新工科背景下教學模式改革探索與實踐

李小周 費良軍 張言禾 王濤 朱滿林

摘 要：目前，傳統(tǒng)工程教育人才培養(yǎng)模式已不能適應當前社會發(fā)展需求。在新工科背景下，為了滿足未來不同行業(yè)發(fā)展的不同需求，我們需要培養(yǎng)出不同層次和不同類型的高素質(zhì)人才，傳統(tǒng)工程人才培養(yǎng)模式亟須改進，因此，新工科人才培養(yǎng)模式應運而生。本文以農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)中的《水泵與水泵站》課程為例，探討在新工科背景下的教學模式改革。以解決問題為中心、多重學習目標為導向、工程實踐與課堂教學緊密結(jié)合為特點的教學方法，來提高學生學習興趣，加深學生對知識的理解程度，培養(yǎng)學生快速學習、終身學習和批判性思維的能力和素質(zhì)，從而達到人才培育目的，同時為其他課程教學提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科;人才培養(yǎng)模式;教學方法;能力培養(yǎng)

一、緒論

高等教育在為社會發(fā)展需要培養(yǎng)不同層次和不同類型的高素質(zhì)人才方面，為國家創(chuàng)新發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用[1]。自黨的十八大以來，國家非常重視國家治理能力和治理體系的現(xiàn)代化建設，高等教育人才培養(yǎng)模式也迫切需要人才培養(yǎng)能力和培養(yǎng)體系的現(xiàn)代化[2]。我國的教育改革和發(fā)展綱要已經(jīng)把教育強國列入重要發(fā)展方向[3]。如何培養(yǎng)學生是目前高等教育暴露出的最大問題，所以新工科的建設和發(fā)展應將重點聚焦在人才培養(yǎng)的專業(yè)建設及培養(yǎng)模式方面。

我國的工程教育規(guī)模雖大，但教育質(zhì)量卻和歐美等工業(yè)發(fā)達國家存在較大差距，人才培養(yǎng)模式也相對比較傳統(tǒng)保守，主要表現(xiàn)為重講授輕互動，重考試輕能力，重認知輕情感等方面。這種教育模式使學生在學習過程中對課程學習提不起興趣，對專業(yè)知識缺乏深刻理解[4]。培養(yǎng)的學生普遍缺乏創(chuàng)新性和實踐動手能力，缺乏快速學習、終身學習的能力，缺乏批判性思維，學科基礎薄弱，后續(xù)發(fā)展乏力，面對復雜工程和重大工程問題時解決問題的能力不足，這種“人才”不能滿足未來工程發(fā)展的新需求。要想改變目前的狀況，應將重點集中在新工科人才培養(yǎng)方式的改革上[5]。在新工科背景下，為了培養(yǎng)滿足未來不同行業(yè)發(fā)展的需求的全方位、高素質(zhì)和可持續(xù)發(fā)展的人才，不能僅重視對學生科學知識的培養(yǎng)，還應該注重對學生的品格、知識、能力等全方位素質(zhì)進行提升[6]。

在新工科背景下，為了滿足社會的發(fā)展的需要，高校的人才培養(yǎng)模式改革一直在進行探索與實踐，當前正在從傳統(tǒng)的只注重科學知識培養(yǎng)的教學模式轉(zhuǎn)向重視學習能力和綜合素質(zhì)的教學模式。2015年，中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會[7]制定的《工程教育認證標準》中提出了工程教育的三大核心理念為：“成果導向教育（OBE）”“以學生（學習者）為中心”“持續(xù)改進”，這為教育工作者進行課程改革指明了方向，提供了基本遵循。2018年初，教育部發(fā)布我國第一個高等教育教學質(zhì)量國家標準——《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》[8]，其內(nèi)容緊緊圍繞“成果導向教育（OBE）”“以學生（學習者）為中心”以及“持續(xù)改進”的先進理念，要求高等學校本科教育模式要突出以學生為中心，產(chǎn)業(yè)導向，持續(xù)改進為改革的重要方向，主動適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要，注重改革教育方法，強化實踐環(huán)節(jié)，創(chuàng)新培育形式，激發(fā)學生的學習興趣和潛能。一些教育工作者也進行了課改研究，從教學目標入手，提出了革新教學理念、調(diào)整教學方法、重塑教學內(nèi)容的方法。以工程教育專業(yè)認證中對學生的畢業(yè)要求為依據(jù)，強調(diào)“以學生為中心”，以“知識、能力、品格”為目的的教育理念。

在新工科背景下，要培養(yǎng)學生理論知識學習能力、復雜工程問題解決能力和創(chuàng)新能力[9]。大學人才培養(yǎng)的目的不在于“教”，而在于激發(fā)每一位同學的學習興趣，積極主動的“學”到東西。大學的角色應該從傳統(tǒng)的教學提供者轉(zhuǎn)向為學生自主發(fā)現(xiàn)和建構(gòu)學問的環(huán)境創(chuàng)造者，使學生從被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛑鲃影l(fā)現(xiàn)和解決問題的學者[4，10]。

二、《水泵與水泵站》課程特點及教學目標

（一）課程特點

《水泵與水泵站》是農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。學生通過對本課程的學習，將為今后從事水泵站設計、施工、建設及管理打下良好的基礎。與本課程相關(guān)的專業(yè)基礎課有《工程水文及水利計算》《水力學》《材料力學》《結(jié)構(gòu)力學》《土力學》《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學》《電工學及電氣設備》《水工建筑物》《水利工程施工》等。該課程包括水泵和水泵站兩部分的基礎理論知識，研究對象是水泵的應用技術(shù)、泵站工程規(guī)劃與運行管理等問題。本課程的特點是理論與實踐結(jié)合密切，實踐性、邏輯性較強，需要通過數(shù)學的建模和推導分析科學問題和解決復雜工程問題，具有極強的邏輯推理。

（二）教學目標

本課程旨在使學生掌握葉片泵的基礎知識、基本理論與葉片泵的性能曲線，熟悉水泵工況點與水泵安裝高程的確定方法，以及水泵機組選型方法，并掌握泵站工程規(guī)劃，泵房、管道及進出水建筑物的設計方法。培養(yǎng)學生正確選用水泵、優(yōu)化泵站工程設計能力，以及綜合運用課程理論知識解決泵站工程復雜問題的能力、團隊合作能力，初步建立學生的創(chuàng)新與設計能力。

三、傳統(tǒng)教學模式現(xiàn)狀分析

相比于新工科背景，《水泵與水泵站》傳統(tǒng)教學模式主要存在以下典型問題。

（一）教學理念陳舊

傳統(tǒng)的教學理念，教學過程中僅注重知識的講授，而忽視激發(fā)學生對知識的興趣和自主探索，往往是教師孤立地、單調(diào)地講授知識，學生被動地、沒有目標地學習，教師很少提問或者不提問，與學生之間缺乏互動，忽視課堂教學的含金量和學生通過這門課能學到哪些能力，課堂教學缺少先進性和時代性，缺少挑戰(zhàn)性和趣味性。

（二）教學方法缺乏創(chuàng)新

盡管現(xiàn)在大部分教師采用PPT教學，但是和以前的課本+黑板教學相比并沒有從根本上解決學生上課缺乏主動性的問題。教師只是在規(guī)定的教學時間講授完理論知識，不對理論知識進行分析討論、總結(jié)概括，不通過互動方式讓學生對理論知識進行質(zhì)疑，不通過訓練環(huán)節(jié)引導學生靈活運用理論知識解決實際問題，這樣單純講授理論知識的方式使學生掌握理論知識的效果并不理想[11]。實際上，通過分析討論、練習實踐、知識應用等教學方法，可以使學生掌握知識的效果更好。通過調(diào)查，單純講授的教學方式，學生掌握知識的程度只有5%，而通過小組討論和練習實踐教學方式，學生掌握知識的程度可以分別達到50%和75%，如果通過向他人講授知識、并將知識即時應用的教學方式，學生掌握知識的程度可達到90%[12]。

（三）教學內(nèi)容不豐富

課堂內(nèi)容僅將課本上的知識原封不動地搬到黑板上或PPT上，沒有增加與時俱進的前沿知識，課程中涉及的知識多為枯燥的理論知識，而且僅停留在基本概念上。這樣的課程內(nèi)容不能吸引學生的注意力，更不能激發(fā)學生主動學習的積極性，導致學生對學習缺乏興趣，缺乏主動性，缺乏熱情，最終導致課堂氣氛枯燥、單調(diào)，出現(xiàn)學生學習效果差、出勤率降低等問題。

四、教學模式改革探索與實踐

（一）更新教學理念

一個老師的課程教學理念決定著一節(jié)或一門課是“金課”還是“水課”。因此，培養(yǎng)和幫助工科教師樹立和具備正確的教學理念和課堂價值觀至關(guān)重要[13]?！督逃筷P(guān)于一流本科課程建設的實施意見》對教學理念提出了一下建議：（1）提升高階性，是要培養(yǎng)學生運用理論知識解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維能力，培養(yǎng)學生大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新、深度分析問題的精神和能力;（2）突出創(chuàng)新性，是要將與教學內(nèi)容相關(guān)的科學研究和工程技術(shù)發(fā)展前沿成果引入課程，教學內(nèi)容要體現(xiàn)前沿性與時代性，并在教學方法上體現(xiàn)先進性與互動性，引導學生進行探究式與個性化學習;（3）增加挑戰(zhàn)度，是要在課程設計或課程實驗中增加研究性、創(chuàng)新性、綜合性、設計性內(nèi)容，根據(jù)不同分組設置不同題目，增加了難度，防止出現(xiàn)成果“千篇一律”的現(xiàn)象，嚴格考核考試評價，增強學生成就感。這些實施意見為廣大教師樹立正確的教學理念指明了方向。

在講授《水泵與水泵站》課程時，要特別注意以下幾點：

（1）教師應以學生為中心，這就要求教師把課本中的難點問題進行梳理，按照從簡單到復雜的層次，講授內(nèi)容要條理清晰，邏輯性強，符合學生的認知規(guī)律，保證學生一聽就懂，最后把課堂中講授的大量知識信息進行總結(jié)歸納，便于學生理解和記憶。

（2）堅持成果導向教育，就是要按照學習目標確定教學策略，設計教學方案，制訂詳細的教學計劃，最大程度達到學習目標。

（二）創(chuàng)新教學方法

一個老師的課程教學方法決定著學生對這門課程是否有濃厚的學習興趣和充足的學習動力，決定著學生對這門課程的實際工程感悟和對理論知識的理解深度，決定著學生是否能在這門課程中提高其專業(yè)素質(zhì)和能力。因此教師要擯棄傳統(tǒng)的教學方法，采用符合新工科人才培養(yǎng)模式需求的教學方法?！端门c水泵站》課程教學方法可以進行以下三方面創(chuàng)新。

（1）教學過程中可以加入實際工程案例。比如以一個實際泵站工程設計為典型案例向?qū)W生講解泵站方面的理論知識。通過案例教學可以讓學生準確地掌握和理解理論知識，讓學生清楚本節(jié)課程理論知識可以解決哪些實際工程問題，如何解決實際工程問題，通過案例教學可以幫助學生理解和應用理論知識，把理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際工程問題的意識和能力。

（2）充分利用實驗環(huán)節(jié)，在實驗中盡量讓學生親自動手去做，培養(yǎng)學生動手能力和團隊合作意識。另外，可以增加創(chuàng)新性、設計性實驗項目供學生自主選擇，充分利用實驗環(huán)節(jié)鍛煉學生的動手能力、創(chuàng)新能力和解決實際工程問題的能力，從而提高工科人才能力和素質(zhì)。

（3）教學過程中可采用啟發(fā)式、探究式、討論式混合教學法。老師可以提前布置需要學生查閱相關(guān)的書籍資料和規(guī)范才能完成的課后作業(yè)，上課時讓學生分享自己的成果，這樣既可以很好地訓練學生自主學習和獨立工作能力，也可以激發(fā)學生的學習興趣。老師在講授過程中可以設置一些問題讓學生思考，和學生討論，并在討論過程中有意識地啟發(fā)學生，組織和引導學生去探究知識來解決所面臨的問題，這種教學方法可以有效地培養(yǎng)學生的批判性思維能力、獨立思考能力、自學能力、創(chuàng)新能力和運用理論知識解決工程問題的能力。

（三）豐富教學內(nèi)容

在新工科背景下，一個老師不僅需要豐厚、系統(tǒng)的專業(yè)知識儲備外，還必須儲備和更新適應新工科發(fā)展繁榮知識結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，要求工科教師必須跟上時代的步伐，同時具備快速學習和及時更新知識的意識和能力，掌握本學科、本專業(yè)的新知識、新技術(shù)、新發(fā)展、新應用。只有具備豐厚專業(yè)儲備知識，才能給學生教授豐富的內(nèi)容，才能吸引學生的注意力，成為學生歡迎的老師。在講授《水泵與水泵站》課程時，教師可以加入一些與課程相關(guān)的背景的介紹和前沿知識的擴展。比如給學生介紹我國的超級水利工程—南水北調(diào)工程和本課程相關(guān)知識在南水北調(diào)工程中的應用，這樣既可以讓學生理解所學知識在實際工程中的應用價值，又可以激發(fā)學生對本課程的學習興趣。

五、結(jié)語

新工科人才培養(yǎng)目標必須面向工程發(fā)展所需，其本質(zhì)要求就是改變傳統(tǒng)的教學方式，培養(yǎng)出“品格+知識+能力”全方位素質(zhì)的新工科人才。這種人才不僅擁有豐富的全方位應對工程問題的知識與能力，而且具有良好的道德品格和人文素養(yǎng)，不僅能夠運用所學的理論知識解決現(xiàn)有工程問題，還能通過創(chuàng)新思維能力思考未來可能的工程問題，并能對未來工程發(fā)展方向起到引領作用。

作為高校教師，應該順應教育發(fā)展的趨勢，同時具備豐厚的專業(yè)知識、較強的專業(yè)實踐能力與社會服務能力，熱愛教學，具備鉆研并掌握先進的教學技術(shù)的能力和素養(yǎng)。

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