微课程建设在新工科人才培养领域的作用

［摘 要］ 伴随科技和产业变革，如何培养新兴前沿领域人才是高等院校亟待解决的关键问题。微课程作为新工科建设的重要手段，在高等教育改革中扮演着举足轻重的角色。微课程契合最新的教育部高等教育司政策规划，模块化、专业化的教学同样满足现代社会及受教育者需求。面向前沿新工科建设，微课程需有核心的学科教学内容、应用仿真开发环境、完善的线上线下实践平台、健全的学习管理系统、完整的评估和反馈流程。以南京理工大学工业互联网领域微课程实例，介绍系列化微课程培养方案及课程设置。

［关键词］ 新工科；微课程；教学体系

［基金项目］ 2022年度全国工业和信息化职业教育教学指导委员会科研课题“产教融合、生态共建，工业互联网专业人才培养模式探索与实践”（GXHZWC84619）；2022年度教育部产学合作协同育人项目“校企协同、产学融合，共建WISE-PaaS工业云教育体系与实践平台”（220600895154740）

［作者简介］ 汤海斌（1989—），男，江苏南通人，博士，南京理工大学智能制造学院副教授（通信作者），主要从事智能制造与增材制造研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）36-0013-04 ［收稿日期］ 2023-07-19

新一轮科技革命和产业变革快速发展，工业经济由数字化向网络化、智能化深度拓展［1］，催生出智能制造、人工智能、大数据分析及网络安全等前沿新兴领域。新兴前沿制造领域的竞争，说到底是人才和知识储备的竞争。与社会工业发展相对应，高等教育也紧跟时代步伐而迅速变革，在教育部指导下，依托传统优势学科群基础，一批与时代接轨的新工科被规划、建设并认定［2-3］。

当前的新工科人才培养，院校、企业在人才培养定位、模式、校企结合等方面仍处在初级阶段。国内工科院校虽然相继开设了智能制造工程、工业互联网、网络空间安全等前沿专业［4-5］，但是培养出来的毕业生离达到直接工作要求的能力还有一定距离。企业普遍反映招收相关专业毕业生后再自己培养，培养周期是半年到一年，才能够进入这个行业。这是因为在各领域的应用需求存在显著差异，不同应用领域对新工科人才的要求是不同的。如何在本科层次的新工科专业建设中，培养满足当前社会及应用企业所需的专业人才，如平台架构师、人工智能工程师等，已是新工科深度发展亟待解决的关键课题。

微课程作为新工科建设的重要手段，在高等教育改革中扮演着举足轻重的角色。本文围绕新工科微课程建设，探讨发展微课程的意义、如何有效建设与时代接轨的微课程、工业互联网领域微课程建设，为新时代前沿新工科改革提供教学范式。

一、微课程在新工科建设中的重要价值

我国对教育体系的改革与创新高度重视，出台了一系列有利于采用信息化的手段促进高等教育改革的政策。2010年，教育部印发的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出，要深入推进现代远程教育，加强信息技术与教育教学相结合。教育部高等教育司2023年工作要点中指出，加快高等教育数字化转型，打造高等教育教学新形态。加强国家高等教育智慧教育平台建设，拓展平台内容，完善平台功能，建好内容丰富、服务高效的高等教育综合服务平台。微课程作为一种新型的线上线下组合式教学资源，顺应国家政策导向，可满足学生个性化、差异化和多元化的学习需求。

互联网技术的推动极大地改变了受教育者获取教育资源的方式，受教育者获取教育资源的途径更加丰富，整体学习环境得到了很大的改善。微课程在技术的支撑下，在一定程度上保证了教育资源的共享及平衡配置。随着现代生活节奏越来越快，集中性学习时间越来越少，受教育者普遍希望能够利用碎片化时间去学习。不同于传统体系庞大的经典课程，微课程具有模块化的特点，制作更加简单、更新周期更短，更有利于根据社会发展和科技进步满足不同的需求，这是传统经典课程不能实现的。

教育工作者一直在努力探索符合现代社会发展的教学方法，经典案例包括翻转课堂以及多种教学方法相结合的模式等，归根结底是鼓励学生自主学习，培养学生创新能力，提升学生的综合水平。微课程同样作为高等教育改革的一个创新模式，可以与这些新教学方式相结合，通过取长补短从而达到更好的教学效果。每名学生都有自身的特点和兴趣，学生可以通过微课程按照自身的需求及时间自主进行学习，这对学生来说学习起来更加方便和灵活，同时也可提升学生学习的兴趣与自主学习的能力。这种个性化的学习方式使得每个人都可以按照自己的进度和目标进行学习，提高了学生学习的效率和质量。因此，微课程能够很好地实现这些前沿教学方法，有助于推动系统性的前沿领域教育教学。

二、基于虚拟现实、线上线下融合的微课程建设范式

微课程的建设不单指为了微型教学而设计的微内容，构建微课程是一个多维度、多层次的任务，需要综合考虑高等教育教学目标、核心课程内容、互联网技术支持、交互性体验和综合反馈等多个方面的因素，细致规划系列课程方案的制订、创建和实施等方面。本文面向前沿新工科教育方案，规划新型微课程建设流程，具体有以下几个方面。

1.建立应用仿真开发环境，创新工程教育教学模式。建设专业领域仿真/开发环境，借助模拟、仿真和虚拟现实等技术，构建更具系统性、科学性、灵活性和实时交互性的实践平台，涵盖从专业总体认知，到初级和复杂技能训练、概念设计、产品和流程设计、原型或样机制作、性能试验与评估等一系列工程实践新内容，使工程实践的内涵和外延得以不断扩大，打破地域上的界限，实现学科之间的交流和沟通。

2.建立线上线下培训推广平台，形成以实际应用为背景的定向课程体系。建设线上线下系列课程，汇聚技术和应用案例，覆盖平台架构设计、解决方案与应用开发、平台管理与运维等方面，为学生开展远程培训、课外练习、虚拟仿真实验及效果评测等提供沉浸式体验教学环境。依托线上线下培训平台可以将某些需要实际上手操作且具有一定风险的课程融合进来，可以先通过平台的课程内容学习相关的理论，然后结合虚拟现实仿真模拟技术进行观摩并实践，最大限度地降低在实际操作中可能出现的意外。

3.建立交互式学习管理系统，打造沉浸式的教学环境。依托5G+大数据的信息化网络服务平台的优势，构建完整的学习管理系统，个性化定制每名学生不同的培养方案和课程内容，这不仅可以满足学生不同的学习能力和兴趣，还能制订详细的个人发展方向和学业规划。建立健全的微课程学习管理系统，能及时了解学生的兴趣热点、课程访问情况、学习进度追踪和作业提交等功能。微课程应引入互动元素，如学习内容测验、实时互动讨论、在线问答和在线辅导等。这将最大限度地方便教师及时了解学生的学习进展和学业困惑，学生则能够便捷地访问和学习微课程，并与教师及其他微课程参与者进行交流和互动。

4.建立评估和反馈机制，完善教学模式和创新教学内容。通过建立完善的评估机制，采用小测验、大作业或项目等方式衡量学生的学习成果和微课程的实施效果。收集学生的反馈意见，用以改进和优化微课程的教学内容、教学方式和使用体验。定期进行综合评估，了解学生的学习效果和满意度，并根据评估结果进行调整和改进。微课程的建设是一个持续的过程，通过组织教育会议、研讨会和教学经验分享活动，不断改进和更新微课程，与学科前沿及新型教育模式保持同步，及时更新内容，确保微课程的教学质量和有效性。

综上所述，新工科微课程的建设需要有核心的学科教学内容、应用仿真开发环境、完善的线上线下实践平台、健全的学习管理系统、完整的评估和反馈流程。只有综合考虑这些步骤和关键因素，才能够建设出同时兼具实用性和多样性的微课程，切实提升学生的学习体验和学习效果。

三、南京理工大学工业互联网领域微课程实例

工业互联网是一个涉及机械工程、通信工程、工业设计及网络安全等交叉学科的新工科范畴。本文以南京理工大学本科专业智能制造工程、网络空间安全等新工科为基础，依托高校、科研机构、行业企业共建工业互联网平台工程实训基地，提出了具有针对性的产教融合式的微专业定向教学改革新方案。在智能制造工程、网络空间安全专业培养方案基础上，开发面向工业互联网实际需求的6门理论性和实践性强的微课程：“工业互联网平台”“工业App开发”“工业大数据分析”“5G+边缘计算”“装备与产线智能运维”以及“工业互联网安全”，促进相关专业人才在社会急需的工业互联网领域的定向提升。

工业互联网平台指面对制造业信息化、系统化、智能化要求，建立基于海量数据采集、汇总、计算分析的服务架构，支持生产的泛在服务、弹性供应、有效分配的制造业云服务。但是目前整个工业互联网平台市场仍处于发展初期，还需要漫长的发展才能形成稳定性强、覆盖面广的市场。开展课程指导学生工业互联网的关键技术以及实际运用是有必要的，课程包含三个部分：（1）介绍基本的Java语言编译环境等基本编译知识；（2）介绍工业互联网平台的相关基础知识；（3）教学并指导学生完成不同类型平台的基本建设。通过系统的教学及实践让学生对工业互联网相关的云计算、物联网、大数据技术有一个清晰的了解，进一步加深对工业互联网的认知。

工业互联网蓬勃发展，工业App也日渐受到重视。其中比较有代表性的是研华于2015年正式推出的WISE-PaaS工业互联网平台。建立WISE-PaaS的目的是助力物联网架构系统的整合，构建一个平台从而使上下端的产业链都能加入。开设基于Wise-PaaS工业App开发课程，将详细地阐释工业App的定义和意义、典型特征、分类及参考架构等，按技术管理、技术、协议、使能4个流程组共24个流程，对工业App的生命周期进行描述，以期学生能够依据WISE-PaaS等平台进行一定的工业App开发。

新时代背景下，数字化已然成了工业的新特征。工业大数据不仅指的是数据量大，也常作为一种“数据思维”的代名词，是在逻辑思维、实证思维及构造思维等经典思维基础上的新思维，大数据技术作为数据价值变现的关键技术，大数据分析的作用和意义得到了充分而广泛的认可。设立课程主要介绍统计学分析能力、机器学习知识及信号处理技术等，还有如何根据理论知识对工业过程中产生的数据进行总结分析并提取相关信息。

5G+边缘计算是高等工科院校中智能制造工程专业、物联网专业、人工智能专业、大数据专业交叉融合的一门服务于工业互联网的应用学科。5G+边缘计算能够极大地缓解云计算处理的压力，可以有效地消除“资源孤岛”，使得原本隔离的计算资源能够协同处理，优势互补。国内已经有高校开展相关课程，复旦大学在中国慕课上开展了“机器视觉与边缘计算应用”课程；中山大学在超算习堂网站开设“边缘计算与智能”课程。开展此类课程可以培养学生对5G+边缘计算模型进行体系论述、模型绘制、计算分析和归纳的能力，是非常有必要的。

随着信息产业的高速发展，工业发展也开始逐步实现从自动化向智能化的转型，装备与产线智能运维应运而生。产线运维从手工运维发展到流程化、系统化运维，进而到平台化、自动化运维，再到DevOps，以及目前兴起的AIOps，迭代业务逐渐庞大，架构逐渐复杂，数据量也远非以前可比。AIOps一方面可以适应愈发多样化、实时变化且难以管理的IT环境，另一方面，能够缩小用户对于应用的性能及稳定性的期望和较复杂的应用开发条件之间的差距。“装备与产线智能运维”是高等工科院校中智能制造工程管理与运维解决方案模块的一门重要课程，可以训练学生运用数学方法，优化算法解决装备与产线运维在实际生产中产生的问题，实现产线管理的自动化、智能化，为学生今后从事智能制造相关工作打下一定的基础。

在工业互联网高速发展的时代背景下，保证其安全就显得尤为重要。工业互联网安全体系从下而上可细分为设备、控制、网络、应用和数据五个层次。设立相关课程需要综合运用机械专业知识和计算机专业知识，重点训练学生利用计算机知识尤其是网络安全知识提高工业生产效率，保障工业生产安全，培养新时代精通机械和计算机的复合型人才，为学生将来的就业打下坚实基础。

南京理工大学工业互联网领域微课程，依托前沿工业互联网相关的实训基地，在高等本科院校开展工业互联网技术人才和应用创新型高水平本科人才培育。教学改革新方案所产生的课程体系总体架构完整、要素齐全，涉及从工业互联网平台到工业App开发、工业大数据分析，再到互联网安全，覆盖了在教学阶段培养定向人才所需的各种知识和技能，有望在培养工业互联网复合型人才方面发挥重要作用。