新工科背景下基于項(xiàng)目的多課程融合實(shí)踐教學(xué)研究——以軌道交通電氣與控制專(zhuān)業(yè)為例

劉廣敏 李小偉 解兆延 喬 昕

山東交通學(xué)院 山東濟(jì)南 250357

新工科(Emerging Engineering Education，3E)是中國(guó)為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，在新經(jīng)濟(jì)、新起點(diǎn)這樣的大背景下提出來(lái)的概念，目前在社會(huì)各界和高等教育領(lǐng)域引起普遍關(guān)注和巨大反響[1-2]。新工科建設(shè)將階段性推進(jìn)，需要重點(diǎn)把握學(xué)與教、實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、本土化與國(guó)際化三個(gè)任務(wù)，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)立法保障、擴(kuò)大辦學(xué)自主權(quán)、改革教育評(píng)價(jià)體系三個(gè)突破[3]。我國(guó)高等教育中的工科教育從規(guī)模上已經(jīng)是世界第一，畢業(yè)生規(guī)模占世界工科畢業(yè)生總數(shù)比例為全球第一(38%)[4]。因此，正如吳巖指出的那樣，理解新工科建設(shè)的重要性和緊迫性，一是要站在實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興大局和世界百年未有之大變局這兩個(gè)“大局”的背景下，二是要站在“兩化重疊”的背景下認(rèn)識(shí)“新工科”建設(shè)的迫切性[5-6]。

1 在新工科建設(shè)要求下本專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課存在的問(wèn)題

軌道交通電氣與控制專(zhuān)業(yè)，原有的實(shí)踐課程體系除了畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐課外，還有針對(duì)某門(mén)課程單獨(dú)開(kāi)設(shè)的課程設(shè)計(jì)，如電力電子課程設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)、牽引供電課程設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)等。本專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有的實(shí)踐課程主要存在的問(wèn)題有：(1)實(shí)踐課程內(nèi)容單一，沒(méi)有系統(tǒng)化、項(xiàng)目化的任務(wù)設(shè)計(jì)；(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與行業(yè)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)系不緊密；(3)課程性質(zhì)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少，不利于啟發(fā)學(xué)生思考。本專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有的實(shí)踐課，無(wú)論實(shí)踐內(nèi)容還是實(shí)踐形式，都無(wú)法滿足新工科建設(shè)要求。

要使傳統(tǒng)工科實(shí)踐課程滿足新工科建設(shè)要求，必須對(duì)實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方式及實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行改革，強(qiáng)調(diào)各專(zhuān)業(yè)課程之間教學(xué)知識(shí)的交叉和融合，以項(xiàng)目實(shí)施為導(dǎo)向，探討多課程融合實(shí)踐教學(xué)模式，以分解化的任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建系統(tǒng)化的教學(xué)方法和教學(xué)進(jìn)程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手和綜合應(yīng)用能力，提升學(xué)生必備的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，打造優(yōu)質(zhì)課程。

2 多課程融合教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)要求

2.1 以向行業(yè)發(fā)展需求為前提構(gòu)建教學(xué)目標(biāo)

新工科的培養(yǎng)重點(diǎn)是綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，而非單一知識(shí)的學(xué)習(xí)[7]。基于項(xiàng)目的多課程融合實(shí)踐教學(xué)，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行教學(xué)的組織和管理，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、對(duì)產(chǎn)品項(xiàng)目的責(zé)任心、組織協(xié)調(diào)能力、與人溝通團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新精神等。以面向未來(lái)、面向行業(yè)發(fā)展需求為前提，重構(gòu)教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2 以行業(yè)需求為動(dòng)力改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容

多課程融合實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，需要依托行業(yè)需求，以行業(yè)發(fā)展及用人單位需求調(diào)研為前提，從行業(yè)發(fā)展需要解決的問(wèn)題、熱點(diǎn)問(wèn)題、共性問(wèn)題中，提煉出實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目題目，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)及專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的要求，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。再根據(jù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的要求，提煉出體現(xiàn)科技發(fā)展的新成果、新理念、新要求的理論教學(xué)內(nèi)容，完善人才培養(yǎng)方案。

2.3 因材施教開(kāi)展個(gè)性化的教學(xué)手段

在項(xiàng)目化的實(shí)踐教學(xué)中，根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行相應(yīng)的工作分配，仿照企業(yè)的崗位設(shè)置來(lái)進(jìn)行人員分配。在項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)可以由學(xué)生自由選擇，在項(xiàng)目進(jìn)行中，可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。針對(duì)負(fù)責(zé)不同任務(wù)的學(xué)生設(shè)置有針對(duì)性的要求及個(gè)性化的指導(dǎo)，讓每個(gè)學(xué)生都發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，對(duì)自己完成的工作內(nèi)容產(chǎn)生興趣，同時(shí)也有初步的知識(shí)積累和專(zhuān)業(yè)能力的提高。

3 多課程融合實(shí)施方案

3.1 調(diào)研行業(yè)和用人單位發(fā)展需求確定項(xiàng)目名稱(chēng)

在新工科背景下，教學(xué)活動(dòng)應(yīng)該以培養(yǎng)滿足行業(yè)和用人單位需求的本科畢業(yè)生為目的，多課程融合制訂實(shí)施方案。首先要進(jìn)行行業(yè)調(diào)研和用人單位調(diào)研，行業(yè)調(diào)研基于軌道交通牽引供電及其輻射行業(yè)，調(diào)研龍頭企業(yè)、重點(diǎn)企業(yè)以及典型企業(yè)針對(duì)本科畢業(yè)生應(yīng)掌握的專(zhuān)業(yè)技能、應(yīng)具備的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，并形成調(diào)研報(bào)告；依托2021年本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)單位，調(diào)研用人單位需要或重視本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生哪方面專(zhuān)業(yè)技能、專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，并對(duì)2021級(jí)本科畢業(yè)生進(jìn)行畢業(yè)后的重點(diǎn)追蹤，調(diào)研本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)后急需補(bǔ)充哪方面專(zhuān)業(yè)知識(shí)及提升哪方面專(zhuān)業(yè)能力，形成調(diào)研報(bào)告。這兩種調(diào)研并列進(jìn)行，調(diào)研單位不要有交集。通過(guò)調(diào)研報(bào)告就能體現(xiàn)軌道交通牽引供電專(zhuān)業(yè)的本科畢業(yè)生應(yīng)具備的專(zhuān)業(yè)技能、應(yīng)提高的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

3.2 修改培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱

在調(diào)研報(bào)告的基礎(chǔ)上，如果專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置有不合適的地方，需要對(duì)培養(yǎng)方案進(jìn)行修改；針對(duì)本專(zhuān)業(yè)集中實(shí)踐課，結(jié)合本專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)課程，以多課程融合的形成，對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐課進(jìn)行改革。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐課，原來(lái)以指導(dǎo)老師為中心，改革為以學(xué)生為中心、為主體，在大三全學(xué)年，以項(xiàng)目的形式，結(jié)合教師指導(dǎo)和學(xué)生自學(xué)的方式進(jìn)行；修改教學(xué)大綱，在大綱中要強(qiáng)調(diào)需要強(qiáng)化的專(zhuān)業(yè)技能及專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)，以及對(duì)應(yīng)的教學(xué)要求。

3.3 以項(xiàng)目形式選定項(xiàng)目名稱(chēng)及制定項(xiàng)目任務(wù)

在教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，將需要具備的測(cè)試、繪圖、維修、調(diào)試等技能結(jié)合本專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)課程，以多課程融合的形成，結(jié)合專(zhuān)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、瞄準(zhǔn)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題、焦點(diǎn)問(wèn)題、共性問(wèn)題，以提高本專(zhuān)業(yè)學(xué)生必備的專(zhuān)業(yè)技能為目標(biāo)，以項(xiàng)目實(shí)施的方式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，制定項(xiàng)目名稱(chēng)，并制定項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)。必須把需要提高及強(qiáng)化的學(xué)生的基本技能和項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)相融合，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)完成有針對(duì)性的各種任務(wù)達(dá)到目的。在定制項(xiàng)目名稱(chēng)、實(shí)施任務(wù)的過(guò)程中，可以先大致定制一個(gè)項(xiàng)目方向，再有針對(duì)性地劃分實(shí)施任務(wù)，最后再具體細(xì)化確定項(xiàng)目名稱(chēng)。

在此基礎(chǔ)上，確定項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，制定項(xiàng)目任務(wù)，模塊化具體分工，估算項(xiàng)目大致需要的學(xué)生數(shù)量。具體來(lái)講，同一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，可以多人協(xié)作，仿照項(xiàng)目運(yùn)行管理模式，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，把同一個(gè)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)性質(zhì)不同，采取不同的模塊化設(shè)計(jì)，使得模塊化以后的任務(wù)量不是很大，適合一個(gè)學(xué)生來(lái)完成。設(shè)計(jì)項(xiàng)目題目盡可能多，項(xiàng)目任務(wù)制定要針對(duì)教學(xué)大綱并且可以執(zhí)行。

項(xiàng)目名稱(chēng)及任務(wù)的制定如下圖所示。

3.4 教學(xué)方案設(shè)計(jì)

以項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)劃分為依據(jù)，每個(gè)任務(wù)制訂獨(dú)立的教學(xué)方案。首先，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)制定教學(xué)目的，使師生共同明確教學(xué)方向，明確學(xué)習(xí)哪些知識(shí)，練習(xí)、掌握哪些技能，避免盲目教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)訓(xùn)練的盲目性，提高教學(xué)效率。教學(xué)目的不可過(guò)多、過(guò)難，每個(gè)教學(xué)任務(wù)都要突出教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

根據(jù)每個(gè)教學(xué)任務(wù)的特點(diǎn)來(lái)確定教學(xué)時(shí)間和教學(xué)方法，教學(xué)方法可以采用講授、練習(xí)、自學(xué)、小組討論等多種方式，教學(xué)時(shí)間也不局限于面對(duì)面授課，可以設(shè)計(jì)學(xué)生自學(xué)時(shí)間、討論時(shí)間等，應(yīng)縮減教師講授授課時(shí)間比例，以學(xué)生為中心，增加學(xué)生自學(xué)時(shí)間、討論時(shí)間、練習(xí)時(shí)間等。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)，可以提供MOOC、論壇、視頻等學(xué)習(xí)素材，為學(xué)生自學(xué)做好準(zhǔn)備，提高學(xué)習(xí)時(shí)間的利用率。

以學(xué)生為中心，教學(xué)過(guò)程不同于傳統(tǒng)教學(xué)的教學(xué)過(guò)程。教學(xué)過(guò)程應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為中心，教師更多地體現(xiàn)引導(dǎo)、指導(dǎo)、檢查的作用，在學(xué)生自學(xué)、討論、練習(xí)、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)檢查方法及檢查標(biāo)準(zhǔn)，不僅教師能夠檢查，有了標(biāo)準(zhǔn)以后學(xué)生也可以自查。在教學(xué)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)哪個(gè)環(huán)節(jié)教學(xué)任務(wù)沒(méi)有完成，應(yīng)分析未完成原因并且設(shè)置答疑解惑環(huán)節(jié)，啟迪思維，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)形成理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而督促學(xué)生積極改進(jìn)。教學(xué)方案的設(shè)計(jì)中，要體現(xiàn)以學(xué)生為中心，更多地發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，教師更多是以指導(dǎo)、建議、監(jiān)督、檢查的方式進(jìn)行教學(xué)。

3.5 實(shí)踐教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

多課程融合的實(shí)踐教學(xué)，以教學(xué)方案為指導(dǎo)，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行展開(kāi)，按照項(xiàng)目管理結(jié)合教學(xué)管理的方式進(jìn)行。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施要求要進(jìn)行需求分析、資料查找、自學(xué)預(yù)習(xí)、思考討論、方法設(shè)計(jì)、進(jìn)程規(guī)劃、軟件仿真、平臺(tái)構(gòu)建、器件選擇、表格設(shè)計(jì)、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)測(cè)試、問(wèn)題分析、總結(jié)報(bào)告、驗(yàn)收答辯、演講交流等方面的工作。

實(shí)踐課程按照項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度分三階段進(jìn)行，第一階段為方案設(shè)計(jì)階段，第二階段學(xué)生分組分任務(wù)設(shè)計(jì)階段，第三階段為系統(tǒng)綜合階段，學(xué)生相互配合完成聯(lián)合測(cè)試。

第一階段為方案設(shè)計(jì)階段，要求學(xué)生根據(jù)分任務(wù)設(shè)計(jì)各部分設(shè)計(jì)方案，例如，確定接口定義、接插件型號(hào)及主要器件選型；確定設(shè)計(jì)的框架及開(kāi)發(fā)環(huán)境，各部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)流程，確定開(kāi)發(fā)環(huán)境。方案需要考慮測(cè)試方案和測(cè)試接口，以便系統(tǒng)調(diào)試及測(cè)試，方案設(shè)計(jì)需要進(jìn)行低功耗和成本考慮，要求書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)方案文檔。

第二階段為分組分任務(wù)設(shè)計(jì)階段，要求學(xué)生根據(jù)分任務(wù)設(shè)計(jì)，要求書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔。

第三階段為系統(tǒng)綜合階段，每組學(xué)生相互配合完成聯(lián)合測(cè)試等工作。在測(cè)試過(guò)程要求填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)記錄及過(guò)程記錄，最后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，分組演講設(shè)計(jì)及測(cè)試過(guò)程，展示測(cè)試報(bào)告，演示樣件，交流方案特點(diǎn)。

在教學(xué)過(guò)程中，采用多教師分工指導(dǎo)，合作教學(xué)模式，按照指導(dǎo)教師的專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)進(jìn)行分工，根據(jù)小組的進(jìn)展情況及時(shí)指導(dǎo)、適時(shí)引導(dǎo)，分階段定期集中檢查；學(xué)生混合組隊(duì)，分工協(xié)作，共同完成課程設(shè)計(jì)及調(diào)試、測(cè)試任務(wù)，課程結(jié)束時(shí)各組進(jìn)行展示和匯報(bào)，并提交設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及測(cè)試數(shù)據(jù)等。

結(jié)語(yǔ)

本文以新工科建設(shè)要求為依據(jù)，以行業(yè)、產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，探索當(dāng)前傳統(tǒng)工科實(shí)踐教學(xué)改革路線，提出多學(xué)科融合項(xiàng)目實(shí)施式教學(xué)方式，以學(xué)生活動(dòng)為中心，培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、自主能力及探索精神，改革實(shí)踐課程教學(xué)方法，更重要的是轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念，形成符合新工科建設(shè)要求的實(shí)踐課程教學(xué)方法。