新工科培養(yǎng)項目iArt的持續(xù)改進

1、    新工科培養(yǎng)項目iart的持續(xù)改進    摘要：本文展示了新工科專業(yè)“交互新媒體藝術(shù)（iart）”的快速迭代過程。該專業(yè)嘗試用跨學科實訓項目促進自主學習和作品交付、用藝術(shù)教育開拓創(chuàng)新思維，在理工科大學里培養(yǎng)兼具動手能力和藝術(shù)修養(yǎng)的新型工程師。在過去兩年時間里，專業(yè)經(jīng)歷了規(guī)劃論證、培養(yǎng)方案設(shè)計、招生運行，已經(jīng)完成了多個跨學科實訓項目，并經(jīng)受了全面在線教學和實訓的考驗。又在此基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗、思考不足，提出了改進后的培養(yǎng)方案，切實把“學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”落到實處。本文通過對前后兩版培養(yǎng)方案的比較，以及對設(shè)計思路、改進思路的闡述，如實記錄了新工

2、科教改歷程中的一個生動案例。關(guān)鍵詞：新工科，實訓，培養(yǎng)方案，培養(yǎng)體系基金項目：四川省20182020年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目“探索融合新工科與新藝術(shù)要素的育人機制：交互新媒體藝術(shù)輔修專業(yè)建設(shè)”（jg2018-216）；教育部產(chǎn)學合作育人項目（2019騰訊）；教育部產(chǎn)學合作育人項目（2019威愛）一、背景介紹復旦共識、天大行動、北京指南三部曲共同奠定了深化新工科教育改革的基礎(chǔ)，隨之提出的“天大方案”“f計劃”“成電方案”等則表明了教改的多樣性和日新月異。在電子科技大學，“交互新媒體藝術(shù)（iart）”專業(yè)是“成電方案”的有機組成部分1，肩負著以“新工科+新藝術(shù)”的方式復合工程教育與藝術(shù)

3、教育、共同落實新工科教育實踐、探索教改新路徑的重要使命。本專業(yè)的構(gòu)思始于2018年。經(jīng)過認真調(diào)研和慎重策劃，課程組認為基于新工科的教育思路，集成我校優(yōu)質(zhì)師資和校外資源，有能力設(shè)計一批交叉理工管文的新型實訓項目和課程，培養(yǎng)出面向未來、基礎(chǔ)扎實且兼?zhèn)渌囆g(shù)修養(yǎng)和動手能力的新型工程師。在2018年底，初版培養(yǎng)方案定稿，決定在初期采用輔修專業(yè)的形式面向全校招生，以跨學科實訓項目、能力導向、以學生為中心、校企聯(lián)合為培養(yǎng)特色。2019年初輔修專業(yè)完成了第一期招生。18個月之后，專業(yè)運行順利，且已經(jīng)收獲了一批實訓作品，獲得了一些教改成果。這些實踐驗證了課程組對新工科教育理念的理解，同時也暴露出一些問題和不足。

4、特別是2020年上半年課程全面在線化的考驗使得課程組更加深刻地意識到了未來教育的多樣性。在這些實踐的基礎(chǔ)上，為了保持專業(yè)的靈活性，保證教改的生命力，我們秉承“積極改進、逐步優(yōu)化”的精神，對培養(yǎng)方案做了大幅調(diào)整，以更好地因應(yīng)未來。本文論述了iart專業(yè)的新工科培養(yǎng)方案最初的設(shè)計理念、設(shè)計結(jié)果，以及一年之后基于教改實踐的調(diào)整思路和迭代結(jié)果。二、工程教育范疇培養(yǎng)方案的演變歷程在不同的年代和地區(qū)，學術(shù)界對教育的目標有著不同的解讀。美國教育心理學家布魯姆在1956提出了“教育目標分類法”，列出了6種認知水平并提出了“高階學習”和“低階學習”，之后有不同的學者在此基礎(chǔ)上進行衍生2；美國工程技術(shù)認證委員會（

5、abet）提出工程專業(yè)畢業(yè)生的7種必備素質(zhì)3；華盛頓協(xié)議和我國的工程教育認證標準提出畢業(yè)生需要具備12項能力和素質(zhì)。4麻省理工學院（mit）2017年的“新工程教育轉(zhuǎn)型項目（neet）”提出11種工程教育需要培養(yǎng)的思維方式。5這些解讀，雖說都源自認知科學和工程實踐，但在對具體能力的解釋、能力的分類標準上仍存在較大差異，從而在實踐上各有側(cè)重。取其共性，再考慮到工程教育歷年來在實踐上的演進歷程，其發(fā)展脈絡(luò)如圖1所示。圖1工程教育的目標及其實踐歷程圖1左邊是各類文獻中對能力層次和教育目標的綜合，一般認為虛線下方屬于“低階學習”，上方是“高階學習”，且越往上越難培養(yǎng)。圖中右邊是不同歷史階段培養(yǎng)側(cè)重點的

6、變遷，從左到右依次是：（1）傳統(tǒng)工科培養(yǎng)體系：興起于二戰(zhàn)后的傳統(tǒng)教育體系的服務(wù)目標是電氣化和自動化的大規(guī)模制造（工業(yè)2.0），實施策略是嚴格按照學科體系來劃分科目內(nèi)容，教學焦點是知識點和技能的傳遞。2傳統(tǒng)課程一般采用課堂集中面授傳遞知識點，以練習題、作業(yè)、測驗等手段檢驗傳遞的效果。但教師們在很早前就意識到這樣的方式較難于傳遞知識體系，部分先行者嘗試在課程里加入一些設(shè)計環(huán)節(jié)，讓學生們體會知識之間的關(guān)聯(lián)并鍛煉高階學習能力。但這些能力環(huán)節(jié)并不是必需的，其實現(xiàn)程度完全依賴教師的個人理解，所以做了虛線框處理。（2）轉(zhuǎn)型嘗試：始于1970年代的信息化促成了工業(yè)3.0產(chǎn)業(yè)革命，并對教育提出了不同的要求。19

7、95年barr和tagg提出從“教”到“學”的教學范式轉(zhuǎn)變，希望打破“教師在教室里講教材”的培養(yǎng)方式，真正讓教育以學習效果為中心，將教室轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒鷤兓ハ鄦l(fā)和討論的場所6，而將低階學習（知識的理解和記憶）放到課前（預習）和課后（作業(yè)）。同時期的類似轉(zhuǎn)型嘗試還有翻轉(zhuǎn)課堂、案例課程（多見于商學院）、大課程設(shè)計等。不僅如此，工程教育領(lǐng)域還受到“做中學”和“基于項目的教育和學習”的影響，廣泛試用了跨學科課程、跨學科設(shè)計環(huán)節(jié)、校企聯(lián)合等方式，并在2000年集成為cdio架構(gòu)。在cdio的指南中，明確提出培養(yǎng)方案里至少要包括兩個獨立的項目模塊，目的是讓學生們感受到知識和能力的關(guān)聯(lián)，這比具體的知識內(nèi)容更加重

8、要。7基于此理念，課程的時間應(yīng)當縮短，且課程內(nèi)容的設(shè)置不應(yīng)再圍繞著學科體系，而應(yīng)該圍繞著實踐項目的要求。經(jīng)過這一階段的嘗試，獨立于傳統(tǒng)面授課程的實踐環(huán)節(jié)已經(jīng)得到了相當?shù)闹匾?，成為各類培養(yǎng)計劃里的常備內(nèi)容，并真正擔負起了幫助學生融合知識、建立知識體系、鍛煉個人能力的重任。（3）新工程教育體系：2017年被廣泛提及的新體系的服務(wù)目標是“未來”，是以智能化和工業(yè)4.0為起點的全新生態(tài)。實施策略是精心設(shè)計一系列實訓項目讓學生們動手體驗，教學焦點是作品的交付和能力的交付。與傳統(tǒng)的“實驗課程”不同，一大批先行高校設(shè)置的這些“實訓項目”的共性是：貫穿整個培養(yǎng)過程；系列化、模塊化；要求交付作品或樣機。其中，歐

9、林（olin）、倫敦大學學院的工程學院（ucl）、澳大利亞查爾斯特學院（csu）都要求學生們從大一開始做項目，直到畢業(yè)；neet項目是從大二到大四。新加坡科技設(shè)計大學（sutd）創(chuàng)造的“4d”方法是對實踐項目幾個要素的較好表達之一，可以概述為：1d設(shè)計活動是面向單一課程，2d活動跨越多個課程和學科領(lǐng)域，3d活動是同一個項目的長期的、不斷迭代，4d活動已經(jīng)超越了課程體系。8而在規(guī)模上，按照歐林的介紹，在四年的培養(yǎng)中每個學生“都會完成從設(shè)計到制造的2535個項目”。9與之對應(yīng)，新體系對課堂教學的需求進一步下降了，轉(zhuǎn)而大規(guī)模使用mooc和網(wǎng)絡(luò)學習資源。8考慮到在網(wǎng)絡(luò)資源極大豐富的今天，這些環(huán)節(jié)也許不

10、再需要教師們自己建設(shè)，所以在圖1中對這部分做了虛框處理。特別是，2020年的新冠疫情導致的全面在線教育的嘗試，表明在線教育常態(tài)化的確是一種可能的發(fā)展方向，也要求教育者們深入思考課堂教學和在線教學各自的優(yōu)勢和定位。具體到培養(yǎng)方案的設(shè)計，歷次教育改革在實踐上的演變歷程可歸納為如圖2所示。圖中（a）是傳統(tǒng)培養(yǎng)方案，經(jīng)歷三年的課程學習之后進入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)；（b）是傳統(tǒng)方案的改進，在一些課程內(nèi)增設(shè)了課程設(shè)計環(huán)節(jié)。這兩種方案的共同特征是：圍繞著學科體系設(shè)置課程，較難引入跨學科內(nèi)容；這些設(shè)計環(huán)節(jié)不論規(guī)模大小和時間長短，并不以交付作品為目的。圖2工程教育培養(yǎng)方案的演變圖2（c）（d）是近年工程教育改革中的常見

11、結(jié)構(gòu)，特征是課程變少變小而實訓項目大大增加，跨學科課程成為常態(tài)，同時教師越來越多地借助于網(wǎng)絡(luò)資源來讓學生獲取知識性的內(nèi)容。比較而言，（c）是上一批課之后做一個項目，如ucl，（d）是上課和項目并行，如csu和sutd。而歐林和代爾夫特理工（tu delft）則是同時將兩種結(jié)構(gòu)實施于不同的年級。8一般認為，圖2中“實訓項目”（實線框矩形）與以往的各類“設(shè)計環(huán)節(jié)”（虛線框矩形）的區(qū)別在于：每一個項目都要經(jīng)歷完整的工程項目周期；要求團隊合作；必須交付作品；項目選題最好是來自于企業(yè)的真實工程問題。這些都是為了保障整個培養(yǎng)體系能真正向?qū)W生們交付工程能力。圖2（e）是更加激進的做法，學校的主要任務(wù)是提供一

12、系列步步升級的實訓項目，指導學生們逐步體會工程項目的實質(zhì)、逐步掌握相關(guān)能力；知識性的內(nèi)容則由教師們提供一批網(wǎng)絡(luò)資源鏈接供學生們自學。8綜上，從圖1和圖2可以看到工程教育改革的理念變化是：教師和學生的交流核心，將從傳統(tǒng)的課堂轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵱柟し?，他們討論的?nèi)容更多是項目的實現(xiàn)方案、項目的進度控制和結(jié)果的社會意義；教師群體是跨學科、甚至跨?？缙髽I(yè)的；“知識獲取”將從教室面授轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€自學。從而，教學設(shè)計的中心不再是學科和科目，而是如何獲得工程產(chǎn)品；學生的成績將不再依賴于成績單，而是看他畢業(yè)時能展示的作品清單。正是在這些理念的指引下，本課程組設(shè)計實施了交互新媒體藝術(shù)專業(yè)的輔修培養(yǎng)方案，并及時總結(jié)實踐經(jīng)驗，

13、始終保持著對方案的快速迭代。三、交互新媒體藝術(shù)輔修專業(yè)培養(yǎng)方案1.培養(yǎng)目標和教改目標“交互新媒體藝術(shù)”是指被現(xiàn)代數(shù)字媒體技術(shù)增強的一類藝術(shù)創(chuàng)作，包括但不限于裝置藝術(shù)、空間展示、行為藝術(shù)等，廣義來說還包括軟件、網(wǎng)頁、app、vr等互動產(chǎn)品的設(shè)計。這類作品強調(diào)開放、交互、交流，其創(chuàng)意和動態(tài)都需要信息技術(shù)的全面加持，諸如傳感器、執(zhí)行器、信號處理、人機互聯(lián)等。鑒于這些專業(yè)知識原本就是我校各學院的必修課，我們完全可以依托現(xiàn)有學科體系進行創(chuàng)新，以較小的運行成本獲得較好的復合培養(yǎng)效果?？紤]到本校的實際情況，新專業(yè)的培養(yǎng)目標是面向未來、基礎(chǔ)扎實且兼?zhèn)渌囆g(shù)修養(yǎng)和動手能力的新型工程師多數(shù)學生將會是打開了藝術(shù)視野的

14、工程師，也會有少量工程背景扎實的藝術(shù)家出現(xiàn)。新專業(yè)的教改目標則是，要結(jié)合本校具體情況，探索具有新工科特色的改革路徑，探索適合理工科大學的兼顧專業(yè)教育和通識教育的培養(yǎng)方式。2.設(shè)計思路為此，秉承“新工科+新藝術(shù)”理念，并充分考慮可行性和專業(yè)的持續(xù)發(fā)展，課程組決定先以輔修的方式設(shè)計培養(yǎng)方案，且需要完成如下設(shè)計要素：（1）在知識體系上，依托校內(nèi)現(xiàn)有的大量工科基礎(chǔ)課程，同時按照新工科思路設(shè)計新藝術(shù)課程進行強化。（2）在培養(yǎng)方式上，更多地依托實訓項目，要求動手并強調(diào)作品交付、體驗式學習，讓實踐增強學生們的求知欲、激發(fā)學習熱情，反過來促進他們對工科主修專業(yè)的學習。（3）在運行模式上，需要設(shè)置一系列措施保證

15、以學生為中心，包括自由組隊、自行選題、自己控制選課組合和項目進度，在自主學習中進行自我發(fā)現(xiàn)。（4）在組織形式上，還需要打破壁壘，逐步建立起跨學科聯(lián)合和校企聯(lián)合機制，分步驟引入企業(yè)項目、企業(yè)導師、企業(yè)資源?；谶@些設(shè)計思路，輔修專業(yè)將能以較小的成本提供理工基礎(chǔ)、藝術(shù)創(chuàng)造、項目管控、工程思維等培養(yǎng)內(nèi)容，能夠在各個培養(yǎng)環(huán)節(jié)中聚焦動手能力和創(chuàng)新能力，最終獲得兼具工程意義和審美意義的獨創(chuàng)作品。同時在教改目標上，新專業(yè)與原有校內(nèi)各類培養(yǎng)體系是互相補充、互動良好、互相促進的。3.初版培養(yǎng)方案最終形成的培養(yǎng)方案采用了圖2（c）的結(jié)構(gòu)，其框架如圖3所示。整個項目從預選環(huán)節(jié)開始，加上學年一的6門前導課程完成海選。

16、學年二的基礎(chǔ)科目和交叉學科項目完成基礎(chǔ)培養(yǎng)。學年二暑假到學年四的若干實習、深造科目、大型綜合項目和畢業(yè)設(shè)計完成新型的工程培養(yǎng)。圖3培養(yǎng)方案第一版（1）預選、前導和引燃課程。在線預選程序面向全校一二年級的本科生，學生可隨時申請，通過測試獲得選課資格。接下來的兩輪課程旨在引導學生初步涉獵藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域。其中實線框的課由本專業(yè)開出，均為1學分的小班課，強調(diào)充分討論和演練；虛線框的課程為其他專業(yè)開出的認定學分課程。在這個階段中表現(xiàn)出不適應(yīng)、不認同，或者對交互藝術(shù)不再有興趣的學生，可以選擇退出計劃。（2）基礎(chǔ)科目和跨學科綜合項目?；A(chǔ)科目是課程組認定的參與交互新媒體創(chuàng)作所需的課程，但實際上是由全校各學院開

17、設(shè)（虛線框），本專業(yè)認可其學分。同期的綜合項目將貫穿整個學年，項目選題方式是由教師給出建議清單，學生自己決定具體要做什么。學生自由組隊參與、自行控制項目進度，但每組的成員必須來自多個專業(yè)，且教師會按計劃抽查進展。在這一階段，學生將通過跨學院合作、自主學習、動手實踐來進行創(chuàng)作。（3）實習、深造課程和大型綜合項目。提供機會并鼓勵學生利用暑假在合作企業(yè)實習，參與實際的設(shè)計項目，了解真實的社會、真實的工作和真實的市場需求。其實質(zhì)是讓學生盡早接觸社會，在更加真實的項目環(huán)境里反思自己的大學生活，甚至自己的未來。到開學時，學生開始接觸自己主修方向的大批專業(yè)課程。為支撐大型項目的開展，這時候還需要引入經(jīng)濟管理

18、、工程思維等研討課程，同樣是1學分的小班課，充分結(jié)合他們的實習經(jīng)歷、之前的項目經(jīng)歷展開討論。此階段的綜合項目同樣將貫穿整個學年，并且要求學生們綜合考慮工程實現(xiàn)、美感和市場價值。到這一階段結(jié)束時，學生應(yīng)該有能力規(guī)劃一個項目的完整生命周期：從方案設(shè)計、方案評審、仿真模擬、設(shè)計理念可視化、各個里程碑，直到作品的最終實現(xiàn)。（4）原創(chuàng)項目。目標是讓學生真正做出原創(chuàng)、有藝術(shù)價值的交互新媒體作品。與傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計不同的是，新工科強調(diào)多學科綜合、團隊合作、來源于實踐，并交付作品。在良好的校企合作環(huán)境下，這類項目有可能直接幫助企業(yè)獲利，或者升級為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。四、反思與快速迭代按照上述培養(yǎng)計劃，新專業(yè)于2019年

19、1月面向全校招生，并受到了學生們的歡迎。經(jīng)過18個月的運行，整個設(shè)計經(jīng)受了實踐的考驗，但也暴露一些問題，其中主要的幾條是：1.培養(yǎng)的時間彈性和內(nèi)容彈性原計劃是秋季學期招生，主輔修同步培養(yǎng)。但實際執(zhí)行時推遲到了春季學期，且是大一大二混合招生，這就導致整個培養(yǎng)時間必須調(diào)整。另一個問題是入口的學生們在基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、協(xié)作能力以及自控能力等方面都存在較大差異，在跨學科實訓項目的選題上必須做出相應(yīng)的考慮。2.實訓項目的內(nèi)容層次2019年初招生之前，課程組擔心的是能讓學生做什么、學生能做什么。到了年底，擔心的問題變成了系列實訓項目的連續(xù)性和梯次感。特別是面對跨專業(yè)、跨學科的學生，以及將來跨培養(yǎng)批次組隊

20、的學生，項目內(nèi)容設(shè)計是否合理，是否會影響學生的體驗和能力發(fā)展。sutd的4d設(shè)計和我校航空航天學院的系列課程設(shè)計都值得借鑒。103.全面在線的影響2020年的新冠疫情對輔修專業(yè)的影響是巨大而深刻的。首先是推遲了新一期學員的招生，直接考驗培養(yǎng)計劃的彈性；其次是在線開展實訓項目的迫切性，促使課程組與外聯(lián)企業(yè)加快了合作步伐，從而推出了全面在線的roblox游戲設(shè)計項目；最后是在線教育常態(tài)化的可能性，加深了課程組對未來教育發(fā)展趨勢的認知。以上各條反思促使課程組內(nèi)部統(tǒng)一了認識，加深了對新工科教改必然性和迫切性的認同。結(jié)合圖1和圖2所表達的趨勢，我們認識到隨著新技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命的推進，學習的環(huán)境、學習的

21、手段、學習的內(nèi)涵都在發(fā)生劇烈的變化，其態(tài)勢可以如圖4所示。圖中學生居于學習的中心位置，圍繞其外的主要變化是：圖4新時代：學習的支撐要素（1）內(nèi)環(huán)學習的方式：由單純的教室面授變?yōu)橛懻撧q論和實訓項目。（2）中環(huán)學習的提供者：由各類學校變?yōu)閷W校、企業(yè)。事實上越來越多的企業(yè)正在通過對外培訓或校企聯(lián)合提供各類學習機會。（3）外環(huán)影響到學習的外部環(huán)境：包括整個社會、整個網(wǎng)絡(luò)資源，它們既影響著提供學習的學校和企業(yè)，也影響著學習本身，譬如，它們的合力正在降低終身學習的門檻，大幅度改變學習的方式。在圖4所示的環(huán)境里，學習是終身的、跨組織的、多樣化的，大學只是提供學習服務(wù)的其中一個環(huán)節(jié)。而大學教師的責任，應(yīng)該是幫

22、助學生們學會正確地學習。五、迭代后的培養(yǎng)方案基于上述反思，課程組對培養(yǎng)方案進行了改進，完成了一輪快速迭代，其結(jié)果如圖5所示。改進的要點是：圖5迭代后的培養(yǎng)方案1.時間彈性考慮到大一大二混合招生的現(xiàn)狀，以及未來每學期滾動招生的可能，我們將整個培養(yǎng)計劃壓縮為5學期，并在每個學期都開設(shè)實訓項目和相關(guān)課程。同時增加了假期實習環(huán)節(jié)，學生們可以按照自己的培養(yǎng)進度和實際情況，選擇其中之一即可。2.對實訓項目的大幅調(diào)整首先是放棄“先上課再動手”的保守思路，轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葎邮衷倏偨Y(jié)”。這是國內(nèi)外新工程教育項目的常見做法，經(jīng)測試，大一的學生們完全有能力自行補足所缺知識，從而順利克服“先修課程不足”的問題?；诖?，我們

23、可以將實訓項目的位置大大提前，盡快讓學生動手實踐，真切體驗到新工科的魅力。其次是在放手讓學生們動手的同時，增加了對實訓項目的保障模塊。例如在前兩個學期，每個實訓模塊前都增加了1學時的工程項目概論，以便給學生一個完整的項目認知，并提醒其知識范圍和難點；每個實訓模塊后面又增設(shè)了0.5學時的workshop，由導師帶領(lǐng)學生總結(jié)經(jīng)驗教訓，并提供項目管理、項目經(jīng)濟學的相關(guān)文獻和視頻鏈接。此舉是為了確保實訓項目的目標是能力傳遞，而不是為作品而作品。3.強調(diào)跨年級、跨培養(yǎng)階段的合作和傳承新方案取消了原有的“輸出驗證”環(huán)節(jié)。原設(shè)想是讓學生給低年級的同學做一次演示，闡述自己學到的一項知識或者能力，目的是驗證學生的溝通協(xié)調(diào)能力。但通過借鑒各個競賽基地、工作坊、興趣小組的運作經(jīng)驗，并參考其他新工科培養(yǎng)項目的經(jīng)驗，更好的做法是鼓勵學生在所有的項目里不分年級和培養(yǎng)階段自由組隊、展開充分合作，這將給整個項目和整個培養(yǎng)過程帶來更多的彈性。六、結(jié)語本文提出的運行實例中，第一稿方案是基于圖2（c）的結(jié)構(gòu)，第二稿方案亦然，只是將實訓項目大幅提前，且豐富了項目的保障環(huán)節(jié)。這與輔修專業(yè)的設(shè)置方式有很大關(guān)系。建