張培玉，李妍

摘? 要：科技發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)工科專業(yè)難以適應(yīng)社會對人才的需求，新工科的教學(xué)需要迎接因社會迅猛發(fā)展而產(chǎn)生的巨大挑戰(zhàn)。打造和建設(shè)具有“兩性一度”的金課，建設(shè)新工科。文章試圖以微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程為例，以“兩性一度”為目標(biāo)，分析新工科背景下的金課建設(shè)的意義和傳統(tǒng)工科教育的不足;根據(jù)“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)，探尋打造新工科背景下的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程金課的方法和途徑。培養(yǎng)學(xué)生在新工科背景下的工程意識;優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，適應(yīng)新工科的背景，實(shí)時增加現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)或通過高科技手段虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場教學(xué);采用現(xiàn)有信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)模式的多樣化;促進(jìn)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力的形成;重塑考核機(jī)制，建立多元化的考評機(jī)制。建設(shè)新工科背景下的金課，適應(yīng)現(xiàn)代社會對新工科教育的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)綜合型人才。

關(guān)鍵詞：新工科;兩性一度;金課建設(shè);微機(jī)電系統(tǒng)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）32-0113-04

Abstract： With the rapid development of science and technology， the major of traditional engineering is difficult to meet the needs of the society for talents. The teaching needs of Emerging Engineering meet the great challenges due to the rapid development of society. We should create and construct the golden course with high level， innovation and challenge to build Emerging Engineering. This paper attempts to take the course Design and Application of Micro-electro-mechanical System as an example， analyzes the significance of the construction of gold course under the background of Emerging Engineering and the deficiency of traditional engineering education; according to the standard of golden course， it explores the methods and ways to create the gold course for Design and Application of MEMS under the background of emerging engineering. To cultivate students' engineering consciousness under the background of emerging engineering， we optimize the existing curriculum system and adapt to the background of Emerging Engineering. At the same time， we increase the on-site teaching links in real time or through high-tech virtual reality field teaching and adopt the existing information technology to realize the diversification of the mode of curriculum teaching. Therefore， it may promote the formation of the ability of students' practical application， innovative consciousness and the ability of innovative thinking. Moreover， we reshape the assessment mechanism and establish a diversified evaluation mechanism. Under the new background of Emerging Engineering education， it is necessary to cultivate engineering talents to adapt to the new social background.

Keywords： emerging engineering; high level， innovation and challenge; construction of golden course; MEMS

當(dāng)代科技的迅猛發(fā)展，使得物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等逐漸成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。而以傳統(tǒng)學(xué)科諸如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)工科專業(yè)難以適應(yīng)社會對人才的需求。為應(yīng)對社會的變化，教育部在2017年頒布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》[1]，提出新工科建設(shè)。隨后，又推出了一系列關(guān)于新工科研究與實(shí)踐的通知，如《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》等[2]，全力推進(jìn)新工科的建設(shè)，希望工科教育能適應(yīng)高速變革社會的需求和發(fā)展。在 2018 年，又提出建設(shè)有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課、消除“水課”的概念[3]。教育部實(shí)時印發(fā)《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實(shí)的通知》，要求全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造金課[4]。國外大學(xué)也非常重視本科教育的研究[5-6]。

新工科的特點(diǎn)和需求對傳統(tǒng)的教學(xué)模式與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)。新工業(yè)界更注重個人素質(zhì)和團(tuán)隊(duì)合作，以及社會能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等。新工科必須摒棄傳統(tǒng)工科人才培養(yǎng)理念與實(shí)際需求脫節(jié)的模式，探索新的模式適應(yīng)新工業(yè)界的特點(diǎn)和需求。打造和建設(shè)具有“兩性一度”，即具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課，建設(shè)新工科，在學(xué)生獲得基本知識的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練邏輯思維，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，初步具備創(chuàng)新能力。而傳統(tǒng)課程教學(xué)問題諸多，需要我們探索、改革、完善。因此，在新工科背景下，建設(shè)適合的金課已成為教育改革的重中之重。

一、傳統(tǒng)工科教育的不足

傳統(tǒng)工科教育的人才培養(yǎng)理念落后。多數(shù)高校為了追求學(xué)校的專業(yè)認(rèn)證，片面追求學(xué)校的畢業(yè)率和就業(yè)率。課堂教學(xué)變成了純粹的應(yīng)試教育，在考試前畫重點(diǎn)等，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，只學(xué)習(xí)考試需要的部分，學(xué)生產(chǎn)生依賴性，目標(biāo)只是考試過關(guān)。同時，這也使教師不重視研究教育的意義。

傳統(tǒng)工科教育的人才培養(yǎng)模式單一。傳統(tǒng)工科課程的教學(xué)內(nèi)容注重理論部分，實(shí)踐和應(yīng)用部分較弱，或幾乎沒有，理論和實(shí)踐相脫離。缺乏實(shí)踐的鍛煉，學(xué)生的動手能力缺乏，且分析能力和解決問題的能力無法得到實(shí)踐驗(yàn)證，難以適應(yīng)當(dāng)代社會的需求。

傳統(tǒng)工科教育的人才培養(yǎng)機(jī)制不完善。當(dāng)代高科技的發(fā)展使創(chuàng)新成了社會發(fā)展的主旋律。而傳統(tǒng)工科教育注重知識的傳授，解決的是一個機(jī)械模仿的過程。雖然這是創(chuàng)新教育的基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)教育缺乏創(chuàng)新引導(dǎo)，無法達(dá)到人才素質(zhì)培養(yǎng)的升華。

傳統(tǒng)工科大多教材內(nèi)容陳舊，沒有實(shí)時調(diào)整，難以適應(yīng)迅猛發(fā)展的高科技。這使學(xué)生難以跟上時代的步伐，與社會發(fā)展脫節(jié)。

微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用是工科類課程，尤其是電類專業(yè)一門重要的課程，兼具理論和實(shí)踐雙重性質(zhì)[7-9]。微機(jī)電系統(tǒng)是近二三十年涌現(xiàn)出的高新技術(shù)領(lǐng)域，涉及眾多學(xué)科，內(nèi)容離散度大，且在不斷地發(fā)展中。縱觀國內(nèi)外該課程的講授，以基本概念、基本理論和介紹性的講解為主，往往學(xué)生對基本概念和基本理論理解得較好，但實(shí)際應(yīng)用能力較差，尤其在國內(nèi)，該課程在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上處于被動狀態(tài)。

目前，微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，存在授課方式單一，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，缺乏科研實(shí)踐訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)訓(xùn)練[10-12]。在課程建設(shè)中存在的諸多問題，已不能適應(yīng)新工科應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。所以，對原有人才培養(yǎng)模式進(jìn)行改革，勢在必行。在繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)辦學(xué)特色和優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，積極研究和探索應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式。對課程的教學(xué)方法和方式進(jìn)行整合和改革，從課堂教學(xué)、實(shí)踐性環(huán)節(jié)的加強(qiáng)，在創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維等培養(yǎng)手段上進(jìn)行研究[13]。

金課的建設(shè)，也對教師本身提出較高的要求。按照“兩性一高”的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)金課，對專業(yè)課程的主講教師也提出較高的要求。作為主講人，必須加強(qiáng)自身的素養(yǎng)，提升自身的能力。只有這樣做，才是建設(shè)金課的保障。當(dāng)前，由于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是新興高新技術(shù)，發(fā)展和更新速度很快，若不參與本領(lǐng)域的科研活動，極易與本領(lǐng)域的高新內(nèi)容脫節(jié)。一部分專業(yè)課教師不注重在本領(lǐng)域的科研活動，在本領(lǐng)域的知識缺乏高階性和挑戰(zhàn)度，致使講課內(nèi)容陳舊，形式單一。疏于本領(lǐng)域的科研活動，會導(dǎo)致創(chuàng)新性知識的匱乏，不能勝任學(xué)生創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。金課的創(chuàng)建，會促使專業(yè)課教師反思，促進(jìn)任課教師經(jīng)常關(guān)注本領(lǐng)域的進(jìn)展，輔以開展本領(lǐng)域的科研活動，使專業(yè)課教師主動提高相關(guān)方面的素質(zhì)，主動、自覺、有意識地加強(qiáng)和提高自身素質(zhì)，從而摒棄被動和懶惰的思想，真正擔(dān)負(fù)起應(yīng)有的責(zé)任。

如何有效地構(gòu)建金課，作為主體的教師應(yīng)從思想上重視起來，積極探索建立金課的有效方法和途徑。

二、建設(shè)微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程金課的必要性

新工科背景下金課的特點(diǎn)可以歸結(jié)為“兩性一度”。即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。為適應(yīng)當(dāng)代社會，必須充分重視課堂教學(xué)這一主陣地，合理運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，打造金課。

金課的高階性， 就是注重知識、能力和素質(zhì)有機(jī)融合， 使學(xué)生具備解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階邏輯思維。課程教學(xué)不僅是知識傳授， 還是知識、能力和素質(zhì)的有機(jī)結(jié)合，能力和思維的訓(xùn)練應(yīng)貫穿始終。創(chuàng)新性是指創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新性應(yīng)從基本的創(chuàng)新思維出發(fā)，注重課程內(nèi)容的前沿性和前瞻性，緊貼時代的脈搏，并在教學(xué)形式上體現(xiàn)方式方法的先進(jìn)性和互動性。同時，在學(xué)習(xí)過程中，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生去探究。挑戰(zhàn)度是指課程要有一定高度和難度， 需要老師在本領(lǐng)域具有較淵博的知識和一定的科研與創(chuàng)新經(jīng)歷。需要課程主講教師花時間花精力認(rèn)真?zhèn)湔n，認(rèn)真地講課，還需要學(xué)生課上課下要有較多的學(xué)習(xí)時間和思考做保障，給接受能力強(qiáng)的學(xué)生充足的發(fā)展空間。

新工科的課堂教學(xué)必須適應(yīng)日新月異的高新科技的發(fā)展。微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程介紹的微機(jī)電系統(tǒng)，是使人類走入微觀世界的、新興的、多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域，它幾乎涉及自然科學(xué)和工程技術(shù)的所有領(lǐng)域，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的許多尖端成果，在信息、通信、航空、航天、汽車、生物、醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)控制等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景[14-17]。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是21世紀(jì)最有影響的高新技術(shù)之一，是新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)生長點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)一場新的產(chǎn)業(yè)革命。它將成為新崛起的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)，還將引起一場新的工業(yè)革命。目前，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)已進(jìn)入工業(yè)、醫(yī)藥、汽車及計(jì)算機(jī)應(yīng)用市場。MEMS器件在汽車上的用途在70種以上，甚至在消費(fèi)品和娛樂市場發(fā)展也很迅猛，如Wii游戲機(jī)、iPhone等智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、GPS以及空中無線鼠標(biāo)等也大量采用MEMS器件。毋庸置疑，微系統(tǒng)技術(shù)的繁榮時代已經(jīng)到來。微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程與當(dāng)今高科技發(fā)展密切相關(guān)，與實(shí)際應(yīng)用關(guān)系較為緊密，既是高科技發(fā)展的前瞻性課程，又是與實(shí)際應(yīng)用和實(shí)踐性緊密相連的課程，它的講授既需要豐富的科研基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，又需要實(shí)際應(yīng)用開發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是課程的任務(wù)之一。它的完美講授將會為學(xué)生奠定良好的科研實(shí)踐基礎(chǔ)，增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用開發(fā)的能力，并對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也起到至關(guān)重要的作用。無論是對學(xué)生以后從事科研實(shí)踐還是應(yīng)用開發(fā)，都大有裨益。

三、建設(shè)微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程金課的方法和措施

1. 培養(yǎng)學(xué)生在新工科背景下的工程意識，激發(fā)學(xué)生適應(yīng)新工科背景下學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生能更快地適應(yīng)新的高科技社會的挑戰(zhàn)。

2. 優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，適應(yīng)新工科的背景，增加課程實(shí)踐內(nèi)容，實(shí)時增加現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)或通過高科技手段虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場教學(xué)。通過實(shí)際案例開展案例教學(xué)法，從實(shí)際問題的分析，貼合現(xiàn)實(shí)案例，使學(xué)生們身臨其境地開展實(shí)踐。讓學(xué)生的綜合能力和高階邏輯思維能力得到提升，使學(xué)生的能力和素質(zhì)有機(jī)融合，體現(xiàn)金課課程的高階性。

3. 課程教學(xué)模式實(shí)行多樣化，采用現(xiàn)有信息技術(shù)，引入翻轉(zhuǎn)課程、微課等新穎的教學(xué)模式，利用線上和線下混合手段，充分利用線上資源，如微信、線上教學(xué)平臺，建立課堂互動、線上互動、實(shí)時練習(xí)等，多方位的學(xué)習(xí)方式，使師生達(dá)到互動融合。

4. 通過一系列新穎的方式來提高學(xué)生的課堂積極性，通過學(xué)生與老師角色互換模式來拉近老師與學(xué)生的距離。通過這一課程教學(xué)改革，在培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的理解及提高對實(shí)踐應(yīng)用能力的同時，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力的形成，使學(xué)生逐步具有創(chuàng)新能力，從而體現(xiàn)金課課程的創(chuàng)新性。

5. 進(jìn)一步優(yōu)化課堂內(nèi)容，講授貼合本領(lǐng)域的最新進(jìn)展，增加一些最新和一定高度和難度的內(nèi)容，提高學(xué)生整體素質(zhì)，也給優(yōu)秀學(xué)生有更大的上升空間，從而體現(xiàn)金課課程的挑戰(zhàn)度。

6. 重塑考核機(jī)制，考核與評價相結(jié)合，建立多元化的考評機(jī)制。在以往期末考試的基礎(chǔ)上，結(jié)合平時作業(yè)情況、課堂表現(xiàn)以及線上課程的學(xué)習(xí)效果，給出綜合評價。同時，增加小組課程論文和報(bào)告環(huán)節(jié)，考察學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及團(tuán)隊(duì)合作情況，給出綜合考評結(jié)果。

7. 在講解課堂知識的同時，也會實(shí)時插入一些時事，引入思政內(nèi)容[18-20]，使同學(xué)樹立正確的人生觀和價值觀。課堂不再局限于本領(lǐng)域知識的傳播，同時也會根據(jù)相關(guān)內(nèi)容插入一些人文知識。比如，相關(guān)理論知識的來源、天文地理、名人軼事等，不僅活躍課堂氣氛，也使得各種理論知識變得妙趣橫生。這種文化底蘊(yùn)的傳播可以提升學(xué)生的個人品質(zhì)。

四、微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的教學(xué)案例

在金課的建設(shè)過程中，主講教師是主體，起主導(dǎo)作用。教師擁有的良好素質(zhì)，是該項(xiàng)任務(wù)的保障。主講教師要仔細(xì)分析專業(yè)領(lǐng)域的知識，根據(jù)專業(yè)知識的特點(diǎn)，按照“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化課堂內(nèi)容，將本領(lǐng)域的專業(yè)知識貼合社會生活實(shí)際，揉合成相關(guān)的案例，更好地使學(xué)生接受本領(lǐng)域的知識。

1. 在優(yōu)化課程內(nèi)容時，考慮高階性等可將最新研究成果融入課堂內(nèi)容。例如，作為主講教師，一直進(jìn)行本領(lǐng)域的科研活動，其有關(guān)基于MEMS微針的透皮釋藥的研究處于世界先進(jìn)水平。該項(xiàng)研究可以綜合體現(xiàn)金課的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。該研究可以消除和避免傳統(tǒng)的口服或皮下注射的缺點(diǎn)，如藥物的首過效應(yīng)可能降解或疼痛。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無痛給藥，且不通過腸胃，可避免腸胃首過效應(yīng)。該項(xiàng)科技尤其適合患有針恐懼癥的病人，避免該類病人出現(xiàn)不順應(yīng)性，甚至是昏厥。通過介紹MEMS在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用時，加入該項(xiàng)內(nèi)容。由于該項(xiàng)科技成果處于世界先進(jìn)水平，其可以提升我們的民族自豪感，也可體現(xiàn)本課程的“兩性一度”。

教師在課堂傳授微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的起源和發(fā)展歷程時，讓學(xué)生了解到該科技的起源是由外國人提出并進(jìn)行研究的，以及我國發(fā)展的現(xiàn)狀，認(rèn)識到我國在該領(lǐng)域的差距，產(chǎn)生危機(jī)意識，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高科技的熱情。

2. 金課內(nèi)容的優(yōu)化同樣也不能忽視對正確的人生觀和價值觀的引導(dǎo)，這也是綜合型人才培養(yǎng)的一部分?？蓪蹏髁x教育融入課程內(nèi)容中，結(jié)合與時事新聞貼近的專業(yè)知識，通過實(shí)例實(shí)現(xiàn)有機(jī)地融合。例如，在講解微加工技術(shù)的內(nèi)容時，可結(jié)合近年來的大事件進(jìn)行愛國主義教育和正確的人生觀和價值觀的引導(dǎo)。近年來，中國芯片業(yè)的發(fā)展受到國際上的一些勢力的封鎖和禁售。例如，高端光刻機(jī)對中芯公司禁售，使得中芯公司無法加工最高端的芯片。由于我國微加工高端生產(chǎn)技術(shù)達(dá)不到要求，華為公司的高端芯片只能由境外公司加工。但是，國際上的一些勢力以莫須有的罪名進(jìn)行封鎖和制裁，禁止華為生產(chǎn)，從而使華為公司面臨艱苦運(yùn)營的窘地。在講授該部分專業(yè)知識的同時，可以詳細(xì)講解微加工工藝如何受微加工設(shè)備的限制。沒有高精尖的工藝設(shè)備，無法進(jìn)行高端芯片的加工，無法提升現(xiàn)有微加工技術(shù)。讓學(xué)生們明白，落后就要挨打的道理，從而激發(fā)同學(xué)們的愛國主義情懷，激發(fā)其學(xué)習(xí)高科技的動力，為我國傲然屹立于世界之林而努力和奮斗。課程內(nèi)容的安排，既符合實(shí)際，又能引導(dǎo)學(xué)生們的人生觀和價值觀。

總之，在金課的建設(shè)中，應(yīng)將“兩性一度”融入課程內(nèi)容的優(yōu)化，貼近日常生活或時事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生主動自覺地學(xué)習(xí)專業(yè)知識，并將創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提升始終貫穿于課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)。只有這樣，才能有效地培養(yǎng)出綜合素質(zhì)高的全面型人才。

五、結(jié)束語

打造新工科背景下的微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程金課，以全新的標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)金課，是一流專業(yè)和學(xué)科建設(shè)的要求，也是時代的需要。金課在培養(yǎng)全面型綜合人才方面的作用至關(guān)重要。金課的實(shí)現(xiàn)會使大學(xué)生盡快進(jìn)入新工科背景下自己應(yīng)扮演的工程角色，從而使大學(xué)生盡快融入和適應(yīng)當(dāng)代高科技社會。

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