OBE視角下應(yīng)用型高校大學(xué)生的工程素養(yǎng)培養(yǎng)模式

李 濤，陶 晶，修 云

(湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,湖北 黃石 435003)

培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是當(dāng)前工程教育改革的一個(gè)重要方向。教育部在“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃和工程教育專業(yè)認(rèn)證中都把培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)作為專業(yè)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)和考核點(diǎn)[1]。目前，工程素養(yǎng)的內(nèi)涵尚未得到工程教育理論和實(shí)踐界的統(tǒng)一界定[2]。仝美娟等[3]學(xué)者認(rèn)為，工程素養(yǎng)指的是工程師應(yīng)具備的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，一定的工程實(shí)踐訓(xùn)練和嚴(yán)格有素的工程習(xí)慣及綜合能力。

高校作為工程教育的主戰(zhàn)場(chǎng)，在工程素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中起著不可替代的作用，構(gòu)建科學(xué)合理的培養(yǎng)體系成為了各高校迫切需要解決的問題[4]。具備高工程素養(yǎng)的學(xué)生能敏捷地發(fā)現(xiàn)問題，并將理論應(yīng)用于實(shí)踐，能夠綜合運(yùn)用各種資源，將思維構(gòu)思變成實(shí)際產(chǎn)物。工程素養(yǎng)的形成和提高是一個(gè)漸進(jìn)的過程，僅通過知識(shí)學(xué)習(xí)或者簡(jiǎn)單的知識(shí)綜合是無法實(shí)現(xiàn)的。它需要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，并在應(yīng)用工程實(shí)踐活動(dòng)中反復(fù)錘煉，在應(yīng)用實(shí)踐過程中將不同學(xué)科的知識(shí)和素質(zhì)要素融會(huì)貫通，逐漸升華提高。因此，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)也是一個(gè)系統(tǒng)工程，不是僅僅通過一兩門課程就能實(shí)現(xiàn)的。結(jié)合OBE教育理念，針對(duì)工程素養(yǎng)所包含的組成要素，構(gòu)建一種由淺入深、潛移默化、逐漸提升的培養(yǎng)體系是一種行之有效的方法[5-6]。

1 工程素養(yǎng)培養(yǎng)體系

1.1 培養(yǎng)環(huán)節(jié)

工程素養(yǎng)應(yīng)該包含4個(gè)基本組成要素, 即工程知識(shí)、工程能力、工程意識(shí)、工程倫理，更進(jìn)一步可以細(xì)分為工程常識(shí)等9個(gè)子要素[2]。不同的要素需要由不同的培養(yǎng)環(huán)節(jié)來完成培養(yǎng)，每個(gè)細(xì)分要素至少由3個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)來完成培養(yǎng)，各培養(yǎng)環(huán)節(jié)既相互依存、相互支撐又相對(duì)獨(dú)立。工程素養(yǎng)要素分解及培養(yǎng)環(huán)節(jié)安排見表1。

表1 工程素養(yǎng)要素分解及培養(yǎng)環(huán)節(jié)安排

1.2 培養(yǎng)過程

各培養(yǎng)環(huán)節(jié)的實(shí)施是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，大體上可以分為理論知識(shí)的傳授、工程實(shí)踐與應(yīng)用、實(shí)習(xí)及講座等其他輔助環(huán)節(jié)三類。不同的環(huán)節(jié)有著各自的特點(diǎn)，采用的實(shí)施方法也有所差別。

1.2.1理論知識(shí)的傳授

理論知識(shí)是基礎(chǔ)，所有的工程訓(xùn)練都應(yīng)該在理論知識(shí)的支持和指導(dǎo)下進(jìn)行，忽視理論知識(shí)而一味強(qiáng)調(diào)實(shí)踐是一種不可取的方法。工程素養(yǎng)的基本要素A和B的培養(yǎng)離不開理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。理論知識(shí)主要可以分為專業(yè)認(rèn)知、公共基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)4個(gè)部分，不同類型的知識(shí)采用不同的教學(xué)方式完成。例如，在機(jī)械電子工程專業(yè)的課程教學(xué)中，一個(gè)實(shí)際的機(jī)電應(yīng)用系統(tǒng)包含了“傳感器”“控制單元”“執(zhí)行單元”“總線與通信單元”“電源與抗干擾單元”等多門課程的內(nèi)容。如果將這些課程一門門單獨(dú)學(xué)習(xí)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生為了應(yīng)付考試而被動(dòng)的記憶知識(shí)，缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣，學(xué)習(xí)效率低。同時(shí)，單門課程涉及到的知識(shí)無法形成一個(gè)完整的機(jī)電系統(tǒng)，不利于實(shí)施項(xiàng)目式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，也不利于開展綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)。因此，對(duì)于與專業(yè)結(jié)合非常緊密的多門課程，可以將知識(shí)點(diǎn)打散，融合形成課程群來完成教學(xué)。理論知識(shí)體系如圖1所示。

圖1 理論知識(shí)體系

1.2.2工程實(shí)踐與應(yīng)用

工程意識(shí)是人們對(duì)客觀工程實(shí)踐的主觀反映。工程意識(shí)來源于工程實(shí)踐, 工程實(shí)踐是工程人才形成工程意識(shí)的必要條件, 只有具備工程意識(shí)才可能主動(dòng)地、創(chuàng)造性地建構(gòu)一個(gè)新事物。在高等工程教育階段，學(xué)生參與工程實(shí)踐，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生設(shè)計(jì)靈感，進(jìn)而付諸實(shí)踐等是工程意識(shí)的重要方面[2]。因此，工程實(shí)踐與應(yīng)用是高校工程類專業(yè)培養(yǎng)過程中必不可缺的環(huán)節(jié)。工程素養(yǎng)的基本要素B，C，D的培養(yǎng)都必須要有充足的工程實(shí)踐與應(yīng)用。工程實(shí)踐與應(yīng)用能力的培養(yǎng)過程從最初的工程體驗(yàn)到最終的畢業(yè)設(shè)計(jì)，逐漸融入專業(yè)知識(shí)，逐步提高應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

大學(xué)生剛?cè)胄r(shí)對(duì)今后所學(xué)內(nèi)容往往是處于懵懂狀態(tài)，可以先通過一門工程體驗(yàn)課程讓其對(duì)工程實(shí)踐有一個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí)，然后通過工程實(shí)踐課程讓學(xué)生完成一件與專業(yè)相關(guān)但不要求過多專業(yè)知識(shí)的作品。例如，土建類專業(yè)可以用木頭或者石膏完成一個(gè)建筑模型，機(jī)械類專業(yè)可以用木頭完成一個(gè)風(fēng)車或四輪小車等作品。這樣既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也可以讓學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐有個(gè)初步的體驗(yàn)，提升對(duì)專業(yè)的認(rèn)可度。工程實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)體系如圖2所示。

圖2 工程實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)體系

1.2.3其他輔助類環(huán)節(jié)

各類實(shí)習(xí)、講座、學(xué)科競(jìng)賽等輔助類教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)體系中不可缺少的補(bǔ)充環(huán)節(jié)。由于課時(shí)、實(shí)驗(yàn)室條件、經(jīng)費(fèi)等各種限制，在課程內(nèi)往往無法大量的進(jìn)行各種實(shí)踐應(yīng)用。通過各種實(shí)習(xí)、講座可以讓學(xué)生真正接觸企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，了解最新科技動(dòng)態(tài)，開闊眼界，增加知識(shí)儲(chǔ)備。通過各種與專業(yè)相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽，可以鼓勵(lì)學(xué)生利用課外業(yè)余時(shí)間進(jìn)行各種實(shí)踐應(yīng)用。為了保證所有學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)科競(jìng)賽，可以在國(guó)家、省級(jí)競(jìng)賽之外增設(shè)教學(xué)院級(jí)的競(jìng)賽項(xiàng)目，并要求所有學(xué)生畢業(yè)前在各級(jí)學(xué)科競(jìng)賽中至少獲得過1項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。

2 新教學(xué)模式的應(yīng)用

隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展,各種先進(jìn)的現(xiàn)代化教學(xué)工具逐步應(yīng)用于教學(xué)。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步，線上(網(wǎng)絡(luò)教學(xué))+線下(面授教學(xué))混合式教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生。該模式將學(xué)習(xí)的中心由教師轉(zhuǎn)變成了學(xué)生, 既能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和興趣，又能鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考的能力,同時(shí)還有利于項(xiàng)目式、討論式等教學(xué)活動(dòng)的展開。

2.1 理論知識(shí)的培養(yǎng)

對(duì)于理論知識(shí)的培養(yǎng)，各課程在教學(xué)過程中可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新梳理，打破原有章節(jié)體系，將課程教學(xué)內(nèi)容劃分成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，有些信息量比較大的知識(shí)點(diǎn)細(xì)分為若干個(gè)更小的知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生小步快走式學(xué)習(xí)。根據(jù)難易程度，將知識(shí)點(diǎn)更進(jìn)一步地細(xì)分成1，2，3三個(gè)難度等級(jí)。對(duì)于難度等級(jí)最低的1級(jí)知識(shí)點(diǎn)，可以充分利用線上資源，采用學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的形式，通過線上自測(cè)與線下老師課堂檢查的形式督促學(xué)生自學(xué)。對(duì)于難度等級(jí)為2級(jí)的知識(shí)點(diǎn)可以采用翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生互學(xué)的方式，學(xué)生課外自學(xué)后在課堂上以組為單位分別介紹學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生講、學(xué)生聽、學(xué)生質(zhì)疑與答辯，教師只在必要時(shí)干預(yù)，結(jié)束時(shí)總評(píng)。對(duì)于難度等級(jí)為3級(jí)的知識(shí)點(diǎn)，還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師推導(dǎo)、演算、講解，學(xué)生不懂就問，課后復(fù)習(xí)。

2.2 工程實(shí)踐與應(yīng)用的培養(yǎng)

工程實(shí)踐與應(yīng)用的培養(yǎng)以線下項(xiàng)目式教學(xué)為主。線下教學(xué)以2～3人組成的小組為單位，以一個(gè)工程應(yīng)用項(xiàng)目為主線，將項(xiàng)目分解成為多個(gè)子項(xiàng)目分階段實(shí)施。每一個(gè)階段的子項(xiàng)目完成后，再進(jìn)入下一階段，最后將各子項(xiàng)目成果組合完成整個(gè)項(xiàng)目。對(duì)于學(xué)時(shí)充足的課程，整個(gè)項(xiàng)目的完成都在課內(nèi)完成；對(duì)于學(xué)時(shí)不充足的課程，可以充分利用課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐性學(xué)時(shí)來完成。各階段子項(xiàng)目的實(shí)施均采用各小組設(shè)計(jì)介紹方案、小組間質(zhì)疑提問與答辯、教師點(diǎn)評(píng)指導(dǎo)、小組修改實(shí)施、結(jié)題匯報(bào)5個(gè)實(shí)施步驟。實(shí)施的過程中所有內(nèi)容的完成均以小組為單位，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)同能力。每個(gè)子項(xiàng)目完成后均評(píng)選出最優(yōu)小組，將優(yōu)秀作品放入實(shí)驗(yàn)室陳列柜展示，并通過冠名、獎(jiǎng)勵(lì)等方式提升學(xué)生興趣，讓學(xué)生獲得成就感。

2.3 應(yīng)用案例

湖北理工學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)“單片機(jī)原理及接口技術(shù)”課程的教學(xué)，采用了線上線下混合式教學(xué)模式。知識(shí)型內(nèi)容以線上教學(xué)為主，將教學(xué)內(nèi)容按照內(nèi)在邏輯關(guān)系分解成34個(gè)知識(shí)點(diǎn)，制作成MOOC上傳到課程中心網(wǎng)站，配合線上測(cè)試題供學(xué)生自學(xué)。根據(jù)難易程度將知識(shí)點(diǎn)細(xì)分成1，2，3三個(gè)難度等級(jí)，其中1級(jí)知識(shí)點(diǎn)19個(gè)，2級(jí)知識(shí)點(diǎn)11個(gè)，3級(jí)知識(shí)點(diǎn)4個(gè)。應(yīng)用能力的培養(yǎng)以線下項(xiàng)目式教學(xué)為主，圍繞“直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速”項(xiàng)目展開。將該項(xiàng)目分解為“單片機(jī)認(rèn)識(shí)與IO控制”“定時(shí)與中斷”“單片機(jī)通信”“傳感器信號(hào)采集”“常用執(zhí)行元件控制”5個(gè)子項(xiàng)目分階段實(shí)施。在相應(yīng)知識(shí)型內(nèi)容學(xué)習(xí)完成之后，便實(shí)施對(duì)應(yīng)子項(xiàng)目。通過項(xiàng)目實(shí)施，使學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題，同時(shí)加深對(duì)知識(shí)的理解。在課程最后將各子項(xiàng)目成果集成，完成整個(gè)項(xiàng)目。課程設(shè)計(jì)在此項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和延伸或進(jìn)行新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

3 過程與結(jié)果并重的考核

考核是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，離不開有效、科學(xué)的考核手段。在考核上應(yīng)堅(jiān)持知識(shí)與能力并重、過程與結(jié)果并重。過程考核和結(jié)果考核的成績(jī)各占總成績(jī)的50%。過程考核的內(nèi)容包括：每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的線上測(cè)驗(yàn)、線下課堂檢查情況、各小組子項(xiàng)目方案介紹與實(shí)施情況。對(duì)于學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，可以通過一課一測(cè)等形式進(jìn)行線上考核，考核成績(jī)的平均值按一定的權(quán)重計(jì)入總成績(jī)。教師在線下課堂上可以對(duì)學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行抽查，抽查的結(jié)果以及當(dāng)堂練習(xí)等結(jié)果作為線下課堂檢查情況的成績(jī)，按一定的權(quán)重計(jì)入總成績(jī)。對(duì)于線下項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容的考核，以項(xiàng)目實(shí)施的過程為主，綜合考慮學(xué)生的設(shè)計(jì)方案、答辯情況、實(shí)施情況、最終成果等多項(xiàng)內(nèi)容，不單一的以學(xué)生是否完成項(xiàng)目或項(xiàng)目作品功能如何作為考核標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果考核分為期中考試和期末考試2種，期中考核以知識(shí)性內(nèi)容為主，期末考核以應(yīng)用能力為主。

仍以“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程為例，2016級(jí)機(jī)械電子專業(yè)2個(gè)班，其中1班采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，2班采用線上線下混合新模式教學(xué)。通過對(duì)考核結(jié)果的定量評(píng)價(jià)，以及對(duì)學(xué)生問卷調(diào)查、座談等反饋的定性分析，發(fā)現(xiàn)采用新模式教學(xué)的課程達(dá)成度和學(xué)生滿意度更高。通過對(duì)學(xué)生后續(xù)發(fā)展的跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，采用新模式教學(xué)的學(xué)生在參加學(xué)科競(jìng)賽時(shí)，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，獲獎(jiǎng)的人數(shù)占該專業(yè)總?cè)藬?shù)的40%以上，明顯高于其他班級(jí)，在后續(xù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中也表現(xiàn)出更高的工程素養(yǎng)和能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于應(yīng)用型高校，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)是各工科專業(yè)必不可缺的一項(xiàng)內(nèi)容。通過以成果為導(dǎo)向的培養(yǎng)模式能夠有針對(duì)性地對(duì)工程素養(yǎng)的各要素進(jìn)行有效的培養(yǎng)，各教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置以達(dá)成培養(yǎng)工程素養(yǎng)9個(gè)細(xì)分要素為目的，各教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施以達(dá)成目的為中心，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，提高學(xué)生的工程素養(yǎng)。