基于工程教育本質的教學改革與實踐

李娜+龔星宇

摘 要：基于高等工程教育理念，以回歸工程本質為導向，以提升工科大學生工程實踐能力為培養(yǎng)目標，針對目前高等學?！白吭接媱潯睂嵤┲忻媾R的問題，結合工程教育和應用型人才培養(yǎng)進行了深入的研究和分析，指出了現(xiàn)行人才培養(yǎng)方案在課程設置及理論教學與實踐教學等方面存在的問題和不足，從多方面、多渠道開展基于工程素質和實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學內容、教學方法、教學環(huán)節(jié)的改革和實踐。提出了“基于工程應用鏈接一體化綜合課程教學改革”教學模式，探索實踐了“問題與案例雙驅動，課內與課外互促進，理論與實踐相結合”的教學方法。實踐證明，此方法可以取得良好的教學效果。

關鍵詞：工程教育；人才培養(yǎng)；教學改革與實踐；教學方法

中圖分類號：TP3-05；C41 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）12-00-03

0 引 言

高等工程教育的目標和本質是培養(yǎng)高級工程技術人才[1]。數(shù)十年來，我國高等工程教育為行業(yè)和社會培養(yǎng)了大量國家建設與發(fā)展所需要的人才，支撐我國工業(yè)體系的形成與發(fā)展，在國家建設和產業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了不可替代的作用。

然而，由于受傳統(tǒng)教育思想的影響和盲目照搬國外高等教育模式，我國高等工程教育存在培養(yǎng)方案科學化色彩濃厚、工程性缺失和實踐薄弱等問題[2]。特別是實施擴招后，高等工程教育中“工程弱化”現(xiàn)象更加明顯。大多數(shù)高校的評價體系導向重論文、輕設計、缺實踐、沒工程的趨勢，對學生的工程教育和創(chuàng)業(yè)訓練重視和投入不足，校企合作不到位，企業(yè)不重視人才培養(yǎng)過程的參與。許多具有行業(yè)特色的工科院校出現(xiàn)了嚴重的去行業(yè)化現(xiàn)象，優(yōu)勢和特色淡化，同質化明顯。一系列問題導致人才培養(yǎng)模式與人才需求之間的尖銳矛盾：一方面，學生的知識結構難以契合企業(yè)的實際需求；另一方面，企業(yè)技術人才出現(xiàn)斷層，而這已成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。在這種情況下，高等工科教育回歸工程本質乃大勢所趨。2010年，教育部根據(jù)我國現(xiàn)階段高等教育存在的問題，結合國家產業(yè)發(fā)展與調整對人才的需求關系，啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”；2017年，復旦大學、天津大學等提出了“新工科”計劃行動， 該計劃行動將大大加快我國由工程教育大國邁向工程教育強國的腳步。該計劃的宗旨是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才，為建設創(chuàng)新型國家提供人才支撐。

1 高等工程教育與教學理念

世界發(fā)達國家為適應現(xiàn)代化工程的要求，十分重視本國的工程教育研究和改革，并且已形成了各自比較完善的培養(yǎng)體系和科學的培養(yǎng)模式[3]。目前，國際工程師培養(yǎng)主要分為以下兩大模式：

（1）以美國為代表的“華盛頓協(xié)議”成員模式[4]，即大學生在校期間著重進行工科基礎教育，畢業(yè)后由社會提供工程師職業(yè)方面的教育，并通過專門的考試和職業(yè)資格認證后成為合格工程師；

（2）以德國和法國為代表的歐洲大陸國家模式，即大學生在校學習期間就要完成工程師的基本訓練，畢業(yè)時獲得一個工程師學位，同時也是職業(yè)資格。

兩種培養(yǎng)模式雖然形式不同，但都注重實踐教學，并較早開始進行工程綜合訓練。通過實踐課程或項目開發(fā)，將工程實際問題帶入課堂，學生在企業(yè)接受實踐操作技能培訓。

高等工程教育十分重視實踐技能教學 [5，6]。在國外許多工科大學中，實踐教學占有很大的比例[2]。如美國斯坦福大學工程專業(yè)，各種實踐性學分為83，占總學分的43%。其多層次的Project訓練、多形式的課外實踐構成了完整的實踐教學體系，開放的實踐教學環(huán)境、眾多社會和企業(yè)實習鍛煉機會為學生提供了良好的能力培養(yǎng)平臺。同時，具有特色的人文素質教育體系既注重學生法律法規(guī)的教育，也注重表達能力、與人交流能力、協(xié)作精神的培養(yǎng)，將素質教育與專業(yè)知識學習有機結合。美國大學工科教育以強調專業(yè)基礎理論教育、終生學習的思想、工程科學與社會和環(huán)境協(xié)調的思想、工程實踐中的責任感和職業(yè)道德教育形成了鮮明的特色。在德國工科教育中，實踐教學地位舉足輕重，在教學計劃中占有大量學時。斯圖加特大學機械工程系基礎學習階段的課程實踐練習課與講課比達到1∶2，專業(yè)學習階段比例更高，各種生產實習就有26周，由此保證工程教育的特色和特點。

2 工程教育對人才培養(yǎng)方案修訂思路

高等學校人才培養(yǎng)方案是教育教學的總綱，是人才培養(yǎng)體系的主要內容。一所大學人才培養(yǎng)體系的建立是一個不斷完善的過程，不但需要具有自己的特色和特點，更要符合可持續(xù)發(fā)展的需求。根據(jù)工程教育的內涵與發(fā)展趨勢，在新的人才培養(yǎng)方案修訂中應關注國家社會需求和工程教育認證標準[7]。人才培養(yǎng)方案修訂的主要思路應該注重以下方面：

（1）以區(qū)域經濟和行業(yè)發(fā)展需求為導向，以注重工程應用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，提倡知識、能力、素質三位一體協(xié)調發(fā)展的教育理念，堅持 “以德為先、能力為重、全面發(fā)展”的人才培養(yǎng)觀和“面向社會、面向世界、面向未來”的國際化視野，遵循高等工程教育規(guī)律，為國民經濟建設培養(yǎng)工程應用型建設人才。

（2）人才培養(yǎng)類型方面，依據(jù)不同學校的定位，堅持立足區(qū)域，面向全國，服務主導行業(yè)及地方經濟與社會發(fā)展，培養(yǎng)具有“基礎厚實、作風樸實、工作扎實、為人誠實、勇于創(chuàng)新”特點的高級工程技術人才。

（3）在專業(yè)課程體系與教學內容方面，能夠體現(xiàn)行業(yè)信息化特色和應用優(yōu)勢，即以相關專業(yè)為基礎，融入計算機科學和信息技術等多學科知識。在課程內容上，結合行業(yè)工程需求進行延伸，形成具有明顯行業(yè)特色的課程體系。

（4）在課程體系設置方面，以工程范式為指導。強調工程自身的綜合性，實踐性和創(chuàng)新性：一是注重知識、能力、素質培養(yǎng)的一體化；二是技術要素與非技術要素培養(yǎng)的一體化。強化綜合訓練環(huán)節(jié)，增強學生的工程應用能力和解決復雜工程問題的能力，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神。

（5）在課程計劃內容組織和次序方面，注重以相互支撐的理論知識為經，以一系列能力為緯，經緯交織，實現(xiàn)理論與實踐的結合，以及知識、能力、素質培養(yǎng)的有機融合。endprint

3 工程教育專業(yè)課教學改革與實踐

3.1 專業(yè)課程教學中存在的主要問題

工科專業(yè)類課程是學生學習工程知識、訓練工程思維方式和培養(yǎng)解決復雜工程問題能力的重要環(huán)節(jié)[8]。工程知識具有綜合性、系統(tǒng)性及實踐性強，表現(xiàn)形式多樣，涉及面廣等特點，屬于復雜知識，所以工科專業(yè)類課程教學與生動形象的文科類課程和抽象縝密的理科類課程相比具有更大的難度。

目前，我校工科專業(yè)類課程教學中主要存在以下問題：

（1）在課程設置方面，按照公共課、基礎課、專業(yè)基礎課、專業(yè)課、專業(yè)選修課的層級序列構建課程體系，有利于學生掌握學科知識體系，但對工程實際體現(xiàn)不夠；

（2）現(xiàn)有課程更偏向于科學教育模式，注重抽象的、脫離工程背景的知識和概念的傳授，缺乏系統(tǒng)性和工程實踐性，沒有充分體現(xiàn)工程知識的特點，不符合學生認知工程過程的規(guī)律；

（3）教學方法依然以課堂內教師講授為主，存在傳統(tǒng)化、單一化的現(xiàn)象，對學生科學思維、主動學習的訓練和激發(fā)不夠；

（4）實踐教學與理論教學結合不緊密，實踐教學理念陳舊，訓練中大多數(shù)學生處于被動狀態(tài)，積極性不高，導致實踐能力培養(yǎng)實效性不高；

（5）學生習慣延用學習中學知識的學習方法來開展工程知識的學習，學習中以做題和死記硬背為主，無法真正掌握和運用知識。

3.2 基于工程應用鏈接一體化課程教學改革

專業(yè)課作為工程知識學習的主要途經，在教學中必須遵循工程知識所具有的綜合性、實踐性、關聯(lián)性和遞進性等特點。在現(xiàn)有的以學科體系為基礎的課程設置中，工程知識分散在個體課程中，缺乏工程實際情境化的有效聯(lián)系，學生所面對的是獨立的課程，“只見樹木，不見森林”，知識的學習停留在點上，沒有延伸到線和面上，很難構成較為完整的知識體系。工科課程體系中存在著學科之間的交叉和融合，課程內容之間存在著知識的關聯(lián)和融合。要促進知識點向知識面延伸，建構知識體系，就需要將分散的個體課程通過工程實際有機連接起來，使學生在一個情景化的主線引導下學習知識，進行知識的綜合及與工程實際的關聯(lián)。

我們以網絡工程專業(yè)為例，在專業(yè)課教學改革中開展了由網絡集成與工程設計綜合實驗系統(tǒng)鏈接多門專業(yè)課的一體化課程教學模式的探索與實踐。對于網絡工程專業(yè)的學生，分別開設了電子技術基礎、計算機組成原理、數(shù)據(jù)通信技術基礎、計算機網絡原理、網絡協(xié)議等主要專業(yè)基礎課程，并把這些主要的原理性和概念性課程與工程類知識與能力結合起來，使學生能夠真正具備在社會實際應用中規(guī)劃、設計和建設計算機信息網絡的能力，學會并掌握具有網絡集成和工程項目實施與管理的方法和手段。通過多門相關課程工程應用鏈接的實踐訓練，大大提高了學生的工程實踐能力。

通過三級環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的工程能力：

第一級是認識實驗，安排在開課前，學生通過對實際應用系統(tǒng)的參觀和了解，學習系統(tǒng)的組成和基本工作原理，對工程知識和應用有一個初步的感性認識；

第二級是系統(tǒng)的課程學習，在教學中，將應用案例引入課程教學過程，學生通過理論學習及與工程實際的關聯(lián)，將初級的感性認識逐漸上升為對知識的融合與理解；

第三級是專業(yè)綜合實驗，學習完專業(yè)課程后，集中安排兩周網絡綜合實驗，促進學生通過集成綜合所學知識并結合工程應用，逐漸將工程知識向工程能力提升與轉化。

3.3 基于研究性學習方式的專業(yè)課教學改革

在以學科體系為基礎的人才培養(yǎng)方案中，工程知識包含在各專業(yè)課程中，學生通過專業(yè)課的學習獲得構建自身工程知識體系的基礎。傳統(tǒng)的專業(yè)課教學主要采用“課堂講授+課內實驗”的方法。針對傳統(tǒng)專業(yè)課教學方法存在的問題，我們提出并實踐了“問題、案例雙驅動，課內、課外互促進，理論、實踐相結合”的教學方法。該方法將課程教學分為課前、課中和課后三個階段，教學方法與組織過程如圖1所示。

開課前，通過課外第二課堂，以科技講座和情境化工程應用實例的形式給學生介紹本課程的基本知識和應用領域，引出相關問題；在課程教學中，采用研究性學習方式，開展基于問題的學習，以案例、問題驅動課堂教學，引發(fā)學生興趣、引導學生思考。例如，在網絡協(xié)議的學習中，因其具有抽象與概念化的特點，學生難以理解和掌握，我們通過課堂教學，同時在課外開展基于項目的學習，開展課外相關知識應用的專題調研，成立導師制負責的學生實踐小組，學生通過調查發(fā)現(xiàn)、了解網絡協(xié)議的應用背景，通過討論學習掌握其工作原理，從而研究探索和解決問題，從理論學習上升為工程應用能力的提升。

對學生的學習研究成果以學生課堂、翻轉課堂進行展示交流，課程教學之后，開設系列網絡工程綜合實驗，通過相關實踐使學生在不斷的知識融合、知識綜合應用過程中，達到對所學知識的鞏固提高和能力培養(yǎng)。同時在課程學習過程中引導學生參與課外創(chuàng)新實踐活動、教師科研項目和各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，比如課外創(chuàng)新實驗、網絡安全創(chuàng)新大賽、工程訓練競賽、挑戰(zhàn)杯課外科技活動競賽等，通過這些學科交叉、知識綜合項目的訓練，進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和知識應用能力。

3.4 采用導師制的實踐教學模式

充分發(fā)揮學生自主能動的學習實踐精神，采取“集中授課+分組指導+綜合評審”“學生為主體+自選實驗+自主搭建+教師引導”的方式實施教學，依據(jù)“教師提框架，提要求，學生搭平臺，做實驗”的原則完成實驗指導工作，提高了學生實驗的積極性、自主性，及學生解決問題的能力和團隊意識。導師制綜合實驗開展過程如圖2所示。主要包括工程問題分析、設計實驗方案、自主構建系統(tǒng)、一體化實驗系統(tǒng)、實驗測試與結果分析和實驗演示與答辯等環(huán)節(jié)，整個實驗過程由學生自主完成，教師主要起引導作用。

4 結 語

本文以回歸工程教育本質為導向，針對目前高等學校應用型人才培養(yǎng)實施中面臨的問題，結合工程教育和應用轉型進行了深入的研究和分析。以工程認證通用標準為依據(jù)，結合社會經濟發(fā)展對人才培養(yǎng)需求的變化，指出了現(xiàn)行人才培養(yǎng)方案在課程設置及理論教學與實踐教學等方面存在的問題與不足，從多方面、多渠道開展著重工程素質和實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學內容、教學方法、教學環(huán)節(jié)的改革和實踐。研究探索了“基于工程應用鏈接一體化課程教學改革”的教學模式，探索實踐了“問題、案例雙驅動，課內、課外互促進，理論、實踐相結合”的教學方法，通過項目探索與實施，取得了良好的教學效果。

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