從專業(yè)認證角度談工科課程三級項目設(shè)計

胡正平+許成謙+李英偉+李剛

[摘要]工科教學(xué)中三級項目的設(shè)計不僅實現(xiàn)學(xué)生從書本知識向解決實際問題的轉(zhuǎn)變，更是學(xué)生提高解決復(fù)雜工程問題能力的重要途徑，通過三級項目教學(xué)過程中的查閱資料、分析問題、設(shè)計方案、討論、動手實驗、報告，有助于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐的能力。從專業(yè)認證中畢業(yè)要求能力達成度角度討論三級項目教學(xué)的必要性，充分調(diào)動教師和學(xué)生參與課程改革的積極性，實現(xiàn)三級項目的有效管理，逐步提高學(xué)生解決系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的能力。

[關(guān)鍵詞]專業(yè)認證； 畢業(yè)要求；三級項目；復(fù)雜工程； 團隊協(xié)作

[中圖分類號]G642.40[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2017）01009604

0引言

專業(yè)認證核心是以學(xué)生的培養(yǎng)為中心，所有教學(xué)環(huán)節(jié)體現(xiàn)出強烈的出口導(dǎo)向思路，目的是引導(dǎo)全世界專業(yè)教育教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。它要求所在專業(yè)首先需要根據(jù)自身辦學(xué)定位，制訂出本專業(yè)具體的畢業(yè)生要求，并將這些畢業(yè)要求（知識、能力、素質(zhì)）通過分解指標點落實到各門課程與各個培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，最終以全體畢業(yè)生的產(chǎn)出結(jié)果來證明教學(xué)是否達到專業(yè)原來預(yù)設(shè)的培養(yǎng)目標。這樣的評價準則，一方面聚焦于學(xué)生，更重要的是聚焦于畢業(yè)生的培養(yǎng)結(jié)果，要求所在專業(yè)的相關(guān)教學(xué)活動都能為畢業(yè)生的產(chǎn)出（outcome based education，簡稱OBE）服務(wù)。顯而易見，這是教育評估以及專業(yè)認證的思想上的一個巨大轉(zhuǎn)變：從過去重視投入向現(xiàn)在重視產(chǎn)出的轉(zhuǎn)變；從只關(guān)注名師與拔尖學(xué)生的精英教育與研究成果向全體畢業(yè)生的整體產(chǎn)出結(jié)果轉(zhuǎn)變。具體包括：專業(yè)必須具有明確的培養(yǎng)目標、公開的畢業(yè)要求，推行能力導(dǎo)向的教育，倡導(dǎo)通過提高教育的針對性來提高教育質(zhì)量和效率，達到提高學(xué)生能力之目的。專業(yè)認證特別強調(diào)體現(xiàn)以學(xué)生（全體合格畢業(yè)生）為本的追求，重點關(guān)注學(xué)生“學(xué)會”，把過去關(guān)注“教”落實到目前支持更好的“學(xué)”上[1]。筆者認為：這樣的教與學(xué)觀念上的巨大轉(zhuǎn)變?nèi)绻荒荏w現(xiàn)在課程改革上面，將永遠只是形似，而不會是神似。

2015版專業(yè)認證特別強調(diào)：本科工程教育的教學(xué)過程需要面向“復(fù)雜工程問題”[2]。這是目前世界工程教育中的“短板”，但培養(yǎng)復(fù)雜工程問題的能力不能一蹴而就，需要逐步鍛煉和提高。而三級項目是在本科期間的課程教學(xué)中設(shè)置的項目式教學(xué)環(huán)節(jié)，它以項目研發(fā)設(shè)計、實驗、生產(chǎn)為目標，實現(xiàn)學(xué)生以主動、實踐、運用知識、加強課程之間有機聯(lián)系的方式來學(xué)習(xí)解決工程項目問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力?；诖?，2014年度筆者單位開展三級項目課程改革計劃，增設(shè)以項目為主線的三級項目課程環(huán)節(jié)。教師根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計不同項目，以3～5人的小組為單位為學(xué)生分配項目課題，學(xué)生小組成員共同構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作項目，最終進行小組匯報驗收，根據(jù)學(xué)生以及小組整體表現(xiàn)給出考核結(jié)果。通過本科期間課程三級項目訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力，這是解決復(fù)雜工程問題的核心基礎(chǔ)，并為學(xué)生進入二級項目、畢業(yè)設(shè)計、最終走上工作崗位打下基礎(chǔ)。因此，只有充分調(diào)動指導(dǎo)教師和學(xué)生的參與積極性，通過對三級項目的各個環(huán)節(jié)進行高效管理和設(shè)計，才能逐步提高學(xué)生解決系統(tǒng)復(fù)雜問題的能力[1]。

通過課程三級項目的開展，學(xué)生可以對在校期間所學(xué)課程的基本原理、基本知識和基本技能進行梳理，通過深入進行工程原理分析建立合適的抽象模型[2]。工科專業(yè)畢業(yè)生大多從事解決實際工程問題的工作，充分梳理書本所學(xué)原理、理論、方法，將復(fù)雜多因素的現(xiàn)實工程問題合理簡化為具備數(shù)學(xué)模型的科學(xué)問題，這不但可以通過三級項目學(xué)習(xí)到利用課程知識解決工程問題的基本流程和方法，而且也有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和學(xué)術(shù)交流能力。

1專業(yè)認證中的畢業(yè)要求

1.1復(fù)雜工程問題

工程教育認證中，畢業(yè)要求簡單地說就是對學(xué)生畢業(yè)時該掌握的知識目標和能力目標的描述，如包括學(xué)生通過本專業(yè)學(xué)習(xí)所掌握的知識、技能和素養(yǎng)。2015年工程認證專門提出復(fù)雜問題的描述，必須具備下述特征（1），同時具備特征（2）～（7）中的部分或全部[3]：（1）必須運用深入的工程原理分析，運用所學(xué)知識與原理學(xué)生才可能解決；（2）問題具有較高的綜合性，一般包括多個相互關(guān)聯(lián)的子問題；（3）問題涉及多方面的技術(shù)，需要考慮工程和其他因素，相互之間可能有一定沖突；（4）針對問題，首先需要建立合適的抽象模型簡化問題后才能解決，并且在建模過程中需要體現(xiàn)出一定的創(chuàng)新性；（5）不只是靠常用方法就可以完全解決，需要學(xué)習(xí)和利用新知識；（6）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標準和規(guī)范中，需要有針對性的提出自己的思路；（7）問題相關(guān)各利益方不完全一致，存在利益平衡與矛盾。

1.2專業(yè)認證畢業(yè)要求通用標準

認證中要求專業(yè)必須有明確、公開的畢業(yè)要求，且畢業(yè)要求應(yīng)能支撐學(xué)生5年后培養(yǎng)目標的達成。專業(yè)能通過評價證明畢業(yè)要求的達成，并將評價結(jié)果用于教學(xué)持續(xù)改進中。專業(yè)制定的畢業(yè)要求應(yīng)完全覆蓋以下內(nèi)容[2]，見表1。

從表1可以看出：專業(yè)認證中的畢業(yè)要求需要在課程體系中涉及三級項目、課程設(shè)計（二級項目）、畢業(yè)設(shè)計（一級項目）才能完成培養(yǎng)要求，解決復(fù)雜問題的能力不能僅僅在最后的畢業(yè)設(shè)計中體現(xiàn)出來，而是要在課程教學(xué)中逐步灌輸與鍛煉提高，即解決復(fù)雜問題的能力不是一蹴而就，而是在逐漸鍛煉中提高的。

1.3專業(yè)認證對于工科項目式教學(xué)的要求

依照工程教育認證的理念，認證專業(yè)必須有公開、明確的畢業(yè)要求，并且畢業(yè)要求應(yīng)能支撐學(xué)生培養(yǎng)目標的達成。專業(yè)通過自我評價證明畢業(yè)要求的達成，專業(yè)制訂的畢業(yè)要求最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是解決復(fù)雜工程的能力 ，這需要通過項目式教學(xué)來體現(xiàn)。為了討論方便，這里將項目分為三個層次等級：課程教學(xué)項目為三級項目，專業(yè)課程設(shè)計為二級項目，畢業(yè)設(shè)計定義為一級項目。

這里的復(fù)雜工程問題并沒有要求覆蓋全部7個特征，以便于不同專業(yè)、不同本科學(xué)校確立不同要求層次，依據(jù)筆者個人對于專業(yè)認證的理解、對于項目環(huán)節(jié)的要求，必須具備下述特征（1）～（3），同時具備下述特征（4）～（6）中的部分或全部。

（1） 解決的問題必須是新問題， 否則就不需要運用深入的工程原理經(jīng)過分析才能解決，通過查閱資料、參考學(xué)習(xí)就可以解決；（2） 需要建立合適的抽象模型才能解決，這是設(shè)計環(huán)節(jié)；（3） 必須要動手進行實驗，必須在一定約束條件下給出實驗結(jié)果；（4） 項目涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突；（5） 項目具有較高的綜合性，包括多個相互關(guān)聯(lián)的子問題；（6） 項目中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標準和規(guī)范中，還需要考慮工程和社會、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范等因素；（7） 項目完成過程中必須使用現(xiàn)代工具，并能理解其局限性。

2三級項目設(shè)計

1） 課程三級項目如何產(chǎn)生？首先，課程三級項目立足于運用課程知識解決與課程密切關(guān)聯(lián)的某一個具體問題，解決具體問題包含運用課程中涉及的原理知識。通過完成三級項目，可以讓學(xué)生帶著問題進行自主學(xué)習(xí)，達到激發(fā)學(xué)生運用知識的目的，針對其中不熟悉的問題，學(xué)生需要主動學(xué)習(xí)、查閱資料。另外，通過自我主動學(xué)習(xí)的方式，將課程中所學(xué)知識相互關(guān)聯(lián)起來，并能靈活運用這些知識。在三級項目完成過程中，可以逐漸熟悉最新信息工具、編程工具、仿真工具、儀器設(shè)備等。 表1專業(yè)認證中畢業(yè)要求、判定依據(jù)以及如何支撐

畢業(yè)要求通用標準認證中判定合格的依據(jù) 三級項目如何支撐（1）工程知識課程設(shè)置涵蓋相關(guān)內(nèi)容，其廣度與深度，包括考試要求能達到本專業(yè)的要求。有意識地在專業(yè)課程中體現(xiàn)相關(guān)知識在解決復(fù)雜工程問題中的應(yīng)用能力培養(yǎng)。 課程三級項目（體現(xiàn)相關(guān)知識在解決復(fù)雜工程問題中的應(yīng)用能力培養(yǎng)）（2）問題分析在相關(guān)課程中有明確的環(huán)節(jié)要求學(xué)生針對復(fù)雜工程問題做到標準項所表述的相關(guān)訓(xùn)練，并在考試中得到適當體現(xiàn)。三級項目（針對問題、數(shù)學(xué)建模）（3）設(shè)計/開發(fā)

解決方案對于學(xué)生的設(shè)計能力培養(yǎng)在整個教學(xué)計劃中有明確的系統(tǒng)性和相對完整性，相關(guān)教師均能在各自的課程中對學(xué)生提出符合整體系統(tǒng)性的明確要求。使得學(xué)生設(shè)計能力培養(yǎng)分階段、分層次得到落實，并能在集中的復(fù)雜工程問題解決中得到綜合體現(xiàn)。教學(xué)過程覆蓋了工程設(shè)計中與本項標準中列出的相關(guān)非技術(shù)因素，并能在學(xué)生的綜合性作業(yè)中得到體現(xiàn)。三級項目（設(shè)計方案能力）（4）研究這里對復(fù)雜工程進行研究主要是指為完成特定工程任務(wù)而需要進行的研究，特別是模擬分析等。在教學(xué)過程中有明確的環(huán)節(jié)訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)需要設(shè)計相關(guān)模擬等實驗，并能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)有效分析，得出針對相關(guān)復(fù)雜工程問題解決的有效結(jié)論。

三級項目（成本核算能力）（12）終身學(xué)習(xí)有明確的針對性環(huán)節(jié)使得學(xué)生達到本指標項要求。有適當?shù)慕虒W(xué)設(shè)計能讓學(xué)生表現(xiàn)出其自主學(xué)習(xí)能力并進行適當?shù)目己恕Ｈ夗椖浚ú粩噙M步能力）2） 三級項目培養(yǎng)模式。三級項目要求學(xué)生利用課余時間，以小組為單位來完成，為完成任務(wù)，小組成員之間需要相互協(xié)作，最終團隊以PPT 匯報答辯的方式進行驗收。通過這種團隊合作，發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，擺脫依賴老師的心理。另外，三級項目僅僅依靠小組某一個成員的個人力量難以完成，杜絕“一人干活、多人偷懶”的現(xiàn)象。三級項目的培養(yǎng)方式對學(xué)生團隊合作精神起到積極的鍛煉作用，PPT 匯報、答辯考核方式也鍛煉了學(xué)生的表達、溝通、思考能力。

3從專業(yè)認證談三級項目對于課堂教學(xué)的改變課堂教學(xué)是重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生能夠達到專業(yè)認證中的畢業(yè)要求的基礎(chǔ)。目前，雖然中國各個學(xué)校的教學(xué)改革看起來轟轟烈烈，但真正有價值的課堂改革卻很少落到實處，分析主要原因是“主導(dǎo)改革的領(lǐng)導(dǎo)不教書，教書一線的老師不希望改革”[3]。如果將課堂教學(xué)改革變成一線教師與學(xué)生的自覺行動，其實難度非常大，甚至永遠也不可能實現(xiàn)。假設(shè)希望攻破課堂教學(xué)改革這一難點，實現(xiàn)中國教學(xué)改革新突破，適應(yīng)世界工程教育專業(yè)認證要求，需要推進以下幾個思想上的轉(zhuǎn)變。

3.1從灌輸知識向討論對話轉(zhuǎn)變

眾所周知，課堂灌輸對傳授陳述性知識和掌握基本概念、基本原理是合理的，大學(xué)以前的教學(xué)都是采用這種形式。但是大學(xué)教育中只有這些是不夠的，它有礙學(xué)生運用知識能力的培養(yǎng)。如果在大學(xué)階段仍然采用灌輸課堂，就會像高中時的“填鴨式”課堂一樣。只注重知識傳授，老師看起來是知識的“權(quán)威”，學(xué)生則是知識的“容器”，教學(xué)過程就是知識“復(fù)制”的過程[3]。鑒于此，筆者所在專業(yè)引入三級項目討論課環(huán)節(jié)，期望能將課堂改造為對話課堂，達到知識的對話、思維的對話。如此一來，知識對話將單向灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞蚪涣?，大家都是知識的主體參與者。學(xué)生從原先課堂上的“觀眾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把輪T”，老師從課堂上的“演員”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)演”，將課堂從“老師講”變成“學(xué)習(xí)共同體”，使知識在老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間流動。

3.2從封閉向開放轉(zhuǎn)變

經(jīng)典的課堂教學(xué)是在固定的地方、時間，甚至用固定的方法完成固定的教學(xué)內(nèi)容。這種模式，教學(xué)活動圍著教師、教材和教室展開。開放課堂目的就是要改變這個模式，從空間、時間、方式和內(nèi)容上實現(xiàn)開放。時間上從課內(nèi)向課外延伸，空間上從教室向圖書館和實驗室延伸，方式上從知識講解向知識運用上轉(zhuǎn)變，內(nèi)容上從教材向文獻資料擴充。開放課堂需要轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，三級項目教學(xué)就是方式之一，可以部分達到上述目的，因為在完成三級項目過程中，學(xué)生可以利用開放方式完成運用知識的能力提升。

3.3從知識向能力轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的基于知識的課堂以掌握知識為目標，學(xué)生掌握的是原始知識，形成的是原始思維。而能力課堂以知識的化學(xué)反應(yīng)為目標，通過高層次的教學(xué)活動，學(xué)生掌握的是運用知識深入分析的能力，形成的是高階思維。目的是實現(xiàn)從知識積累向知識運用、知識化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)變，這需要在教學(xué)方式、教學(xué)目標、學(xué)習(xí)方式和評價方式等方面進行一系列變革。

筆者所在的電子信息工程專業(yè)是卓越工程試點專業(yè)，近年一直在進行項目式課程改革探索工作，具體專業(yè)課程改革如表2所示，目前已經(jīng)完成2105年電子信息工程教育認證，并得到華盛頓國際觀察團專家的認可，在撰寫專業(yè)認證自評報告、收集相關(guān)證據(jù)材料的過程中，逐步加深了對于畢業(yè)要求中復(fù)雜工程問題的理解，發(fā)現(xiàn)通過專業(yè)課程三級項目以及討論課環(huán)節(jié)教學(xué)改革，不但探索出一些提高本科教學(xué)質(zhì)量的新思路，而且核心實質(zhì)與專業(yè)認證相吻合。

參考文獻

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[3] 李志義.適應(yīng)認證要求——推進工程教育教學(xué)改革[J].中國大學(xué)教學(xué)，2014（6）：816.

AbstractOwing to gain abilities in solving practical problem and complex engineering problem， course project is becoming important study step in university. By the processing of searching technical literature， parsing problem， designing devise， doing experiments and writing report， the student can be helpful in linking theory with practice and curious spirit. In this paper several problems and the root exist in current education are discussed in detail， at the same time， several strategies for how to improve course quality are proposed. The goal is to mobilize students and teacher together to improve ability of student solving complex engineering problem， because it is the core of engineering accreditation.

Key wordsengineering education accreditation； graduation requirements；course project； complex engineering； team cooperation