基于STEP 工程教育理念的卓越工程師培養(yǎng)模式

王 揚(yáng) ， 于靖軍

（1.北京航空航天大學(xué) 研究生院，北京 100083；2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動化學(xué)院，北京 100083）

目前，世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革迅猛發(fā)展，綜合國力競爭日益激烈，而綜合國力競爭說到底是人才競爭。2021 年中央人才工作會議將卓越工程師作為國家戰(zhàn)略人才力量的重要組成部分，要求“努力建設(shè)一支愛黨報(bào)國、敬業(yè)奉獻(xiàn)、具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力、善于解決復(fù)雜工程問題的工程師隊(duì)伍”[1]，以支撐中國高水平科技自立自強(qiáng)。然而，長期以來，中國高校在卓越工程師培養(yǎng)方面仍存在以下突出問題[2-4]：一是理論教學(xué)“知識灌輸”多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)“重復(fù)驗(yàn)證”多；二是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)，教學(xué)與科研脫節(jié)；三是課堂教學(xué)缺少面向工程實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容。上述問題讓高校工程教育效果大打折扣，導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，創(chuàng)新實(shí)踐能力不足，嚴(yán)重阻礙了高校對卓越工程師的培養(yǎng)。

近年來，以CDIO（conceive-design-implement-operate）為代表的工程教育理念成為高校進(jìn)行卓越工程師培養(yǎng)的綱領(lǐng)和行動指南。國內(nèi)部分高校嘗試將體驗(yàn)式教學(xué)、研究型教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)等新型教學(xué)方式在工程教育中進(jìn)行推廣和應(yīng)用[5]39-41。為了適應(yīng)新形勢下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，在工程教育改革和工程認(rèn)證大環(huán)境下，筆者擬借鑒CDIO 等國內(nèi)外先進(jìn)的教育理念，通過對標(biāo)國際一流高校，結(jié)合北京航空航天大學(xué)（以下簡稱“北航”）工程教育特色，提出對支撐工程教育、培養(yǎng)卓越工程師具有普適性的STEP教育模式（以下簡稱“STEP”），并在相關(guān)學(xué)院課程體系和課程群建設(shè)中進(jìn)行推廣和應(yīng)用，以期能取得良好的教學(xué)效果。

一、STEP 概念及內(nèi)涵

卓越工程師培養(yǎng)旨在培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新能力、解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力。其培養(yǎng)過程離不開以創(chuàng)新型、綜合化和全過程為理念的工程教育的支撐。STEP 就是瞄準(zhǔn)卓越工程師培養(yǎng)的核心目標(biāo)，將工程教育的普遍原理與國情、校情緊密結(jié)合的教育模式。STEP 是軟件（software）、理論（theory）、實(shí)驗(yàn)（experiment）、項(xiàng)目（project）四者結(jié)合的簡稱。北航從2010 年開始探索STEP，形成了以項(xiàng)目驅(qū)動為核心，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同，軟件工具支撐的卓越工程師培養(yǎng)體系，并從課程體系、教學(xué)模式、保障機(jī)制等方面對STEP 進(jìn)行了全方位的探索和實(shí)踐。STEP 構(gòu)建方案，如圖1所示。

圖1 STEP 構(gòu)建方案

STEP 與CDIO 既有不同之處，又有若干相似特征。CDIO 是以產(chǎn)品、生產(chǎn)流程為載體，將系統(tǒng)從研發(fā)到運(yùn)行的各個(gè)階段進(jìn)行分解[5]39-41，其特征是按照產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的縱向維度構(gòu)建課程體系；STEP 則是通過方法手段的橫向維度開展工程教育。具體而言：首先，STEP 和CDIO 都是對工程認(rèn)證的重要支撐，均強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”“課程體系支撐人才培養(yǎng)目標(biāo)”的理念；其次，STEP 和CDIO 相輔相成，都強(qiáng)調(diào)“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)”（做中學(xué)）、“一體化”、“全過程”的教育理念，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)體系的一體化貫通；最后，STEP 和CDIO 都重視過程管理和依托內(nèi)部質(zhì)量保證體系的支撐，兩者都需要師生在時(shí)間、精力、資源等方面給予足夠多的投入，細(xì)微差別可能在于CDIO 偏于宏觀，而STEP 則在課程體系宏觀層面以及單一課程或課程群微觀層面均具有適用性[6]。

二、STEP 構(gòu)建方案

（一）課程體系

課程體系建設(shè)是卓越工程師培養(yǎng)的關(guān)鍵，STEP的課程體系建設(shè)要充分體現(xiàn)項(xiàng)目驅(qū)動、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、協(xié)同軟件工具支撐的一體化設(shè)計(jì)。

1.項(xiàng)目驅(qū)動

項(xiàng)目驅(qū)動是STEP 的核心。國內(nèi)外許多高校已經(jīng)開展了基于項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)的探索和實(shí)踐[7-8]。美國麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)等世界名校的本科生每周用于完成課程項(xiàng)目和作業(yè)的時(shí)間長達(dá)30 余小時(shí)，這種教學(xué)方式讓學(xué)生能夠非常扎實(shí)地掌握課程知識并能深刻理解知識對于項(xiàng)目實(shí)踐的價(jià)值。STEP 的項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)不能簡單地等同于項(xiàng)目式教學(xué)，該模式更加突出知識體系在課程教學(xué)中的重要性，項(xiàng)目是學(xué)生掌握知識體系的驅(qū)動案例。在STEP 中，項(xiàng)目是核心和載體，學(xué)生所構(gòu)建的知識體系不再是一盤散沙，也不再是模糊的書本內(nèi)容，而是在具象化的目標(biāo)任務(wù)的指引下，將理論、實(shí)驗(yàn)、軟件三者有機(jī)融合，讓學(xué)生明確這三者在解決實(shí)際問題中的關(guān)聯(lián)和作用。在這個(gè)過程中，團(tuán)隊(duì)協(xié)作、知識分享、自主學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)方式不斷迭代和升華，能夠有效提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的綜合能力。

挖掘合適的項(xiàng)目是STEP 成功的前提。項(xiàng)目挖掘要圍繞“一個(gè)核心”，遵循“五個(gè)原則”?！耙粋€(gè)核心”：以學(xué)生為中心，尊重學(xué)生的選擇權(quán)，聚焦學(xué)生的實(shí)際需求和學(xué)習(xí)興趣[9]?！拔鍌€(gè)原則”：一是整體性，項(xiàng)目應(yīng)能較為完整地支撐學(xué)生的知識體系構(gòu)建；二是真實(shí)性，項(xiàng)目應(yīng)源于工程實(shí)際；三是關(guān)聯(lián)性，項(xiàng)目應(yīng)將理論、實(shí)驗(yàn)和軟件有機(jī)融合；四是適應(yīng)性，項(xiàng)目驅(qū)動的形式要符合課程的特點(diǎn)[10]；五是前沿性，項(xiàng)目要能夠反映當(dāng)代先進(jìn)的技術(shù)水平，讓學(xué)生了解當(dāng)代最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)思想。

2.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同

理論教學(xué)強(qiáng)調(diào)通識課、學(xué)科課、專業(yè)課、綜合課四個(gè)層次的課程建設(shè)和逐級遞進(jìn)。一是通過扎實(shí)的通識課教育，開闊學(xué)生視野，提升學(xué)生的內(nèi)在修養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的人文精神、科學(xué)精神和思辨能力；二是通過寬厚的學(xué)科課教育，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)理理論基礎(chǔ)，使學(xué)生具備基本的學(xué)術(shù)研究基礎(chǔ)和持續(xù)拓展的學(xué)習(xí)能力；三是通過精深的專業(yè)課教育，使學(xué)生了解最前沿的專業(yè)和行業(yè)知識，獲得良好的專業(yè)訓(xùn)練，學(xué)習(xí)模塊化的專業(yè)課程；四是通過綜合課教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生在某一專業(yè)方向上的綜合性、系統(tǒng)性的知識體系。理論教學(xué)強(qiáng)調(diào)通識與專業(yè)并重、個(gè)性化與一體化聯(lián)動，著重培養(yǎng)學(xué)生建立階梯型的知識結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出四個(gè)結(jié)合，即：教師引導(dǎo)與學(xué)生自主實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、虛擬仿真與實(shí)物操作相結(jié)合、考試評價(jià)與過程評價(jià)相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要面向?qū)W生的基本工程素質(zhì)與工程能力訓(xùn)練分層次開展，由基礎(chǔ)性向綜合性逐級過渡，分為基礎(chǔ)型、專業(yè)型、科研型、交叉型四個(gè)層次?；A(chǔ)型和專業(yè)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要培養(yǎng)學(xué)生利用專業(yè)知識分析解決實(shí)際問題的能力和動手操作能力；科研型和交叉型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要引導(dǎo)學(xué)生開展科研創(chuàng)新活動，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的能力和跨學(xué)科整合能力。

打造若干核心課程群，強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同，是確保STEP 課程系統(tǒng)性的關(guān)鍵。隨著學(xué)科交叉和知識融合日益凸顯，課程之間的聯(lián)系越來越緊密。北航以專業(yè)綜合改革實(shí)踐為契機(jī)，鼓勵(lì)各專業(yè)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)性，圍繞骨干課程建設(shè)核心課程群，在課程群內(nèi)大范圍推廣STEP，打通理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的壁壘，強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的協(xié)同。

3.軟件工具支撐

掌握與課程相關(guān)的軟件工具的使用方法，特別是掌握虛擬仿真軟件的運(yùn)用，已成為當(dāng)前科研和工程領(lǐng)域從業(yè)者的必備能力。軟件工具強(qiáng)大的功能和逼真的仿真效果，讓運(yùn)用全覆蓋式的軟件工具輔助理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為可能。在以往的教學(xué)活動中，軟件工具更多是作為課程學(xué)習(xí)的“配角”，理論學(xué)習(xí)多，實(shí)際運(yùn)用少，效果較為有限。STEP 提升了軟件工具在學(xué)生學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題中的地位，軟件工具可以很好地輔助項(xiàng)目完成虛擬環(huán)境下的仿真設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)置、分析評價(jià)等工作，從而幫助學(xué)生獲得更加扎實(shí)的學(xué)習(xí)效果。通過對理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的梳理發(fā)現(xiàn)，絕大部分的基礎(chǔ)課、專業(yè)課、綜合課程都能找到與之配套的專業(yè)軟件工具來支撐課程教學(xué)。

（二）教學(xué)模式

1.科教融合

STEP 的科教融合，課程是起點(diǎn)，項(xiàng)目是根本。要想讓學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)掌握科學(xué)的思維方式和正確的科研方法，教師需要提煉出適合教學(xué)的好項(xiàng)目，采用學(xué)生樂于接受的方式及時(shí)將科研成果引入教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代工具解決工程實(shí)踐問題的能力。一是開設(shè)“工程+”課程。鼓勵(lì)教師自行研發(fā)與科研項(xiàng)目密切相關(guān)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和儀器設(shè)備，讓學(xué)生在真實(shí)的工程項(xiàng)目中學(xué)習(xí)并掌握課程知識，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力。二是開設(shè)名師課堂。聘請?jiān)菏俊㈤L江學(xué)者、杰出青年科學(xué)基金獲得者等擔(dān)任主講教師，讓學(xué)生近距離感受這些學(xué)術(shù)大師的風(fēng)采，接觸國際前沿的學(xué)術(shù)成果，開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)國際視野。三是倡導(dǎo)新型課堂教學(xué)方法。倡導(dǎo)以學(xué)生為中心的啟發(fā)式、討論式、研究式、項(xiàng)目式教學(xué)，建立體驗(yàn)式課堂文化，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

2.虛實(shí)結(jié)合

以移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算為代表的新一代信息技術(shù)革命改變了高校課堂的教學(xué)模式，以虛實(shí)結(jié)合為核心，提升課堂關(guān)注度和學(xué)習(xí)自主性，可以有效提升STEP 的教學(xué)效果。虛實(shí)結(jié)合模式是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容要求，綜合考慮課程性質(zhì)和教學(xué)實(shí)施環(huán)境，按照優(yōu)勢互補(bǔ)的原則綜合運(yùn)用虛擬和現(xiàn)實(shí)手段完成教學(xué)任務(wù)所構(gòu)建的新模式。在宏觀層面，搭建虛實(shí)結(jié)合教學(xué)平臺，引入云課堂和MOOC 課程，構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂模式，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的課程電子資源庫，引導(dǎo)學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)，課上專注于師生互動和實(shí)踐環(huán)節(jié)，以滿足學(xué)生的個(gè)性化需求；在微觀層面，將軟件工具合理嵌入課程體系，運(yùn)用與課程體系相關(guān)性強(qiáng)的軟件工具開展虛擬仿真、分析評價(jià)等工作，幫助學(xué)生獲得更加迅捷、真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.競賽聚合

通過競賽來聚合課程知識體系，是STEP 的重要手段。北航建立了“校友——教師——學(xué)生”“企業(yè)——學(xué)?！亍薄皠?chuàng)意——創(chuàng)新——創(chuàng)業(yè)”的“三層聯(lián)動”機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)、競賽實(shí)踐、學(xué)生培養(yǎng)三者的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了競賽聚合模式的全覆蓋、全方位、全鏈條。在競賽聚合模式下，學(xué)生需要綜合運(yùn)用所學(xué)到的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新實(shí)踐，來完成競賽題目、制作參賽作品、解決實(shí)際問題，并撰寫課程報(bào)告和結(jié)題論文。這一過程對于綜合培養(yǎng)學(xué)生的文獻(xiàn)研究能力、自主學(xué)習(xí)能力和分析解決問題能力至關(guān)重要。

（三）保障機(jī)制

北航原有的管理體系和質(zhì)量評價(jià)機(jī)制更側(cè)重以教師傳授為主的課堂教學(xué)和以應(yīng)試為主的學(xué)生評價(jià)方式，STEP 更強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，鼓勵(lì)教師在教學(xué)中由知識傳授者向?qū)W習(xí)引導(dǎo)者轉(zhuǎn)變，由教學(xué)“一刀切”向教學(xué)個(gè)性化轉(zhuǎn)變，由被動執(zhí)教者向主動開發(fā)者轉(zhuǎn)變。

1.提升教學(xué)能力

STEP 對教師的教學(xué)能力提出了較高要求。北航始終堅(jiān)持優(yōu)先提升教師的教學(xué)水平和教學(xué)能力。一是推廣STEP。引導(dǎo)教師運(yùn)用STEP 理念設(shè)定教學(xué)目標(biāo)、編制教學(xué)計(jì)劃，將合適的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，融入教學(xué)環(huán)節(jié)，全面執(zhí)行理論、實(shí)驗(yàn)、軟件、項(xiàng)目四者相結(jié)合的教學(xué)方法。二是打造融合教師團(tuán)隊(duì)。打破以往教師單打獨(dú)斗、獨(dú)立完成某一門課程的壁壘，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，圍繞課程群匯聚教師團(tuán)隊(duì)，通過多門課程的配合支撐大型項(xiàng)目的實(shí)施和開展。三是建立以企業(yè)導(dǎo)師、校內(nèi)教師、實(shí)驗(yàn)室人員三位一體的合力育人機(jī)制，特別是在項(xiàng)目設(shè)置和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)行校企“雙導(dǎo)師制”，聘請領(lǐng)軍企業(yè)中技術(shù)水平高、授課能力強(qiáng)的技術(shù)專家擔(dān)任企業(yè)導(dǎo)師，為學(xué)生提供與一線科研生產(chǎn)相匹配的指導(dǎo)，聘請校內(nèi)教師從事與項(xiàng)目相結(jié)合的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，聘請實(shí)驗(yàn)室人員協(xié)助校外導(dǎo)師和校內(nèi)教師，完成大量實(shí)踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)工作。

2.完善實(shí)踐環(huán)境

實(shí)踐環(huán)境是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要場所。建立與STEP 相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是實(shí)施STEP的基礎(chǔ)。一是完善教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。建立先進(jìn)的軟硬件環(huán)境以及配套的管理機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室開放程度，鼓勵(lì)教師和實(shí)驗(yàn)人員開設(shè)綜合型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以滿足學(xué)生在STEP 中的實(shí)踐需求。二是完善科技競賽平臺。圍繞“創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)”構(gòu)建遞進(jìn)螺旋式競賽體系，將課程學(xué)習(xí)與競賽項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)提升學(xué)生的科研實(shí)踐能力；構(gòu)建課程化的競賽培訓(xùn)體系，以課內(nèi)教學(xué)為基礎(chǔ)，打造精品課外實(shí)踐課，提供完備的知識技能儲備。三是完善校企合作平臺。以建設(shè)聯(lián)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地為目標(biāo)，與國內(nèi)外行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)建立深度合作，共建校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和校外產(chǎn)教融合基地，聯(lián)合開展具有工業(yè)應(yīng)用背景的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)工作。

3.改進(jìn)質(zhì)量評價(jià)體系

建立適應(yīng)STEP 的課程教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系。將核心評價(jià)指標(biāo)由過多關(guān)注課程教學(xué)過程的監(jiān)控和學(xué)生最終成績的獲得，轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注教師積極性的提升以及學(xué)生自主意識、團(tuán)隊(duì)意識、實(shí)踐能力的構(gòu)建。一是優(yōu)化考評體系。采用包括學(xué)生評價(jià)、學(xué)院評價(jià)、教師自評和專家評價(jià)四個(gè)維度的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方式[11]，實(shí)現(xiàn)從教師到學(xué)生的全過程閉環(huán)管理，確保質(zhì)量評價(jià)的全面性、科學(xué)性和規(guī)范化。二是注重過程評價(jià)。合理設(shè)計(jì)基于過程的、可操作的考核體系，轉(zhuǎn)變評價(jià)方式，摒棄傳統(tǒng)的單一閉卷考核方式，采取實(shí)踐過程表現(xiàn)、研究成果演示與答辯、考試、學(xué)生自評與互評結(jié)合的綜合方式來評定學(xué)生成績，從知識的綜合運(yùn)用與工程實(shí)踐能力的角度來評價(jià)學(xué)生。三是注重一體化教學(xué)。課程體系強(qiáng)化理論、實(shí)驗(yàn)、軟件、項(xiàng)目四者的一體化運(yùn)用，要求課程具有完備的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)大綱和講義，將上述四者納入本科教學(xué)質(zhì)量檢查與評價(jià)體系并加強(qiáng)督導(dǎo)和反饋。

三、典型案例

STEP 對宏觀層面的課程體系建設(shè)和微觀層面的單一課程或課程群建設(shè)均具有普適性，下文將通過兩個(gè)典型案例來作進(jìn)一步詮釋。

（一）機(jī)械工程專業(yè)課程體系的STEP 教學(xué)實(shí)踐

機(jī)械工程學(xué)科是北航優(yōu)勢工科的典型代表，要求學(xué)生綜合運(yùn)用材料、機(jī)構(gòu)、傳感、動力、控制、計(jì)算機(jī)等交叉學(xué)科知識進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)。然而，原有教學(xué)模式普遍存在理論學(xué)習(xí)多、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐少以及理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)交叉融合不足等問題，導(dǎo)致學(xué)生的系統(tǒng)性實(shí)踐創(chuàng)新能力有所欠缺。為了適應(yīng)國際上“回歸工程”即“大工程觀”的高等工程教育理念，機(jī)械工程專業(yè)以學(xué)生掌握“典型機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程”為人才培養(yǎng)目標(biāo)，系統(tǒng)地對STEP 進(jìn)行探索實(shí)踐。

基于STEP 的機(jī)械工程專業(yè)課程體系，如圖2所示。理論教學(xué)以通識基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)核心為核心構(gòu)建體系，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以特色基礎(chǔ)、專業(yè)綜合、科研創(chuàng)新和交叉開放為核心構(gòu)建體系。通過打造若干核心課程群，強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同，支撐典型機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

圖2 基于STEP 的機(jī)械工程課程體系

典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造核心課程群，如圖3 所示。在教學(xué)大綱設(shè)計(jì)過程中，一是通過機(jī)械工程概論等通識理論類課程群學(xué)習(xí)，對典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過程建立整體認(rèn)識；二是通過設(shè)計(jì)類課程群學(xué)習(xí)，掌握典型機(jī)械系統(tǒng)概念與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，再通過機(jī)電一體化等實(shí)驗(yàn)類課程群學(xué)習(xí)，掌握典型機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)電控制與硬件設(shè)計(jì)能力；三是通過制造類課程群學(xué)習(xí)，掌握典型機(jī)械制造工藝與過程；四是通過專業(yè)綜合實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等，掌握與專業(yè)方向相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造過程，全面提升技術(shù)創(chuàng)新能力和善于解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力，為培養(yǎng)卓越工程師打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖3 典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造核心課程群

機(jī)械工程專業(yè)凝練了三類項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)，并將項(xiàng)目合理嵌入課程：一是課程基礎(chǔ)項(xiàng)目。項(xiàng)目來源于課程應(yīng)用實(shí)際，能夠支撐一個(gè)課程模塊，并串聯(lián)起課程模塊的知識體系。課程模塊可以是某一課程中的若干知識點(diǎn)、一門獨(dú)立的課程或由若干門相關(guān)的課程組成的課程群。二是科研訓(xùn)練項(xiàng)目。整合學(xué)科專業(yè)優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)資源設(shè)置項(xiàng)目，對不同類型課程群的相關(guān)知識進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展和運(yùn)用。學(xué)生需要綜合運(yùn)用專業(yè)知識和技能，解決較為綜合性的實(shí)踐問題。三是綜合創(chuàng)新項(xiàng)目。瞄準(zhǔn)各學(xué)科專業(yè)的前沿理論、先進(jìn)技術(shù)和高水平研究成果，以高水平創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)踐為牽引設(shè)置項(xiàng)目。項(xiàng)目能夠較為全面地體現(xiàn)“完整的機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程”，以及不同專業(yè)知識的交叉與滲透。

在軟件工具支撐方面，機(jī)械工程專業(yè)總結(jié)了與課程配套的全覆蓋式軟件工具主要有4 大類，20 余套，分別是設(shè)計(jì)類、制造類、控制類和分析類軟件，如圖4 所示。

圖4 與機(jī)械工程專業(yè)課程體系配套的全覆蓋式軟件工具分類

（二）機(jī)電控制工程技術(shù)課程的STEP 教學(xué)實(shí)踐

基于STEP 的機(jī)電控制工程技術(shù)課程主要針對目前學(xué)生普遍存在的工程實(shí)踐能力較差等問題，采用整合和集成的思想重構(gòu)了課程內(nèi)容。課程融入了項(xiàng)目化教學(xué)環(huán)節(jié)，但其本身更側(cè)重STEP 所倡導(dǎo)的系統(tǒng)性知識構(gòu)建過程。

1.基本思路

課堂教學(xué)遵循STEP，即：以一個(gè)典型機(jī)電控制工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為驅(qū)動，以理論學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐融合為主要教學(xué)方式，以學(xué)生小組為組織形式，進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)。形成“1 條主線、2 個(gè)環(huán)節(jié)、3 個(gè)實(shí)踐點(diǎn)”的項(xiàng)目研究式教學(xué)體系：1 條主線即以1 個(gè)工程項(xiàng)目驅(qū)動課程教學(xué)的主線；2 個(gè)環(huán)節(jié)是優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容和突出實(shí)踐教學(xué)；3 個(gè)實(shí)踐點(diǎn)主要精選3 個(gè)體現(xiàn)機(jī)電融合知識點(diǎn)的子任務(wù)作為實(shí)踐大作業(yè)，要求學(xué)生親自動手設(shè)計(jì)并予以工程實(shí)現(xiàn)。通過理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以線串點(diǎn)、以點(diǎn)帶面，構(gòu)建了學(xué)生的綜合知識結(jié)構(gòu)，鍛煉了工程實(shí)踐能力。同時(shí)，課程自主研制開發(fā)了60 套相關(guān)控制系統(tǒng)及與之配套的相關(guān)軟件工具，搭建了實(shí)踐教學(xué)平臺，作為項(xiàng)目開發(fā)工具使用。

2.考核方法

根據(jù)STEP 特點(diǎn)，課程側(cè)重從知識的綜合運(yùn)用與工程實(shí)踐能力的角度評價(jià)學(xué)生。課程以小組為單位實(shí)施實(shí)踐教學(xué)，設(shè)計(jì)了以客觀評價(jià)小組學(xué)生綜合能力為核心的考評機(jī)制，采取學(xué)生自評與互評綜合的方式來評定學(xué)生成績，其中，實(shí)踐過程表現(xiàn)在總成績中的占比為10%、研究成果演示與答辯在總成績中的占比為50%、考試在總成績中的占比為40%。

四、結(jié)語

北航借鑒CDIO 等國內(nèi)外先進(jìn)的教育理念，通過對標(biāo)國際一流高校，結(jié)合自身工程教育特色，提出了對支撐工程教育、培養(yǎng)卓越工程師具有普適性的STEP，自實(shí)施以來，取得了較為良好的效果。該模式可以為理工類卓越工程師培養(yǎng)和工程教育教學(xué)改革提供一定的參考和借鑒。

在STEP 實(shí)施過程中，還需要注意一些問題。例如：STEP 在一些基礎(chǔ)理論課中的適用性，有待更進(jìn)一步體現(xiàn)；課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)，需要緊密圍繞教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行，做到與理論和軟件的無縫銜接。