基于能力培養的《工程技術綜合實踐》課程項目設計研究

鄭勐 張曉暉 黃軍勤 劉瑋 張紅勇 徐瑾

摘要：如何培養學生解決復雜工程問題的能力，是工程教育專業認證的重要指標。通過長期的教學實踐，探索了《工程技術綜合實踐》課程在學生能力培養過程如何更好地發揮作用，以及項目設計環節對學生培養的重要性，并從項目涉及知識點的寬度、深度以及項目的可持續制作性方面做了較詳細的論述，對項目持續性改進也做了相應的探討。

關鍵詞：工程專業認證;項目驅動教學;復雜工程問題;能力培養

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）11-0175-03

一、前言

工程教育專業認證是目前我國高校中的一件大事，“以學生為中心”、“以目標為導向”和“持續改進”這些基本理念，是當前國際教育發展的趨勢，也有力地推進我國高校工科專業建設和人才培養。工程教育專業認證的指標明確提出：通過工程教育認證專業的畢業生，“能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素”，如何培養學生分析和解決復雜工程問題的能力，各學校各專業在不同的教學環節中都有不同的做法，也取得了不菲的成績。《工程技術綜合實踐》是一門基于項目驅動教學的綜合性實踐課程，運用既有獨立又有統一的綜合項目式教學手段，使學生在課程的學習中體驗完整的工程經歷。十多年的教學實踐證明，該課程在培養學生“解決復雜工程問題”能力方面，發揮了較大的作用，對專業認證給予了有力支撐。

二、課程簡介

1.項目驅動教學。項目驅動教學（Project Based Teaching）方法是一種建立在建構主義（Constructivism）教學理論基礎之上的教學法，同時也是CDIO（Conceive、Implement、Design、Operate，即構思、設計、實現、運行）理念所倡導的教學模式，它的基本做法就是師生在共同實施一個完整的“項目”過程中，逐步深入、全面展開教學活動，通過共同探究問題和幫助學生探索解決問題的方法，提高學生的學習興趣，培養學生的工程素質和解決問題的能力。

2.《工程技術綜合實踐》課程。《工程技術綜合實踐》是一門以學生能力培養為目標并且較完整體現了建構主義教學理論的實踐課。學生以項目組的形式在規定學時內完成一個從項目設計、制造到裝配調試的完整過程。在項目實施過程中，強調學生學習的主動性、項目的社會性、工作的情境性和同學之間的協作性。課程實施過程體現了老師相互配合指導、學生團隊協作、相互學習的團隊精神，始終貫穿“學生是學習的主體”、“學生是知識的創造著”等“以學生為中心”的教學理念，利用項目驅動教學法中“邊問邊做，邊做邊學、做中學習、學中制作”的教、學、做三位一體的優勢，在培養學生解決復雜工程問題的能力上進行了有益的探索，也體現了建構主義理論基本思想。課程構架及流程如下頁圖1所示。可以看出，在整個項目完成過程中，學生始終處在積極主動的狀態，教師則是隨時掌握項目的進度并控制好時間，指導學生按時完成。

三、項目的設計

《工程技術綜合實踐》課程教學過程是以學生為主體、以工作過程為導向、學生為了解決問題而自主獲取知識的過程，課程以項目的形式進行，項目是培養學生各種能力的載體，好的項目是教學目的實現的關鍵。如何在項目中貫穿“以學生為本”的教學理念，如何將各專業不同的知識點融入到相應項目中，知識點的多少和深淺是否合適，學生的創新能力如何培養等都是考量項目設計是否成功的關鍵。同時在項目設計的初始階段，還需考慮通過對設計項目的完成過程，培養學生整體設計能力，查詢資料的能力、學習新知識的能力、創新能力、文檔的撰寫和整理能力、團隊協作能力以及和外界進行技術溝通能力等，將知識的獲取和能力的培養貫穿于整個項目教學的過程體驗中。這些知識點的掌握和能力的培養，需要通過項目完成的哪些環節、哪些過程以及學生的哪些體驗完成？保證措施、考核辦法和考核標準是什么？這是項目驅動教學能否達到預設目標的關鍵，也是該教學方法的精髓。指導老師必須事先設計和安排好相關的內容和環節。因此，如何在項目實施過程中達到教學目標、如何很好地培養學生“解決復雜工程問題”能力，項目設計是值得深入探索和研究的重要問題。

1.項目涵蓋知識點內容的廣度設計。項目的廣度設計應充分體現不同學院、不同專業學生的特點以及專業的知識點，結合各行業的現狀，設計具有現實意義或者和工程實際問題直接相關的項目，充分體現不同專業、不同學科的交叉融合。但是如何體現多學科交叉融合、融合到何種程度、怎樣融合？則必須符合學生的實際情況。例如，有機械學科、控制學科、計算機學科和工業設計學科的四名學生為一組共同完成一個項目，項目如何設計？經過思考，以制作一臺自動送料并具有檢測計數功能的裝置為例，機械設計和工業設計的學生可以設計機構、外形制作，控制和計算機的學生可以完成控制和計數功能設計制作，最后通過接口完成整機的裝配調試，學生之間通過溝通、協商、合作共同完成項目，達到學生之間相互學習、互相幫助、相互促進、相互影響、共同進步的目的。再比如控制、機械、管理、應用物理的學生共同完成了“小型風洞”模型項目，整個過程有條不紊，結果非常理想。再如：藝術、應用物理、控制和管理的學生組成的小組，完成了城市十字路口交通紅綠燈控制模型，不但有紅綠燈的控制，還有道路、路燈、草地、樹木花草等模型展示，增加了項目的展示度和觀賞性。通過對學校機、電、材料、水利、土木、印刷包裝、管理、人文、社科、藝術等專業的調研，了解各專業工程能力培養的要求，設計包含不同專業知識點的綜合項目，增加項目綜合性，體現學科的交叉融合。同時結合產業和社會的技術需求，進行復雜工程項目設計，強調各專業知識綜合應用。但是項目的寬度需要考慮學生的實際情況，涉及的學科知識過多，學生完成項目困難較多，不利于學生學習的主動性和積極性的發揮，造成項目實施過程困難，甚至導致最后無法完成。如果涉及的學科沒有包含組內全部的組員，會造成部分學生無事可做或者組員之間工作量嚴重不平衡，影響學生的積極性，這也不符合課程的初衷。通常情況下，一個項目涉及的學科不超過3個，學生最好包含工、理、管。

要設計一個針對不同的專業、不同的學科、不同的年級學生組成的團隊能完成的項目，老師必須做足功課，對專業要求做到心中有數。一個教師指導小組人數是有限的，老師的專業知識也是有限的，這就需要發揮整個教師團隊的協作精神，對題目認真審核，指導過程中相互幫持，共同完成學生指導，這也是教師團隊協作的體現。

2.項目涵蓋知識點內容的深度設計。如何準確把握項目的難易程度，是一個很有技術含量的問題。針對選課學生多數為大學二年級下學期和大學三年級上學期的情況，結合部分專業基礎課已經開設而專業課還沒有接觸的現實，在題目難易度上基本遵循只要努力就能完成的原則。項目難度過大，造成學生從內心產生膽怯，失去信心，不干而退。沒有難度，學生會輕松完成，達不到設定的教學目的和教學目標。通常項目會單項設定最低難度，縱深不設定，最大化發揮學生學習的積極性和主動性，而對于主動性較差的學生，也能夠通過努力而完成項目。例如項目中如果有機構設計，可以建議學生采用常見的機構，如曲柄滑塊機構、四連桿機構、齒輪機構等。而在設計控制方法時，老師會指導學生盡可能選用常用芯片和傳感器，旨在使學生設計過程中有困難時，方便資料查詢，也可以將這些機構組合實現更復雜的功能。通常情況是，項目的難度由簡到難，漸次推進，當學生完成到規定工作量時，就可以認為已經達到目的，有能力的學生可以繼續深入學習。

3.項目的持續性設計。對于項目的設計，還應該考慮持續性進行。根據以往的教學經驗，項目的數量雖然在年年增加，但隨著時間的延續，學生制作必然存在較多的重復，不同時間的學生在重復完成同一個項目，造成老師教學中缺乏激情和創新意識，影響教學的主動性。同時，多年的制作積累，也會使學生模仿往屆學生的設計而懶于思考。在多年的教學實踐中，發現有不少學生在完成項目的過程中，表現出極強的主動性，不但可以順利完成老師規定的內容，而且依靠開放的媒體課程學習，完成更深層次的內容開發，甚至是老師設計項目時沒有考慮到的深度。

如何利用和開發學生的這種積極性？如何在教學過程中充分體現“學生是學習的主體”、“學生是知識的創造者”的教學理念？如何體現“以學生為主體”的教學思想？通過多年的摸索和探究，依托開放的項目庫和計算機信息化管理平臺，學生可以查閱往屆學生完成項目和教師指導的全部資料，使之在已完成項目的基礎上繼續開發，將前期學生完成的不同功能的項目進行擴展和集成，形成更大的、更新的項目，體現“學生是知識的創造者”、“以學生為主體”的教學理念，深度發掘學生對知識和技能學習的自主性。在這類項目設計初始，老師可以和自己的研究方向掛鉤，指導學生更有目的性和主動性。

四、項目的改進機制

十幾年的教學實踐證明，作為以項目驅動教學模式開展的《工程技術綜合實踐》課，項目承載了培養學生工程素質的重要功能，為本科教學評估和專業認證給予了有力的支持。但是該課程選課學生數量多，教師指導工作量大，任務重，為了避免項目設計的不完善，每一個下發給學生的項目都要經過教師組的討論和嚴格的審核，為了持續改進教學模式，采用了以下三種措施：⑴在項目實施過程中，教師根據學生的情況經過申請可以調整項目內容，管理人員通過對學生的問卷調查了解項目的難易，對后續改進提供參考;⑵在項目完成后，聘請校內校外專家、企業人員組成的考核組對作品進行評比，幫助老師改進教學，診斷項目實施過程中存在的問題，鼓勵教師不斷改進原有項目的內容，不斷增添新項目以豐富項目庫;⑶跟蹤調查參加過該課程學習的學生，了解課程對學生工作能力的影響因素，為教師的教學提供幫助。通過教學循環過程中外部因素的介入和內部環境的改善以及課程的不斷成熟，使該課程變得更有活力和生命力，對學生解決復雜工程問題能力的培養，發揮更大的作用。

五、結束語

《工程技術綜合實踐》是對學生解決復雜工程問題能力培養的一種有益嘗試，是一門不斷改進、不斷完善的課程。隨著工程教育認證工作的持續展開和新工科建設的深入進行，打破教學過程中的專業界限，拓寬專業領域，注重學科交叉融合，立足素質教育，加強創新能力培養，突出綜合性、整體性、系統性的思維訓練必然是綜合實踐課程發展的必由之路，也是大學教育課程改革的方向。

參考文獻：

[1]林健.如何理解和解決復雜工程問題[J].高等工程教育研究，2016，（05）.

[2]余壽文.工程教育評估與認證及其思考[J].高等工程教育研究，2015，（03）.

[3]陳平.專業認證理念推進功課專業建設內涵式發展[J].中國大學教育，2014，（01）.

[4]吳康寧.關于教育領域綜合改革評價問題的若干思考[J].中國教育學刊，2014，（03）.

[5]顧曉薇，等.工程教育認證“畢業要求”達成度的認識與思考[J].教育教學論壇，2016，（14）.

[6]吳勇峰，等.以工程教育專業認證為導向的電氣工程專業的教學設計[J].當代教育實踐與教學研究（電子刊），2016，（3）.

[7]姜海波，等.國際工程教育認證背景下水利水電工程專業體系研究[J].教育教學論壇，2016，（26）.

[8]韋家瑜.基于“四位一體化”項目驅動教學法在旅游策劃課程教學中的實踐[J].大觀周刊，2012，（22）.

Project Design and Research for "Engineering Science Combination and Practice" Course Based on the College Student's Ability Cultivation

ZHENG Meng，ZHANG Xiao-hui，HUANG Jun-qin，LIU Wei，ZHANG Hong-yong，XU Jin

（Engineering Training Center，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

Abstract：Engineering Education Accreditation System requests cultivating the student's ability to solve the more complex and difficult engineering problems clearly.According to the course - "Engineering Science Combination and Practice" – we research and improve teaching continuously in long time from （i） how to ensure this course get the more significant achievement for student's actual ability;（ii） project middle processes setting and their influence to students;（iii） wide range of knowledge，degree of difficulty，sustained development and improvement.

Key words：Engineering Education Accreditation System，Teaching by proper project，Complex and difficult engineering prob，lems Ability Cultivation