培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的工程實踐課程改革
——以河南工業(yè)大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例

盧 濤

（河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，成為第18個正式會員，標(biāo)志著我國工程教育邁上了新的臺階?！度A盛頓協(xié)議》倡導(dǎo)以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向（Outcome-Based Education,OBE）和持續(xù)改進(jìn)（Continue Quality Improvement,CQI）三大教育理念。《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》的12條畢業(yè)要求包含了技術(shù)和非技術(shù)能力的培養(yǎng)，這些能力均以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力為目標(biāo)?！豆こ探逃J(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》詳細(xì)規(guī)定了復(fù)雜工程問題的7個特征［1-2］，以“綜合性、深度性、沖突性”為核心。其中，復(fù)雜工程問題的綜合性體現(xiàn)在能綜合運(yùn)用多門課程或多方面的理論知識和技術(shù)能力；深度性體現(xiàn)在能運(yùn)用一定深度的科學(xué)理論、技術(shù)方法和現(xiàn)代工具對問題的解決進(jìn)行推理、建模和仿真；沖突性表現(xiàn)在問題的解決不僅要考慮技術(shù)因素，同時要考慮非技術(shù)因素。而非技術(shù)因素是指與問題解決相關(guān)的內(nèi)部和外部制約因素，如環(huán)境、社會、健康、法律、團(tuán)隊及溝通、職業(yè)道德和責(zé)任意識等，非技術(shù)能力的培養(yǎng)在《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》12條畢業(yè)要求中進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，是畢業(yè)要求達(dá)成的重要考核方面。在培養(yǎng)方案中，工程實踐類課程體系需要緊密圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的要求進(jìn)行設(shè)計，不僅要包含理論知識和技術(shù)能力的培養(yǎng)，也要涉及學(xué)生非技術(shù)能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。工程實踐類課程是達(dá)成復(fù)雜工程能力培養(yǎng)目標(biāo)的直接載體。本文以測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，針對該專業(yè)工程實踐類課程的改革，圍繞課程體系的設(shè)置、課程考核評價及持續(xù)改進(jìn)等方面，對如何培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力進(jìn)行了討論。

一、工程實踐類課程現(xiàn)狀與問題

測控技術(shù)與儀器專業(yè)原有培養(yǎng)方案中的實踐環(huán)節(jié)包括課內(nèi)實驗、校內(nèi)實習(xí)、課程設(shè)計、校外企業(yè)實習(xí)等。其中，課內(nèi)實驗一般為驗證性實驗，校內(nèi)金工和電工實習(xí)為技能培養(yǎng)，課程設(shè)計在綜合能力培養(yǎng)尤其是非技術(shù)能力培養(yǎng)方面無法對培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)進(jìn)行有效支撐，校外企業(yè)實習(xí)的效果很大程度上取決于相關(guān)企業(yè)的參與程度，實際上多以現(xiàn)成參觀講解的形式進(jìn)行。總體而言，以上各環(huán)節(jié)均無法滿足培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的要求。根據(jù)該專業(yè)近兩年連續(xù)兩屆畢業(yè)生的第三方調(diào)查情況，畢業(yè)生認(rèn)為最需要改進(jìn)的地方是“實習(xí)和實踐環(huán)節(jié)不夠”（分別為71%與70%），認(rèn)為“企業(yè)工程實習(xí)是實習(xí)實踐環(huán)節(jié)最需要改進(jìn)的方面”的畢業(yè)生占74%。調(diào)查也表明，專業(yè)實踐和實習(xí)的經(jīng)歷對本專業(yè)畢業(yè)生的工作與專業(yè)相關(guān)度、教學(xué)滿意度等均有較大的影響，主要是因為課程的開展沒有按照工程認(rèn)證目標(biāo)導(dǎo)向的要求，實踐課程目標(biāo)針對解決復(fù)雜工程問題能力要素的支撐不明確，實踐課程內(nèi)容設(shè)置、組織形式和考核方法不能支撐能力要素的達(dá)成，如缺少對問題的綜合分析能力、對非技術(shù)能力達(dá)成的目標(biāo)要求，在實施過程中流于形式較多，缺少細(xì)化的能力達(dá)成評價機(jī)制。要解決此問題，首先應(yīng)根據(jù)畢業(yè)要求中復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的要素，對實踐環(huán)節(jié)的課程目標(biāo)進(jìn)行有針對性的合理定義，要求“具體、可執(zhí)行、可評價”［3］，進(jìn)而根據(jù)課程目標(biāo)的要求，設(shè)計實踐環(huán)節(jié)中對技術(shù)和非技術(shù)能力進(jìn)行培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容和考核評價機(jī)制。根據(jù)能力培養(yǎng)的特點和形成規(guī)律，改革實踐課程的組織形式，按照“集中實踐與分散實踐相結(jié)合，課內(nèi)實踐與課外實踐相結(jié)合”的原則進(jìn)行實踐課程組織實施方法改革。例如：將集中實踐環(huán)節(jié)改為專業(yè)綜合實踐，包括以課程形式組織的課上集中指導(dǎo)，同時設(shè)立專業(yè)開放實驗室，組織學(xué)生以團(tuán)隊小組的形式在課后開展常態(tài)化的實踐鍛煉。此外，充分利用第二課堂開展各類與專業(yè)相關(guān)的課外實踐活動，如可按照學(xué)業(yè)進(jìn)程針對全體學(xué)生組織校內(nèi)專業(yè)競賽，并納入培養(yǎng)方案的學(xué)分要求。同時，實驗室的建設(shè)、開放實驗室的運(yùn)行機(jī)制、教師工程能力的培養(yǎng)和考核要圍繞對復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的要求開展。

二、工程實踐類課程的改革措施

根據(jù)OBE理念，實踐課程體系要能支撐畢業(yè)要求中復(fù)雜工程問題能力要素的達(dá)成，包括技術(shù)能力和非技術(shù)能力兩類要素。按照課程的遞進(jìn)關(guān)系，可分為自然科學(xué)和人文社科通識類、專業(yè)基礎(chǔ)類、專業(yè)類（含課內(nèi)實驗）、工程實踐、畢業(yè)設(shè)計。知識的積累可通過基礎(chǔ)類課程和專業(yè)類課程的學(xué)習(xí)達(dá)成，但是要達(dá)到復(fù)雜工程問題能力中對技術(shù)能力培養(yǎng)的要求，還需要學(xué)生具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識對問題進(jìn)行識別、表達(dá)、分析和研究的能力。而非技術(shù)能力所要求的能平衡“技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可持續(xù)性、環(huán)境保護(hù)”等復(fù)雜關(guān)系的能力，以及自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作、溝通等能力，僅靠人文通識類課程很難達(dá)到。因此，工程實踐類課程作為培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的關(guān)鍵，不僅要對前期的基礎(chǔ)類課程所形成的知識體系進(jìn)行有效的銜接和包含，還要體現(xiàn)工程問題的復(fù)雜性，該復(fù)雜性體現(xiàn)在工程問題的選擇具有行業(yè)和工程背景及一定的科學(xué)性和理論深度，具有“多目標(biāo)、多環(huán)節(jié)、多約束”等技術(shù)特征，也要具有能平衡“技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可持續(xù)性、環(huán)境保護(hù)”等復(fù)雜關(guān)系及自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作、溝通交流的非技術(shù)特點［4-5］。因此，工程實踐類課程本身要形成漸進(jìn)的課程體系，以測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)方案為例，課程體系介紹如下。

如表1和表2所示，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的課程體系分為第一課堂和第二課堂兩個部分。在符合認(rèn)證專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)和國家專業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，基于OBE的反向設(shè)計理念，對人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行充分的利益相關(guān)方調(diào)研和合理性評價，設(shè)置了該專業(yè)的畢業(yè)要求，根據(jù)畢業(yè)要求中關(guān)于解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)要求，設(shè)置了從電類專業(yè)入門實訓(xùn)、測控核心課程實訓(xùn)，到具有專業(yè)特色的嵌入式及專業(yè)綜合實訓(xùn)的實踐教學(xué)課程的遞進(jìn)培養(yǎng)體系。

表1 工程實踐類必修課設(shè)置

表2 第二課堂自主創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)設(shè)置

培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力中的非技術(shù)因素是非常重要的目標(biāo)，技術(shù)能力的培養(yǎng)是非技術(shù)能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)，非技術(shù)能力的培養(yǎng)蘊(yùn)含在技術(shù)能力的培養(yǎng)中，二者是有機(jī)整體。非技術(shù)能力的培養(yǎng)是一個長期漸近的過程，僅靠實訓(xùn)課程很難達(dá)到目標(biāo)，而第二課堂的組織和實施是達(dá)到這一目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。所謂第二課堂，就是在實訓(xùn)課程實施的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓寬、加強(qiáng)、拉長學(xué)生參與實踐創(chuàng)新培養(yǎng)的渠道和過程。在實施過程中，為了保證其針對全體學(xué)生在實施過程中可管理和可評價，專業(yè)需要制定較為具體的第二課堂實施和考核評價辦法，完善實驗室開放管理辦法等配套措施，明確規(guī)定學(xué)分要求、獲得渠道及評價的主體。舉例來說，第二課堂創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)可由若干子項目構(gòu)成（見表2），包括社會調(diào)查與實踐、學(xué)術(shù)交流與研討、學(xué)科專業(yè)競賽、開放性實驗項目、學(xué)生科研、證書等，并在培養(yǎng)方案中明確規(guī)定，學(xué)生在校期間必須在創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)修最少4學(xué)分，例如：學(xué)術(shù)講座或交流與研討（1學(xué)分）、校級專業(yè)競賽（1 學(xué)分）為全體學(xué)生必修子項目，其余2學(xué)分可由學(xué)生根據(jù)自身興趣特長在各子項目中自主選擇。

綜上，設(shè)置實訓(xùn)課程的漸進(jìn)培養(yǎng)體系，在課程實施上將“課上、課下、第二課堂”進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，有利于循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多方面專業(yè)知識和工具對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、研究、推理、建模仿真和實驗驗證等技術(shù)能力，也有利于非技術(shù)能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

三、課程評價與持續(xù)改進(jìn)

面向產(chǎn)出的評價與改進(jìn)機(jī)制是一個完整的系統(tǒng)，課程目標(biāo)的達(dá)成評價是畢業(yè)要求達(dá)成評價的基礎(chǔ)，而對工程實踐類課程目標(biāo)的達(dá)成評價是衡量復(fù)雜工程問題能力達(dá)成的關(guān)鍵。課程目標(biāo)的達(dá)成與持續(xù)評價機(jī)制如圖1所示。

圖1 課程目標(biāo)的達(dá)成與持續(xù)評價機(jī)制

如圖1所示，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的課程體系分為工程實訓(xùn)課程和第二課堂實踐兩個教學(xué)環(huán)節(jié)。課程目標(biāo)的合理性和達(dá)成情況評價是整個閉環(huán)評價體系的基礎(chǔ)，沒有合理性評價則達(dá)成評價的結(jié)果不可靠，也就無法進(jìn)行有效評價結(jié)果分析并用于持續(xù)改進(jìn)。教學(xué)目標(biāo)的合理性評價主要采用間接評價的方式，間接評價針對“應(yīng)屆畢業(yè)生、用人單位、畢業(yè)校友”進(jìn)行問卷調(diào)查，目標(biāo)的合理性主要體現(xiàn)在“可實現(xiàn)、可教學(xué)、可評價”，涵蓋復(fù)雜工程能力培養(yǎng)的技術(shù)和非技術(shù)因素，技術(shù)能力的評價以直接的“定量評價為主”，可采用“測驗成績分析、第三方專業(yè)證書考試、設(shè)計報告與成果技術(shù)水平評估”等方式實現(xiàn)。非技術(shù)因素目標(biāo)的評價既要注重能力形成過程的評價，如溝通合作能力、項目管理能力、責(zé)任感等，采用項目小組互評和教師評價相結(jié)合的方式，也要對技術(shù)成果中蘊(yùn)含的非技術(shù)目標(biāo)的達(dá)成進(jìn)行評價，如技術(shù)方案和設(shè)計成果是否包含了“環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、知識產(chǎn)權(quán)和法律法規(guī)”的考慮及其可行性。不論是技術(shù)能力目標(biāo)還是非技術(shù)能力目標(biāo)的評價，評價方法要可操作，評價結(jié)果要客觀和真實。

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，是達(dá)成畢業(yè)要求的核心。解決復(fù)雜工程問題的能力包含了技術(shù)能力和非技術(shù)能力兩方面的要素，具有“綜合性、深度性、沖突性”等核心特征。工程實踐類課程是支撐該能力達(dá)成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以測控技術(shù)與儀器專業(yè)為例，針對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置與實施，探索了課上集中實踐、課下實踐和第二課堂自主實踐相結(jié)合的創(chuàng)新實踐方式，并對實踐環(huán)節(jié)能力達(dá)成的考核評價機(jī)制及課程的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制進(jìn)行了討論。