工程訓練中的頂峰體驗課程探索

梁志芳，初 曉，楊興華，李 睿，高建興，梁迎春

（清華大學 基礎工業訓練中心，北京 100084）

20世紀80年代，美國本科教育改革中出現了一種新 型 課 程——頂 峰 體 驗 課 （capstone experience course），培養學生整合知識、連接社會、提高綜合素質和能力。這種類型的課程得到了歐美等國高校、學生和用人單位的普遍歡迎，在高等教育改革中產生了重大影響［1-4］。頂峰體驗不僅作為一種創新的教學方法，而且作為學生必要的學習經歷，已被越來越多的大學所接受。

為了在工程訓練中引入頂峰體驗課程，本文分析了頂峰體驗課程的特點，對工程訓練教學重新設計，并在清華大學基礎工業訓練中心本科生的工程訓練課程中進行實踐。

1 頂峰體驗課程

頂峰體驗（capstone experience）是由美國著名心理學家馬斯洛（Abraham Harold Maslow）在1943年發表的《人類動機的理論》（A Theory of Human Motivation Psychological Review）一書中提出的，屬于自我實現需求（self-actualization needs）層次。頂峰體驗的3個維度是積極情緒、舒適感和成就感，強調人的主觀情緒感受對個體行動產生的促進作用，即個人能力的高度提升和自我力量的高度肯定［5-6］。

1998年，美國博耶研究型大學本科生教育委員會發表了題為《重建本科生教育：美國研究型大學發展藍圖》的研究報告［7］，提出大學培養的應該是富有探索精神并渴望解決問題，擁有代表其清晰思維和熟練掌握語言的交流技巧，擁有豐富的多樣化的經驗的人才。報告針對美國研究型大學本科教育問題提出的第七項改革意見就是設置頂峰體驗課程。

頂峰體驗課程是一類課程的總稱，這類課程的共同目標就是讓本科生獲得頂峰體驗。頂峰體驗課程通過研究具有一定難度和深度的項目，把本科教育中相對零散的知識整合起來，使本科學習上升到一個新的高度，從而提高學生解決實際問題的能力［8］。

分析美國密歇根州立大學的兩門頂峰體驗課“CSE498”和“ECE480”［9-10］，可以得到該課程的如下標志特征。

（1）在教學目的上，頂峰體驗課程著重培養學生的工程基礎知識、個人能力、團隊合作能力和工程系統能力，以及溝通表達、書面寫作和批判性思維等非專業一般能力，強調學生綜合素質的提高。

（2）在課程教學理念上，頂峰體驗課程采用美國著名教育學家、實用主義哲學的創始人杜威提出的“做中學”教學理念，通過做事，使學生自然而然地學到知識，讓學生以主動的、實踐的和課程之間有機聯系的方式學習工程。

（3）在課程教學內容上，頂峰體驗課程采用普遍流行的CDIO理念，課程包含構思、設計、實現和運行的所有環節，體現項目開發的整個過程。

（4）在課程教學方法上，頂峰體驗課程采用基于項目的教學方法，采用來源于企業的跨學科項目，真實的課題能夠讓學生理解項目的社會背景和需求，并將所學到的知識和先進技術用于實際問題的解決。跨學科綜合性課程可以加強學科、專業之間的相互交叉和滲透，促進學生知識的整合和知識結構的優化。跨學科教育可以使學生用不同的思維方式思考某一特定問題，擴展學生視野，有助于激發學生的創造性。

（5）在課程組織上，以學生團隊協作為主。在團隊合作方式的學習中，學生必須學會從別人那里汲取力量，通過相互幫助來彌補自己的薄弱環節，以便完成各自負責的任務。

2 工程訓練中的頂峰體驗課程設計

我國高校工程訓練課程起源于傳統的工科機械類專業的金工實習，是隨著我國高等工程教育改革發展起來的新型工程實踐教學模式，已發展成為本科生培養過程中重要的實踐教學環節。因此，工程訓練和金工實習二者之間存在著天然的密切聯系。清華大學基礎工業訓練中心是清華大學本科生工程訓練基地，所承擔的工程訓練課程的教學目標是向學生傳授工藝知識，增強工程實踐能力，提高綜合素質（包括工程素質），培養創新精神和創新能力。從2012年秋季學期以來，清華大學基礎工業訓練中心在工程訓練課程中，對金工課程的教學內容進行了改革，將頂峰體驗引入金工實習和制造工程體驗等課程。

2.1 工程訓練課程采用“8＋X”結構

工程訓練課程有明確的教學目標，需要向學生傳授工藝知識，同時為引入頂峰體驗而增加了復雜項目訓練環節。因此，將課程設計成兩段式結構：第一段是基本工藝訓練，共8天；第二段是復雜項目訓練，除了課內時間外，還需要課外時間才能完成，因此用時為X天。

在基本工藝訓練階段，學生需要學習車、鉗、銑、焊接、鈑金、鑄造等生產工藝知識和操作技能；在復雜項目訓練階段，學生利用前一階段所學工藝知識，完成一個具有特定功能的復雜的系統結構。

2.2 采用項目導引的教學方法

基于項目的教學方法和CDIO教學理念是頂峰體驗課程的重要特征［11］。將項目導引教學方法貫穿在工程訓練課程的每個教學環節中，體現CDIO的各個階段。

在基本工藝訓練階段各個工種訓練中，采用簡單項目引導的教學方法，這些項目僅僅用到單一工種即可完成，因此屬于簡單項目。如鉗工采用小錘、車工訓練中采用小錘柄、銑工采用塔、焊接采用方盒等簡單訓練項目。在每個工種的項目訓練中，學生都要經過CDIO的構思、設計、實現、運行等4個階段。

在復雜項目訓練階段，采用機器人、3D打印機等復雜機電系統項目。在訓練過程中，學生也需要經過CDIO的構思、設計、實現、運行等4個階段，最終完成整個復雜機電系統。

2.3 采用多學科交叉的復雜教學項目

項目難度和知識廣度是頂峰體驗課程的重要特征。只有讓學生在完成項目的過程中感受到壓力，才能使他們有頂峰體驗的心理過程。在工程訓練課程探索中，采用包含機械、電子、測量、控制、管理、計算機等多學科交叉的綜合性復雜項目，體現項目的難度和應用知識的廣度，不但能促進學生知識的整合和知識結構的優化，還能擴展學生視野，使學生用不同的思維方式思考問題，激發更大的創造性。

2.4 采用“做中學”的教學理念

清華大學本科生工程訓練課程安排在一年級和二年級，這個階段的學生還沒有接觸或很少接觸專業課程。在工程訓練中采用多學科交叉的復雜項目，需要學生在完成項目過程中學習所涉及的各學科知識，如機械、電子、單片機、計算機軟件（C語言、Android開發）等學科。在每一個學科中，學生需要學習原理、設計、工藝等方面的知識。在工程訓練課程探索中，學生完成復雜項目需要的所有知識都通過導引式課程，讓學生在“做中學”。

2.5 采用學生團隊合作形式組織教學

團隊合作完成學習是頂峰體驗課程的另一個特征［12］。在工程訓練課程探索中，采用學生團隊學習的方式完成復雜項目。每6個學生組成一個團隊，推選一名隊長。每一個團隊配置1～2名指導教師，課程中稱為教練，引導學生團隊的學習過程。基礎工業訓練中心還建有團隊訓練室，作為學生進行團隊學習的空間支持。

2.6 采用體現工程文化的賽-課結合的形式

在工程訓練課程中，學生團隊通過完成宣傳畫、宣傳視頻等活動建設團隊文化，增強團隊凝聚力。在完成項目過程中，學生理解工程項目解決方案的非唯一性、藝術性等工程文化。

工程訓練課程采用賽-課結合的形式，學生通過競賽完成課程學習和總結。學生團隊除了提交完成的機電系統作品用于競賽外，還須提交項目開發報告、項目管理報告、項目技術報告等文檔資料。通過報告的撰寫，訓練學生分析、總結問題的能力和應用文寫作能力。設置競賽之后的答辯環節，要求學生借助PPT宣講項目，并回答專家評委的提問，以此鍛煉學生的表達能力。

3 頂峰體驗課程中學生的心理過程

我國近代著名學者王國維在《人間詞話》說：“古今之成大事業、大學問者，必經過三種之境界：‘昨夜西風凋碧樹。獨上高樓，望盡天涯路。’此第一境也。‘衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴。’此第二境也。‘眾里尋她千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處。’此第三境也。”這三種境界也正是對工程訓練中頂峰體驗課程的恰當描述。

學生普遍習慣于灌輸式的教學，不習慣主動的學習模式。當學生接到復雜項目時，普遍感到茫然，不知所措。因此學生必須站得高、看得遠，選定自己的奮斗目標，這是王國維描述的第一境界。

在教練引導下，學生經過仔細分析、思考項目以后，通過頭腦風暴等活動逐漸有了自己團隊的思路，通過繪制思維導圖完成了CDIO的構思階段。這是進入王國維描述的第二境界的開始。之后，學生開始進行系統設計，并繪制零件和裝配體設計圖，完成了CDIO的設計階段。然后，學生根據設計圖紙完成零件加工，完成CDIO的實施階段。此時學生的情緒會很高，也是最高興的時候。但是，當將所有加工的零件進行組裝調試時，會發現因為尺寸和公差考慮不足，造成零件不能裝配。這時候學生的情緒跌入低谷，感覺到的壓力非常大。然后學生會在教練的引導下分析每一個問題并尋找解決方案，解決一個個難題，完成機構的裝配。根據競賽任務進行調試的過程也是非常艱苦的過程，學生依然有非常多的壓力。

當一切難題都解決了之后，學生能體會到王國維描述的第三境界，這時學生的心理感受就會達到頂峰體驗的程度，表現為激動、興奮、震撼、感動、高興等積極情緒；爽、放松、疲憊感消失、自我意識喪失、放下思想包袱等舒適感；實現、驕傲、自豪、成功等成就感。成就感是超越性自我實現者感悟到利他（個人、團體和社會）性成就的必然反映，是頂峰體驗的標志性維度。

4 教學結果分析

能否在完成工程訓練課程目標的基礎上引入頂峰體驗課程，是清華大學基礎工業訓練中心近兩年教學研究的內容。從2012年秋季學期至今，已有210余名學生參加了工程訓練課程新模式的學習。

筆者通過教學實踐認識到，在工程訓練課程中引入頂峰體驗，可以在傳授給學生工藝知識的同時，培養學生的工程技能、塑造學生的價值觀，激發學生探求知識、探索真理的內在動力，使學生不僅在知識、能力的層面，而且在精神、思想的層面有所追求、有所提高。從教學結果可以看出：

（1）將頂峰體驗引入工程訓練課程，學生可以接受并能獲得好的學習效果，說明將頂峰體驗引入工程訓練課程是適宜的；

（2）在新的工程訓練模式下，學生的學習積極性大大提高，能夠主動探索知識，解決問題的技能得到提高；

（3）在新的工程訓練模式下，學生團隊合作、交流溝通能力等非專業素質也得到增強。

在教學實踐中還發現：新的工程訓練模式仍有待于進一步研究，例如學生以團隊形式進行項目學習，對團隊內單個學生學習的評價難以公正。與傳統實習相比，在新的教學模式下教師需要投入的工作量增大很多，需要更加科學地安排師資力量。

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