面向工程素養(yǎng)教育的應(yīng)用型本科電氣自動化專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)模式探究

［摘 要］基于當(dāng)代大學(xué)生興趣廣泛和智能水平比較高的特點，文章以STEM教育理念中的工程素養(yǎng)與技術(shù)能力培養(yǎng)理念為指導(dǎo)，運用STEM教育理念中的趣味性與實踐性等原則，提出面向工程素養(yǎng)教育的應(yīng)用型本科電氣自動化工程專業(yè)技術(shù)人才“興趣→專心于實踐→責(zé)任心→事業(yè)心→勇敢精神”遞進(jìn)式培養(yǎng)模式。該培養(yǎng)模式利用電氣自動化工科專業(yè)學(xué)生對豐富多彩的實踐活動感興趣的心理，運用心理學(xué)的興趣遷移原理引導(dǎo)學(xué)生建立電氣自動化工程技術(shù)專業(yè)興趣；通過層次化教育實踐活動，促進(jìn)學(xué)生對工程技術(shù)新知識的專心學(xué)習(xí)與實踐；在知識運用實踐中培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心，使學(xué)生逐步樹立事業(yè)心，并且在走向社會時具有勇敢精神。

［關(guān)鍵詞］STEM教育理念；工程素養(yǎng)；電氣自動化專業(yè)；應(yīng)用型本科；課程目標(biāo)

［中圖分類號］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）22-0127-05

在全球化競爭中，STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育理念是國際上認(rèn)可的通過教育來提高國家政治與經(jīng)濟(jì)競爭力以及創(chuàng)新力的戰(zhàn)略思想。STEM教育理念與充分結(jié)合學(xué)生的興趣特點開展項目式教學(xué)的理念不謀而合，適用于工科專業(yè)大學(xué)生實踐教育活動[1]。

工程素養(yǎng)教育源自STEM的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)能力和工程水準(zhǔn)的內(nèi)涵，包括工程科學(xué)素養(yǎng)和工程專業(yè)素養(yǎng)培育，可以培養(yǎng)學(xué)生在各種情境中對遇到的問題進(jìn)行有意識的探究、有方向性的預(yù)見和科學(xué)解決問題的能力，能夠激發(fā)應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生從事工程專業(yè)技術(shù)工作的興趣，引導(dǎo)學(xué)生形成工程科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)思維和作風(fēng)[2]。

一、應(yīng)用型本科電氣自動化專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)要求

現(xiàn)代社會沿著全面“電氣化→自動化→數(shù)字化→智能化”方向發(fā)展，電氣自動化作為人才需求量很大的一類專業(yè)，要求畢業(yè)生具有電子技術(shù)、電工技術(shù)、自動檢測與儀表、控制理論、系統(tǒng)工程、信息處理、計算機技術(shù)與應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等比較寬廣的領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)與專業(yè)知識[3]。

我國自動控制學(xué)科由錢學(xué)森等科學(xué)家在50年代提出并創(chuàng)建，學(xué)科發(fā)展后與大量的工科行業(yè)相結(jié)合，產(chǎn)生了自動化、電氣工程及其自動化、建筑工程及其自動化、機械工程及其自動化等與自動化密切相關(guān)的專業(yè)。我國在2004年正式推出自動化系統(tǒng)工程師職業(yè)資格認(rèn)證制度，進(jìn)一步規(guī)范了電氣自動化類人才培養(yǎng)過程。2017年以來，教育部結(jié)合相關(guān)理科基礎(chǔ)學(xué)科積極推進(jìn)新工科建設(shè)。新工科建設(shè)的目的是適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展。新工科工程技術(shù)型人才的特征之一是具有較強的解決工程實際新問題的能力。應(yīng)用型本科電氣自動化專業(yè)人才直接面向工程，需要能夠解決工程實際問題，這決定了其需要有較強的工程實踐動手能力。因此，應(yīng)用型本科電氣自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生成為電氣自動化專業(yè)技能突出、實踐動手能力強、吃苦耐勞、勇于奉獻(xiàn)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

電氣自動化專業(yè)的學(xué)生走向社會后，將成為在工業(yè)過程控制、運動控制、電力電子技術(shù)、檢測與自動化儀表、電子與計算機技術(shù)等領(lǐng)域從事系統(tǒng)運行、系統(tǒng)設(shè)計與分析、科技開發(fā)等工作的工程技術(shù)人才。新工科應(yīng)用型電氣自動化人才的培養(yǎng)，適合運用STEM教育理念中的“工程科學(xué)+工程專業(yè)”素養(yǎng)培育的方法進(jìn)行。工程素養(yǎng)教育十分注重對學(xué)生專業(yè)實踐技能的培養(yǎng)和提升，對于工科類專業(yè)而言，實質(zhì)就是培養(yǎng)技術(shù)工程師的工程素養(yǎng)，需要引導(dǎo)學(xué)生從新工科的視角，用工程科學(xué)的方法思考問題，用工程專業(yè)的方法解決問題[4-5]。

二、基于層次化教學(xué)活動的培養(yǎng)模式

實踐活動由于形式多樣、內(nèi)容豐富、參與者的獲得感強而受到工科專業(yè)大學(xué)生的歡迎，其教學(xué)宜以STEM教育理念的情境性與團(tuán)隊協(xié)作性貫穿。筆者在電氣自動化專業(yè)的教學(xué)活動中，構(gòu)建了教學(xué)活動的層次化結(jié)構(gòu)，以本科二年級以上學(xué)生為主體構(gòu)建為三個層次，即基礎(chǔ)層→提高層→創(chuàng)新層，層層提高與深入，目的是讓學(xué)生夯實基礎(chǔ)、提高水平、獲得創(chuàng)新能力。基礎(chǔ)層包含課程作業(yè)、課程實驗、案例學(xué)習(xí)等，提高層包含課程設(shè)計、社會與企業(yè)實踐活動、技能大賽等，創(chuàng)新層包含大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目、相關(guān)專業(yè)設(shè)計競賽、科技競賽、本科畢業(yè)設(shè)計以及與碩士、博士研究的銜接等。

基于該層次結(jié)構(gòu)，本文提出面向工程素養(yǎng)教育的應(yīng)用型本科電氣自動化專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)模式，即“興趣→專心于實踐→責(zé)任心→事業(yè)心→勇敢精神”的遞進(jìn)式工程技術(shù)大學(xué)生培養(yǎng)模式。基礎(chǔ)層注重學(xué)生的興趣培養(yǎng)，提高層建立學(xué)生的責(zé)任心并使學(xué)生專心于實踐，創(chuàng)新層磨煉大學(xué)生的事業(yè)心，使學(xué)生逐步樹立勇敢精神。該模式指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)電氣自動化工程技術(shù)知識、參加各類科技比賽直至畢業(yè)走向社會。

三、培養(yǎng)模式實施問題探討

“基礎(chǔ)層→提高層→創(chuàng)新層”各層次教學(xué)活動要求逐步提高，最高的“創(chuàng)新層”活動涉及各個學(xué)科知識的綜合運用。下面探討“興趣→專心于實踐→責(zé)任心→事業(yè)心→勇敢精神”培養(yǎng)模式主要環(huán)節(jié)如何實施的問題。

（一）培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)專業(yè)興趣

基于STEM教育理念的趣味性與實踐性原則，以豐富多彩的工程實踐活動為載體，從工科專業(yè)學(xué)生對技術(shù)實踐活動的外部特征易產(chǎn)生直接興趣著手，培養(yǎng)學(xué)生對工程技術(shù)的直接興趣；運用心理學(xué)的興趣遷移原理，引導(dǎo)學(xué)生將該直接興趣遷移到對活動的結(jié)果及其重要意義有明確認(rèn)識的間接興趣，逐漸地專心于實踐，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)專業(yè)興趣。例如，在當(dāng)今社會的數(shù)字化浪潮下，學(xué)生對數(shù)字產(chǎn)品有著濃厚的興趣，因此可結(jié)合導(dǎo)師組活動與相關(guān)課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字控制系統(tǒng)方面的興趣，開展具有應(yīng)用型高校特色的數(shù)字控制裝置制作活動，讓學(xué)生通過動手完成有特色的數(shù)字控制裝置獲得成就感，從而增強工程技術(shù)專業(yè)興趣。

（二）提高學(xué)生解決新問題的能力

基于STEM教育理念的變化性與綜合性原則，結(jié)合當(dāng)代大學(xué)生具有較高智能水平的特點，在學(xué)生產(chǎn)生工程技術(shù)專業(yè)興趣的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過專業(yè)知識學(xué)習(xí)，掌握工程技術(shù)知識，培養(yǎng)舉一反三的能力、創(chuàng)新應(yīng)用專業(yè)知識的能力；培養(yǎng)學(xué)生的工程科學(xué)思維，使學(xué)生能夠?qū)Ｐ挠趯嵺`活動，提高解決新問題的能力，增強責(zé)任心。例如，在學(xué)生對數(shù)字化裝置有濃厚興趣的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、科創(chuàng)活動和科技競賽活動，鼓勵學(xué)生將學(xué)到的專業(yè)知識運用于實踐活動；引導(dǎo)學(xué)生以今后工作需求為目標(biāo)進(jìn)行新型數(shù)字自動化控制裝置與方法的設(shè)計實踐，開動腦筋運用學(xué)到的知識完成有趣的數(shù)字化裝置與方法的設(shè)計與應(yīng)用。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心與事業(yè)心

畢業(yè)班學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是單一學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，而是需要逐步將多學(xué)科知識進(jìn)行融合，綜合地應(yīng)用于某個實踐項目。工科大學(xué)生通過積極參與科學(xué)實踐探究活動，運用工程專業(yè)知識，能夠進(jìn)一步地提升綜合能力和社會責(zé)任感，包括運用知識和能力服務(wù)社會的精神、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和作風(fēng)、團(tuán)隊合作協(xié)同的能力和意識等。通過實踐教育活動，可以提升學(xué)生的問題意識、創(chuàng)新精神、主動探究能力和工程動手能力，使學(xué)生在形成責(zé)任心的基礎(chǔ)上，形成事業(yè)心，最終樹立勇敢精神，形成正確的世界觀與人生觀。例如，可以在畢業(yè)設(shè)計和企業(yè)實習(xí)等創(chuàng)新活動中，針對出現(xiàn)的困難與問題，以及學(xué)生遇到的挫折，耐心幫助學(xué)生分析問題所在和主客觀原因等；面對困難，進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與心理疏導(dǎo)，鼓勵學(xué)生發(fā)揮主觀能動性；引導(dǎo)學(xué)生不以一時的得失論成敗，樹立正確的人生觀與價值觀，磨煉意志，熱愛專業(yè)，勇敢地面對走向社會進(jìn)行就業(yè)帶來的挑戰(zhàn)。

人才培養(yǎng)是一項十分復(fù)雜而繁重的工作，需考慮當(dāng)代大學(xué)生個性比較強的特性，結(jié)合學(xué)生具體個性特點開展教學(xué)活動，這樣效果會更好。

四、培養(yǎng)模式在課程教學(xué)中的定量評價

依托現(xiàn)代大學(xué)教育具備的組織與考核體系，在培養(yǎng)工科專業(yè)大學(xué)生的知識傳授與實踐相結(jié)合的課程中，運用“興趣→專心于實踐→責(zé)任心→事業(yè)心→勇敢精神”培養(yǎng)模式進(jìn)行教學(xué)。以電氣工程及其自動化專業(yè)的虛擬儀器及其程序設(shè)計課程為例，其任務(wù)是以LabVIEW軟件學(xué)習(xí)為載體，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)采集與分析等測控方面的軟件編程開發(fā)技術(shù)。根據(jù)該專業(yè)的工程教育認(rèn)證要求[6]，基于STEM的工程素養(yǎng)與技術(shù)能力培養(yǎng)理念，設(shè)立“知識、能力和素質(zhì)”三方面課程目標(biāo)。

課程目標(biāo)1：學(xué)習(xí)知識。要求學(xué)生能夠應(yīng)用虛擬儀器知識，掌握運用虛擬儀器軟硬件構(gòu)建測試分析裝置的方法，掌握虛擬儀器程序的創(chuàng)建、編輯和調(diào)試技術(shù)，產(chǎn)生興趣并能專心于軟件設(shè)計實踐。

課程目標(biāo)2：培養(yǎng)能力。培養(yǎng)學(xué)生運用虛擬儀器技術(shù)分析電氣領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的能力，通過將虛擬儀表與真實實驗裝置相結(jié)合，增強學(xué)生在電氣自動化領(lǐng)域從事開發(fā)工作的能力，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心和事業(yè)心。

課程目標(biāo)3：提高素質(zhì)。通過課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感，提升學(xué)生的電氣自動化崗位職業(yè)道德、責(zé)任擔(dān)當(dāng)與勇敢精神，培養(yǎng)學(xué)生實事求是與科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

課程教學(xué)在微機網(wǎng)絡(luò)教室進(jìn)行。LabVIEW軟件具有豐富的人機界面，學(xué)生對此興趣較濃。教師講授虛擬儀器知識并演示儀器豐富的功能，激發(fā)學(xué)生的直接興趣；讓學(xué)生在微機網(wǎng)絡(luò)教室進(jìn)行軟件編程，將直接興趣遷移到虛擬儀器軟件編程實踐的間接興趣，學(xué)習(xí)組態(tài)軟件的高效率軟件編程與開發(fā)技術(shù)；在軟件編程開發(fā)調(diào)試中，指導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集與分析功能，并寫出相關(guān)的技術(shù)報告，逐漸使學(xué)生樹立在工程技術(shù)運用中的責(zé)任心；通過多次對學(xué)生開發(fā)軟件的指導(dǎo)與對學(xué)生寫出的技術(shù)報告的評價，磨煉學(xué)生的事業(yè)心；通過期末考核與總結(jié)等使學(xué)生初步樹立勇敢精神。

在該培養(yǎng)模式的應(yīng)用中，結(jié)合工程教育認(rèn)證的教學(xué)過程考核，對學(xué)生是否達(dá)成三方面課程目標(biāo)進(jìn)行定量分析和評價。具體計分比例為課程目標(biāo)1占30%、課程目標(biāo)2占60%、課程目標(biāo)3占10%。其中，學(xué)生平時學(xué)業(yè)水平評價包含每周完成編程寫出的報告、出勤和互動等平時成績，比例為70%，即平時1占20%、平時2占40%、平時3占10%；期末考核環(huán)節(jié)成績計分比例為30%，即考核1占10%、考核2占20%，以課程結(jié)束完成編程寫出的報告計分；按目標(biāo)1、2、3計分，對班級每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行定量評價考核計分，統(tǒng)計分析該課程的目標(biāo)達(dá)成情況，得出該班級的三個課程目標(biāo)達(dá)成均值（數(shù)據(jù)見表1）。

分析課程目標(biāo)2綜合2，得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見圖2），某些學(xué)生課程目標(biāo)2的綜合分值低于平均綜合分值50.46（圖2中虛線），需要對這些學(xué)生在課程目標(biāo)2方面進(jìn)行針對性輔導(dǎo)。

分析課程目標(biāo)3綜合3，得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見圖3），各位學(xué)生的課程目標(biāo)3綜合分值接近平均分值8.97（圖3中虛線），說明學(xué)生在課程目標(biāo)3方面做得比較好。

課程目標(biāo)1、2、3的達(dá)成度、未達(dá)成度、平均達(dá)成度數(shù)據(jù)比較如圖4所示。課程目標(biāo)1的未達(dá)成度較高，超過0.5，主要是在課程初期，學(xué)生在編程類課程中在“專心于實踐”與責(zé)任心方面需要加強；課程目標(biāo)2的未達(dá)成度較高，超過0.6，說明學(xué)生對復(fù)雜工程問題的分析能力、技術(shù)解決方案的設(shè)計創(chuàng)新能力與事業(yè)心需要加強；課程目標(biāo)3的未達(dá)成度低，小于0.05，說明學(xué)生對上機編程學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)有濃厚的興趣。因此，該班級學(xué)生的培養(yǎng)需要在教學(xué)中增加復(fù)雜工程問題的分析、系統(tǒng)設(shè)計案例學(xué)習(xí)，加強編程類課程“專心于實踐”和責(zé)任心方面的培養(yǎng)，加強對復(fù)雜問題解決能力的培養(yǎng)，直至學(xué)生形成事業(yè)心。

五、應(yīng)用型工科大學(xué)生需要培養(yǎng)勇敢精神

應(yīng)用型本科電氣自動化專業(yè)涉及自動化控制工程、電氣工程、信息工程、計算機技術(shù)等諸多領(lǐng)域，專業(yè)的實踐性很強，又由于具有強弱電、電工與電子、機械與電氣、元件與系統(tǒng)和計算機軟硬件相互結(jié)合等特點，需要培養(yǎng)學(xué)生對電氣自動化工程技術(shù)問題善于質(zhì)疑、勇于實踐、敢于創(chuàng)新的勇敢精神?，F(xiàn)代社會向著電氣化、信息化與數(shù)字化方向發(fā)展，各行各業(yè)對應(yīng)用型電氣自動化人才的需求量非常大。目前，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)——“專業(yè)技能突出、實踐動手能力強、吃苦耐勞、勇于奉獻(xiàn)”以及學(xué)生步入社會后的工作情況來分析，學(xué)生要真正成為具有電氣自動化工程技術(shù)能力的工程師，需要有勇敢精神支撐。

應(yīng)用型本科高校是我國高等教育體系不可或缺的重要組成部分。在應(yīng)用型工科大學(xué)生培養(yǎng)中，教師需思考如何將學(xué)生從“興趣廣泛”引導(dǎo)到對工程技術(shù)專業(yè)產(chǎn)生濃厚的興趣；如何開發(fā)學(xué)生的智能，使學(xué)生解決工程專業(yè)技術(shù)新問題的能力得到提高；如何培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生的責(zé)任心與事業(yè)心，最終使其具有勇敢精神。

六、結(jié)語

應(yīng)用型大學(xué)能夠為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)及其發(fā)展提供大量應(yīng)用型創(chuàng)新人才，與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的密切關(guān)系必然體現(xiàn)在其辦學(xué)方式上，成為其辦學(xué)特色。上海海事大學(xué)結(jié)合上海國際航運中心建設(shè)，以航運科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)為特色，其工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)需要運用基于STEM的面向工程素養(yǎng)教育的人才培養(yǎng)模式，并依托豐富多彩的實踐活動開展教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工科專業(yè)興趣、開發(fā)學(xué)生的智能，從而使學(xué)生具有較強的專業(yè)技術(shù)能力。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 劉元永， 宋國良. 關(guān)于STEM教育理念的科學(xué)實踐活動探究[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊， 2020，28（16）：158.

[2］ 郭小凡. 基于STEM教育理念的應(yīng)用型本科教學(xué)探究：以電子商務(wù)本科教學(xué)為例[J].高教學(xué)刊， 2019（11）：123-125.

[3］ 田燕， 宦鍵. 新工科背景下高校電氣自動化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)研究[J]. 現(xiàn)代職業(yè)教育， 2024（3）：165-168.

[4］ 陳玲輝， 靳玉樂. 具身認(rèn)知理論視域下工程素養(yǎng)的培育[J]. 高等工程教育研究， 2023（5）：195-200.

[5］ 呂哲，周艷文.工程素養(yǎng)視角下金屬材料教學(xué)改革研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育， 2020（32）：90-91.

[6］ 聶如松， 阮波. 基于工程教育認(rèn)證的土力學(xué)課程目標(biāo)達(dá)成度計算與評價[J]. 大學(xué)教育， 2024（2）：61-65.

［責(zé)任編輯：周侯辰］