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我眼中的崇新学堂的新工科教育改革
作者:lyy2018        发布时间:2020-09-11        点击数:

        作者简介:王建青, 澳门皇冠真人55817电子系77级本科。2016年从美国英特尔公司退休。退休前是高级系统工程师从事CPU研发的系统验证及相关工作。2017年7月至2019年9月应邀参加澳门皇冠真人55817崇新学堂的教学工作。主要工作有麻省理工公开课的引进吸收,学生培养方案的改进讨论,及学生实验项目的实施等工作。


        2017年7月我应山大澳门皇冠金沙网站院长及崇新学堂首席教授黄卫平邀请,以志愿者的身份开始了2年多学堂的一些新工科教学工作。当时已经离开学校许多年了,又能重新为山大服务心里还是很兴奋的。我在学校每年约6个月左右。我的工作主要是:第一学期,协助学堂引进的MIT的公开课 “EECS-入门”实验课的开通;第二学期为带领学生开发了此课可替代的实验课设备(因原生产厂家停销);后边二个学期主要参与了学堂的实验项目课的讨论及开通。2019年9月完成了负责的实验项目课验收后离开学校的。

        我对崇新学堂的工科教育改革,也是在山大工作期间有了逐渐的认识和理解。国内的大学教育比起1977年是有了长足的发展,但这些年来也有不少突出的问题,在网站及各种媒体可见到许多讨论。简单的来说就是培养出来毕业生与社会及时代的要求有不少差距,尤其是缺乏攻难创新的能力。

        时代的发展,科学的进步给教育带来的影响是巨大的。知识大爆炸是我们77年在山大读书时听到对未来的预测,现在早已成现实。知识大爆炸导致学科的更专业化,而衍生出更多的学科及学习知识点。学生要学到更多知识,就必须学习更多的课程。山大澳门皇冠金沙网站的本科生都有从早到晚都在上课的这种极限状态中的经历。 科学的发展也使得老师的知识及教材跟不上先进的知识技术的发展。学生所学知识面非常专业化也不一定适合企业所需要的专业且知识面广的人才要求。也有其它因素给教育给学生的学习目的带来一定的影响。

        澳门皇冠真人55817崇新学堂成立是在我去之前的事情。崇新学堂是做大学工科教育的改革试点,这种教育改革也称新工科。目的是闯一条适合国情改革创新的工科教育路子,培养出更适合社会及时代要求有攻难创新能力的人才。 黄卫平教授等有识之士在2017年之前就看到了对攻难创新的能力的人才的培养,今天看来确实是看准了问题。

        以我的理解,崇新学堂立足于培养的人才应具有以下能力:

        · 有较强的理论知识,而且理论知识面较宽。同时具备一定水平的专业知识。

        · 有多个以解决问题为导向的实验研究项目的经历及较强的动手能力,熟悉解决新问题的思路,具有敢于攻难创新的自信心。

        · 有自主学习的能力及习惯,学会自主分析问题,有自主学习新理论知识新技术工具的能力。

        · 有团队合作的精神。

        很明显时下的大学工科教育没能很好地完成上述任务。要做到培养的人才的目标,崇新学堂必须要对时下的大学工科教育的思路,方法及学生培养方案做出大胆改革和创新。为此学堂设立了新的课程,重新编排的讲课讲义由学堂教授们亲自编写及讲授。新增加了侧重于以解决问题为导向的完整的实验研究项目。学堂的学生培养计划设置上大大突出动手能力的实验研究项目,减轻或取消了不少必需课,给学生提供了负担平衡的空间。

        崇新学堂要在相同的时间里完成比当下教育体系更高的目标,必须要解决的是很多的。我觉着可从以下几个方面来看学堂的工科教育改革思路。

        基础理论的教学:保证基础理论的学习,减掉缺乏实际意义的程序性内容

        信息科学的本科教育需要学习电动力学。基于多年的教学实践及工业界的经历黄卫平教授对电动力学的学习分为学习解释性知识与程序性知识。解释知识指理论的来龙去脉,公式的建立等;而程序知识指利用公式的计算。例如电磁场的求解用偏微分方程。这种偏微分方程的求解往往需要花大量的时间及精力来完成。而在实际工业生产设计中这种求解计算都有现成的计算机程序来完成。学生需要知道公式的建立及使用,但花费时间的大量的手工计算训练就没必要。即可以把程序性知识学习的时间省出来。这种理论课教育思路也用于了其它理论教学。

        基础理论知识的掌握无疑是重要的能力。为保证学生的基础理论知识学习又不让学生重新进入超负荷的学习状态,崇新学堂的做法是重新编写基础理论知识的教材,突出重点,减去不必要的内容,例如上述的减去程序性知识等。

        崇新学堂的基础理论知识学习是学生学习的重头内容之一, 学习内容包括电动力学,理论力学,量子力学,半导体物理,信息论,人工智能,生物学导论等,超过了同类型学生的理论教育知识范围。当今社会更需要知识面宽并有交叉学科知识的人才。崇新学堂的基础理论知识教育是立足于高水平人才的培养。同时也是为学生今后根据社会需要,个人兴趣发展打下好的基础。

        权衡书本知识学习与从实际动手解决问题中学习的关系

        从教育者的角度出发,总希望让学生可学到更多的知识。在反复研究时下本科学生的教学计划及培养目标的基础上,学堂认为传统的工科教育的培养教学计划是以课堂授课教育为主的,而其中的动手创新项目,从问题分析到方案设计到系统的建立,包括系统的调试验证等所有步骤,只占极小比例。虽说人人都明白以解决实际问题为导向的动手创新项目对学生获取知识时的重大作用,但当落实到教学计划时就差的很远。

        传统的工科教育中还是以课堂授课教育作为教育的主要方法。要增加所学知识即是增加课时。在传统的四年大学中,其中有很大的时间中学生都是课时负担很重。主要时间精力花费在读书做作业上。真正系统的分析解决问题的机会很少。这种现象的直接结果即毕业出去的学生动手能力不强,尤其是对创新克难缺乏自信心。

        崇新学堂的改革重点和难点之一即要改变传统的工科教育的模式,从顶层设计的角度来重新设计教育培养计划。 崇新学堂的教育培养计划与传统的培养计划相比有大幅度的变化,尤其是学堂强调了以解决实际问题为导向的动手创新项目是帮助学生获取知识的重要方法。要平衡书本知识学习与从解决实际问题中学习的关系,崇新学堂的教育培养计划中重新调整了传统的专业课程设置,增加了多类动手创新课(项目),例如:入门项目,复杂项目,有导师指导的创新项目,校外合作项目及自选创新项目等等。来保证学生有充足的时间与机会在动手创新项目中不仅学到知识,也锻炼提高了解决实际问题的能力,更贴近科学技术的发展,更贴近社会对他们的要求,增加了攻难创新的自信心。

        侧重以解决实际问题为导向的动手创新项目实验课程

        作为学堂学生学习知识的一个重要方法, 以解决实际问题为导向的动手创新项目是学堂的教学计划的重点。学堂认为:

        1) 动手创新课是以围绕着完整的项目来开展的,即学生要系统性的解决实际的问题。要自己分析问题,找到解决实际的方法。自己设计硬软件,并将解决方案实现出来;

        2) 要求学生去体验项目的实现全过程,需要给学生留有较充分的时间。一般一个项目要一到几个月时间;

        3) 给学生自由发挥的空间,鼓励创新;

        4) 学生的创新动手能力及自信必须要通过自己来分析与解决问题,参与多个项目的经历来培养。这些经历对学生的整体能力的培养是非常有意义的;

        5) 完成项目会有许多知识技能需要学生自主学习来取得。通过项目还要锻炼学生的自主学习能力,培养自主学习的习惯;

        6) 实验项目都配有指导老师负责解答问题,提供指导。

        7) 当学生能够深入研究问题,通过自主学习和团队合作等,可以使知识学习的效率大大提高。

        在学生学习的开始阶段,他们对独立自主的解决问题还缺乏经验,所具备的知识量也不足。入门级的动手创新课是从简单的项目入手,以达到从易到难的学习过程。例如,电子琴的设计及制作;智能小车的设计及与手机的通信等。

        复杂项目级在入门级的基础上解决复杂的问题。进一步锻炼学生分析与解决问题的能力。项目将牵扯更多更广的知识,学生可根据自己的爱好及特长选择项目,即每个学生的项目可以不同。项目的选择是根据学生需要具备的能力及知识水平的要求来准备出来的。入门级及复杂项目都有带课老师来指导及答疑等,但学生要靠自己的力量来完成项目。最后由老师来测评及验收,评分。

        创新项目是由学院的在职教授根据目前的研究项目中分出来的创新课题,这些问题是没有现成答案的,具有创新研究的性质。除了与前面的项目经历有很多相同特点,同时还可以使学生了解与体验创新的经历。有些项目结束时可能做不出需要的结果,学生如果可以从问题的分析,问题的解决思路的开拓,尽可能的寻找解决问题的方法/路子等方面有所收获,这一项目训练的目的也就达到了。

        自选创新项目是学生毕业前的最后项目,学生可以把自己在学堂学习学到的知识及技能充分展现出来。也是学堂来检验学堂教育改革效果的机会。学堂第一届2019年毕业,其中给我印象很深的项目有:一种新网络搜索推荐算法,据说效果及效率比现在网络使用的要高;可以根据一张手机照片,查出是出自哪一种品牌的哪一个型号的手机;照片是否是原版还是被需改过的等功能。

        从我所参与的几次项目验收来看,学生在创新实验项目中表现出的想象力创新能力是非常令人满意的。也感受到学堂制定的教育培养计划是有对头的。

        强调自主学习的能力和习惯

        传统的教学偏重于“教", 但现代工业及科技的发展告诉我们学生的主观能动性在学习过程中,在学生成长为有用人才中起同样重要的作用。学校教育除了给学生传输更多的知识,同时培养训练学生今后发展需要的能力与好的学习习惯。科学技术发展到今天,计算机网络提供了前所未有的自学条件,学堂也提供尽可能的实验条件协助学生自主学习。

        自主学习指学生知道哪些新理论知识或技能需要自己还不会但需要掌握,学生根据自己的能力需求主动自学。养成自主学习的习惯培养自主学习的能力,即对于要学到的知识学生可利用当今的网络,线上线下等方法来完成知识技能学习的能力。学堂要求要把这一能力要变成学生的习惯,伴随自己一生。

        自主学习不仅是学生离校后继续发展的重要能力,同时对学生可以帮助学生提高在校学习的学习效率。简单的学生调查即可发现学习优秀的学生几乎都具备自主学习的习惯。

        学堂创新的侧重实践的实验课程及项目中,刻意留给学生自主学习的空间。学生要较好的完成实验课程及项目就必须自主学习新的知识技能,并在项目中练习及使用。这种问题分析,系统设计,自主学习,实践验证的过程就是解决问题,攻难创新的过程。自主学习与解决问题结合起来,学生主观学习的动力大大增强,也带来学习效率的提高。

        个性化的教育

        学生的个人兴趣,发展方向,个人能力等方面是不同的。学堂鼓励支持学生在学堂学习期间可以按自己感兴趣的方向发展。创新实践课程是学生培养能力的重头戏,学生在导师及研究方向的选择,题目的选择,项目队友的选择都可以有选择的余地。有不少同学选择目前较热的人工智能方向,也有同学选择自己感兴趣的方向或题目。

        结束语

        这次回山大看到了新一代的山大学生,留下了比较好的印象。他们学习基础扎实,勤学好问,在学业上都不甘落后。崇新学堂已经有两届学生通过学习毕业了。从他们的毕业项目答辩,毕业去向可以看到学堂的改革创新的新工科教育是达到学堂建立的设计要求的。从第一届开始,连续两届都有学生作为实习生被微软中国研究院接受。好像还没有山大其它学科的学生去那里学习过。学生的毕业项目答辩及创新能力我认为是明显高于传统工科教育的。但百年树人,教育长期的效果还需要长期对比观察。

        回到前面提到的培养出更适合社会及时代要求有攻难创新能力的人才的目标,崇新学堂确实是做了大胆的创新改革。新的新工科的培养计划确实优点明显,学生也非常欢迎。同时我也看到学堂在发展时期碰到的众多困难问题,继续改革的艰难。明白了改革创新绝不是简单的心血来潮,而是一个非常艰难辛苦的过程。但毕竟坚冰已破,新的局面已经打开。学堂改革创新的自信心来自于对问题的深刻分析和对改革方案执行的坚强毅力。随着越来越多的优秀人才培养出来,崇新学堂创新改革的路子一定会越走越宽。


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