新兴产业人才培养而设置的新兴工科专业，在2018招生改革中，组成了电子信息类专业课程体系。电子信息大类专业将对接“中国制造2025”“一带一路”等国家战略，以引领未来新技术和新产业人才培养为发展目标，推动应用理科向工科延伸，推动学科交叉融合和跨界整合，培育新的工科领域，大力发展电子信息学科，促进科学教育、工程教育、人文教育的有机融合，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的专门人才[2][3]。本文在新工科专业建设背景下，创新理工融合培养理念，研究了电子信息大类新工科专业建设，包括培养模式、课程体系和创新创业教育等，取得了初步成效。
一、树立“理工融合”大类培养教育新理念
电子信息类人才培养中的“理工融合”培养教育理念是指在大类培养的各个环节，高度重视创新意识和创新能力的培养，注重发挥理科与工科的各自优势，相互借鉴、相互融合，从而培养具有如下特征的“理工融合”型创新人才，即具有扎实的理论基础、较强的实践能力、强劲的发展后劲、宽广的知识面、很强的创新能力、宽广的就业领域等。希望通过理工融合培养，使电子信息类本科生的创新创业能力得到显著提高，进而提高本大类专业学生的竞争力和培养质量[4][5]。
理工融合本科生创新能力培养新理念的主要内容结构如图1所示，包括生源融合、基础融合、指导融合和训练融合。生源融合就是实行大类招生，设置统一的招生考试课程，对高招改革试点省份选考科目设置为物理学;基础融合就是在大类培养方案中，加强数理基础、电类课程基础等课程设置;指导融合就是实行本科生导师制，从大一开始为每位本科生选配指导教师，指导学生开展自主学习、创新创业训练、科学研究等;训练融合则是在学生的创新创业教育中，多措并举，包括开设创新创业课程、增加创新训练环节、鼓励参加学科竞赛和科研项目等，提高学生的创新创业意识和能力。
二、建立具有理工融合特色的大类课程新体系
从2018年起，中南大学开始实行大类专业招生和培养改革，电子信息科学与技术、光电信息科学与工程两个本科专业组成电子信息类，其学科背景为物理学、电子科学与技术、信息与通信工程和光学工程。电子信息类的培养理念与特色是“加强基础、理工融合”，即加强数学、物理、电路等学科基础，同时加强工程实践训练和创新创业能力培养。
为此，学校在2016版培养方案的基础上进行了调整，构建了大类培养课程新体系。主要体现在以下几方面：①加强数理基础，大一高等数学、大学物理均开设理工科最高要求模块，后续开设《概率论与数理统计》《数学物理方法》等课程;②调整创新创业基础课程设置，把电路理论、模拟电子技术、数字电子技术前移至第2、3学期，为学生参加学科竞赛和创新训练奠定知识基础;③按专业方向，建设系列课程。电子信息科学与技术有三个专业方向，包括电子电路与系统方向、通信与信息处理、微电子与集成电路方向;光电信息科学与工程则以光电信息处理为重点方向。每个方向都设置了课程群，涵盖核心课程和前沿课程，突出个性化特色培养;④加强创新创业教育和工程实践能力培养。在培养方案中，开设创新创业导论、单片机原理与接口技术创新创业课程，设置创新创业实践学分要求，包括创新创业项目、科研训练、学科竞赛和创新创业比赛、创新创业实践调研、创新创业国际研习、论文成果、专利和著作权、自主创业等共2学分。由此可见，电子信息类课程体系将助力培养数理基础扎实、人文素养深厚、工程实践和创新创业能力强的电子信息领域的高级专门人才。
三、建立基于理工融合的创新人才培养新模式
1.教学团队建设
（1）建设全过程育人学生培养团队
依托 “物理、电子湖南省双一流建设学科”“超微结构与超快过程湖南省重点实验室”等平台，建设了大类专业学生培养团队，包括专业课程教学、科研训练指导和创新创业教育三个培养团队，每个团队由一名责任教授和若干名骨干教师组成，每个团队相对独立、相互协调共同制定与实施课程教学内容、课堂教学、实践教学的改革等。
专业建设团队的主要任务是梳理课程教学体系、整合与优化教学内容、探索精品示范课堂教学改革以及实践教学改革内容;科研训练指导团队的主要任务是加强教师科研队伍建设，制定培养学生开展科学研究活动的途径、方法，为学生进入实验室开展科技创新创造条件。创新创业教育团队的主要任务是探索创新创业教育的组织和实施，建设创新创业硬件和软件平台，为创新创业人才培养提供条件和指导。
（2）提高整体师资水平
坚持把师资队伍建设作为电子信息类专业建设的首要任务，建成由35人组成的高水平师资队伍。主要采取以下措施：①加大对青年教师的培养力度，提高青年教师的业务水平，有计划地选派骨干教师出国进修、访问。近几年，先后有五名青年教师出国交流访学1年。②加大人才引进和培养力度，引进包括国家“四青人才”在内的高层次人才，充实教学、科研第一线。③在相关国内知名企业和科研单位聘任一批业务能力强、工程经验丰富的技术人员担任创新创业导师，加强学生的工程实践能力培养。
2.课程内容优化与教学资源建设
（1）课程内容优化
面向“互联网+”、工业制造4.0、多学科交叉融合发展趋势，电子信息类专业培养具有扎实的数理基础知识、宽广的工程学科视野、适合高科技创新和高新技术产业需求的创新型专业人才。针对这一目标，对课程体系进行调整、优化，完善电子信息类课程体系。
①开展系列课程建设。根据大类专业培养和大类分流后的专业培养，开展系列课程建设，例如为了加强基础开设了以下课程：数理基础系列课程，包括高等數学、线性代数、大学物理、数学物理方法等;电路与系统系列课程，包括电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路、电子电路CAD;信号处理系列课程，包括信号与系统、数字信号处理、通信原理、通信系统等;场波系列课程，包括电磁场与电磁波、微波原理与技术、射频电子技术等;微电子系列课程，包括光电子学基础、微纳光电子学、半导体器件与工艺、光电检测技术等。②开展开放式精品示范课堂建设。更新和调整了课程教学内容，改革教学方法，充实教学资源，及时反映电子信息类学科发展的新思想、新概念、新成果，使学生具有前瞻性的科学视野。③加强教材编撰和优选工作。完成编写《单片机原理与接口技术》《量子力学》教材;预计今后五年内再出版3—4部反映新兴学科教学体系的特色教材，加强教材选用管理。同时，优先选用 “面向21世纪课程教材”、规划教材和教学指导委员会推荐的教材。此外，引入部分国外出版的经典优秀教材。
（2）教学资源建设
充分利用现代信息技术，进一步建设好电子信息类专业网络教学平台，使学生通过网络了解教学计划、教学大纲，选择选修课程和实验课程;更新专业学科的电子教案、试题库、习题库;真正做到教师可通过网络向学生发布学习任务，在网上进行辅导和作业批阅。利用网络平台建立与大型开放式网络课程（MOOC）、微课堂和精品示范课堂的引导链接工作，以扩大学生的视野和增加对电子信息前沿领域的了解。
3.创新创业教育平台建设
建立健全创新创业平台的管理制度和机构，探索平台运行模式和长效机制，培养适应社会需求的新工程教育实践教学平台，主要工作如下：
（1）建设学科竞赛基地
学科竞赛是学生开展创新训练的重要手段，是创新创业教育的重要内容。基地依据功能不同，分为竞赛部、培训部、论坛部和创业实践部。组织学生积极参加全国大学生电子设计竞赛、全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛、湖南省大学生电子设计竞赛、全国大学生物联网设计竞赛、全国大学生物理实验竞赛、湖南省大学生物理竞赛等。学院设置学科竞赛专用场地，基地管理采取以学生为主、教师为辅的运行模式。
（2）建设创客空间和创新创业工作室
依托国家级教学科研平台，在学校支持下，先后建设了物理科技与虚拟仿真、生物电子、印刷电子等三个创客空间，为广大学生参与创新创业活动提供了平台;在物理楼建设了创新创业工作室，工作室配置多套嵌入式创新工具;将物理楼227建设为校企联合创新创业实验室，购置示波器、信号源、直流电源、电压表等测试仪器和恒温烙铁、电吹风、镊子、斜口钳等制作工具;与美国Xilinx、TI和Tektronix公司合作共建实验室，学生根据校企联合制定的教学计划开展创新实践和创业训练。
（3）建设创新创业课程群
建立创新创业课程模块，课程包括单片机原理与接口技术、EDA技术、电子工艺学、综合课程设计等，单片机原理与接口技术已获学校创新创业课程建设立项，课程教材即将出版。另外，还组织力量编写了学科竞赛培训教材，完善了学生创新创业知识体系，为学生的创新创业训练提供指导。
（4）建设实践教学新平台
加强实验室条件建设，实习实训基地和实践教学资源开放共享，全面提升了实践教学质量。①全面开放实验室。进一步坚持和完善实验室的“全方位”开放制度，实行“时间、空间、资源”开放，营造学生创新训练和研究探索性的实验教学环境。② 建设一流实践教学平台。建设了电子信息类专业的见习与生产实践教学、校外创新教育实践基地和自由探索研究的创新实践三大创新实践教学平台。③建设一流实习基地。与向华电子科技有限公司、大族激光、长沙航特电子科技有限公司、武汉光驰教育科技股份有限公司等建立“校企合作人才培养基地”。
四、电子信息类专业新工科建设成效
经过近几年的探索和建设，电子信息类新工科专业建设取得初步成效，电子信息科学与技术专业成功入选首批国家一流专业建设点名单，将创新创业教育贯穿到人才培养全过程，形成了“导师引导、兴趣导向、项目驱动、个性发展”的理工融合特色，培养了数理基础深厚、电子信息实践能力突出的创新型专业人才。
1.导师引导
实行本科生导师制，努力打造了一支由35人组成的电子信息科学与技术专业师资队伍，其中博士学位教师占83%，海外经历教师占66%，高级职称占75%，为导师制的落地夯实了基础。新生入学后，通过学生—导师互选系统双向选择，确定自己的专业导师，跟随大学学习的全过程，实现教师对学生在思想引导、专业辅导、创新指导、心理疏导等方面的全方位、系统化、个性化的教育引导和指导帮扶，注重培养学生的思考能力和学习能力培养，特别注重学生思想道德水平的提升，为国家培养具有担当精神的中南电子人才。
2.兴趣导向
兴趣是学生学习最好的动力来源，在导师制牵引下，注重两个举措的落地，培养学生的学习兴趣。其一是引导学生继续深造，引导他们到更高的平台发展，我校多届毕业生考研和出国深造率均超过40%。有了更高的目标，学生的精神面貌会发生很大的变化，学习积极性明显提高，也变得更自信。其二是全面开放实验室，允许本科生把弱电实验带回宿舍，成为本科生培养的一个特色。把培养学生兴趣贯穿于大学学习的整个过程，明显提高了学生实践能力和创新创业能力。每当各级各类竞赛场上、创新创业汇报会上，活跃的学生们拿出炫酷的作品（见图2）时，就是这些润物细无声的创新创业教育最好的佐证。
3.项目驱动
以项目为载体，开展创新活动;积极参加学科竞赛，以赛促学，推进创新创业人才培养，学生的创新意识和创新能力全面提升，达到创新创业和竞赛覆盖率100%，学生创新创业实践活动比例达90%以上，学生参加国家级创新课题占总人数的30%，学科竞赛年均获奖率达学生人数的37%，培养出一批创新能力强的毕业生。
4.个性发展
遵循学生个性发展规律，依照导师科研方向搭建创新创业实训平台，营造学生个性化成长环境，引导学生投身创新创业，发挥学生创造力。为此，重点建设创客空间，在创客空间实验室，学生可自由组合研究团队，尽情发挥自己的创造力，学生参与教师科研的积极性明显提高，开发了具有应用前景的创新研究产品，如生物芯片制备仪器系统及穿戴式传感器等（见图3）。
五、结论
为了适应新时代对工程人才的需求，各高校对工程教育进行了一系列的探索和改革。我校针对电子信息类专业，开展了新型工程教育的建设与探索，建设了一支结构合理、师德高尚、业务能力强的高水平师资队伍，构建了电子信息类课程新体系，建立了创新人才培养的新模式，形成了理工融合的专业特色，专业建设取得初步成效，为国家输送了一批优秀人才。今后，电子信息科学与技术专业将会继续加强国家一流本科专业建设，围绕立德树人的根本任务，以学生为中心，优化理工融合专业人才培养体系，创建全国电子信息类专业的中南创新培养模式，为国家培养具有担当精神和中南特色的高端电子信息人才。
参考文献：
[1]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.
[2]徐雷，胡波，冯辉，等.关于综合性高校开展新型工程教育的思考[J].高等工程教育研究，2017（2）：6-12
[3]陈慧，陈敏.关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19-23+47.
[4]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（4）：1-4+15.
[5]李華，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19+57.
（编辑：李晓萍）
