工程訓(xùn)練中的頂峰體驗(yàn)課程探索

梁志芳，初 曉，楊興華，李 睿，高建興，梁迎春

（清華大學(xué) 基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084）

20世紀(jì)80年代，美國(guó)本科教育改革中出現(xiàn)了一種新 型 課 程——頂 峰 體 驗(yàn) 課 （capstone experience course），培養(yǎng)學(xué)生整合知識(shí)、連接社會(huì)、提高綜合素質(zhì)和能力。這種類(lèi)型的課程得到了歐美等國(guó)高校、學(xué)生和用人單位的普遍歡迎，在高等教育改革中產(chǎn)生了重大影響［1-4］。頂峰體驗(yàn)不僅作為一種創(chuàng)新的教學(xué)方法，而且作為學(xué)生必要的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，已被越來(lái)越多的大學(xué)所接受。

為了在工程訓(xùn)練中引入頂峰體驗(yàn)課程，本文分析了頂峰體驗(yàn)課程的特點(diǎn)，對(duì)工程訓(xùn)練教學(xué)重新設(shè)計(jì)，并在清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心本科生的工程訓(xùn)練課程中進(jìn)行實(shí)踐。

1 頂峰體驗(yàn)課程

頂峰體驗(yàn)（capstone experience）是由美國(guó)著名心理學(xué)家馬斯洛（Abraham Harold Maslow）在1943年發(fā)表的《人類(lèi)動(dòng)機(jī)的理論》（A Theory of Human Motivation Psychological Review）一書(shū)中提出的，屬于自我實(shí)現(xiàn)需求（self-actualization needs）層次。頂峰體驗(yàn)的3個(gè)維度是積極情緒、舒適感和成就感，強(qiáng)調(diào)人的主觀情緒感受對(duì)個(gè)體行動(dòng)產(chǎn)生的促進(jìn)作用，即個(gè)人能力的高度提升和自我力量的高度肯定［5-6］。

1998年，美國(guó)博耶研究型大學(xué)本科生教育委員會(huì)發(fā)表了題為《重建本科生教育：美國(guó)研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》的研究報(bào)告［7］，提出大學(xué)培養(yǎng)的應(yīng)該是富有探索精神并渴望解決問(wèn)題，擁有代表其清晰思維和熟練掌握語(yǔ)言的交流技巧，擁有豐富的多樣化的經(jīng)驗(yàn)的人才。報(bào)告針對(duì)美國(guó)研究型大學(xué)本科教育問(wèn)題提出的第七項(xiàng)改革意見(jiàn)就是設(shè)置頂峰體驗(yàn)課程。

頂峰體驗(yàn)課程是一類(lèi)課程的總稱(chēng)，這類(lèi)課程的共同目標(biāo)就是讓本科生獲得頂峰體驗(yàn)。頂峰體驗(yàn)課程通過(guò)研究具有一定難度和深度的項(xiàng)目，把本科教育中相對(duì)零散的知識(shí)整合起來(lái)，使本科學(xué)習(xí)上升到一個(gè)新的高度，從而提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力［8］。

分析美國(guó)密歇根州立大學(xué)的兩門(mén)頂峰體驗(yàn)課“CSE498”和“ECE480”［9-10］，可以得到該課程的如下標(biāo)志特征。

（1）在教學(xué)目的上，頂峰體驗(yàn)課程著重培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)能力，以及溝通表達(dá)、書(shū)面寫(xiě)作和批判性思維等非專(zhuān)業(yè)一般能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

（2）在課程教學(xué)理念上，頂峰體驗(yàn)課程采用美國(guó)著名教育學(xué)家、實(shí)用主義哲學(xué)的創(chuàng)始人杜威提出的“做中學(xué)”教學(xué)理念，通過(guò)做事，使學(xué)生自然而然地學(xué)到知識(shí)，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的和課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。

（3）在課程教學(xué)內(nèi)容上，頂峰體驗(yàn)課程采用普遍流行的CDIO理念，課程包含構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行的所有環(huán)節(jié)，體現(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程。

（4）在課程教學(xué)方法上，頂峰體驗(yàn)課程采用基于項(xiàng)目的教學(xué)方法，采用來(lái)源于企業(yè)的跨學(xué)科項(xiàng)目，真實(shí)的課題能夠讓學(xué)生理解項(xiàng)目的社會(huì)背景和需求，并將所學(xué)到的知識(shí)和先進(jìn)技術(shù)用于實(shí)際問(wèn)題的解決?？鐚W(xué)科綜合性課程可以加強(qiáng)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)之間的相互交叉和滲透，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的整合和知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化?？鐚W(xué)科教育可以使學(xué)生用不同的思維方式思考某一特定問(wèn)題，擴(kuò)展學(xué)生視野，有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

（5）在課程組織上，以學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作為主。在團(tuán)隊(duì)合作方式的學(xué)習(xí)中，學(xué)生必須學(xué)會(huì)從別人那里汲取力量，通過(guò)相互幫助來(lái)彌補(bǔ)自己的薄弱環(huán)節(jié)，以便完成各自負(fù)責(zé)的任務(wù)。

2 工程訓(xùn)練中的頂峰體驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

我國(guó)高校工程訓(xùn)練課程起源于傳統(tǒng)的工科機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的金工實(shí)習(xí)，是隨著我國(guó)高等工程教育改革發(fā)展起來(lái)的新型工程實(shí)踐教學(xué)模式，已發(fā)展成為本科生培養(yǎng)過(guò)程中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，工程訓(xùn)練和金工實(shí)習(xí)二者之間存在著天然的密切聯(lián)系。清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心是清華大學(xué)本科生工程訓(xùn)練基地，所承擔(dān)的工程訓(xùn)練課程的教學(xué)目標(biāo)是向?qū)W生傳授工藝知識(shí)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力，提高綜合素質(zhì)（包括工程素質(zhì)），培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。從2012年秋季學(xué)期以來(lái)，清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心在工程訓(xùn)練課程中，對(duì)金工課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，將頂峰體驗(yàn)引入金工實(shí)習(xí)和制造工程體驗(yàn)等課程。

2.1 工程訓(xùn)練課程采用“8＋X”結(jié)構(gòu)

工程訓(xùn)練課程有明確的教學(xué)目標(biāo)，需要向?qū)W生傳授工藝知識(shí)，同時(shí)為引入頂峰體驗(yàn)而增加了復(fù)雜項(xiàng)目訓(xùn)練環(huán)節(jié)。因此，將課程設(shè)計(jì)成兩段式結(jié)構(gòu)：第一段是基本工藝訓(xùn)練，共8天；第二段是復(fù)雜項(xiàng)目訓(xùn)練，除了課內(nèi)時(shí)間外，還需要課外時(shí)間才能完成，因此用時(shí)為X天。

在基本工藝訓(xùn)練階段，學(xué)生需要學(xué)習(xí)車(chē)、鉗、銑、焊接、鈑金、鑄造等生產(chǎn)工藝知識(shí)和操作技能；在復(fù)雜項(xiàng)目訓(xùn)練階段，學(xué)生利用前一階段所學(xué)工藝知識(shí)，完成一個(gè)具有特定功能的復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2 采用項(xiàng)目導(dǎo)引的教學(xué)方法

基于項(xiàng)目的教學(xué)方法和CDIO教學(xué)理念是頂峰體驗(yàn)課程的重要特征［11］。將項(xiàng)目導(dǎo)引教學(xué)方法貫穿在工程訓(xùn)練課程的每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，體現(xiàn)CDIO的各個(gè)階段。

在基本工藝訓(xùn)練階段各個(gè)工種訓(xùn)練中，采用簡(jiǎn)單項(xiàng)目引導(dǎo)的教學(xué)方法，這些項(xiàng)目?jī)H僅用到單一工種即可完成，因此屬于簡(jiǎn)單項(xiàng)目。如鉗工采用小錘、車(chē)工訓(xùn)練中采用小錘柄、銑工采用塔、焊接采用方盒等簡(jiǎn)單訓(xùn)練項(xiàng)目。在每個(gè)工種的項(xiàng)目訓(xùn)練中，學(xué)生都要經(jīng)過(guò)CDIO的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行等4個(gè)階段。

在復(fù)雜項(xiàng)目訓(xùn)練階段，采用機(jī)器人、3D打印機(jī)等復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)項(xiàng)目。在訓(xùn)練過(guò)程中，學(xué)生也需要經(jīng)過(guò)CDIO的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行等4個(gè)階段，最終完成整個(gè)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)。

2.3 采用多學(xué)科交叉的復(fù)雜教學(xué)項(xiàng)目

項(xiàng)目難度和知識(shí)廣度是頂峰體驗(yàn)課程的重要特征。只有讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中感受到壓力，才能使他們有頂峰體驗(yàn)的心理過(guò)程。在工程訓(xùn)練課程探索中，采用包含機(jī)械、電子、測(cè)量、控制、管理、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉的綜合性復(fù)雜項(xiàng)目，體現(xiàn)項(xiàng)目的難度和應(yīng)用知識(shí)的廣度，不但能促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的整合和知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，還能擴(kuò)展學(xué)生視野，使學(xué)生用不同的思維方式思考問(wèn)題，激發(fā)更大的創(chuàng)造性。

2.4 采用“做中學(xué)”的教學(xué)理念

清華大學(xué)本科生工程訓(xùn)練課程安排在一年級(jí)和二年級(jí)，這個(gè)階段的學(xué)生還沒(méi)有接觸或很少接觸專(zhuān)業(yè)課程。在工程訓(xùn)練中采用多學(xué)科交叉的復(fù)雜項(xiàng)目，需要學(xué)生在完成項(xiàng)目過(guò)程中學(xué)習(xí)所涉及的各學(xué)科知識(shí)，如機(jī)械、電子、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)軟件（C語(yǔ)言、Android開(kāi)發(fā)）等學(xué)科。在每一個(gè)學(xué)科中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)原理、設(shè)計(jì)、工藝等方面的知識(shí)。在工程訓(xùn)練課程探索中，學(xué)生完成復(fù)雜項(xiàng)目需要的所有知識(shí)都通過(guò)導(dǎo)引式課程，讓學(xué)生在“做中學(xué)”。

2.5 采用學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作形式組織教學(xué)

團(tuán)隊(duì)合作完成學(xué)習(xí)是頂峰體驗(yàn)課程的另一個(gè)特征［12］。在工程訓(xùn)練課程探索中，采用學(xué)生團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的方式完成復(fù)雜項(xiàng)目。每6個(gè)學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，推選一名隊(duì)長(zhǎng)。每一個(gè)團(tuán)隊(duì)配置1～2名指導(dǎo)教師，課程中稱(chēng)為教練，引導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)過(guò)程?；A(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心還建有團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練室，作為學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的空間支持。

2.6 采用體現(xiàn)工程文化的賽-課結(jié)合的形式

在工程訓(xùn)練課程中，學(xué)生團(tuán)隊(duì)通過(guò)完成宣傳畫(huà)、宣傳視頻等活動(dòng)建設(shè)團(tuán)隊(duì)文化，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)凝聚力。在完成項(xiàng)目過(guò)程中，學(xué)生理解工程項(xiàng)目解決方案的非唯一性、藝術(shù)性等工程文化。

工程訓(xùn)練課程采用賽-課結(jié)合的形式，學(xué)生通過(guò)競(jìng)賽完成課程學(xué)習(xí)和總結(jié)。學(xué)生團(tuán)隊(duì)除了提交完成的機(jī)電系統(tǒng)作品用于競(jìng)賽外，還須提交項(xiàng)目開(kāi)發(fā)報(bào)告、項(xiàng)目管理報(bào)告、項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告等文檔資料。通過(guò)報(bào)告的撰寫(xiě)，訓(xùn)練學(xué)生分析、總結(jié)問(wèn)題的能力和應(yīng)用文寫(xiě)作能力。設(shè)置競(jìng)賽之后的答辯環(huán)節(jié)，要求學(xué)生借助PPT宣講項(xiàng)目，并回答專(zhuān)家評(píng)委的提問(wèn)，以此鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。

3 頂峰體驗(yàn)課程中學(xué)生的心理過(guò)程

我國(guó)近代著名學(xué)者王國(guó)維在《人間詞話(huà)》說(shuō)：“古今之成大事業(yè)、大學(xué)問(wèn)者，必經(jīng)過(guò)三種之境界：‘昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)。獨(dú)上高樓，望盡天涯路?！说谝痪骋?。‘衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴?！说诙骋??！娎飳にО俣?，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處。’此第三境也。”這三種境界也正是對(duì)工程訓(xùn)練中頂峰體驗(yàn)課程的恰當(dāng)描述。

學(xué)生普遍習(xí)慣于灌輸式的教學(xué)，不習(xí)慣主動(dòng)的學(xué)習(xí)模式。當(dāng)學(xué)生接到復(fù)雜項(xiàng)目時(shí)，普遍感到茫然，不知所措。因此學(xué)生必須站得高、看得遠(yuǎn)，選定自己的奮斗目標(biāo)，這是王國(guó)維描述的第一境界。

在教練引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析、思考項(xiàng)目以后，通過(guò)頭腦風(fēng)暴等活動(dòng)逐漸有了自己團(tuán)隊(duì)的思路，通過(guò)繪制思維導(dǎo)圖完成了CDIO的構(gòu)思階段。這是進(jìn)入王國(guó)維描述的第二境界的開(kāi)始。之后，學(xué)生開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并繪制零件和裝配體設(shè)計(jì)圖，完成了CDIO的設(shè)計(jì)階段。然后，學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙完成零件加工，完成CDIO的實(shí)施階段。此時(shí)學(xué)生的情緒會(huì)很高，也是最高興的時(shí)候。但是，當(dāng)將所有加工的零件進(jìn)行組裝調(diào)試時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)因?yàn)槌叽绾凸羁紤]不足，造成零件不能裝配。這時(shí)候?qū)W生的情緒跌入低谷，感覺(jué)到的壓力非常大。然后學(xué)生會(huì)在教練的引導(dǎo)下分析每一個(gè)問(wèn)題并尋找解決方案，解決一個(gè)個(gè)難題，完成機(jī)構(gòu)的裝配。根據(jù)競(jìng)賽任務(wù)進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程也是非常艱苦的過(guò)程，學(xué)生依然有非常多的壓力。

當(dāng)一切難題都解決了之后，學(xué)生能體會(huì)到王國(guó)維描述的第三境界，這時(shí)學(xué)生的心理感受就會(huì)達(dá)到頂峰體驗(yàn)的程度，表現(xiàn)為激動(dòng)、興奮、震撼、感動(dòng)、高興等積極情緒；爽、放松、疲憊感消失、自我意識(shí)喪失、放下思想包袱等舒適感；實(shí)現(xiàn)、驕傲、自豪、成功等成就感。成就感是超越性自我實(shí)現(xiàn)者感悟到利他（個(gè)人、團(tuán)體和社會(huì)）性成就的必然反映，是頂峰體驗(yàn)的標(biāo)志性維度。

4 教學(xué)結(jié)果分析

能否在完成工程訓(xùn)練課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上引入頂峰體驗(yàn)課程，是清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心近兩年教學(xué)研究的內(nèi)容。從2012年秋季學(xué)期至今，已有210余名學(xué)生參加了工程訓(xùn)練課程新模式的學(xué)習(xí)。

筆者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐認(rèn)識(shí)到，在工程訓(xùn)練課程中引入頂峰體驗(yàn)，可以在傳授給學(xué)生工藝知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程技能、塑造學(xué)生的價(jià)值觀，激發(fā)學(xué)生探求知識(shí)、探索真理的內(nèi)在動(dòng)力，使學(xué)生不僅在知識(shí)、能力的層面，而且在精神、思想的層面有所追求、有所提高。從教學(xué)結(jié)果可以看出：

（1）將頂峰體驗(yàn)引入工程訓(xùn)練課程，學(xué)生可以接受并能獲得好的學(xué)習(xí)效果，說(shuō)明將頂峰體驗(yàn)引入工程訓(xùn)練課程是適宜的；

（2）在新的工程訓(xùn)練模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，能夠主動(dòng)探索知識(shí)，解決問(wèn)題的技能得到提高；

（3）在新的工程訓(xùn)練模式下，學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、交流溝通能力等非專(zhuān)業(yè)素質(zhì)也得到增強(qiáng)。

在教學(xué)實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)：新的工程訓(xùn)練模式仍有待于進(jìn)一步研究，例如學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)，對(duì)團(tuán)隊(duì)內(nèi)單個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)難以公正。與傳統(tǒng)實(shí)習(xí)相比，在新的教學(xué)模式下教師需要投入的工作量增大很多，需要更加科學(xué)地安排師資力量。

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