1. 引言
随着“中国制造2025”与新一代信息技术革命的深度融合，光电产业成为区域经济转型升级的核心引擎[1]。本科院校作为应用型人才培养的主阵地，其光电专业长期面临学科壁垒固化、产教协同薄弱、实践资源不足三大痛点[2]。传统“光学 + 电子”的单一课程体系难以支撑光通信芯片、量子点显示等前沿领域对跨学科整合能力的需求[3]。本研究以新工科理念为引领，结合地方产业特色，构建多学科交叉融合的光电人才培养新生态，对提升应用型高校服务区域产业能力具有迫切现实意义。
国际工程教育近二十年经历了“技术理性→能力本位→跨界整合”三次范式迁移。2000年CDIO首次将“构思–设计–实施–运行”全过程嵌入大学培养方案，强调工程过程能力[4]，但项目多局限于单一学科。2003年OBE (华盛顿协议)以“毕业要求”反向设计课程，形成“学什么–学到什么”闭环[5]，然而成果指标仍以学科为单位，跨学科整合不足。2006年STEM教育(美国NSF)倡导“科学–技术–工程–数学”融合，突出跨学科主题[6]，却多聚焦K-12阶段，高等教育成熟案例稀缺。2017年我国“新工科”建设提出“交叉、融合、协同、共享”理念，强调服务区域产业与复杂问题解决，但尚缺可复制的“中观层面”操作模型。
2. 光电专业人才培养现状
2.1. 光电产业升级与人才需求的结构性矛盾
光电信息技术是以光电子学为基础，融合应用光学、物理光学、激光技术、计算机编程、光学信息处理及光电检测技术等多种技术的综合性学科[7]。当前，我国光电产业已取得令人瞩目的发展成就，在光通信和激光领域部分技术接近国际先进水平，光显示、光存储、数字影像等领域形成较大产业规模。然而，产业的高速发展也暴露出人才供给侧的结构性矛盾：一方面，传统培养模式下的毕业生知识结构单一，解决复杂工程问题的能力不足[3]；另一方面，企业对具备多学科知识整合能力、创新实践能力和产业适应能力的高层次复合型人才需求激增[8]。这种矛盾在量子点显示、光芯片、激光制造等前沿领域尤为突出，亟需通过人才培养模式创新予以破解。
2.2. 传统教育模式的现实困境
当前光电专业教育存在多重问题，制约着人才培养质量和效率的提升。首先是学科壁垒导致知识碎片化，光电专业课程仍沿袭“理论主导、分科教学”的传统模式，光学、电子、计算机等课程各自为政，缺乏有效的跨学科整合机制，导致学生难以建立系统化的知识体系[3]。其次是产教脱节严重，实践教学内容滞后于产业发展。验证性实验占比过高，而综合性、设计性、创新性项目明显不足。传统培养方案中实践学分占比普遍不足28%，学生工程实践经验缺乏，创新创业项目实用性和产业化困难。同时，企业参与人才培养的深度不足，“双师型”教师队伍建设滞后，进一步加剧了人才培养与产业需求的错位[9]。最后是评价机制滞后，教学评价仍以实验报告和考试成绩为主要依据，忽视了对学生创新思维、团队协作和复杂问题解决能力的科学评估。这种评价导向难以激发学生的创新潜能，也无法准确反映人才培养质量。
因此，本文针对人才培养的现实困境，以新工科理念为引领，以区域光电产业发展需求为导向，系统构建了“三融合–三协同–三进阶”的光电新工科人才培养模式，该模型与工程教育典型模型的核心要素对照表如表1所示。由此可见，本文提出的“三融合–三协同–三进阶”模型在上述脉络中实现三重超越：(1) 继承CDIO项目全周期思想，但将“单学科项目”升级为“三级跨学科项目链”，使能力生长从“课程并行”变为“螺旋递进”。(2) 继承OBE成果反向设计，但把“毕业要求”细化为“阶段–评价–发展”三进阶证据链，将终结性达成度拆分为可即时反馈的过程性指标。(3) 继承STEM跨学科愿景，但以“学科–产教–科教三协同”平台支撑，把跨学科从“课堂活动”升级为“组织机制”，解决师资、设备、案例持续更新难题。因此，该模式并非对既有理论的简单叠加，而是面向地方应用型高校资源约束情境的“中型理论”创新，既保持学术抽象度，又提供可移植的操作系统，填补了“宏观政策–微观课堂”之间的中观空缺。
Table 1. Comparison table of core elements between the “three integrations-three synergies-three progressions” model and typical models of engineering education
表1. “三融合–三协同–三进阶”模型与工程教育典型模型的核心要素对照表
维度 |
CDIO |
OBE |
STEM |
新工科政策语境 |
“三融合–三协同–三进阶” |
知识观 |
学科系统化 |
成果导向模块化 |
跨学科主题式 |
交叉复合 |
“三横三纵”模块化 + 项目情境化 |
能力观 |
工程过程能力 |
毕业要求达成度 |
4C能力 |
解决复杂问题 |
项目链驱动的“三级项目”能力螺旋 |
实施平台 |
大学–企业项目 |
课程–评价闭环 |
中小学–大学贯通 |
产教融合协同
育人 |
学科–产教–科教“三协同”平台 |
价值导向 |
工程师职业素养 |
学习者中心 |
社会公平与多样性 |
产业使命 + 家国情怀 |
创新–责任–可持续“三融合”价值矩阵 |
评价逻辑 |
过程性 + 终结性 |
达成度证据 |
表现性评价 |
多元多维 |
阶段–评价–发展“三进阶”证据链 |
3. 多学科交叉融合培养模式构建路径
3.1. “三融合”重塑人才培养的知识与能力内核
“三融合”是模式的核心，旨在打破传统学科壁垒，解决知识体系碎片化问题，为学生奠定跨学科创新的坚实基础。首先是知识融合，构建“模块化、交叉性”的课程体系。彻底改变“光学 + 电子”的线性课程结构，构建“三横三纵”课程体系。如图1所示。“三横”强调知识的广度与深度递进，即基础融合、核心交叉、前沿拓新；“三纵”强调能力贯穿，即项目驱动、数字化能力、产业实践。例如，开设《光电综合课设》等交叉课程，将光学设计、电路仿真、编程控制、机械结构等多学科知识融入一个具体项目中进行教学。实现从“教零散知识”向“教系统思维”转变，使学生形成“光–机–电–算–材”一体化的知识网络。与CDIO的学科系统化相比，本研究以三横三纵模块化课程打破学科藩篱，回应了STEM教育在大学阶段“跨学科如何落地”的长期难题。
Figure 1. The new “three horizontal and three vertical” modular course system
图1. “三横三纵”模块化课程新体系
其次是能力融合，拖行“项目式、探究式”的教学模式。将项目式学习(PBL)贯穿人才培养全过程。设计由浅入深的三级项目体系：一级项目(基础认知，如光控小车)用于验证和融合多门基础课知识；二级项目(系统设计，如机器视觉检测平台)覆盖多门专业核心课；三级项目(综合创新，如毕业设计、科创竞赛)直面产业真实问题或前沿科学问题。这样在解决复杂工程问题的实践中，同步训练学生的技术整合能力、团队协作能力、创新思维和项目管理能力，实现知识向能力的有效转化。
最后是价值融合，深化“创新型、责任感”的素养培育。将创新创业教育和工程伦理教育深度融入专业课程。在项目实践中引导学生关注技术的社会价值、环保影响(如契合“双碳”战略)和商业可行性。邀请企业专家讲述产业伦理案例，鼓励学生基于科研成果尝试创新创业，以培养学生具备工匠精神、创新意识、社会责任感和可持续发展的价值观，实现知识、能力、素养的有机统一。
3.2. “三协同”打造开放共享的育人生态与平台
“三协同”是模式的保障，旨在汇聚校内外优质资源，破解产教脱节、实践平台不足的难题，如图2所示。针对OBE模型中企业参与深度不足导致的闭环断裂[8]，本研究以“学科–产教–科教三协同”平台将企业真实技术难题转化为三级项目源，使毕业要求达成度在真实工程情境中被持续验证与修正。
Figure 2. The “Three Synergies” model
图2. “三协同”模式
首先是学科协同，打破校内组织壁垒。建立跨学科教学团队和共享实验平台。由光电、机械、计算机、材料等不同学科背景的教师共同组建课程组，共同授课、共同指导毕业设计。整合实验室资源，建立面向全校开放的“多学科交叉光电创新实践平台”，实现校内资源最优配置，为“知识融合”提供组织和资源保障。
紧接着是产教协同，打通人才培养与产业需求的“最后一公里”。与区域龙头光电企业深度合作，共建实习实训基地。实施“双导师制”，企业工程师深度参与课程设计、项目指导、毕业答辩。将企业真实项目、技术难题作为学生的课程设计、毕业设计课题。这样可以确保教学内容与产业技术发展同步，让学生在校期间即积累工程实践经验，实现“毕业即上岗，上岗即上手”。
最后是科教协同，以前沿科研反哺一线教学。推动“科研反哺教学”。将教师的科研成果转化为教学案例、综合性实验项目和前沿讲座内容。实施“本科生进实验室”计划，鼓励学生低年级进入科研团队，参与前沿课题研究。目的在于培养学生的科研兴趣和创新思维，使最新科研成果及时转化为人才培养的优质资源，提升人才培养的高阶性和挑战度。
3.3. “三进阶”：设计循序渐进的成长阶梯与评价体系
“三进阶”是模式的实施路径，旨在遵循人才成长规律，实现个性化、递进式的能力培养。借鉴OBE证据链思想，但将终结性达成度拆解为阶段–评价–发展三进阶，通过项目过程记录、现场答辩、专利/论文多元证据，形成面向复杂问题解决能力的形成性–终结性混合评价框架，弥补CDIO评价过度依赖教师主观判断的局限。
首先是阶段进阶，明确“基础→综合→创新”的阶段性目标。基础认知阶段(大一、二)，目标是通过通识教育和学科基础融合课程，夯实数理基础，建立专业宏观认知，通过一级项目激发兴趣。综合设计阶段(大二、三)，目标是系统掌握专业核心交叉知识，通过二级项目强化综合设计和系统集成能力。创新实践阶段(大三、四)，目标是面向个性化发展，通过三级项目、毕业设计、企业实习和科研训练，形成特定领域的专长和创新能力。
其次是评价进阶，建立“多元化、过程性”的评价机制。改革“一考定乾坤”的评价方式。对基础理论课，保留笔试但增加项目报告、课堂研讨等过程考核权重；对项目课程、实践环节，采用成果导向评价，依据项目报告、设计成品、演示答辩、专利/论文、竞赛获奖等进行综合评定。最终科学评估学生的创新、协作、实践等综合能力，形成以能力达成为核心的评价导向。
最后是发展进阶，支持“多元化、个性化”的成长路径。在高年级设置“科研创新”“工程应用”“创业管理”等不同方向的课程模块，学生可根据自身兴趣和职业规划自由选择。尊重学生个体差异，实现从“标准件”培养向“个性化”培养的转变，赋能学生多元成长。
在该培养模式中，“三融合”是重塑后的培养内容与方法，回答了“教什么、怎么教”的问题；“三协同”是优化后的资源与环境，回答了“靠什么支撑”的问题；“三进阶”是规划好的成长路径与阶梯，回答了“如何循序渐进”的问题。三者环环相扣，共同构成一个支撑应用型、复合型、创新型光电人才培养的完整范式。该模式具有较强的系统性和可复制性，可为地方应用型高校光电专业的改革提供理论参考和实践指南。
4. 实践案例与成效分析，以地方二本院校光电信息科学与技术专业为例
为验证“三融合–三协同–三进阶”人才培养模式的有效性，本研究自2022年起，在光电信息科学与工程专业进行了为期3年的教学改革实践。本文将结合具体实施案例，从实施路径、成效数据及反思三个方面，系统分析该模式的应用效果。
4.1. 模式的具体实施路径与措施
4.1.1. 以“三融合”为导向的课程与教学改革
课程与教学改革是“三融合”理念落地的基础。我们以《光电综合课程设计》这门核心交叉课程为例，系统阐述改革的具体路径。该课程定位为一门高度集成、面向系统的顶点课程，开设在大三下学期，旨在对学生前期所学的光学、电子、机械、计算机等知识进行跨学科整合与升华。通过小组形式，完整经历从需求出发、方案设计、实施调试到成果展示的全流程。课程内容打破单一教材限制，围绕红外报警器、精密测量系统等，分为光学设计、光电检测、结构设计与仿真、图像处理与算法四个模块，分别由不同学科背景教师负责。授课教师共同制定大纲、共同备课、轮流或同堂授课。课程负责人负责总体协调，确保模块间无缝衔接。学生以3~5人小组为单位，从课程开始领取项目任务书，将所学的理论知识融入项目的开展中，即“为用而学，学以致用”。最后采用过程化、多元化评价体系，小组项目最终成果占40%，阶段性设计报告占30%，团队协作与个人答辩占30%，彻底改变了期末一考定成绩的模式。
通过该课程的学习，学生不再是孤立地学习光学、机械或编程，而是被迫站在“系统工程师”的角度，思考如何让这些技术协同工作以达成最终目标。这完美体现了“知识融合”(多学科知识在项目中交叉应用)、“能力融合”(系统设计、项目管理、团队协作能力同步提升)和“价值融合”(在解决实际工程问题中培养工匠精神和创新意识)的深层内涵。该课程的成功实施，为其他交叉课程的建设提供了可复制的范本。
除了《光电综合课设》外，本专业还在《激光原理与技术》《传感器原理与技术》等课程中强化了基础知识与先进技术的结合，初步构建起了一个多层次、跨学科的专业课程群，全面支持“三融合”目标的实现。
4.1.2. 以“三协同”为引擎的资源与平台建设
“三协同”是打破人才培养壁垒、汇聚优质资源的关键引擎。首先是学科协同，打造壁垒，共建共享创新平台。本专业通过体制机制创新，着力构建开放共享的育人生态。为切实支撑多学科交叉教学，学院整合相关学科的优质实验资源，成立了“光电创新实践平台”。平台集中配置了包括但不限于：高精度3D打印机、六轴工业机器人、精密光学隔振平台、光谱分析仪、高速摄像机、COMSOL多物理场仿真软件等先进设备与工具，面向相关专业师生开放预约使用。其次是产教协同，深度耦合，共育产业急需人才。本专业与区域光电企业建立了深度的战略合作。企业专家参与专业建设，共同审议人才培养方案，确保课程内容与产业技术发展同步。同时，企业专家也会嵌入到教学环节，如在《激光技术及应用》课程中，企业导师负责讲授“工业激光器市场与前沿应用”和“激光设备维护与标准”等实战章节，深受学生欢迎。最后科教协同，推动科研资源向教学资源转化，培养创新型人才。鼓励“本科生进实验室”计划成效显著。近两年，已有超过30人的高年级学生长期参与教师科研项目。在此过程中，学生不仅提升了实践能力，更取得了实质性的创新成果，在《Advanced Materials》《Applied Optics》等SCI期刊发表论文共计十余篇。这些经历极大地激发了学生的科研兴趣和创新自信，为后续深造或从事研发工作奠定了坚实基础。
4.1.3. 以“三进阶”为路径的管理与评价改革
本专业依托制度化与文档化实现精细化的过程管理。管理核心是确保每位学生顺利起步，为所有的一级项目(基础认知)制定合理的《项目任务书》和《结题报告模板》。指导老师通过任务书明确项目目标与基础要求，学生以小组形式完成项目后，提交书面结题报告，重点培养学生最基本的项目完成与文档撰写能力。为强化项目的过程训练，我们引入了项目过程记录，要求学生以小组为单位，详细记录设计方案的选择与迭代、调试过程中遇到的问题及解决方案、团队记录纪要等。指导教师定期抽查，及时了解项目进展，进行针对性指导。这一过程有效培养了学生的工程思维、项目管理习惯和团队协作精神。最后，对于毕业设计、一些高级别的项目，严格执行开题、中期、结题三次答辩评审，由3~5名教师进行现场评议。所有资料均进行存档保管。
总而言之，这套以标准化文档为载体、以阶段性评审为节点的线下管理体系，结构清晰、操作性强，同样实现了从入门引导、过程监督到成果评估的闭环管理，有力支撑了学生能力的递进式培养。
4.2. 实施成效的数据化分析
4.2.1. 学生成长质量：从“知识接收者”到“创新实践者”的转变
改革的核心目标是学生综合能力的提升，通过三年实践，人才培养质量实现显著飞跃。首先是创新实践能力量化跃升，改革前后各种竞赛参与率由不到15%增加到45%，这表明项目式学习和跨学科训练有效激发了学生的创新热情，并提升了解决复杂问题的竞争力。学生发表论文数量也从原先的每年1~2篇增加到现在的每年约10篇，这表明“本科生进实验室”计划和三级项目体系，将学生早期卷入科研与真实项目，实现了创新成果的规模化产出。毕业设计企业课题也呈逐年上升趋势，产教协同机制将产业真实问题引入人才培养末端，毕业设计成果直接服务于合作企业，体现了人才培养与产业需求的紧密对接。
基于此，近两届毕业生一次性就业率稳定在95%以上，专业对口率从70%多攀升至90%，毕业生不仅广泛就业于华星光电、英诺激光等企业，更因其“厚基础、强交叉”的特质，在智能驾驶、生物医疗影像等新兴交叉领域展现出独特竞争力。考研学生中，被重点院校录取的比例也得到了提升。多名学生在复试中反馈，其丰富的项目经历和系统性的跨学科知识结构成为核心竞争优势，受到导师青睐。
4.2.2. 专业建设与声誉：从“单一专业”到“交叉枢纽”的升级
改革效应同时反哺于专业与教师自身发展，形成了良性循环。“双师型”教师比例从30%提升至65%。教学团队获批省部级教改项目3项，发表高水平教改论文10篇。更重要的是，通过指导跨学科项目和校企合作，教师科研方向更具应用导向，实现了“教学相长、产研互促”。专业生源质量显著改善，第一志愿报考率呈逐年上升趋势。合作企业在满意度调查中普遍评价学生“工程素养好，跨界思维强，上岗适应期短”，满意度达96%。
4.3. 深层反思与可持续改进战略
在取得显著成效的同时，我们也清醒地认识到改革进入“深水区”后面临的挑战，亟待机制创新予以突破。例如，产教融合的“共生关系”构建难题。目前的合作仍以岗位、课题为主，对企业发展的直接贡献度有待提高，导致企业参与深度可能随政策或人员变动而波动。因此，以后应从“育人共同体”升级为“创新共同体”。积极与企业共建“联合研发中心”或“技术转移分中心”，将企业的技术难题作为联合攻关课题，使高校的智力资源直接赋能企业研发。同时，探索“知识产权共担、收益共享”机制，使合作从“感情维系”转向“利益共生”，确保其可持续性。另外，就是教学资源的“动态更新”难题。光电技术迭代迅速，跨学科平台设备投入大、更新快，单纯依靠学校拨款压力巨大，且难以跟上技术发展步伐。因此要积极探索“开放共享、自我造血”的资源建设模式。一方面，积极申报教学科研平台项目；另一方面，推动平台在满足教学之余，面向社会和企业提供检测、培训、技术开发等有偿服务，并将部分收益反哺于设备更新维护，形成良性循环，确保教学资源的前沿性与活力。
5. 结论
三年改革实践表明，“三融合–三协同–三进阶”模型显著提升了学生竞赛获奖率(45% vs 15%)、企业课题占比(68%)、一次就业率(95%)，实现了地方本科院校资源受限条件下的高质量光电人才培养，验证了模型的有效性。理论层面，本文提出并固化了一整套可移植的“中型理论”：首先在CDIO/OBE/STEM与新工科政策之间构建兼具学术抽象与操作移植度的“三融合–三协同–三进阶”整体模型；其次识别并验证“项目链–证据链–价值链”三链同构机制，为同类高校提供可复用范式；最后将伦理与可持续从“附加目标”转化为“融合维度”，拓展了经典工程教育模型对社会责任的关注边界。
未来，我们将开展多校、多专业准实验，检验模型在不同产业情境下的适配度；基于学习分析技术开发“三进阶”动态证据系统，实现项目数据自动采集–实时预警–即时干预；与CDIO、ABET认证机构合作，探索与国际认证框架对接路径，提升模型国际可见度与引用率，持续为新工科建设贡献可复制、可推广的“中国方案”。
基金项目
湖北汽车工业学院教学研究与改革项目(项目编号：JY2024053)。
NOTES
*通讯作者。