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“新工科”未來已來

學工科的大學新生第一學期就要自己設計出一輛物流車,還要學習手繪,你能想到嗎?而這將成為天津大學首個新工科人才培養校級平臺——未來智能機器與系統平臺的學習日常。

在9月24日天津大學新課程說明發布會上,主持老師向新生介紹:“《設計與建造》這門課程,是本學期專為未來智能機器與系統平臺的同學開設的一門新課。這門課程的實踐項目是物流尋跡小車,由機械學院的14位老師組成教學團隊為大家授課,此外還有建筑學院的一位老師,教大家手繪。”話音未落,就引起學生們興奮的驚呼。

今年4月,在前期實踐的基礎上天津大學正式發布新工科建設“天大方案”(CCII),設計了多學科聯合、多方參與的開放式人才培養平臺,如未來智能機器與系統平臺、未來健康醫療平臺、未來智慧化工與綠色能源平臺、未來建成環境與建筑等,依靠人工智能、大數據等技術實現工科專業的轉型升級。

隨著本學期未來智能機器與系統平臺第一批112名新生開學,全國首個新工科建設方案落地,正式進入實施階段。

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新工科的小班授課 趙習鈞攝

千人選出百名新生,授課模式都是新的

天津大學未來智能機器與系統平臺實施新生入校后二次選拔。2019級新生顏暢的原始志愿是電氣信息類,在接到錄取通知書后不久,她在新生微信群里得知新工科選拔的消息,“對人工智能、自動化和精密儀器這些前沿學科很感興趣,所以第一時間就報名了”,最終顏暢如愿以償。

天津大學求是學部副主任于倩介紹說,新工科的考核標準除了成績外,最重要的就是學生們的志趣。新工科面向除文史、建筑外的各專業敞開大門,有1047名學生報名,通過考察英語、數學、設計、建造、志趣、綜合能力、未來規劃及應變能力等,初選出187名學生參加面試。面試環節設置了“你發現學校有哪些人工智能的應用?”“目前ATM機有什么需要改進的方面?”等問題。最后選出了112名對人工智能感興趣,并且有能力應對學習挑戰的學生,進行定向培養。

由于課程設置和授課模式完全是顛覆式的創新,因此學校在每門課程開課前,都會面向學生召開一場“新課程說明發布會”。組織授課教師團隊與學生們見面,為學生介紹課程設置、實現途徑、課程內容、授課方式、未來學習重點等,以及發布課程需完成的項目。

據了解,“未來智能機器與系統”平臺匯集天津大學機械學院、精儀學院、自動化學院、微電子學院、智能與計算學部、數學學院、宣懷學院等優勢資源,和恩智浦、華為、塔塔信息技術等國內外知名企業,以天津大學求是學部為平臺進行實體建設。平臺建設由天津大學新工科教育中心主任、加拿大工程院院士、教育部長江學者、原加拿大卡爾加里大學機械與制造工程系主任、自然科學與工程研究基金委講席教授顧佩華親自掛帥組建。

讓教學跟上企業發展,引領產業發展

不少大學都面臨教學跟不上企業和產業的難題,“新工科”建設正是著眼于解決這一問題。天津大學教務處副處長原續波表示,以機械、自動化領域為例,企業大量引入新技術之后,高校教學內容沒有及時進行更新,加之教學投入普遍不足,就出現了教學內容和實驗設備落后于企業的狀況。

盡管非常缺人,企業更明顯感受到大學培養出來的學生需要進行深度再培訓。恩智浦半導體公司系統工程部經理邵鵬說:“我們公司是做人工智能芯片和物聯網芯片的,軟件應用開發等領域人才缺口非常大。這個行業更新非?,可以說是日新月異。與我們公司對口的專業主要是電子、自動化、計算機和精儀專業,但是本科畢業生完全不能直接上手做項目。”

原續波分析,“新工科”建設有兩個關鍵詞:面向未來、面向產業界。每一個新專業的規劃,以及對傳統專業的改造,需要調研未來10-20年產業發展趨勢,課程體系、實驗設計隨之改變,不僅要跟得上企業發展,甚至要引領產業發展。

“天大方案”理念設計的是學科交叉、開放式人才培養平臺,特別要對產業對企業開放,讓企業參與人才培養目標的制定、課程體系和授課內容、基礎理論和企業應用交叉授課,也需要企業提供實踐資源和開放項目。據介紹,新工科體系下的學生們一年級就可以去企業實習,企業向他們開放工廠和實驗室,每年寒暑假都可以去企業實習,跟隨企業參觀高水平的創新大賽。

邵鵬說:“大學教授理論水平很高,但是他們不清楚企業需要的重點,怎么把理論用起來。比如高數的學習,本科生要學線性代數、概率統計等,以前學生只知道解題,不知道應用到人工智能的算法,需要哪些高數知識。而我們工程師參與課程,就是要給他們講,一些實際應用對應到高數里是哪一章哪一節。這種結合讓他們學完就能用,原本的死知識也就變活了。”

新工科將帶來深刻改變和挑戰

去年4月8日,教育部在天津大學發布《“新工科”建設行動路線》。這個被稱為“天大行動”的方案提出了三個階段性目標:從現在到2020年,探索形成新工科建設模式,主動適應新技術、新產業、新經濟發展;到2030年,要形成中國特色、世界一流工程教育體系,有力支撐國家創新發展;到2050年,形成領跑全球工程教育的中國模式,建成工程教育強國,成為世界工程創新中心和人才高地,為實現中華民族偉大復興的中國夢奠定堅實基礎。

為實現這一目標和方向,明年,天津大學新工科其他四個平臺也將落地,同時每個工科類學院都要建設院級平臺。全新的課程設置、互動討論式的教學模式,項目實踐,都給教師提出了不小的挑戰。

機械學院副院長孫濤教授是未來智能機器與系統新課程的設計者之一。他介紹說,新工科平臺上的每一門課程都是重新設計架構的,把陳舊的知識剔除,加入一些新的知識,把不同研究背景的老師加入進來,從知識層面、趨勢發展、需求層面把各種知識模塊集成起來,不是單一課程,而是課程模塊和課程模塊組,其出口最終都是產品。比如未來智能機器與系統平臺的《設計與建造》這門課程由15名來自設計、制造、機電、繪圖等專業的老師共同承擔完成,涉及到四個一級學科。最終項目出口是尋跡物流小車。目前按照這種模式,已經梳理出四門課程《工科數學分析》《思維與創新》《設計與建造》《智能電子創客設計與實踐》四門新課。

新工科平臺的授課方式把老師授課和學生參與實踐討論的課程比例調整為1:5,小班教學,每個班再分若干個小組,配備一兩名老師,參與學生的討論和實踐。據了解,新工科平臺的學生們將在學校新建的智能教室上課,這種教室除了更多地使用多媒體教學外,最大的轉變是不再是一個老師面對一排排的學生,而是學生們分組圍坐在小圓桌前,老師走下講臺和大家一起互動討論,拉近了師生之間的“距離感”。這樣的上課方式受到了學生們的普遍歡迎。2019級新生顏暢說:“相比那種灌輸式的老師授課模式,我更喜歡這種項目實踐和討論式的學習,能使我們的思維更加活躍。”

教材也將隨著新的技術引進,擺脫傳統書本教材,更多采用電子教材,或者慕課形式的線上線下相結合的教學,使教材更新更快,以適應產業快速發展的需要。

顧佩華寄語首批新工科大學生時表示,新工科平臺不僅要培養學生學習知識的能力,更希望學生們能有一種情懷,在國家轉型的新時期,有社會使命感,成為未來國家科技創新的主力軍和領軍人物。未來已來。面對席卷而來的未來浪潮,只有以變革的姿態迎接未來,決勝未來。

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