面向產(chǎn)學(xué)研工科人才培養(yǎng)的融合式課堂教學(xué)研究

詹 路，許振明

（上海交通大學(xué)，上海 200240）

2019 年9 月29 日，教育部發(fā)布的《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》指出，嚴(yán)格教育教學(xué)管理，全面提高課程質(zhì)量，加強課程體系整體設(shè)計，提高課程建設(shè)規(guī)劃性和系統(tǒng)性，打造創(chuàng)新型線上線下混合金課，發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，并對高校提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提出了高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求[1]。

在工科人才培養(yǎng)中，中國工程教育專業(yè)認證（China Engineering Education Accreditation Association，CEEAA）致力于提高我國工程教育質(zhì)量，提升對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性，以保障我國工程教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量,截至2021年12 月，已有2473 個專業(yè)通過認證[2-3]。美國工程專業(yè)認證（Accreditation Board for Engineering Technology,ABET）針對應(yīng)用與自然科學(xué)、計算機、工程、工程技術(shù)等領(lǐng)域開展認證，評估學(xué)生學(xué)習(xí)，已經(jīng)為41 個國家或地區(qū)850 所大學(xué)的4361 個專業(yè)提供認證[4]。“華盛頓協(xié)議”是負責(zé)認證工程學(xué)位課程機構(gòu)之間的一項國際協(xié)定。簽署協(xié)議的協(xié)會具有同質(zhì)等效性[5]。我國于2016年6 月加入?yún)f(xié)議，通過認證的工科專業(yè)畢業(yè)生學(xué)位可以得到簽署協(xié)議28 個組織的認可，實現(xiàn)認證結(jié)果互認。

認證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)要求覆蓋工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等12 項指標(biāo)。其中，課程體系要求數(shù)學(xué)與自然科學(xué)課程、工程基礎(chǔ)類與專業(yè)課程、工程實踐與畢業(yè)設(shè)計（論文）、通識教育課程占總學(xué)分比例至少為15%、30%、20%、15%[6]。工程專業(yè)認證對環(huán)境類專業(yè)的補充標(biāo)準(zhǔn)：要求學(xué)生在畢業(yè)時能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)原理、實驗方法、經(jīng)濟決策和工程管理等知識及工具；掌握工程相關(guān)的安全、健康、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等知識；具備開展生態(tài)與環(huán)境保護、污染防治的識別、表達、規(guī)劃、管理、模擬、分析、評價、研究、開發(fā)、設(shè)計與優(yōu)化的能力。另外，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中有足夠的專業(yè)實踐訓(xùn)練[7]。

專業(yè)認證的核心是將人才培養(yǎng)質(zhì)量作為最終目標(biāo)，評估學(xué)校的準(zhǔn)備工作須從傳統(tǒng)的評教逐漸轉(zhuǎn)換為評學(xué)，通過“評價—反饋—改進”的流程閉環(huán)促進高質(zhì)量人才培養(yǎng)[8]。

一、融合式課堂教學(xué)體系研究

在課程體系的規(guī)劃和構(gòu)建中，需要重點研究課程目標(biāo)的達成情況，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式和課程評價，具體拓展為知識點的掌握程度、學(xué)生的能力培養(yǎng)、課程拓展度、課程評價的可信度。融合式體系構(gòu)建涵蓋傳統(tǒng)教育和在線教育的融合，定性評價和定量評價的結(jié)合，全流程的反饋和改進，旨在實現(xiàn)課程體系滿足專業(yè)學(xué)科的前沿發(fā)展，帶領(lǐng)學(xué)生完成對專業(yè)的整體把握，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)專業(yè)性強的技術(shù)人才。

（一）傳統(tǒng)教育和在線教育的融合

傳統(tǒng)教育中的“傳統(tǒng)”，一方面是指線下課堂，另一方面是指國家教育部認可的線上課程。在線教育的不斷發(fā)展為課程變革提供了一個方向[9]。慕課（MOOC）目前已經(jīng)有781 所國內(nèi)合作高校，其中熱門排行位居前3的課程是北京理工大學(xué)的“Python 語言程序設(shè)計”、南京大學(xué)的“心理學(xué)與生活”和浙江大學(xué)的“程序設(shè)計入門——C語言”；網(wǎng)易公開課提供了哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、牛津大學(xué)、麻省理工學(xué)院、巴黎高等商學(xué)院等7 所國際名校的173 個公開課程，涵蓋“幸福課”“潛意識記憶”和“多變量微積分”等課程。由于在線授課需要學(xué)校投入更多的基礎(chǔ)支持，需要教師付出更多的精力，因此高校在線教育的發(fā)展往往受多方面的制約。2019 年10月30 日，教育部發(fā)布的《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》提出雙萬計劃，認定萬門國家級一流本科課程和萬門左右省級一流本科課程，國家級課程包括線上、線下、線上線下混合式、虛擬仿真實驗教學(xué)、社會實踐等類別[10]。2020 年突發(fā)新冠肺炎疫情，為保障高校教學(xué)活動的正常進行，在教育部指導(dǎo)下，高校在新冠肺炎疫情期間全面推出在線授課，授課模式的改變對師生的教與學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。

（二）優(yōu)化教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)基于課程大綱制訂教學(xué)計劃，選擇適合的教材，通過板書、PPT 等形式進行授課，整體過程更多的是教師的現(xiàn)場傳授和學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)。在融合式課堂體系下，課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的畢業(yè)要求緊密銜接，注重將課程解構(gòu)為不同的知識單元，細分至每一節(jié)課，并根據(jù)課程進展提出不同的要求。除教材外，教師需要提供與課程相關(guān)的圖書、文獻、專利等多種類型的教學(xué)參考資料，并允許學(xué)生推薦和分享資源。

運用CANVAS 教學(xué)平臺、EV 錄播軟件、ZOOM 授課等多種軟件工具，通過錄屏、直播、在線研討與答疑、傳統(tǒng)授課相結(jié)合的模式，構(gòu)建線上授課、學(xué)生預(yù)習(xí)、思考問題、直播教師解答、作業(yè)布置、學(xué)生完成、作業(yè)點評的授課模式，有利于學(xué)生進行深度思考和培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力。在工程專業(yè)的人才培養(yǎng)中，引入企業(yè)導(dǎo)師，將理論學(xué)習(xí)與應(yīng)用實踐緊密融合，加強原理應(yīng)用于工程實踐的案例講授，并開展實地學(xué)習(xí)，將課程從課堂拓展至實地應(yīng)用。

（三）定性評價和定量評價的結(jié)合

在第一堂課時，教師須向?qū)W生介紹該門課程考評的各項環(huán)節(jié)和具體內(nèi)容。在學(xué)生的評價體系中，為每一節(jié)課設(shè)置考評環(huán)節(jié)，綜合考慮學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課前測評、課中參與程度、課后作業(yè)完成情況以及課后測評并進行課程學(xué)習(xí)過程的全流程綜合評價。對期中、期末考試采用閉卷測試、報告撰寫、小組匯報等多種形式。工程實踐將結(jié)合實驗完成情況、工程導(dǎo)師的意見等，將學(xué)生學(xué)習(xí)過程、考試和實踐等各環(huán)節(jié)賦予不同權(quán)重，進行全面考評。

（四）全流程的反饋和改進

學(xué)生對授課教師的課程評價不局限于常規(guī)的課后評分，而是融入到課程整個學(xué)期的各階段，學(xué)生可隨時提出對線上線下課程內(nèi)容、形式、考核、互動等方面的改進建議，教師將積極采納有益建設(shè)性意見，并不斷優(yōu)化教學(xué)過程，達到課程體系最優(yōu)化的框架設(shè)計及實踐教學(xué)。

二、產(chǎn)學(xué)研融合式課堂教學(xué)模式構(gòu)建及案例

基于線上線下教學(xué)的融合、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改變、定性評價和定量評價相結(jié)合以及全流程反饋改進的教學(xué)框架體系構(gòu)建，本文選取上海交通大學(xué)“環(huán)境工程原理”課程開展案例研究，進一步深入構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研融合式課堂教學(xué)模式。

（一）課前籌備

筆者對各高?！碍h(huán)境工程原理”課程具體做法開展調(diào)研，在教育部第四輪學(xué)科評估中，環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)參評的高校共155 所，包括具有“博士授權(quán)”的57 所高校和部分“碩士授權(quán)”高校[11]。評估結(jié)果為A+的清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)，A 的北京師范大學(xué)、南開大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校均開設(shè)“環(huán)境工程原理”[12-17]；基于國際ARWU 學(xué)科排名，排名靠前的密西根州立大學(xué)開設(shè)了該課程[18]，該門專業(yè)課程在各高校環(huán)境領(lǐng)域人才培養(yǎng)中具有重要作用。各高校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)將“環(huán)境工程原理”課程定為專業(yè)必修課，并采取了日?？己撕蛯I(yè)考核相結(jié)合的方式。上海交通大學(xué)“環(huán)境工程原理”課程緊密結(jié)合環(huán)境工程類的專業(yè)特點，以“隔離技術(shù)”“分離技術(shù)”和“轉(zhuǎn)化技術(shù)”三大類環(huán)境污染控制技術(shù)和應(yīng)用為主題，以動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞過程為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹流體輸送、沉降與過濾、傳熱、吸收及干燥等各單元操作的基本原理、基本計算方法和工程應(yīng)用，以及化學(xué)與生物反應(yīng)的計量學(xué)、動力學(xué)和各類化學(xué)與生物反應(yīng)器的基本解析與設(shè)計理論，并要求學(xué)生掌握流體流動、流體輸送、傳熱、蒸餾、吸收等單元操作與反應(yīng)工程的基本原理及典型設(shè)備的設(shè)計計算方法，為今后學(xué)習(xí)專業(yè)課程及從事工程實踐奠定理論基礎(chǔ)。通過各個教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，使他們理解流體流動、傳熱與傳質(zhì)的共性與特殊性，提高學(xué)生分析和解決環(huán)境工程實際問題的能力。采用“錄播+直播”的教學(xué)模式，構(gòu)建“課前視頻學(xué)習(xí)+預(yù)習(xí)報告”“課中例題講解+在線答疑”“課后習(xí)題練習(xí)+視頻回顧”“全過程改進”的全方位教學(xué)模式，幫助學(xué)生在認知階段、學(xué)習(xí)階段、鞏固階段和改進階段對知識點螺旋式的理解和掌握。

（二）認知階段

在認知階段，教師籌備課程相關(guān)資料，包括行業(yè)發(fā)展歷程、當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀以及前沿?zé)狳c等，形式包括圖書、論文、專利、標(biāo)準(zhǔn)、課件講授視頻與工業(yè)化生產(chǎn)短視頻等，并提出研究和產(chǎn)業(yè)問題，激發(fā)學(xué)生自主思考、自我評測。學(xué)生需要在課前預(yù)習(xí)并提交報告，報告內(nèi)容包括對該章節(jié)內(nèi)容的思考與見解、個人筆記與知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、課程思考題的解答及個人疑難點等。預(yù)習(xí)報告是學(xué)生對知識點梳理的重要過程，可采用多種形式完成，如繪制知識體系邏輯圖、記錄對知識點的理解、問題引導(dǎo)式學(xué)習(xí)及探究等。課程開始前，教師批閱學(xué)生預(yù)習(xí)報告，了解學(xué)生對知識的理解與掌握情況。在認知階段，教師通過問題引導(dǎo)的方式帶領(lǐng)學(xué)生開啟課程。

（三）學(xué)習(xí)階段

在學(xué)習(xí)階段，首先，針對產(chǎn)業(yè)發(fā)展中遇到的問題和科學(xué)研究中重點關(guān)注的方向，進行融合教學(xué)，重點講解如何應(yīng)用課程基本概念和理論解決實際生產(chǎn)中的難題，激發(fā)學(xué)生科研興趣。其次，匯總上節(jié)課的課后習(xí)題并講解易錯點和知識盲點，幫助學(xué)生查漏補缺、糾正知識誤區(qū)、教授分析思路與方法。再次，針對學(xué)生在預(yù)習(xí)報告中提出的疑難點進行重點解答，并引導(dǎo)學(xué)生展開討論。最后，選擇典型的例題進行講解，引導(dǎo)學(xué)生逐步推導(dǎo)，達到學(xué)以致用的目的。如講授工業(yè)化生產(chǎn)中的復(fù)雜物料分離部分，通過視頻或參觀的模式使學(xué)生了解工廠中的磁選、高壓靜電分選、多級蒸餾等多工藝流程及設(shè)備?；诠こ陶n程基本理論、學(xué)習(xí)實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生思考討論。

（四）鞏固階段

課后習(xí)題的設(shè)置不僅僅局限于知識點，還可以結(jié)合現(xiàn)有的應(yīng)用實踐及研究進展進行拓展與拔高，鞏固所學(xué)知識，解決實際應(yīng)用問題。如將質(zhì)量傳遞拓展到電化學(xué)過程，并與電極反應(yīng)速率相耦合，這既是電化學(xué)研究中擴散與界面電化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系，又與分子傳質(zhì)相對應(yīng)；又如在生產(chǎn)分離環(huán)節(jié)，給出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成分多樣的電子廢棄物，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合課堂所介紹的各個分離單元，設(shè)計或改進一套工藝流程。

（五）改進階段

改進貫穿于課程的整個階段，也將促進下一年度課程的進一步提升。通過CANVAS 平臺答疑、線上直播過程中的討論、微信群組交流，以及課后習(xí)題的易錯點、階段性測驗結(jié)果，為教師提升講授模式和內(nèi)容以及了解學(xué)生學(xué)習(xí)進度提供指導(dǎo)。課程框架體系中涉及到的課堂參與、預(yù)習(xí)報告、課后習(xí)題、三期階段性測驗、考試，分別賦予5%、15%、20%、20%、40%的權(quán)重，進行學(xué)生的學(xué)習(xí)成效考核。考核結(jié)果及課程結(jié)束后學(xué)生的主觀評價，獲取學(xué)生對課程整體的掌握情況，及授課模式的成效，對未來年度的課程提供了改進的思路。

三、結(jié)論

科研、教育和生產(chǎn)三者深入融合和發(fā)展，在大學(xué)的工科人才培養(yǎng)中具有重要的引導(dǎo)作用。面向工科人才高質(zhì)量培養(yǎng)的要求，本文構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研融合式課堂教學(xué)模式，并開展案例實證研究。該教學(xué)模式實現(xiàn)了目標(biāo)導(dǎo)向，在了解全球培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，重點要求學(xué)生掌握自然科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程科學(xué)原理等基礎(chǔ)理論，同時具備追蹤行業(yè)發(fā)展領(lǐng)域前沿的思想，并具有解決工程領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力，培育面向產(chǎn)學(xué)研的高質(zhì)量人才。