新工科培养项目iArt的持续改进

1、    新工科培养项目iart的持续改进    摘要：本文展示了新工科专业“交互新媒体艺术（iart）”的快速迭代过程。该专业尝试用跨学科实训项目促进自主学习和作品交付、用艺术教育开拓创新思维，在理工科大学里培养兼具动手能力和艺术修养的新型工程师。在过去两年时间里，专业经历了规划论证、培养方案设计、招生运行，已经完成了多个跨学科实训项目，并经受了全面在线教学和实训的考验。又在此基础上，总结经验、思考不足，提出了改进后的培养方案，切实把“学生中心、产出导向、持续改进”落到实处。本文通过对前后两版培养方案的比较，以及对设计思路、改进思路的阐述，如实记录了新工

2、科教改历程中的一个生动案例。关键词：新工科，实训，培养方案，培养体系基金项目：四川省20182020年高等教育人才培养质量和教学改革项目“探索融合新工科与新艺术要素的育人机制：交互新媒体艺术辅修专业建设”（jg2018-216）；教育部产学合作育人项目（2019腾讯）；教育部产学合作育人项目（2019威爱）一、背景介绍复旦共识、天大行动、北京指南三部曲共同奠定了深化新工科教育改革的基础，随之提出的“天大方案”“f计划”“成电方案”等则表明了教改的多样性和日新月异。在电子科技大学，“交互新媒体艺术（iart）”专业是“成电方案”的有机组成部分1，肩负着以“新工科+新艺术”的方式复合工程教育与艺术

3、教育、共同落实新工科教育实践、探索教改新路径的重要使命。本专业的构思始于2018年。经过认真调研和慎重策划，课程组认为基于新工科的教育思路，集成我校优质师资和校外资源，有能力设计一批交叉理工管文的新型实训项目和课程，培养出面向未来、基础扎实且兼备艺术修养和动手能力的新型工程师。在2018年底，初版培养方案定稿，决定在初期采用辅修专业的形式面向全校招生，以跨学科实训项目、能力导向、以学生为中心、校企联合为培养特色。2019年初辅修专业完成了第一期招生。18个月之后，专业运行顺利，且已经收获了一批实训作品，获得了一些教改成果。这些实践验证了课程组对新工科教育理念的理解，同时也暴露出一些问题和不足。

4、特别是2020年上半年课程全面在线化的考验使得课程组更加深刻地意识到了未来教育的多样性。在这些实践的基础上，为了保持专业的灵活性，保证教改的生命力，我们秉承“积极改进、逐步优化”的精神，对培养方案做了大幅调整，以更好地因应未来。本文论述了iart专业的新工科培养方案最初的设计理念、设计结果，以及一年之后基于教改实践的调整思路和迭代结果。二、工程教育范畴培养方案的演变历程在不同的年代和地区，学术界对教育的目标有着不同的解读。美国教育心理学家布鲁姆在1956提出了“教育目标分类法”，列出了6种认知水平并提出了“高阶学习”和“低阶学习”，之后有不同的学者在此基础上进行衍生2；美国工程技术认证委员会（

5、abet）提出工程专业毕业生的7种必备素质3；华盛顿协议和我国的工程教育认证标准提出毕业生需要具备12项能力和素质。4麻省理工学院（mit）2017年的“新工程教育转型项目（neet）”提出11种工程教育需要培养的思维方式。5这些解读，虽说都源自认知科学和工程实践，但在对具体能力的解释、能力的分类标准上仍存在较大差异，从而在实践上各有侧重。取其共性，再考虑到工程教育历年来在实践上的演进历程，其发展脉络如图1所示。图1工程教育的目标及其实践历程图1左边是各类文献中对能力层次和教育目标的综合，一般认为虚线下方属于“低阶学习”，上方是“高阶学习”，且越往上越难培养。图中右边是不同历史阶段培养侧重点的

6、变迁，从左到右依次是：（1）传统工科培养体系：兴起于二战后的传统教育体系的服务目标是电气化和自动化的大规模制造（工业2.0），实施策略是严格按照学科体系来划分科目内容，教学焦点是知识点和技能的传递。2传统课程一般采用课堂集中面授传递知识点，以练习题、作业、测验等手段检验传递的效果。但教师们在很早前就意识到这样的方式较难于传递知识体系，部分先行者尝试在课程里加入一些设计环节，让学生们体会知识之间的关联并锻炼高阶学习能力。但这些能力环节并不是必需的，其实现程度完全依赖教师的个人理解，所以做了虚线框处理。（2）转型尝试：始于1970年代的信息化促成了工业3.0产业革命，并对教育提出了不同的要求。19

7、95年barr和tagg提出从“教”到“学”的教学范式转变，希望打破“教师在教室里讲教材”的培养方式，真正让教育以学习效果为中心，将教室转变为师生们互相启发和讨论的场所6，而将低阶学习（知识的理解和记忆）放到课前（预习）和课后（作业）。同时期的类似转型尝试还有翻转课堂、案例课程（多见于商学院）、大课程设计等。不仅如此，工程教育领域还受到“做中学”和“基于项目的教育和学习”的影响，广泛试用了跨学科课程、跨学科设计环节、校企联合等方式，并在2000年集成为cdio架构。在cdio的指南中，明确提出培养方案里至少要包括两个独立的项目模块，目的是让学生们感受到知识和能力的关联，这比具体的知识内容更加重

8、要。7基于此理念，课程的时间应当缩短，且课程内容的设置不应再围绕着学科体系，而应该围绕着实践项目的要求。经过这一阶段的尝试，独立于传统面授课程的实践环节已经得到了相当的重视，成为各类培养计划里的常备内容，并真正担负起了帮助学生融合知识、建立知识体系、锻炼个人能力的重任。（3）新工程教育体系：2017年被广泛提及的新体系的服务目标是“未来”，是以智能化和工业4.0为起点的全新生态。实施策略是精心设计一系列实训项目让学生们动手体验，教学焦点是作品的交付和能力的交付。与传统的“实验课程”不同，一大批先行高校设置的这些“实训项目”的共性是：贯穿整个培养过程；系列化、模块化；要求交付作品或样机。其中，欧

9、林（olin）、伦敦大学学院的工程学院（ucl）、澳大利亚查尔斯特学院（csu）都要求学生们从大一开始做项目，直到毕业；neet项目是从大二到大四。新加坡科技设计大学（sutd）创造的“4d”方法是对实践项目几个要素的较好表达之一，可以概述为：1d设计活动是面向单一课程，2d活动跨越多个课程和学科领域，3d活动是同一个项目的长期的、不断迭代，4d活动已经超越了课程体系。8而在规模上，按照欧林的介绍，在四年的培养中每个学生“都会完成从设计到制造的2535个项目”。9与之对应，新体系对课堂教学的需求进一步下降了，转而大规模使用mooc和网络学习资源。8考虑到在网络资源极大丰富的今天，这些环节也许不

10、再需要教师们自己建设，所以在图1中对这部分做了虚框处理。特别是，2020年的新冠疫情导致的全面在线教育的尝试，表明在线教育常态化的确是一种可能的发展方向，也要求教育者们深入思考课堂教学和在线教学各自的优势和定位。具体到培养方案的设计，历次教育改革在实践上的演变历程可归纳为如图2所示。图中（a）是传统培养方案，经历三年的课程学习之后进入毕业设计环节；（b）是传统方案的改进，在一些课程内增设了课程设计环节。这两种方案的共同特征是：围绕着学科体系设置课程，较难引入跨学科内容；这些设计环节不论规模大小和时间长短，并不以交付作品为目的。图2工程教育培养方案的演变图2（c）（d）是近年工程教育改革中的常见

11、结构，特征是课程变少变小而实训项目大大增加，跨学科课程成为常态，同时教师越来越多地借助于网络资源来让学生获取知识性的内容。比较而言，（c）是上一批课之后做一个项目，如ucl，（d）是上课和项目并行，如csu和sutd。而欧林和代尔夫特理工（tu delft）则是同时将两种结构实施于不同的年级。8一般认为，图2中“实训项目”（实线框矩形）与以往的各类“设计环节”（虚线框矩形）的区别在于：每一个项目都要经历完整的工程项目周期；要求团队合作；必须交付作品；项目选题最好是来自于企业的真实工程问题。这些都是为了保障整个培养体系能真正向学生们交付工程能力。图2（e）是更加激进的做法，学校的主要任务是提供一

12、系列步步升级的实训项目，指导学生们逐步体会工程项目的实质、逐步掌握相关能力；知识性的内容则由教师们提供一批网络资源链接供学生们自学。8综上，从图1和图2可以看到工程教育改革的理念变化是：教师和学生的交流核心，将从传统的课堂转变为实训工坊，他们讨论的内容更多是项目的实现方案、项目的进度控制和结果的社会意义；教师群体是跨学科、甚至跨校跨企业的；“知识获取”将从教室面授转变为在线自学。从而，教学设计的中心不再是学科和科目，而是如何获得工程产品；学生的成绩将不再依赖于成绩单，而是看他毕业时能展示的作品清单。正是在这些理念的指引下，本课程组设计实施了交互新媒体艺术专业的辅修培养方案，并及时总结实践经验，

13、始终保持着对方案的快速迭代。三、交互新媒体艺术辅修专业培养方案1.培养目标和教改目标“交互新媒体艺术”是指被现代数字媒体技术增强的一类艺术创作，包括但不限于装置艺术、空间展示、行为艺术等，广义来说还包括软件、网页、app、vr等互动产品的设计。这类作品强调开放、交互、交流，其创意和动态都需要信息技术的全面加持，诸如传感器、执行器、信号处理、人机互联等。鉴于这些专业知识原本就是我校各学院的必修课，我们完全可以依托现有学科体系进行创新，以较小的运行成本获得较好的复合培养效果。考虑到本校的实际情况，新专业的培养目标是面向未来、基础扎实且兼备艺术修养和动手能力的新型工程师多数学生将会是打开了艺术视野的

14、工程师，也会有少量工程背景扎实的艺术家出现。新专业的教改目标则是，要结合本校具体情况，探索具有新工科特色的改革路径，探索适合理工科大学的兼顾专业教育和通识教育的培养方式。2.设计思路为此，秉承“新工科+新艺术”理念，并充分考虑可行性和专业的持续发展，课程组决定先以辅修的方式设计培养方案，且需要完成如下设计要素：（1）在知识体系上，依托校内现有的大量工科基础课程，同时按照新工科思路设计新艺术课程进行强化。（2）在培养方式上，更多地依托实训项目，要求动手并强调作品交付、体验式学习，让实践增强学生们的求知欲、激发学习热情，反过来促进他们对工科主修专业的学习。（3）在运行模式上，需要设置一系列措施保证

15、以学生为中心，包括自由组队、自行选题、自己控制选课组合和项目进度，在自主学习中进行自我发现。（4）在组织形式上，还需要打破壁垒，逐步建立起跨学科联合和校企联合机制，分步骤引入企业项目、企业导师、企业资源。基于这些设计思路，辅修专业将能以较小的成本提供理工基础、艺术创造、项目管控、工程思维等培养内容，能够在各个培养环节中聚焦动手能力和创新能力，最终获得兼具工程意义和审美意义的独创作品。同时在教改目标上，新专业与原有校内各类培养体系是互相补充、互动良好、互相促进的。3.初版培养方案最终形成的培养方案采用了图2（c）的结构，其框架如图3所示。整个项目从预选环节开始，加上学年一的6门前导课程完成海选。

16、学年二的基础科目和交叉学科项目完成基础培养。学年二暑假到学年四的若干实习、深造科目、大型综合项目和毕业设计完成新型的工程培养。图3培养方案第一版（1）预选、前导和引燃课程。在线预选程序面向全校一二年级的本科生，学生可随时申请，通过测试获得选课资格。接下来的两轮课程旨在引导学生初步涉猎艺术设计领域。其中实线框的课由本专业开出，均为1学分的小班课，强调充分讨论和演练；虚线框的课程为其他专业开出的认定学分课程。在这个阶段中表现出不适应、不认同，或者对交互艺术不再有兴趣的学生，可以选择退出计划。（2）基础科目和跨学科综合项目。基础科目是课程组认定的参与交互新媒体创作所需的课程，但实际上是由全校各学院开

17、设（虚线框），本专业认可其学分。同期的综合项目将贯穿整个学年，项目选题方式是由教师给出建议清单，学生自己决定具体要做什么。学生自由组队参与、自行控制项目进度，但每组的成员必须来自多个专业，且教师会按计划抽查进展。在这一阶段，学生将通过跨学院合作、自主学习、动手实践来进行创作。（3）实习、深造课程和大型综合项目。提供机会并鼓励学生利用暑假在合作企业实习，参与实际的设计项目，了解真实的社会、真实的工作和真实的市场需求。其实质是让学生尽早接触社会，在更加真实的项目环境里反思自己的大学生活，甚至自己的未来。到开学时，学生开始接触自己主修方向的大批专业课程。为支撑大型项目的开展，这时候还需要引入经济管理

18、、工程思维等研讨课程，同样是1学分的小班课，充分结合他们的实习经历、之前的项目经历展开讨论。此阶段的综合项目同样将贯穿整个学年，并且要求学生们综合考虑工程实现、美感和市场价值。到这一阶段结束时，学生应该有能力规划一个项目的完整生命周期：从方案设计、方案评审、仿真模拟、设计理念可视化、各个里程碑，直到作品的最终实现。（4）原创项目。目标是让学生真正做出原创、有艺术价值的交互新媒体作品。与传统毕业设计不同的是，新工科强调多学科综合、团队合作、来源于实践，并交付作品。在良好的校企合作环境下，这类项目有可能直接帮助企业获利，或者升级为创新创业项目。四、反思与快速迭代按照上述培养计划，新专业于2019年

19、1月面向全校招生，并受到了学生们的欢迎。经过18个月的运行，整个设计经受了实践的考验，但也暴露一些问题，其中主要的几条是：1.培养的时间弹性和内容弹性原计划是秋季学期招生，主辅修同步培养。但实际执行时推迟到了春季学期，且是大一大二混合招生，这就导致整个培养时间必须调整。另一个问题是入口的学生们在基础知识、专业知识、协作能力以及自控能力等方面都存在较大差异，在跨学科实训项目的选题上必须做出相应的考虑。2.实训项目的内容层次2019年初招生之前，课程组担心的是能让学生做什么、学生能做什么。到了年底，担心的问题变成了系列实训项目的连续性和梯次感。特别是面对跨专业、跨学科的学生，以及将来跨培养批次组队

20、的学生，项目内容设计是否合理，是否会影响学生的体验和能力发展。sutd的4d设计和我校航空航天学院的系列课程设计都值得借鉴。103.全面在线的影响2020年的新冠疫情对辅修专业的影响是巨大而深刻的。首先是推迟了新一期学员的招生，直接考验培养计划的弹性；其次是在线开展实训项目的迫切性，促使课程组与外联企业加快了合作步伐，从而推出了全面在线的roblox游戏设计项目；最后是在线教育常态化的可能性，加深了课程组对未来教育发展趋势的认知。以上各条反思促使课程组内部统一了认识，加深了对新工科教改必然性和迫切性的认同。结合图1和图2所表达的趋势，我们认识到随着新技术革命和产业革命的推进，学习的环境、学习的

21、手段、学习的内涵都在发生剧烈的变化，其态势可以如图4所示。图中学生居于学习的中心位置，围绕其外的主要变化是：图4新时代：学习的支撑要素（1）内环学习的方式：由单纯的教室面授变为讨论辩论和实训项目。（2）中环学习的提供者：由各类学校变为学校、企业。事实上越来越多的企业正在通过对外培训或校企联合提供各类学习机会。（3）外环影响到学习的外部环境：包括整个社会、整个网络资源，它们既影响着提供学习的学校和企业，也影响着学习本身，譬如，它们的合力正在降低终身学习的门槛，大幅度改变学习的方式。在图4所示的环境里，学习是终身的、跨组织的、多样化的，大学只是提供学习服务的其中一个环节。而大学教师的责任，应该是帮

22、助学生们学会正确地学习。五、迭代后的培养方案基于上述反思，课程组对培养方案进行了改进，完成了一轮快速迭代，其结果如图5所示。改进的要点是：图5迭代后的培养方案1.时间弹性考虑到大一大二混合招生的现状，以及未来每学期滚动招生的可能，我们将整个培养计划压缩为5学期，并在每个学期都开设实训项目和相关课程。同时增加了假期实习环节，学生们可以按照自己的培养进度和实际情况，选择其中之一即可。2.对实训项目的大幅调整首先是放弃“先上课再动手”的保守思路，转变为“先动手再总结”。这是国内外新工程教育项目的常见做法，经测试，大一的学生们完全有能力自行补足所缺知识，从而顺利克服“先修课程不足”的问题。基于此，我们

23、可以将实训项目的位置大大提前，尽快让学生动手实践，真切体验到新工科的魅力。其次是在放手让学生们动手的同时，增加了对实训项目的保障模块。例如在前两个学期，每个实训模块前都增加了1学时的工程项目概论，以便给学生一个完整的项目认知，并提醒其知识范围和难点；每个实训模块后面又增设了0.5学时的workshop，由导师带领学生总结经验教训，并提供项目管理、项目经济学的相关文献和视频链接。此举是为了确保实训项目的目标是能力传递，而不是为作品而作品。3.强调跨年级、跨培养阶段的合作和传承新方案取消了原有的“输出验证”环节。原设想是让学生给低年级的同学做一次演示，阐述自己学到的一项知识或者能力，目的是验证学生的沟通协调能力。但通过借鉴各个竞赛基地、工作坊、兴趣小组的运作经验，并参考其他新工科培养项目的经验，更好的做法是鼓励学生在所有的项目里不分年级和培养阶段自由组队、展开充分合作，这将给整个项目和整个培养过程带来更多的弹性。六、结语本文提出的运行实例中，第一稿方案是基于图2（c）的结构，第二稿方案亦然，只是将实训项目大幅提前，且丰富了项目的保障环节。这与辅修专业的设置方式有很大关系。建