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戴凤智 芦 鹏
(天津科技大学电子信息与自动化学院，天津 300222)
2018年9月，习近平总书记在全国教育大会上发表重要讲话，着重强调我国要深化教育体制改革，健全立德树人落实机制，推进产学研协同创新，着重培养创新型、复合型、应用型人才[1]。
近年来，遵循着总书记的指引，国内各高校学者从不同角度对新形势下的人才培养模式进行了探索。黎海生等[2]根据课堂内与课堂外、思政课与专业课、实践与网络等多个方面构建了电子信息专业人才培养全面协同育人模式，该模式突出了学校和企业的双主体培养，但并未突出学生在学习中的主体地位，因此没有解决如何提高学生学习主动性的问题。卢晶琦等[3]通过与企业共建实验室、工程中心等形式构建了“立地式”电子信息创新人才培养模式，但该模式对院校所在地区的电子信息产业发展有较高的要求，因此在模式推广上存在一定的限制。陈迅等[4]通过鼓励并引导学生参加各级各类科技竞赛，构建电类专业本科生科技创新人才培养体系，但因为未能将学科竞赛融入日常教学活动，使得该培养体系的受益面不够广泛。
因此，探讨新时代人才培养改革如何真正以学生为中心、以提高学生综合素质为目的，让更多学生从教育改革中受益就成了人才培养模式改革的关键。本文结合电子信息类专业教学研究的实际和学生综合发展的需求，探讨此专业的人才培养新模式，以引导学生成为各具特色的创新型、应用型人才为目标，满足国家需要和个人发展需求。
对标国家人才培养的目标和社会需求度，可以发现当前电子信息类专业人才培养模式难以满足新时代的人才发展需求，主要存在以下三个普遍的问题。
一是从培养角度而言，因为没有重视学生的个体差异，所以无法做到因材施教。随着高校招生途径的不断变化，生源愈发多元化，导致同一专业中也会存在多种生源结构的学生。他们在知识基础、生活习惯、学习能力等各方面都存在较大差异。原有的人才培养模式往往注重知识传授的普遍化和人才培养的规模化，而忽视了个性化发展规律。因此无法根据学习者个体的认知水平、技术能力和自身发展规划等做到因人施教。为此，如何使具有不同能力的学生在一起既能够全面进步，又可以做到个性发展，以此培养出各具特色的创新型、复合型、应用型人才，是电子信息类专业人才培养模式改革所面对的关键问题。
二是从学生角度而言，因为传统教学模式单一，所以学生很难积极参与，故而导致学习主动性较差。本科教学模式呈现同质化倾向[5]。目前的状况是在一个教室中有八九十人一起上课，教师在讲台上授课时，学生常常以观众角色参与课堂教学[6]。这种课堂只能完成知识的传递，它体现了教师的主导性而忽视了学生的主体性，从而抑制了学生学习的自主性[7]。因此，如何激发学生的主观能动性和创造性，也是培养模式改革所面对的重要问题之一。
三是从实践效果而言，电子信息类专业具有非常强的实践性，但是目前并没有做到知识与实践的有效结合。现在的实践教学环节大多由课程实验、课程设计和教学实习构成。这些环节分布在大一到大四的不同学期，他们之间的关联性、系统性较差，难以培养学生的自主创新能力。这导致学生在就业或读研的初期，面对企业实际问题或科研项目，其拥有的工程实践能力难以满足实际需求，因此如何切实强化学生的综合实践能力，使其更好地适应社会实际需要，也是电子信息专业人才培养模式改革所要面对的重要问题。
针对上述电子信息类专业本科生培养的现状和存在的问题，迫切需要探索新的培养模式。为此，天津科技大学电子信息与自动化学院以电子信息类本科生为对象，针对创新人才培养模式进行了持续、深入的探索和研究，凝练出“四端点两闭环”的电子信息类专业创新人才培养模式，如图1所示。
图1 “四端点两闭环”人才培养模式
该模式以不同能力类型的学生组成的学习小组作为基盘并加以突出，以专业竞赛为桥梁，把高校中最重要的教学和科研有效地结合起来，利用四个端点及其之间的有效连接形成了控制论中能够确保稳定可靠的两个闭环结构。
学生以学习小组为单位在这种反馈闭环结构中进行能力的多次循环提升。在这一过程中，以学习小组为基础，以专业竞赛为抓手，促进学生掌握课堂教学知识，提高科学研究水平，着力激发学生在知识和技术能力获取方面的积极性和能动性，切实提高学生综合素养，真正意义上培育出时代所需的创新型、复合型人才。
1.以学习小组为基础，组内包括各类型学生
在 “四端点两闭环”人才培养模式中，组建学习小组是实施创新教育、追求学生全面发展的关键一步。组建学习小组时，根据学生的知识基础、学习能力、发展需求的差异和各自特长将学生分为理论、实践、管理这3个类型，将不同类型的学生混合组成学习小组，共同参加课程学习、学科竞赛和科研项目。
这种采用多类型学生混合组成学习小组的形式可以有效避免组内学生产生“搭便车”的现象。以前无论是理论课还是实践课也都曾引入过小组合作的教学方法以提高教学质量，但由于多是学生之间的自由组队，因此组员划分并不合理，导致一个学习小组往往是由一两个成绩好的同学承担了全组的作业任务[8]。在这种分配下，组内合作流于形式，小组成员之间也难免心生罅隙，难以形成相互促进、良性竞争、互帮互助的学习氛围。
而由不同类型学生混合组成学习小组，将使得小组成员必须根据各自不同的特长能力明确分工，各司其职，独立完成相应的学习任务，以此促进团队总目标的实现。这既有利于发挥不同个体的特色与长处，又能有效规避“搭便车”等不良现象。
从社会学角度而言，由不同类型学生混合组成学习小组，学生会因共同目标而成为一个整体，并在特定的团队规则下扮演对应的角色，同时彼此交流、分享，以实现共同进步，获得能力的提升。根据群体动力学理论，良好的小组合作是一个不断相互作用、相互影响和相互适应的过程，学生在合作中会形成积极的群体关系，促进学生认同小组规范。
从教育学角度而言，不同类型的学生通过小组合作完成任务的过程其实就是学生自我教育和组员间相互指导的过程。通过小组成员间的互帮互学来促使学生认识自身的短板和他人的优势，在“比学赶帮超”的集体氛围中，将被动的“受教”变为根据自身特点有意识地补足短板，积极主动地进行自身的“因材自教”，这种转变对学生的全面发展能起到促进作用。
2.以竞赛为桥梁，沟通教学与科研
在“四端点两闭环”人才培养模式中，学习小组的组建是基础，但如何使得学习小组的效能发挥到最大，如何激发学生的主观能动性和创造性，从而实现教学水平提升和学生综合能力的提高，这才是人才培养模式落地见效的关键。
为此，“四端点两闭环”人才培养模式将竞赛作为桥梁并加以突出，通过以学习小组为单位参加竞赛来横向沟通教学与科研，从而填补理论学习与科研实践之间的鸿沟。这一结构具有如下优势。
一是以竞赛促教学。科技竞赛是大学生的第二课堂，是教学内容的重要延伸，这不仅仅是检验与考查学生理论联系实际的重要手段，也是培育学生创新思维能力、团队协作能力的有效路径，更是激发学生学习兴趣、引导学生自主探索、树立创新思维的有力手段[9-10]。而且各种重要科技竞赛的项目命题通常紧扣国家和社会发展需求，通过组织学生小组积极参加大型科技竞赛，可以使学生接触到前沿的专业知识，让更多优秀的学生团队和创意得到更大的展示空间。这是让学生自主感觉到自身的不足并且主动完成理论知识的学习和更新的最佳途径。
二是以竞赛促科研。竞赛团队是以学习小组为基础进行组建，不仅包括不同能力特长的同级学生还包括低年级学生。高年级学生可以通过竞赛课题指导低年级学生进行科研实践，从而形成一定规模的学生科研创新梯队。此外，通过举办学术讲座或研讨会，还可不断地分享新的科研理念、新的理论成果，拓宽学生视野，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力与水平。鼓励教师将适合本科生科研能力的研究内容作为开放课题，选拔竞赛中表现优秀的小组进一步组建科研团队，以科研实践激发学生的科研创新意识和兴趣，培养学生积极探索的科研精神和严谨细致的科研素质。同时鼓励学生围绕课题积极参加学科竞赛，切实发挥科研对科技竞赛的带动效应，一方面培育学生的创新能力，另一方面也加快科研成果的转化，促进其与竞赛项目的深度融合。
学院以“先行试点，逐步推广”的方式，在自动化专业、机器人工程专业和智能科学与先进制造实验班中率先组建了学习小组，启动了“四端点两闭环”人才培养模式改革试点，为学生提供了发挥特长、彰显能力、交流学习的平台和机会。
1.针对学生个体差异，推动学生全面发展
学习小组是“四端点两闭环”人才培养模式的基础，在组建之初，导师会为小组分别制定出任务目标和社会目标。
任务目标是指小组成员间通过分工与合作共同完成预期的任务：首先，通过组内讨论来明确概念和理论，培养学生的知识理解能力；
其次，通过思考问题培养学生的逻辑推理能力；
再次，就某一课题搜集资料并集思广益，启发学生将自己的观点有效充分地陈述出来，培养学生的沟通和表达能力；
最后，实现学生对问题的独立探索，培养学生的独立人格和创造性思维。
社会目标是指培养学生的个人素质和思想品德。例如，学生在表达观点或者在同小组讨论分享时，能够有效增强学生的自信，并让其在此过程中获得自我认同感。同时，引导学生倾听与尊重他人的意见，以形成开放包容的学习氛围，并通过相互间的互助和经验交流，促进团队目标的实现，强化团队的归属感。
在实现这些目标的过程中，小组组员会根据自身不同优势合理分配各自的工作，充分发挥个体的特长，并通过完成各自的任务达到预期目标。在完成任务的过程中，通过组员之间的互信互助、知识共享和讨论辨析，帮助学生补足短板。这一过程充分发挥了学生的主观能动性，改被动学习为主动汲取，达到了课堂上很难做到的“因人施教”的目的，也满足了学生个性化成长的需求。
以理论型学生为例，在小组完成任务的过程中，通过参与项目实践使得这类学生的理论基础更加牢固，并进一步强化其专业实践技能，提升知识迁移能力和创新能力。同时，通过团队内部的协作、沟通和表达，提升学生的管理能力，使得学生兼具专业素质和管理才能，逐渐成为知识丰富、能力较强、敢于表现、勇于创新的复合型人才。
2.充分利用现有资源，推进教学模式改革
就目前的高校实际而言，教师数量稍显不足，基础设施和教学资源也处于不平衡状态，因此难以实现理想的小班教学模式。而“四端点两闭环”的培养模式，充分利用现有资源推进课堂教学改革。
由于短期内无法解决师资力量和教学资源短缺的问题，“四端点两闭环”的人才培养模式是通过建立课程群的方式来解决这一问题。在不扩大教师资源投入的情况下，根据不同课程群中相关课程的教学需要，由学校教务处和相关学院协调配合，由教师完成教学工作。虽然在课堂形式上仍然是大班上课，但压缩每门课程的课堂教学学时、积极推荐线上教学资源，将便于学生针对自己的知识不足点和兴趣点开展自主学习。同时，为了调动学生的主观能动性，课程群将相关的多门课程统筹起来，按照项目式和综合实验的方式给学生小组提出课程任务，促使学生通过查找资料、分析整理、动手实践和团队合作完成学习目标。在此环节中，工程实训中心、学院专业实验室为学生提供实践场地，并采用模块化、可重复使用的套件和元器件，尽量减少每次作业的损耗，保障大多数原材料和器件可以循环使用。学习小组完成上述既定的各种课程任务时，课程教学模式实质上变成了以学习小组为单位的多个“小班”，传统课堂教学模式也从大班灌输教学顺利过渡到学习小组主动求学的模式。
3.立足学科交叉融合，培养学生综合实践能力
现有的课程实验、课程设计等教学实践活动都是在课程学习后所做的验证性工作，并且这些教学实践活动相互之间也不像课程本身一样具有连贯性和系统性。而社会对于高校培养具有学科交叉融合背景的工程创新人才的呼声愈来愈高。因此，“四端点两闭环”人才培养模式是通过低年级大类课程群教育的模式来打破学科壁垒，实现多学科交叉融合的。改革后的教学实践活动不是仅针对某门课程，而是针对整个课程群。以智能科学与先进制造实验班为例，学生将在大学的前三个学期分别进行机械设计与制造课程群(机械类)、电子信息与先进控制课程群(电子与控制类)、智能科学与技术课程群(人工智能类)的学习。而每学期的综合实践任务都需要学生调动本学期所学的全部知识来完成，并且各学期的综合实践任务又是在前一学期综合实践任务的基础上才能完成。
为了促进学科的交叉融合，培养学生的实践能力，学院一方面为学生安排与设计特色化教学实践活动，另一方面选择国家级重点学科竞赛，以“院-校-省-全国”四级竞赛体系为依托，鼓励学生以学习小组为基础参加学科竞赛。同时，在竞赛团队的组成上不局限于小组成员，而是提倡吸收其他专业和其他学院的优秀人才，打破单一学科的思维定式和局限，构建面向实际项目的跨学科团队。当具有不同专业背景与能力的同学组成竞赛团队时，他们在竞赛过程中能够从不同专业角度共同研讨分析问题，利用各自专业优势共同论证项目方案设计，开展工程实践，提升团队综合能力。团队内既设计了相对独立的任务，又包括需要团队协同合作的任务，使得学生在比赛中得到综合提升，同时也掌握了如何运用多学科知识解决实践问题的技能。
目前，每年直接受益于“四端点两闭环”人才培养模式的本科生人数约300人，以电子信息类专业学生为主，还有参与竞赛团队的其他专业的学生。以近5年的实践检验为例，学生们以小组为单位在课程学习、学科竞赛、科研成果、创新创业等各方面都取得了很大成绩。
本科生团队获得“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖、全国大学生“恩智浦” 杯智能汽车竞赛二等奖、天津市大学生电子设计竞赛一等奖等，平均每年获得各类奖项百余项。同时，本专业本科生几乎全员参与科技创新活动，多个学习小组获批国家级和省级“大学生创新创业项目”。以学生团队为主参与5部教材、科普图书的撰写并署名，获批近20项发明专利和实用新型专利。多项活动获得央视新闻频道和天津卫视等媒体报道。撰写学术论文十余篇并在期刊、国内外会议上发表，另有多位本科生在国际学术会议上获得优秀青年作者奖。
除了上述的可见成果外，在对学生的访谈和效果跟踪中发现，绝大部分学生通过“四端点两闭环”模式的培养，均获得了综合素养的提升、技术能力的增强和知识视野的拓展。例如在专业技能方面，许多学生表示学习小组使其逐步增强了分析问题与解决问题的能力，使其能够运用专业的知识，科学挖掘事情的本质，找到解决问题的路径。还有学生表示通过学习小组成员间的相互交流、沟通，帮助自己更全面地认识到自身专业的短板，为有针对性地开展学习活动、取长补短提供了支持。在非专业技能方面，多数学生表示学习小组有效丰富了自身的理论认知体系，同时也锤炼了自身的品格。通过学习小组，还树立了自信，使自己更加勇于表达观点，在竞赛项目中获得了创新能力、团队协作能力的培养。还有学生指出，因通过学习小组联合参加科技竞赛的经历，极大调动了自身科研学习的积极性。
随着我国经济从高速发展转为高质量发展，相对于传统的工科人才，未来我国需要的是创新能力强、实践技术过硬、工程管理能力高的复合型高素质新工科人才。为此，本文提出了“四端点两闭环”的电子信息类专业创新人才培养模式。该模式以学习小组作为基础，以专业竞赛为桥梁，把教学和科研有效地结合起来，形成了带有反馈环、可循环上升的新人才培养模式。这种人才培养模式既缩短了师生间的纵向距离，也缩短了小组成员以及各小组间的横向距离，在学习过程中实现了多元互动、长短互补，优化了教学生态，保证了教学质量，激发了学生的主观能动性，将很难兼顾的“因材施教”变为学生积极进行“因材自教”，将被动低效的“知识传递”变为学生主动进行“知识建构”，基本达到了培养复合型人才的目标。
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