植入“復雜工程問題"的教學體系改革探索

周克寧+羅朝盛+康敏

摘要：工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求標準中引入了“復雜工程問題”的概念，培養(yǎng)學生具有解決本專業(yè)領域“復雜工程問題”能力是工科專業(yè)教育的基本要求。本文以電氣工程及其自動化專業(yè)為例，介紹了“復雜工程問題”的特征把握要點、“復雜工程問題”指標點的分解方法以及如何將培養(yǎng)學生解決“復雜工程問題”的教學環(huán)節(jié)植入專業(yè)教學體系。

關鍵詞：專業(yè)認證；復雜工程問題；畢業(yè)要求；教學體系

近年來，工程教育專業(yè)認證工作在中國工程教育認證協(xié)會的主持下已在全國高等院校中展開，該項工作對引入先進的工程教育理念，推進工程教育專業(yè)的教學改革，提高教育質量有著十分重要的意義。作為應用型本科院校，浙江科技學院電氣工程及其自動化專業(yè)在2015年6月接受了專業(yè)認證現場考察，并通過了專業(yè)認證。與前期版本不同，2013年由國際工程聯(lián)盟公布的“畢業(yè)要求和專業(yè)能力”第3版華盛頓協(xié)議部分，明確了畢業(yè)要求標準必須涉及“復雜工程問題”，即以培養(yǎng)工程師為目標的本科教育須將學生具備解決復雜工程問題的能力作為培養(yǎng)要求。這也是對專業(yè)工程師人才培養(yǎng)的基本教育要求，是區(qū)別于職業(yè)技術人才培養(yǎng)要求的重要標志。為了滿足認證標準，本專業(yè)對植入“復雜工程問題”的教學體系進行了改革探索，主要做法是在理論教學和實踐教學體系中，確定觸及“復雜工程問題”的課程教學及實踐教學門類，以及通過教學大綱文獻形式將支撐“復雜工程問題”的知識結構、教學內容、教學方法及教學評價方式等教學要求明確化，指導教師在教學過程中貫徹執(zhí)行。

一、準確把握“復雜工程問題”的特征

華盛頓協(xié)議賦予了復雜工程問題“知識需求深度”“寬范圍相沖突的工程技術”“工程問題深度”“問題罕見度”“非本學科的知識問題”“多方和矛盾的利益協(xié)調問題”“相互依賴的高水準問題”等七項屬性，并明確了關于復雜工程問題的七個特征（WP1-WP7）。這七個特征是：（1）必須運用深入的工程原理經過分析才能得到解決；（2）需求涉及多方面的技術、工程和其他因素，并可能相互有沖突；（3）需要建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現出創(chuàng)造性；（4）不是僅靠常用方法即可解決；（5）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)標準和規(guī)范中；（6）問題相關的各方利益不完全一致；（7）具有較高的綜合性，包含多個相互關聯(lián)的子問題。

就專業(yè)圍繞“復雜工程問題”的教學體系改革而言，首先是要準確把握七個特征的內涵。復雜工程問題是從工程知識、學科（專業(yè)）范疇、綜合因素（包括社會問題）及解決手段的四個工程問題要素中提煉出來的。例如：特征（1）指出復雜工程問題“必須運用深入的工程原理經過分析才能得到解決”，這就意味著該問題可能涉及數學、自然科學及專業(yè)知識的綜合運用，體現了知識需求深度屬性。特征（3）“需要建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現出創(chuàng)造性”，則說明該類復雜問題僅靠一般的公式計算和實驗方法是無法解決的，解決手段與一般方法不同，體現了問題深度的屬性。其他的復雜工程問題特征都有類似關系，七個特征也完全覆蓋了現實的工程實踐問題。顯然，準確理解和把握復雜工程問題特征才能有的放矢地改革教學體系。

二、畢業(yè)要求中的“復雜工程問題”

工程教育專業(yè)認證實行的是一種成果導向教育理念，其核心是教育實施過程采用反向設計方式，類似于企業(yè)產品的生產是從用戶需求的角度來設計生產過程。大學工程教育從社會對大學教育的需求確定培養(yǎng)目標，畢業(yè)要求則由培養(yǎng)目標來決定。工程教育專業(yè)認證標準中關于技術類的畢業(yè)要求（第一條至第七條及第十條）都涉及“復雜工程問題”，而教學體系（包括課程和實踐教學）是用于支撐畢業(yè)要求的。因而“復雜工程問題”最終都要落實于相關的課程環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)。

根據認證標準要求，畢業(yè)要求必須分解成可考核的指標點，每項指標點則由相關課程和實踐環(huán)節(jié)支撐。指標點的分解方法本身也是一個探索的過程，目前并沒有統(tǒng)一的做法，可以從畢業(yè)要求涉及的知識范疇、教學屬性、認知規(guī)律、能力要求等方面考慮。實際上，“復雜工程問題”也是落實在畢業(yè)要求的指標點上。這是很有意義的做法，其原因在于指標點是畢業(yè)要求的具體細化。在指標點上可以界定“復雜工程問題”的層次，并確定相關教學活動及考核方式，同時有利于畢業(yè)要求的達成評價。

由此可見，合理分解支撐“復雜工程問題”指標點是關鍵一步。分解體現“復雜工程問題”的指標點應遵循3個原則：（1）對應原則，指標點與相關畢業(yè)要求標準是否吻合對應。畢業(yè)要求共有12條，其中有八條技術類的畢業(yè)要求具備復雜工程問題。在某條標準中，并非每項指標點都要體現“復雜工程問題”，只要與該條畢業(yè)要求有對應關系即可。（2）層次原則，“復雜工程問題”應具有層次。層次主要體現在一個“復雜工程問題”所包含特征的程度，如特征所表現問題的深淺程度及綜合程度。雖然層次高低在具體指標點上并非能直接說明，但在由大綱決定的教學環(huán)節(jié)支持力度上可以體現。（3）支撐原則。能選擇恰當的課程或實踐教學活動（環(huán)節(jié)）來支撐指標點。選擇的教學活動的門類根據“復雜工程問題”的層次，合理支撐相關指標點，并且是面向全體專業(yè)學生可實施、方便評價的教學活動。

三、本專業(yè)的教學體系改革探索

本專業(yè)從三個方面對“復雜工程問題”貫穿于教學過程進行探索：確定畢業(yè)要求哪幾項指標點包含“復雜工程問題”；選擇相關的教學活動（理論課程及實踐環(huán)節(jié)）；在課程教學大綱中明確“復雜工程問題”的教學內容、教學方法等教學要求。

1.分解指標點及選擇相關教學活動

按上述的3個分解原則，以畢業(yè)要求1的指標點“工程知識”分解為例，表1是畢業(yè)要求1的分解結果。該分解法是按照工程涉及的知識范疇進行分解（即華盛頓協(xié)議所確定的WK1-WK4知識范疇），并不在每項指標點上都觸及“復雜工程問題”，因為在1.1等指標點中僅靠對應的教學活動難以讓學生觸摸到“復雜工程問題”。但在1.4指標點上則涉及“復雜工程問題”，不過僅限于學生了解復雜工程問題和分析、解決較低層次復雜問題的能力。而支撐的教學活動為電氣專業(yè)基礎課程的教學，如“電力電子技術”“電機與電力拖動基礎”等。endprint

在畢業(yè)要求指標點3.4中也包含“復雜工程問題”，見表2的畢業(yè)要求3指標點分解，該指標點對應畢業(yè)要求3中能夠設計“復雜工程問題解決方案”的能力要求，因而其涉及“復雜工程問題”的層次比1.4要高，體現特征也比較多，對應的教學活動也更為復雜。

上述的做法構建了一種新型教學體系，其亮點就在于明確了教學體系中所有教學活動（課程及實踐等環(huán)節(jié)）服務于何種能力培養(yǎng)要求，包括對學生解決“復雜工程問題”的能力培養(yǎng)要求。這對科學合理地評價教學質量、尋求持續(xù)改進的路徑都具有重要意義。

2.相關課程及實踐教學大綱的擬定

畢業(yè)要求的各項指標點都必須有對應的教學活動支撐，其教學大綱是指導教學活動的“綱領性”文件。本專業(yè)有7項指標點包含了對“復雜工程問題”的觀測（限于篇幅不再詳列），而相關的教學活動依據對“復雜工程問題”支撐程度，其包含的課程教學和實踐環(huán)節(jié)并不同一，教學內容的知識復雜度也有高有低。例如指標點1.4，由專業(yè)基礎課程的教學活動支撐，因而在這些課程的教學大綱中，應具有明確的支撐關系。修改大綱時首先要厘清下述關系：（1）本課程支持哪些指標點，其中包括是否含有“復雜工程問題”指標點；（2）各項教學內容和基本要求重點支持哪些指標點；（3）教學方法上重點服務于哪些指標點；（4）考核內容和方式考核哪些指標點。

對于較高層次或包含多種特征的復雜工程問題，本專業(yè)則以專業(yè)綜合實驗環(huán)節(jié)為教學載體，較全面地培養(yǎng)學生對“復雜工程問題”的解決能力。專業(yè)具有三個專業(yè)方向模塊課程，綜合實驗對應也有三個模塊。與理論課程教學大綱類似，實驗教學大綱要明確三類關系：（1）實驗具備哪些“復雜工程問題”的特征及體現形式；（2）實驗如何支撐具有技術類“復雜工程問題”的指標點；（3）實驗的考核方式。

以綜合實驗1“無刷直流電機控制系統(tǒng)實驗（電機與電氣自動化技術方向）”為例，其教學體系見表3。

專業(yè)認證將“復雜工程問題”貫穿于畢業(yè)要求技術類標準中，從問題發(fā)現、分析、交流、解決等不同的能力獲取角度提出了相應要求。上述做法是從教學體系中課程教學及實驗教學環(huán)節(jié)著手植入“復雜工程問題”的示例。實際上，要滿足標準要求，在教學體系的其他環(huán)節(jié)如課程設計、畢業(yè)設計等都需做相應改革，從不同的支撐角度達到學生處理“復雜工程問題”的能力培養(yǎng)要求。

四、改革教學體系應注意的問題

一是合理分解具備“復雜工程問題”特征的指標點至關重要，這關系到能否有合適的、可考核的教學活動予以支撐，并且考核結果最終能作為畢業(yè)要求達成評價的依據。特別注意的是，以學科競賽或其他類課外創(chuàng)新科技活動等不能作為支撐的教學活動。

二是標準要求必須要有教學活動能支撐包含2個特征以上（其中特征1是必備的）復雜工程問題，這意味著教學體系中必須選擇1項或1項以上的教學活動滿足這個要求。

三是復雜工程問題可來源于工程實際問題，盡量避免憑空臆想的問題。例如本專業(yè)綜合實驗項目都具有實際的應用背景。

四是“復雜工程問題”的層次定位應結合學校人才培養(yǎng)目標的定位，作為應用型本科院校，以培養(yǎng)應用型人才為目標，應選擇以應用技術為背景的復雜工程問題。復雜工程問題的7個特征雖沒有貼上應用型復雜工程或研究型復雜工程問題的標簽，但在可從專業(yè)培養(yǎng)計劃、教學層次出發(fā)，從反映“復雜工程問題”特征的問題深淺度和綜合度方面把握好教學內容的設計。

五是依據課程大綱，教學環(huán)節(jié)的具體設計應著眼于學生對復雜工程問題的發(fā)現、分析、綜合、方案、執(zhí)行、評估6個方面能力訓練。這需要教師采取比較先進的教學方法，比如基于問題的啟發(fā)式教學法等，幫助學生獲得解決“復雜工程問題”的能力提升。endprint