新工科需要工程協(xié)作實踐展示學習能力

曹淼龍　楊元健　李強

摘 ?要：新工科國際化背景下以師生雙重身份體驗高等工程教育教學，理解交流架構(gòu)策略方面差異，思考工科學生個體學習力認識與培養(yǎng)。在中加兩國工科學生實踐課程學習中發(fā)現(xiàn)學習力提高與效能挖掘的途徑，重視工科學生在項目任務中團組協(xié)同合作，倡導個體分工學習，構(gòu)建穩(wěn)定團組整體目標效益和驅(qū)動個體能力的培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：新工科;工程教育;學習力;團組協(xié)作;培養(yǎng)模式

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）04-0061-04

Abstract： Focusing on the internationalization of New Engineering Science， we experienced the teaching of higher engineering education as teachers and students， acknowledged the differences in communication structure strategy， and thought about the individual learning ability of engineering students. In the practical course observed by engineering students in China and Canada， we found some ways to improve learning ability and efficiency， paid attention to the collaborative cooperation of engineering students in the project， and advocated individual division learning. The target benefit was stable in overall group and the learning ability was improved in individual. Hence， the training mode was constructed.

Keywords： Engineering education; engineering education; learning ability; collaboration in groups; training mode

新一輪科技革命推動了全球各國產(chǎn)業(yè)的迅速變革與發(fā)展，中國制造2025與創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等促進了國家重大戰(zhàn)略實施，未來世界競爭力的提升對工程科技人才提出更高的要求[1]?！靶鹿た啤背蔀樵谛陆?jīng)濟背景下高等工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，為我國工程教育發(fā)展提供了新思路和新模式[2]。

高等教育事關(guān)未來國家民族的人才培養(yǎng)導向與趨勢，近年國家高度重視關(guān)注高等教育教學，留學基金委為提高地方高等學校一線教師的教學認識與能力，師資訪學隊伍培養(yǎng)開始學習優(yōu)化工程人才培養(yǎng)模式，從而設立“高等教育教學法出國研修項目”。加拿大高等工程教育作為引領世界潮流的工程教學教育代表，對中加工科類教育現(xiàn)狀分析，并結(jié)合所在學校的實際情況提出試點改革的方案。分享留學成果，將吸收到的國外先進教學理念及教學方法運用到課堂教學，充分發(fā)揮留學效益，更好服務于工程科技人才培養(yǎng)。

一、新工科問題現(xiàn)狀

國外“自主學習”思想源遠流長，自主學習思想中的教師任務不是向?qū)W生傳授現(xiàn)成的知識，而是應該試圖通過辯論與商討設置以求知為目標的自由交流環(huán)境，激發(fā)學生的思考，幫助學生自我修正并表達所固有的知識，發(fā)展學生的認識能力。近年來，眾多學者對學習能力方面進行了多方位研究。

國內(nèi)自主學習研究同樣有著悠久的歷史，但真正普遍有據(jù)可考的系統(tǒng)性研究還集中在近幾十年。隨著我國教育的進一步深入，特別是主體性教育理論的逐步確立和完善，自主學習的重要性引起了廣泛關(guān)注[3]，教育工作者結(jié)合自己的實踐經(jīng)驗開展了各種促進學生全面發(fā)展的研究和實驗，對如何培養(yǎng)、提高學生學習能力進行了研究[4]。

1900-2018年10月28日為止，Web of Science核心合集中以learning ability 為主題搜索條目共計80，763，其中以cooperative 為1，133，co-operative為44 條，competition為1，002條，competitive為1，460條，其中合作競爭兩者共有為66條，研究者網(wǎng)絡信息如圖1所示。

Cooperative&competitive論文數(shù)量 66條，參與作者條目162人， 團組60個，相互關(guān)聯(lián)202，聯(lián)接總長度219，節(jié)點直徑大說明作者文章影響權(quán)重大，節(jié)點間連線表示相互關(guān)聯(lián)并引用，連線粗細會因為其影響權(quán)重增加而增粗。

二、工科師生特點與需求

（一）工科師生個體差異

國內(nèi)高等教育工科專業(yè)比重大，教學日趨精細化，本科教育逐漸趨向校企合作、國際化。優(yōu)秀學生積極投入到學科競賽、參與教師科研項目等形式能較好地培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力，工科學生學習特點突出，學業(yè)壓力大，個人人際交流缺乏，團組合作不足[5]。在國際學生合作交流上，部分優(yōu)異學生受益明顯，學生主導，自主學習，思考創(chuàng)新能力得以迅速提高。國際交流合作與聯(lián)合培養(yǎng)下派出學生專業(yè)學習少，受益?zhèn)€體有限，傳遞延續(xù)難以持續(xù)滋生，明顯輻射力不足。培養(yǎng)和訓練模式常常會受到規(guī)模和人數(shù)的限制，無法滿足所有學生的定制培養(yǎng)需求。在新工科背景下強化實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備多學科知識交叉融合的復合型“新工科”人才培養(yǎng)氛圍。

在國際交流、產(chǎn)教融合和校企協(xié)同等培養(yǎng)模式下充分挖掘和利用學?，F(xiàn)有教學資源，學校通過對實踐實習、開放性實驗項目的合理設計，擴展和優(yōu)化開設的實習實訓環(huán)節(jié)和科研實踐項目實踐任務，可以對大多數(shù)學生進行復雜工程問題分析解決和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的個性化訓練和培養(yǎng)。畢業(yè)學生不僅在某一學科專業(yè)上工程基礎現(xiàn)狀良好，而且還具有學科交叉融合的“大工程”特征，即不僅能運用所掌握的知識去解決復雜工程問題，還要能持續(xù)學習新知識、新技術(shù)去解決未來工作中出現(xiàn)的新問題，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)能起到引領作用。新工科提出的“復合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才”培養(yǎng)立足于工程教育專業(yè)認證要求的“復雜工程問題解決能力”的訓練基礎，學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和工程應用實踐解決需要構(gòu)建以學生為主體依托的教育學習體系。學校師生共同充分利用現(xiàn)有實驗和教學資源，設計具有探索性、工程性的實驗和實踐教學項目，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力。同時與其它工科類學院及實驗室聯(lián)合設計多學科交叉融合的實踐項目，具有復雜工程問題解決能力的復合人才培養(yǎng)，師生組團認識自身主體意識，提高學習力去開拓優(yōu)勢需求。有效激發(fā)學生學習興趣、強化學生掌握理論知識、解決工程應用及創(chuàng)新能力訓練展示成為了新工科工程教學中亟待解決的問題。

（二）工程人才需求差異

重大工程需要協(xié)同，創(chuàng)新人才綜合學科交叉，新工科和工程教育專業(yè)認證順應培養(yǎng)工匠潮流應聲欲出。

“新工科”的目標和內(nèi)涵以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[6]。建設新工科的外部表現(xiàn)形式是新專業(yè)，而其本質(zhì)就是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。工程教育專業(yè)認證以《華盛頓協(xié)議》為基礎，針對高等教育機構(gòu)開設的工程類專業(yè)教育實施的專門性認證。工程教育專業(yè)標準強調(diào)人才就業(yè)能力的培養(yǎng)，并反映在培養(yǎng)目標達成度、社會需求適應度、師資和條件支撐度、質(zhì)量保障運行有效度以及學生和用戶滿意度等五項人才培養(yǎng)質(zhì)量方面。兩者緊密聯(lián)系的背景下工程人才需求要滿足社會化分工、大工程合作方式，團組協(xié)作突破專業(yè)系統(tǒng)的整體講究、交流協(xié)作意識缺乏下的個體學習力提升，在跨學科學習視野下完善工程教育的人才培養(yǎng)。

實驗和實踐教學是應用型工程人才培養(yǎng)的重要組成部分，是學生工程素質(zhì)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)校內(nèi)實踐教學環(huán)節(jié)一時間無法滿足對“新工科”和“工程教育專業(yè)認證”人才培養(yǎng)要求。實驗類課程為演示驗證性的實驗教學，易出現(xiàn)學生不熟悉實驗設備的情況，要求按照指定的實驗步驟進行操作和記錄實驗數(shù)據(jù)，學生關(guān)注實驗現(xiàn)象，疏于其背后的理論知識，束縛了學生的創(chuàng)造思維，容易導致學生喪失學習興趣。另一方面，盡管大部分高校實驗室已全面向本校學生開放，但是僅靠學生自己無法開展有工程實用價值的實踐探索工作，所以專業(yè)實驗設備閑置的現(xiàn)象普遍存在，專業(yè)實驗室開放利用率不高，造成專業(yè)實驗資源浪費。傳統(tǒng)實驗教學模式缺乏對多學科交叉融合的復雜工程問題分析、復雜工程系統(tǒng)設計和未知領域探索方面的實踐，而通過學科競賽、教師科研等形式開展的實踐訓練又難以滿足全部學生的實踐要求，難以符合新工科的培養(yǎng)目標和工程教育專業(yè)認證的培養(yǎng)要求。因此在新工科和工程教育專業(yè)認證體系下學生主體目標，教師協(xié)同這一途徑來激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和解決復雜工程問題，從而彌補國內(nèi)高等教育中工科學生缺乏的主體意識展示表達和跨學科交叉協(xié)作。

三、新工科學習力提升實踐改進

學習能力外引內(nèi)化，需要有效的方法和手段。外部轉(zhuǎn)變激勵方式，內(nèi)部挖掘?qū)W生自身潛力。外在環(huán)境和學習社區(qū)互動發(fā)揮個體自覺自主性、能動性和創(chuàng)造性，反思內(nèi)化形成主動學習能力?？茖W、有效的機制能使個體能力發(fā)揮學習力引擎的驅(qū)動作用。

（一）學生主體意識轉(zhuǎn)化

在升學目標貫徹下的傳統(tǒng)學校教育下，短期內(nèi)接受性學習方式能夠高效接收前人的成果。長期而言高校師生延續(xù)升學定勢形成下的內(nèi)化個體知識創(chuàng)新發(fā)展認識不足。高校學生學習期間，觀念中仍習慣偏重知識內(nèi)容課程教學，而忽略學生的思想傾向、心理特點和內(nèi)化時效，是導致學生學習能力薄弱的一大原因。僅僅關(guān)注將書本知識或者研究成果單方面地傳授到學生，而不清楚學生真正需要的是學習方法的指導，特別是自主自覺目標的確定。一貫以來的傳統(tǒng)升學方式使學生思維缺乏自主意識，難以主動開拓明確學習目標、掌握方法與主導學習過程。由于信息多媒體手段被動和網(wǎng)絡學習途徑的交流具有一定黏性，學習伙伴相對固化，易造成學習自主意識的缺乏和學習策略的單一。同時，部分學生因?qū)W習興趣、后期學習目標規(guī)劃等方面缺乏充分的人際交流和自我意識，目標無法自主把控，學習力自覺調(diào)動，是導致學生學習能力差的另一原因。在工科學習過程中，目標不明、策略不當、內(nèi)容模糊等會導致學生個體學習發(fā)生偏斜，減弱興趣原動力，如圖2。

當下工科學生個體尤其是團隊在自主學習方面存在諸多問題，有所成就核心須有自己的方向和目標，方向和目標可自己確定，也可被外界賦予并自我認可。因為只有確定方向和目標才可能有深度，而深度才擁有超額的價值;將在興趣方向上堅持不懈同時跨學科縝密思考，時間定會給予以回報;最后激發(fā)自主學習的系統(tǒng)內(nèi)需，進而切實提高學習能力。個體健康成長成才甚至于社會整體教育方面穩(wěn)健發(fā)展已是迫切需要解決的問題和挑戰(zhàn)，而關(guān)鍵舉措在于內(nèi)化目標，激發(fā)學習能力。高校工科專業(yè)特點決定學生主體學習工作對實踐創(chuàng)新的主導作用，反過來要求工程實踐中重視內(nèi)化培養(yǎng)工科學生學習能力。

（二）實踐過程反饋控制透明化

實踐項目設計上，針對工科專業(yè)所涉行業(yè)的共性問題，教學設計以解決復雜工程問題的應用型人才培養(yǎng)為導向，突破以學科知識系統(tǒng)為依據(jù)的培養(yǎng)模式，項目將結(jié)合現(xiàn)有的教育資源和平臺，以應用行業(yè)跨界融合的工程問題分析和解決為目標，引導學生進行交叉學科知識的獲取和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

實踐項目實施上，充分利用開放性實踐課“獨立設課”的模式，即實踐教學不完全依附理論教學，實踐項目之間也相對獨立，每個項目案例以任務驅(qū)動方式開設，先由教師概述項目所涉及的基礎理論和目標，再由學生自主實踐。項目教學過程中通過啟發(fā)式教學引導學生進行探究性實踐和創(chuàng)新。同時對課程的考核，采用“自圓其說”式考核，即學生能理解和闡述進行的探索實踐內(nèi)容與最后的結(jié)論的一致性即可，并鼓勵學生對有工程應用和學術(shù)價值的研究結(jié)論申請專利或撰寫學術(shù)論文，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

實踐實驗過程中多輪交流，建立學習網(wǎng)絡透明化及時反饋控制團組差距，周期性分析工科專業(yè)在校大學生學習及其激發(fā)原因，臺階式提高在校大學生主體意識，在成果展示中協(xié)作發(fā)揮各自能力與分工，突出整體學習效果的把控，個人評價、他人評價和教師評價反饋渠道暢通。

實踐實驗結(jié)束后組間討論分析差距存在原因，調(diào)整方式方法，組內(nèi)成員或課程師生一道共同反思學校工科專業(yè)教學和學習規(guī)律制度系統(tǒng)化沉淀問題，內(nèi)化學習能力，逐步激發(fā)個體意識去創(chuàng)新創(chuàng)造，工科實踐協(xié)作的培養(yǎng)模式將主導未來學習力的提升。項目共同任務目標中，發(fā)揮個體分工學習優(yōu)點，異質(zhì)團組需要協(xié)同合作，有效驅(qū)動個體能力表達展示，強化學習目標和效能的整體要求。工科工程任務需要在團組協(xié)作中反復質(zhì)疑，在交流與驗證的環(huán)境中扎實完成，將非常有助于穩(wěn)定團組整體目標和驅(qū)動個體能力，凸顯新工科工程教學協(xié)作的培養(yǎng)模式。

（三）實踐目標層次化

研究生培養(yǎng)、教師科研和社會服務提供技術(shù)支撐。設立開放創(chuàng)新實驗競賽平臺，向?qū)W生開放實驗室，吸收基礎好、有一定科研能力的優(yōu)秀學生參與老師的科研項目，挑選優(yōu)秀的隊員，進行有針對性的強化培訓，組織學生進行課外科技和實驗競賽活動展示。

奠定企業(yè)開展合作教育基礎模式，建立工程實踐專業(yè)實驗室，加強學生工程實訓培養(yǎng)，增強學生的工程實踐和研發(fā)能力;加強企業(yè)合作，建設校內(nèi)外生產(chǎn)性實訓基地，輸出學生進企業(yè)實踐學習，引入企業(yè)研發(fā)項目，形成真正意義上的“產(chǎn)學研良性互動”，讓學生的科研創(chuàng)新直接服務于企業(yè)，直接服務于社會經(jīng)濟的發(fā)展。

海外高校的交流合作項目為培養(yǎng)平臺，展示學習力提升模式的引領示范作用。以工程實踐促創(chuàng)業(yè)，輔導學生開展創(chuàng)業(yè)項目，培養(yǎng)學生的實踐能力，提高應用型、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)效果，國內(nèi)外新工科交流層面下獲取培養(yǎng)模式的嘗試認可。

四、工程教學效果

新工科實踐教學項目實施后，學生協(xié)作能力，自我展示表現(xiàn)力上有明顯提升。同時新增實驗數(shù)十個，新增校企產(chǎn)學研合作項目10項，新建校企聯(lián)合實踐基地10個，多賽事項目并舉，寬技術(shù)培訓基礎，形成學科交叉融合格局。學生入選春萌、新苗計劃等30項，指導學生獲省部級科技競賽獎30項以上，邀請國內(nèi)和國外著名專家學者講學20人次，促進了工科學生的學習力提升。

五、結(jié)束語

通過師生雙重角色切身體驗中加兩國高等教育教學差異，調(diào)查統(tǒng)計學習能力的相關(guān)文獻，分析工科學生特點、缺陷原因和后續(xù)需求，團組協(xié)作實踐交流將是新工科學生學習能力加快發(fā)展的重要途徑。建議國內(nèi)工科學生學習力在工程協(xié)作中重視交流，師生轉(zhuǎn)換思維習慣以學生主體滿足社會需求這一導向，跨學科融合創(chuàng)新啟發(fā)學習能力，有望完善工科實踐培養(yǎng)模式。

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基金項目：教育部高等教育司產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“四新背景下工科課證融通汽車結(jié)構(gòu)認知實踐教學建設”（編號：201902119012，負責人：曹淼龍）;浙江省高等教育教學改革項目“CCTV新希望工科專業(yè)學生主導學習能力內(nèi)化研究與建設”（編號：jg20190313，負責人：曹淼龍）;浙江省高校實驗室工作研究項目“硬件在環(huán)仿真選換執(zhí)行器試驗系統(tǒng)設計”（編號：YB201840，負責人：曹淼龍）

作者簡介：曹淼龍（1978-），男，漢族，浙江永康人，碩士，高級實驗師，碩士研究生導師，研究方向：高等實踐教育;李強（1979-），男，漢族，江蘇溧陽人，博士，教授，碩士研究生導師，研究方向：高等教育。