新工科背景下基于學生核心能力培養(yǎng)的地方高校教學模式創(chuàng)新

（聊城大學生命科學學院，山東 聊城 252000）

人類歷史的發(fā)展表明，每一次工業(yè)革命的發(fā)生都代表著技術的進步，帶來生產(chǎn)力的巨大提升?！肮I(yè)4.0”的提出和確立觸發(fā)全球進入了新的工業(yè)革命浪潮。源于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和信息物理系統(tǒng)的新的工業(yè)革命要求通過改變公司、地區(qū)乃至國家的勞動力的配置來快速提高生產(chǎn)效率增強競爭力以實現(xiàn)經(jīng)濟結(jié)構轉(zhuǎn)變升級?！吨袊圃?025》作為中國政府實現(xiàn)制造強國的第一個十年行動綱領，從國家戰(zhàn)略的角度對工業(yè)發(fā)展指明方向。此外，創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“互聯(lián)網(wǎng)+”和“一帶一路”等重大國家戰(zhàn)略的實施，以及以新技術、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點的新經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，必然要求要有新型工科人才相適應，這將推動工科教育乃至整個教育界的重大變革。2017年2月18日，“復旦共識”的達成標志著我國工程教育改革已成為國家教育層面的集體行動；隨后4月8日的“天大行動”，正式拉開了新階段全國范圍工程教育改革的帷幕；而6月9日形成的“北京指南”標志著“新工科”建設的系統(tǒng)部署、全面展開。2016年我國工科本科在校生521萬人，畢業(yè)生119萬人，工科在校生約占高等教育在校生總數(shù)的三分一，因此我國擁有世界上最大規(guī)模的工程教育[1]。另根據(jù)“中國教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計簡況”統(tǒng)計，至2016年底，我國本科院校1237所，地方本科院校（含民辦）則占全國普通高?？倲?shù)的90.8%;并且我國開設工科專業(yè)的院校達到所有普通高校的90%[2]。因此，在新工科建設背景下，地方高校工程教育的改革和發(fā)展將是新工科教育改革的重要組成部分。人才培養(yǎng)模式改革是教育改革的核心內(nèi)容，人才培養(yǎng)方案的修訂是推進人才培養(yǎng)模式改革工作的關鍵環(huán)節(jié)。探討如何以“新工科”標準為導向，以“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的理念進行“新工科”人才培養(yǎng)模式的構建，培養(yǎng)主動適應地方經(jīng)濟發(fā)展的新工科應用型人才是當今地方院校工科教育亟待解決的問題。

一、新工業(yè)特征及新工科人才應具備的核心能力

1.新工業(yè)特征

隨著科學技術的空前發(fā)展，新的工業(yè)革命已由單純是新技術和工具在利用能源、延伸勞動手段方面的應用，轉(zhuǎn)變?yōu)橐约夹g科學革命為核心、以信息為靈魂的綠色產(chǎn)業(yè)革命。新工業(yè)革命呈現(xiàn)以下特征：①信息成為重要生產(chǎn)資料、成為社會勞動資本；②制造業(yè)成為技術發(fā)展與推動的關鍵和核心；③技術科學體系逐步完善已成為推動產(chǎn)業(yè)及至工業(yè)革命發(fā)展的重要動力[3]；④新的科技知識和信息數(shù)據(jù)迅猛增加并呈爆炸態(tài)勢，大數(shù)據(jù)的收集和應用發(fā)揮出越來越重要的作用；⑤基于信息化和數(shù)字化等多技術融合的智能制造正在引領制造業(yè)方式的變革；⑥可定制的個性化產(chǎn)品和服務成為新工業(yè)發(fā)展主要趨勢。

2.新工科人才應具備的核心能力

新工業(yè)的改革與發(fā)展需要新型的工科人才，與傳統(tǒng)工科人才相比新型工科人才應具有更多與新工業(yè)特征相適應的核心能力。在國際上，世界經(jīng)濟組織、ABET工程類專業(yè)認證標準以及美國工程院等都對工程師的素質(zhì)和能力做出了全面描述。中國在2016年6月2日正式加入《華盛頓協(xié)議》，我國工程教育質(zhì)量達到了國際標準，而工程教育認證的中國標準、方法和技術也將影響世界[4]。近期的“天大行動”更是提出了“面向2030的工程師核心素質(zhì)標準”為我國新工科人才培養(yǎng)指明方向[5]。

綜合國內(nèi)外的標準和要求，新工科人才所具備的核心能力主要包括以下幾個方面：①知識能力：具有數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)相關知識并能綜合運用知識解決工程問題特別是具有解決復雜工程問題的能力。其中計算機、網(wǎng)絡信息技術、金融、環(huán)境及工程管理等知識已成為新型工科人才的必備知識；②技術能力：熟練應用專業(yè)相關的內(nèi)容技能和過程技能，具有使用技術、技能和現(xiàn)代工程工具的能力，能夠進行數(shù)據(jù)與信息有效收集和分析。另其也需要掌握跨學科的學習能力，善于學習新知識，形成設計思維；③學習能力：具有終身學習能力，跨學科學習和交叉運用能力；④個人素質(zhì)能力：具有優(yōu)秀的分析、實踐能力，能根據(jù)實際需求進行設計，具有想象力、創(chuàng)造力和主動性，批判性思維和非標準化解決問題，具有溝通能力和工程領導能力；⑤職業(yè)道德：具有高的道德水準和專業(yè)素養(yǎng)，具有環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展意識，能夠了解工程方案對社會產(chǎn)生的影響；⑥全球思維：具有全球化思維模式，能追蹤、關注并理解當代熱點議題；⑦創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力：具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，具有商業(yè)思維和管理能力。

二、地方高校傳統(tǒng)培養(yǎng)模式與新工科教育

1.地方高校傳統(tǒng)培養(yǎng)模式現(xiàn)狀

地方院校在我國高等教育體系中占有非常大的比重，大部分地方院校所開設專業(yè)的培養(yǎng)模式參照211、985高校的相同或相近專業(yè)來制定。但由于教學資源、師資力量以及辦學經(jīng)驗等不足，又不能全盤照搬，導致地方院校出現(xiàn)辦學特色不鮮明甚至出現(xiàn)辦學定位不明顯的現(xiàn)象。雖然現(xiàn)在很多地方院校以“應用型”或“地方應用型”來定位，但是傳統(tǒng)的“整班平行培養(yǎng)”模式不僅限制了學生的自身意愿，也無法針對企業(yè)需求進行針對性培養(yǎng)[6]。另外，現(xiàn)有的地方院校工程教育體系多以學校為主體，以理論知識學習為主，工程實踐所占比例較小且只有部分工程實踐在企業(yè)中以見習、實習的形式開展，這使得學生在工程實踐能力培養(yǎng)方面存在先天的缺陷，培養(yǎng)效果與應用型要求相差甚遠。與研究型高校相比大部分地方性高校的科研實力和影響力較弱，致使地方企業(yè)特別是地方知名企業(yè)在選擇科研合作伙伴方面顧慮較多，地方高校和當?shù)仄髽I(yè)之間的科研橫向合作較少，而高校自有的縱向科研活動不能有效對接產(chǎn)業(yè)需求并反哺人才培養(yǎng)。

2.地方院校開展新工科教育的不適性

目前，許多地方院校都在進行應用型的轉(zhuǎn)型與建設，而“新工科”提出和確立為轉(zhuǎn)型和建設做出了指引，將有利于地方高校找準定位、辦出特色真正實現(xiàn)向應用型轉(zhuǎn)變。然而，“新工科”之所以“新”就要求拋棄舊的傳統(tǒng)工科教育中與新工科不適應的方面，實現(xiàn)新興工科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學科專業(yè) “新結(jié)構”，工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”，具有國際競爭力的工程教育“新質(zhì)量”，中國特色工程教育的“新體系”[7]。針對地方院校工科教育現(xiàn)有的培養(yǎng)模式，其與新工科的不適應性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，培養(yǎng)方案是培養(yǎng)模式的主要體現(xiàn)形式之一。在培養(yǎng)方案上現(xiàn)有的培養(yǎng)方案多呈現(xiàn)重理論輕實踐的特點，實驗教學在實踐中所占比例偏高使學生的實踐能力不能得到真正的提升。以實習為主的實踐能力培養(yǎng)多集中在高年級展開，此時由于考研、就業(yè)等因素的影響使實習效果大打折扣。此外，在培養(yǎng)目標的定位過程中存在，培養(yǎng)目標比較簡單籠統(tǒng)且過于重視知識能力、學術能力，對技術能力、個人效能重視不夠以及忽視社會能力的問題。培養(yǎng)目標的虛化會致使檢驗和評價培養(yǎng)目標的達成度比較困難[8]。而對核心能力的重視失衡則使培養(yǎng)的人才難以達到新工科的要求標準。而且課題體系設置與地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展不相適應。著重強調(diào)課程體系的完整性和系統(tǒng)性，缺乏能夠反映區(qū)域特色，滿足地方企業(yè)需求的特色課程。課程內(nèi)容設置對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和重大變化的敏感度不夠，不能及時根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢、新特征與新需求，增加或調(diào)整課程內(nèi)容。

第二，培養(yǎng)機制不能有效支撐新工科人才培養(yǎng)目標的達成。在多學科協(xié)同育人機制方面，依托傳統(tǒng)學科劃分形成的各專業(yè)由于邊界意識過濃，嚴重影響了學科之間的資源共享，限制了學科交叉，導致跨學科學習和交叉運用等能力的不足。在科研反哺教學機制方面，地方院校多依賴于縱向課題且對基礎理論研究較多，難以將科研活動與教學相結(jié)合。此外，科研活動與地方產(chǎn)業(yè)相脫節(jié)，與地方產(chǎn)業(yè)的技術創(chuàng)新需求相關性較低，致使協(xié)同技術創(chuàng)新和協(xié)同育人都難以達成。

第三，專任教師工程實踐能力缺失。應屆博士畢業(yè)生是地方院校專任教師的主要來源，雖然具有扎實的理論基礎但是沒有企業(yè)工程實踐經(jīng)歷。同時企業(yè)中有豐富工程實踐經(jīng)驗的人難以到高校任職。因此，提高專任教師的工程實踐教學能力勢在必行。

第四，管理制度和評估方式與新工科教育的靈活性不適應。現(xiàn)有的教學管理制度是以校園學習為基礎以學生課程學習完成情況為對象的學分認定政策，評估方式主要針對學生課程完成情況，學分的獲取量而展開的相對封閉的定量化評價。針對學生實踐能力、綜合素質(zhì)的評價，無論是在評價方式方法還是在重視程度方面都比較薄弱。特別是在畢業(yè)生跟蹤反饋機制和社會評價機制的制定和運行方面存在所獲信息結(jié)果不能有效支持專業(yè)持續(xù)改進的問題。

三、地方高校新工科培養(yǎng)模式探索

1.地方高校新工科理念形成

新工科作為一種高等教育改革行動，需要引入教育的新理念，按照新工科的規(guī)律與特點進行教育改革?！皬偷┕沧R”將學校劃分為工科優(yōu)勢高校、綜合性高校和地方高校進行分類指導，尊重了高校類型、理念、發(fā)展的多元化和復雜化[2]。地方高校的新工科理念既要遵循新工科的形成發(fā)展規(guī)律又要根據(jù)自身特點結(jié)合當?shù)厣鐣枨筮M行明確定位。首先，應主動對接地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要和企業(yè)技術創(chuàng)新要求，形成面向地方需求的校企合作、產(chǎn)教融合、協(xié)同育人的教育理念。培養(yǎng)大批具有極強專業(yè)背景知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應用型和技術技能型人才，在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮支撐作用。其次，要形成“新工科”核心能力的培養(yǎng)理念，根據(jù)自身辦學特點對比歐洲工程師能力標準、英國工程專業(yè)能力標準、美國ABET認證標準等國外工程認證標準和我國工程教育認證標準，分析專業(yè)的具體核心能力。借鑒國內(nèi)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”、示范性軟件學院和微電子學院、國家教育體制改革試點學院成功經(jīng)驗，建立從理論學習、實踐鍛煉再到能力培養(yǎng)的教學過程。第三，加強培養(yǎng)學生持續(xù)競爭力的理念。新工業(yè)革命的特征要求大學的工程教育要培養(yǎng)能夠符合當下經(jīng)濟行業(yè)需求的人才，更要培養(yǎng)培養(yǎng)具有可持續(xù)競爭力的創(chuàng)新型人才。不能一味的追求為滿足當前社會市場人才需求而進行的定制培養(yǎng)，而要考慮學生的可持續(xù)競爭力的培養(yǎng)，樹立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育理念[9]。

2.成功的工程教育教學模式

目前針對工程教育比較成功的教學模式主要是基于問題或項目導向的教學模式，如麻省理工學院與多所瑞典大學共同創(chuàng)立的CDIO模式、丹麥奧爾堡大學的PBL模式、OBE工程教育模式。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作 （Operate），CDIO理念的核心即以實際的產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的項目工程為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式進行工程學習[10]。 PBL（Problem-Based Learning）模式，也稱問題式學習，該模式將學生置于真實的、復雜且有實際意義的問題當中，在學生自主解決問題的過程中，培養(yǎng)學生學習知識、綜合運用知識的能力，此外通過團隊合作還能培養(yǎng)學生的交流及團隊合作能力[11]。

OBE（Outcom-based education）是起源于美國的基于學習產(chǎn)出的工程教育模式。它注重社會對人才的實際需求，強調(diào)圍繞學習產(chǎn)出來合理安排教學時間和設計關鍵教學資源[12]。OBE理念關注的是通過明確的培養(yǎng)目標和要求的設定來培養(yǎng)學生，夠使其在畢業(yè)時能夠獲得相應的知識、能力和品質(zhì)；培養(yǎng)的效果依據(jù)培養(yǎng)目標的達成度來確定；此外OBE理念強調(diào)教育的靈活性，在目標明確的培養(yǎng)過程中可針對不同類型的學生采用多樣的教學方法和評價手段。作為成功的高等工程教育模式，目前全球很多國家教育系統(tǒng)都進行了OBE理念的推廣和應用。中國工程教育認證協(xié)會也基于OBE的理念提出了工程教育專業(yè)認證的質(zhì)量標準要求：產(chǎn)出導向的課程設計、學生為中心、持續(xù)改進的質(zhì)量保障體系。在我國高校工程教育類人才培養(yǎng)、教育教學改革及專業(yè)建設方面OBE的應用也發(fā)揮了重大的作用。特別是以汕頭大學牽頭成立的教育部研究與實踐課題組致力于將CDIO模式引入國內(nèi)高校，在機械類、電氣類共兩批38所高校成為試點高校，改革效果良好[13]。

此外，德國的“雙元制”教學模式也是比較成功的工程教育模式。"雙元制"教學模式是由企業(yè)和學校分工合作的產(chǎn)學結(jié)合教育手段，其課程設計的核心是職業(yè)實際需求?！半p元制”典型做法是將教學分別在企業(yè)和學校里交替進行，將企業(yè)中的實踐與學校中的理論教學密切結(jié)合。通過在學校里完成相應的理論課程學習使學生具備專業(yè)所需基礎知識，在企業(yè)中進行實際操作的學習，培養(yǎng)學生的實踐操作能力、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力從而培養(yǎng)能夠適應社會發(fā)展的應用型人才[14]。

3.教學策略的形成

隨著現(xiàn)代教育技術的不斷發(fā)展完善，為教學策略的改革和創(chuàng)新提供了更多的條件。教學策略的革新及應用又推動了教學模式的完善和創(chuàng)新。形成了教學策略和教學模式相互支撐、相互促進的良好局面。目前主要的教學策略有：①增加師生互動策略，通過增加課堂上師生的討論、互動改善傳統(tǒng)課堂教學的單向灌輸、效率低下的局面；②教育技術應用策略，多媒體、網(wǎng)絡平臺等的應用，既能豐富教師的教學手段使現(xiàn)實課堂更加豐富立體，又能為學生的知識擴展學習提供資源，實現(xiàn)學生的個性化培養(yǎng)；③學生自主學習策略，利用在線開放課程信息平臺開展學生的自主學習，既能實現(xiàn)通識知識、基礎知識的寬泛學習又能保證學生的個性化培養(yǎng)；④虛擬仿真應用策略，虛擬仿真技術的應用既能解決傳統(tǒng)教學中存在的學生多、資源不足等缺點，又能將教學與真實的工程環(huán)境相融合，可節(jié)省實驗成本、提高培養(yǎng)效率、增加學生實操經(jīng)驗；⑤學科交叉融合策略，新工業(yè)的發(fā)展過程勢必會產(chǎn)生新的行業(yè)，新行業(yè)大都具有學科交叉與跨界融合的特征[15]。因此在現(xiàn)有專業(yè)的基礎上將可融合學科的資源借鑒過來，甚至將多個專業(yè)有機整合成一個新專業(yè)，都將有利于提高學生的跨學科學習能力，擴大學生的就業(yè)范圍并使學生具有可持續(xù)的競爭力。

4.基于教學策略的教學模式創(chuàng)新

新工科的提出，是基于時代境遇、社會需求、工程教育現(xiàn)狀和工程學科發(fā)展規(guī)律綜合認知下的反思。以新工科建設為契機，推進工程教育全面改革有利于地方高校找準定位、辦出特色。創(chuàng)建適用于新工科的教學模式是工程教育改革重要組成部分，也是地方高校最容易突破并顯現(xiàn)成效的方面。基于教學策略的教學模式創(chuàng)新有利于地方高校在原有教學模式或借鑒成功教學模式的基礎上，通過對現(xiàn)有資源的優(yōu)化再配置有利于增強學生核心能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)與地方經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)人才需求的快速對接。

以聊城大學生物工程專業(yè)教學改革為例。作為地方高校的應用型專業(yè)需要與地方優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。通過對地方產(chǎn)業(yè)的調(diào)研，確立與生物工程專業(yè)相關的兩大行業(yè)-發(fā)酵和制藥行業(yè)。根據(jù)專業(yè)現(xiàn)狀建立了基于CDIO-OBE理念的教學模式并將多種教學策略應用其中。構建了以項目為載體的課堂教學和以成果為導向的實踐教學體系。在課堂教學中針對基礎理論的學習，通過在傳統(tǒng)課堂講授的基礎上結(jié)合教育技術應用策略、學生自主學習策略、虛擬仿真應用策略，來實現(xiàn)核心能力中的知識能力、學習能力的培養(yǎng)；針對專業(yè)知識的學習則以企業(yè)的生產(chǎn)實例和研發(fā)過程為載體，結(jié)合教育技術應用策略、虛擬仿真應用策略，來實現(xiàn)核心能力中技術能力、學習能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。實踐教學體系由學校的主導的普適性實驗和實踐教學和以企業(yè)為主導的個性化企業(yè)實習組成。在實驗和實踐教學中通過設置基礎性和拓展性任務結(jié)合學生自主學習策略、虛擬仿真應用策略、學科交叉融合策略實現(xiàn)核心能力中技術能力、個人素質(zhì)能力、全球思維能力的培養(yǎng)。在企業(yè)實習過程中通過完成企業(yè)設立的生產(chǎn)或研發(fā)目標采用增加師生互動策略、學生自主學習策略來實現(xiàn)核心能力中技術能力、學習能力、個人素質(zhì)能力、職業(yè)道德核心能力的培養(yǎng)。基于以上理論的支持在不同課程中進行，如基于MOOC/SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式改革、課程學習與項目學習相結(jié)合的教學方式改革、目標驅(qū)動式教學改革、探究式與小班研討式學習方式改革等多項教學改革。同時在推進校企合作的同時進行實習體制的改革以實現(xiàn)校企協(xié)同育人共同發(fā)展的目標。

四、總結(jié)

以新工科為導向的工程教育改革為地方高校的轉(zhuǎn)型與升級指明了方向，創(chuàng)建適用于新工科的教學模式是工程教育改革重要組成部分，也是地方高校最容易突破并顯現(xiàn)成效的方面。教育改革是一個長期探索的過程，基于新工科理念的教學模式改革也不是朝夕就能完成的工作。隨著地方高校新工科理念形成與完善，在借鑒成功的工程教育教學模式基礎上，基于教學策略的教學模式創(chuàng)新可為地方高校工程教育教學的改革與發(fā)展提供新的途徑。

編輯：翟麗