基于工程教育本質(zhì)的教學(xué)改革與實(shí)踐

0 引 言

高等工程教育的目標(biāo)和本質(zhì)是培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才 [1]。 數(shù)十年來，我國高等工程教育為行業(yè)和社會(huì)培養(yǎng)了大量國家建 設(shè)與發(fā)展所需要的人才，支撐我國工業(yè)體系的形成與發(fā)展，在 國家建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了不可替代的作用。

然而，由于受傳統(tǒng)教育思想的影響和盲目照搬國外高等 教育模式，我國高等工程教育存在培養(yǎng)方案科學(xué)化色彩濃厚、 工程性缺失和實(shí)踐薄弱等問題 [2]。特別是實(shí)施擴(kuò)招后，高等 工程教育中“工程弱化”現(xiàn)象更加明顯。大多數(shù)高校的評(píng)價(jià)體 系導(dǎo)向重論文、輕設(shè)計(jì)、缺實(shí)踐、沒工程的趨勢(shì)，對(duì)學(xué)生的工 程教育和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練重視和投入不足，校企合作不到位，企業(yè) 不重視人才培養(yǎng)過程的參與。許多具有行業(yè)特色的工科院校 出現(xiàn)了嚴(yán)重的去行業(yè)化現(xiàn)象，優(yōu)勢(shì)和特色淡化，同質(zhì)化明顯。 一系列問題導(dǎo)致人才培養(yǎng)模式與人才需求之間的尖銳矛盾： 一方面，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)難以契合企業(yè)的實(shí)際需求 ；另一方 面，企業(yè)技術(shù)人才出現(xiàn)斷層，而這已成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶 頸。在這種情況下，高等工科教育回歸工程本質(zhì)乃大勢(shì)所趨。 2010 年，教育部根據(jù)我國現(xiàn)階段高等教育存在的問題，結(jié)合 國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展與調(diào)整對(duì)人才的需求關(guān)系，啟動(dòng)了“卓越工程師 教育培養(yǎng)計(jì)劃”；2017 年，復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)等提出了“新 工科”計(jì)劃行動(dòng)，該計(jì)劃行動(dòng)將大大加快我國由工程教育大國 邁向工程教育強(qiáng)國的腳步。該計(jì)劃的宗旨是面向工業(yè)界、面向 世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì) 發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家 提供人才支撐。

1 高等工程教育與教學(xué)理念

世界發(fā)達(dá)國家為適應(yīng)現(xiàn)代化工程的要求，十分重視本國 的工程教育研究和改革，并且已形成了各自比較完善的培養(yǎng)體 系和科學(xué)的培養(yǎng)模式 [3]。目前，國際工程師培養(yǎng)主要分為以下 兩大模式 ：

（1）以美國為代表的“華盛頓協(xié)議”成員模式 [4]，即大學(xué) 生在校期間著重進(jìn)行工科基礎(chǔ)教育，畢業(yè)后由社會(huì)提供工程 師職業(yè)方面的教育，并通過專門的考試和職業(yè)資格認(rèn)證后成 為合格工程師；

（2）以德國和法國為代表的歐洲大陸國家模式，即大學(xué) 生在校學(xué)習(xí)期間就要完成工程師的基本訓(xùn)練，畢業(yè)時(shí)獲得一個(gè) 工程師學(xué)位，同時(shí)也是職業(yè)資格。

兩種培養(yǎng)模式雖然形式不同，但都注重實(shí)踐教學(xué)，并較 早開始進(jìn)行工程綜合訓(xùn)練。通過實(shí)踐課程或項(xiàng)目開發(fā)，將工程 實(shí)際問題帶入課堂，學(xué)生在企業(yè)接受實(shí)踐操作技能培訓(xùn)。

高等工程教育十分重視實(shí)踐技能教學(xué) [5,6]。在國外許多工 科大學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)占有很大的比例 [2]。如美國斯坦福大學(xué)工 程專業(yè)，各種實(shí)踐性學(xué)分為 83，占總學(xué)分的 43%。其多層次 的 Project 訓(xùn)練、多形式的課外實(shí)踐構(gòu)成了完整的實(shí)踐教學(xué)體 系，開放的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境、眾多社會(huì)和企業(yè)實(shí)習(xí)鍛煉機(jī)會(huì)為 學(xué)生提供了良好的能力培養(yǎng)平臺(tái)。同時(shí)，具有特色的人文素質(zhì) 教育體系既注重學(xué)生法律法規(guī)的教育，也注重表達(dá)能力、與人 交流能力、協(xié)作精神的培養(yǎng)，將素質(zhì)教育與專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)有機(jī) 結(jié)合。美國大學(xué)工科教育以強(qiáng)調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)理論教育、終生學(xué)習(xí) 的思想、工程科學(xué)與社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)的思想、工程實(shí)踐中的 責(zé)任感和職業(yè)道德教育形成了鮮明的特色。在德國工科教育中， 實(shí)踐教學(xué)地位舉足輕重，在教學(xué)計(jì)劃中占有大量學(xué)時(shí)。斯圖加 特大學(xué)機(jī)械工程系基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段的課程實(shí)踐練習(xí)課與講課比達(dá)到 1∶2，專業(yè)學(xué)習(xí)階段比例更高，各種生產(chǎn)實(shí)習(xí)就有 26 周， 由此保證工程教育的特色和特點(diǎn)。

2 工程教育對(duì)人才培養(yǎng)方案修訂思路

高等學(xué)校人才培養(yǎng)方案是教育教學(xué)的總綱，是人才培養(yǎng) 體系的主要內(nèi)容。一所大學(xué)人才培養(yǎng)體系的建立是一個(gè)不斷完 善的過程，不但需要具有自己的特色和特點(diǎn)，更要符合可持續(xù) 發(fā)展的需求。根據(jù)工程教育的內(nèi)涵與發(fā)展趨勢(shì)，在新的人才 培養(yǎng)方案修訂中應(yīng)關(guān)注國家社會(huì)需求和工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) [7]。 人才培養(yǎng)方案修訂的主要思路應(yīng)該注重以下方面：

（1）以區(qū)域經(jīng)濟(jì)和行業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，以注重工程應(yīng) 用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，提倡知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體協(xié) 調(diào)發(fā)展的教育理念，堅(jiān)持“以德為先、能力為重、全面發(fā)展” 的人才培養(yǎng)觀和“面向社會(huì)、面向世界、面向未來”的國際化 視野，遵循高等工程教育規(guī)律，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)工程應(yīng)用 型建設(shè)人才。

（2）人才培養(yǎng)類型方面，依據(jù)不同學(xué)校的定位，堅(jiān)持立 足區(qū)域，面向全國，服務(wù)主導(dǎo)行業(yè)及地方經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展，培 養(yǎng)具有“基礎(chǔ)厚實(shí)、作風(fēng)樸實(shí)、工作扎實(shí)、為人誠實(shí)、勇于創(chuàng)新” 特點(diǎn)的高級(jí)工程技術(shù)人才。

（3）在專業(yè)課程體系與教學(xué)內(nèi)容方面，能夠體現(xiàn)行業(yè)信 息化特色和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，即以相關(guān)專業(yè)為基礎(chǔ)，融入計(jì)算機(jī)科學(xué) 和信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)。在課程內(nèi)容上，結(jié)合行業(yè)工程需 求進(jìn)行延伸，形成具有明顯行業(yè)特色的課程體系。

（4）在課程體系設(shè)置方面，以工程范式為指導(dǎo)。強(qiáng)調(diào)工 程自身的綜合性，實(shí)踐性和創(chuàng)新性 ：一是注重知識(shí)、能力、 素質(zhì)培養(yǎng)的一體化 ；二是技術(shù)要素與非技術(shù)要素培養(yǎng)的一體 化。強(qiáng)化綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和解決復(fù) 雜工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新精神。

（5）在課程計(jì)劃內(nèi)容組織和次序方面，注重以相互支撐 的理論知識(shí)為經(jīng)，以一系列能力為緯，經(jīng)緯交織，實(shí)現(xiàn)理論與 實(shí)踐的結(jié)合，以及知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的有機(jī)融合。

3 工程教育專業(yè)課教學(xué)改革與實(shí)踐

3.1 專業(yè)課程教學(xué)中存在的主要問題

工科專業(yè)類課程是學(xué)生學(xué)習(xí)工程知識(shí)、訓(xùn)練工程思維方 式和培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的重要環(huán)節(jié) [8]。工程知識(shí)具 有綜合性、系統(tǒng)性及實(shí)踐性強(qiáng)，表現(xiàn)形式多樣，涉及面廣等特 點(diǎn)，屬于復(fù)雜知識(shí)，所以工科專業(yè)類課程教學(xué)與生動(dòng)形象的文 科類課程和抽象縝密的理科類課程相比具有更大的難度。

目前，我校工科專業(yè)類課程教學(xué)中主要存在以下問題 ：

（1）在課程設(shè)置方面，按照公共課、基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、 專業(yè)課、專業(yè)選修課的層級(jí)序列構(gòu)建課程體系，有利于學(xué)生 掌握學(xué)科知識(shí)體系，但對(duì)工程實(shí)際體現(xiàn)不夠 ；

（2）現(xiàn)有課程更偏向于科學(xué)教育模式，注重抽象的、脫 離工程背景的知識(shí)和概念的傳授，缺乏系統(tǒng)性和工程實(shí)踐性， 沒有充分體現(xiàn)工程知識(shí)的特點(diǎn)，不符合學(xué)生認(rèn)知工程過程的 規(guī)律 ；

（3）教學(xué)方法依然以課堂內(nèi)教師講授為主，存在傳統(tǒng)化、 單一化的現(xiàn)象，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維、主動(dòng)學(xué)習(xí)的訓(xùn)練和激發(fā)不夠；

（4）實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)結(jié)合不緊密，實(shí)踐教學(xué)理念陳 舊，訓(xùn)練中大多數(shù)學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，積極性不高，導(dǎo)致實(shí)踐 能力培養(yǎng)實(shí)效性不高；

（5）學(xué)生習(xí)慣延用學(xué)習(xí)中學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)方法來開展工程 知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)中以做題和死記硬背為主，無法真正掌握和 運(yùn)用知識(shí)。

3.2 基于工程應(yīng)用鏈接一體化課程教學(xué)改革

專業(yè)課作為工程知識(shí)學(xué)習(xí)的主要途經(jīng)，在教學(xué)中必須遵 循工程知識(shí)所具有的綜合性、實(shí)踐性、關(guān)聯(lián)性和遞進(jìn)性等特點(diǎn)。 在現(xiàn)有的以學(xué)科體系為基礎(chǔ)的課程設(shè)置中，工程知識(shí)分散在 個(gè)體課程中，缺乏工程實(shí)際情境化的有效聯(lián)系，學(xué)生所面對(duì) 的是獨(dú)立的課程，“只見樹木，不見森林”，知識(shí)的學(xué)習(xí)停留 在點(diǎn)上，沒有延伸到線和面上，很難構(gòu)成較為完整的知識(shí)體系。 工科課程體系中存在著學(xué)科之間的交叉和融合，課程內(nèi)容之間 存在著知識(shí)的關(guān)聯(lián)和融合。要促進(jìn)知識(shí)點(diǎn)向知識(shí)面延伸，建 構(gòu)知識(shí)體系，就需要將分散的個(gè)體課程通過工程實(shí)際有機(jī)連 接起來，使學(xué)生在一個(gè)情景化的主線引導(dǎo)下學(xué)習(xí)知識(shí)，進(jìn)行知 識(shí)的綜合及與工程實(shí)際的關(guān)聯(lián)。

我們以網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)為例，在專業(yè)課教學(xué)改革中開展了由 網(wǎng)絡(luò)集成與工程設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)鏈接多門專業(yè)課的一體化 課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生，分 別開設(shè)了電子技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)通信技術(shù)基 礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等主要專業(yè)基礎(chǔ)課程，并把這 些主要的原理性和概念性課程與工程類知識(shí)與能力結(jié)合起來， 使學(xué)生能夠真正具備在社會(huì)實(shí)際應(yīng)用中規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)計(jì) 算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)的能力，學(xué)會(huì)并掌握具有網(wǎng)絡(luò)集成和工程項(xiàng)目實(shí) 施與管理的方法和手段。通過多門相關(guān)課程工程應(yīng)用鏈接的 實(shí)踐訓(xùn)練，大大提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

 通過三級(jí)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力：

第一級(jí)是認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，安排在開課前，學(xué)生通過對(duì)實(shí)際應(yīng) 用系統(tǒng)的參觀和了解，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的組成和基本工作原理，對(duì)工 程知識(shí)和應(yīng)用有一個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí) ；

第二級(jí)是系統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)，在教學(xué)中，將應(yīng)用案例引入 課程教學(xué)過程，學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)及與工程實(shí)際的關(guān)聯(lián)，將初 級(jí)的感性認(rèn)識(shí)逐漸上升為對(duì)知識(shí)的融合與理解 ；

第三級(jí)是專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)完專業(yè)課程后，集中安排 兩周網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生通過集成綜合所學(xué)知識(shí)并結(jié)合 工程應(yīng)用，逐漸將工程知識(shí)向工程能力提升與轉(zhuǎn)化。

3.3 基于研究性學(xué)習(xí)方式的專業(yè)課教學(xué)改革

在以學(xué)科體系為基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)方案中，工程知識(shí)包含 在各專業(yè)課程中，學(xué)生通過專業(yè)課的學(xué)習(xí)獲得構(gòu)建自身工程知 識(shí)體系的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的專業(yè)課教學(xué)主要采用“課堂講授 + 課內(nèi) 實(shí)驗(yàn)”的方法。針對(duì)傳統(tǒng)專業(yè)課教學(xué)方法存在的問題，我們 提出并實(shí)踐了“問題、案例雙驅(qū)動(dòng)，課內(nèi)、課外互促進(jìn)，理論、 實(shí)踐相結(jié)合”的教學(xué)方法。該方法將課程教學(xué)分為課前、課 中和課后三個(gè)階段，教學(xué)方法與組織過程如圖 1 所示。

開課前，通過課外第二課堂，以科技講座和情境化工程 應(yīng)用實(shí)例的形式給學(xué)生介紹本課程的基本知識(shí)和應(yīng)用領(lǐng)域，引 出相關(guān)問題 ；在課程教學(xué)中，采用研究性學(xué)習(xí)方式，開展基于 問題的學(xué)習(xí)，以案例、問題驅(qū)動(dòng)課堂教學(xué)，引發(fā)學(xué)生興趣、引 導(dǎo)學(xué)生思考。例如，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的學(xué)習(xí)中，因其具有抽象與概 念化的特點(diǎn)，學(xué)生難以理解和掌握，我們通過課堂教學(xué)，同 時(shí)在課外開展基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，開展課外相關(guān)知識(shí)應(yīng)用的專題 調(diào)研，成立導(dǎo)師制負(fù)責(zé)的學(xué)生實(shí)踐小組，學(xué)生通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)、 了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用背景，通過討論學(xué)習(xí)掌握其工作原理，從 而研究探索和解決問題，從理論學(xué)習(xí)上升為工程應(yīng)用能力的 提升。

對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)研究成果以學(xué)生課堂、翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行展示 交流，課程教學(xué)之后，開設(shè)系列網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)驗(yàn)，通過相 關(guān)實(shí)踐使學(xué)生在不斷的知識(shí)融合、知識(shí)綜合應(yīng)用過程中，達(dá) 到對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固提高和能力培養(yǎng)。同時(shí)在課程學(xué)習(xí)過程 中引導(dǎo)學(xué)生參與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)、教師科研項(xiàng)目和各類創(chuàng) 新創(chuàng)業(yè)大賽，比如課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新大賽、工程 訓(xùn)練競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯課外科技活動(dòng)競(jìng)賽等，通過這些學(xué)科交叉、 知識(shí)綜合項(xiàng)目的訓(xùn)練，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識(shí)應(yīng)用 能力。

3.4 采用導(dǎo)師制的實(shí)踐教學(xué)模式

充分發(fā)揮學(xué)生自主能動(dòng)的學(xué)習(xí)實(shí)踐精神，采取“集中授課 ＋分組指導(dǎo)＋綜合評(píng)審”“學(xué)生為主體 + 自選實(shí)驗(yàn) + 自主搭建 + 教師引導(dǎo)”的方式實(shí)施教學(xué)，依據(jù)“教師提框架，提要求， 學(xué)生搭平臺(tái)，做實(shí)驗(yàn)”的原則完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)工作，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性、自主性，及學(xué)生解決問題的能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。 導(dǎo)師制綜合實(shí)驗(yàn)開展過程如圖2所示。主要包括工程問題分析、 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自主構(gòu)建系統(tǒng)、一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試 與結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)演示與答辯等環(huán)節(jié)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程由學(xué)生自 主完成，教師主要起引導(dǎo)作用。

4 結(jié) 語

本文以回歸工程教育本質(zhì)為導(dǎo)向，針對(duì)目前高等學(xué)校應(yīng) 用型人才培養(yǎng)實(shí)施中面臨的問題，結(jié)合工程教育和應(yīng)用轉(zhuǎn)型 進(jìn)行了深入的研究和分析。以工程認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，結(jié) 合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)需求的變化，指出了現(xiàn)行人才培 養(yǎng)方案在課程設(shè)置及理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)等方面存在的問題 與不足，從多方面、多渠道開展著重工程素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力 培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)節(jié)的改革和實(shí)踐。研究 探索了“基于工程應(yīng)用鏈接一體化課程教學(xué)改革”的教學(xué)模式， 探索實(shí)踐了“問題、案例雙驅(qū)動(dòng)，課內(nèi)、課外互促進(jìn)，理論、 實(shí)踐相結(jié)合”的教學(xué)方法，通過項(xiàng)目探索與實(shí)施，取得了良好 的教學(xué)效果。