新工科背景下貫通式項(xiàng)目制研究型綜合實(shí)踐教學(xué)模式探討

李津津 葉佩青

摘 要：為踐行“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造”三位一體的培養(yǎng)理念，本文針對(duì)機(jī)械工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了貫通式項(xiàng)目制研究型綜合實(shí)踐教學(xué)新模式，探討了該模式下機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的具體改革措施，為新工科建設(shè)提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：新工科;實(shí)踐教學(xué);教學(xué)改革;項(xiàng)目化教學(xué)

一、背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)涌現(xiàn)，機(jī)械工程不再是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，而是以智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等前沿領(lǐng)域?yàn)橹饕芯繉?duì)象。為此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)高校就新工科發(fā)展做了大量的探索[1]，具體如表1所示。其中，“天大方案”由天津大學(xué)提出，主張將課程體系和培養(yǎng)體制進(jìn)行重構(gòu)，把三類五大項(xiàng)目（課程內(nèi)項(xiàng)目、課題組項(xiàng)目、交叉學(xué)科項(xiàng)目、科研實(shí)踐項(xiàng)目與畢設(shè)項(xiàng)目）串聯(lián)為一個(gè)緊密的整體，形成“課程元”并組成一個(gè)完整的課程體系，把課程重點(diǎn)放置在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)如何學(xué)習(xí)及應(yīng)用所學(xué)知識(shí)上。“新工科建設(shè)F計(jì)劃”由華南理工大學(xué)提出，主張“通識(shí)+專業(yè)+雙創(chuàng)”的課程體系模式，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的“5I”多維度培養(yǎng)（即學(xué)科交叉融合、工程深度學(xué)習(xí)、本研貫通、產(chǎn)學(xué)研合作、國(guó)際化教育），專注打造兼顧價(jià)值理性和工具理性、復(fù)合知識(shí)和核心能力（思想能力、學(xué)習(xí)能力、行動(dòng)能力）、全球視野和家國(guó)情懷，且同時(shí)具備創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力的頂尖技術(shù)人才。復(fù)旦大學(xué)增設(shè)課程核心為 “本研貫通+產(chǎn)學(xué)研融合”的新工科試驗(yàn)班，包括微電子科學(xué)與工程卓越班、智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)兩類，為學(xué)生提供“本碩博連讀”的培養(yǎng)模式，讓優(yōu)秀學(xué)生在這一模式下繼續(xù)深造。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近期新增了信息智能學(xué)部，以促進(jìn)工科的學(xué)科交叉。北京理工大學(xué)增設(shè)了三個(gè)關(guān)于智能制造的新工科專業(yè)，包括人工智能、智能制造工程、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等。大連理工大學(xué)對(duì)機(jī)械類項(xiàng)目群進(jìn)行課程改革;北京大學(xué)圖靈班新增人工智能方向;南京大學(xué)成立人工智能學(xué)院;西安交通大學(xué)啟動(dòng)大電類和機(jī)類等工科大類招生。

國(guó)外已有多個(gè)發(fā)展成熟的工程教育改革模式，如能力導(dǎo)向教育模式（CBE）、成果導(dǎo)向教育模式（OBE）和構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行教育模式（CDIO）。CBE 是一種以學(xué)生能力為本位，以個(gè)人能力為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)，督促學(xué)生進(jìn)行自我管理、自我學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，已在美國(guó)工程教育領(lǐng)域全面施行。課程內(nèi)容為模塊式結(jié)構(gòu)、理論知識(shí)與實(shí)踐技能訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，以學(xué)生為中心，注重“學(xué)”而非注重“教”。CDIO強(qiáng)調(diào)構(gòu)建一個(gè)互相支撐且有機(jī)聯(lián)系的一體化課程體系，并將產(chǎn)品全生命周期作為載體（包括研發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和廢棄），促使學(xué)生積極學(xué)習(xí)工程知識(shí)并主動(dòng)實(shí)踐。

除這些成熟的工程教育模式外，國(guó)外高校也在積極探索新的模式。麻省理工學(xué)院提出了國(guó)際科技計(jì)劃（MISTI），為學(xué)生提供海外學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)并加強(qiáng)與名企的交流實(shí)踐[2]，并要求：

（1）學(xué)科設(shè)置與工業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合，學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中自覺(jué)學(xué)習(xí)交叉知識(shí)[3];（2）重視物理基礎(chǔ);（3）強(qiáng)調(diào)教授及教學(xué)科研辦學(xué)于一身，辦學(xué)理念與教育方法始終隨著科研與社會(huì)發(fā)展而改革;（4）注重人文學(xué)科的發(fā)展。麻省理工學(xué)院等高校認(rèn)為，人文素養(yǎng)對(duì)于科學(xué)工程創(chuàng)新具有潛移默化的革新與促進(jìn)作用。斯坦福大學(xué)也積極進(jìn)行改革[4]，包括：（1）“向本科生提供項(xiàng)目研究”制度，并向本科生全面開放實(shí)驗(yàn)室;（2）“拓展交叉學(xué)科研究”制度，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)進(jìn)行交叉教學(xué)，讓學(xué)生為用而學(xué);

（3）“教育綜合性”制度，以跨學(xué)科為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。滑鐵盧大學(xué)主張合作教育人才培養(yǎng)模式[5]，學(xué)生可選擇有報(bào)酬的工作崗位，工作學(xué)期實(shí)行導(dǎo)師指導(dǎo)制，選擇該模式的學(xué)生將會(huì)有五個(gè)學(xué)年的學(xué)習(xí)時(shí)間，其中工作實(shí)習(xí)時(shí)間可占40%。在此期間，學(xué)生可以積攢大量工作經(jīng)驗(yàn)，提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。普渡大學(xué)將大類教育、柔性化培養(yǎng)方案與企業(yè)社區(qū)參與方案相結(jié)合[6];南洋理工大學(xué)主張學(xué)生需在當(dāng)?shù)鼗蚝Ｍ鈱?shí)習(xí)，并推行全球教育計(jì)劃（GIP）、海外實(shí)習(xí)計(jì)劃（OAP），構(gòu)建基于創(chuàng)新的“本科生在校研究計(jì)劃”等;卡塞爾大學(xué)實(shí)行“寬進(jìn)嚴(yán)出”“院系聯(lián)合辦學(xué)”“研討班”等舉措，提高學(xué)生的交叉學(xué)科學(xué)習(xí)能力。

二、貫通式項(xiàng)目制研究型綜合實(shí)踐教學(xué)模式

貫通式項(xiàng)目制研究型綜合實(shí)踐教學(xué)從頂層設(shè)計(jì)，貫穿本科大學(xué)四年，重視學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和解決問(wèn)題的能力。從大一開始，就針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性的實(shí)踐項(xiàng)目，以研究性項(xiàng)目為主導(dǎo)，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，學(xué)生用3～4年時(shí)間完成實(shí)踐項(xiàng)目。該模式將構(gòu)筑一個(gè)符合卓越創(chuàng)新人才成長(zhǎng)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)條件和培養(yǎng)環(huán)境，支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，并以“創(chuàng)新教育模式、激發(fā)學(xué)術(shù)志趣、提高培養(yǎng)質(zhì)量”為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造”三位一體的培養(yǎng)理念。

1.貫通式項(xiàng)目制研究型綜合實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

在國(guó)外大學(xué)，比較系統(tǒng)的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生利用整個(gè)本科教育階段所學(xué)的知識(shí)，在特定的設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)要求以及項(xiàng)目預(yù)算下，以團(tuán)隊(duì)為單位，發(fā)揮專業(yè)能力、協(xié)作能力及創(chuàng)新精神，完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及控制等全部任務(wù)。比如，賓夕法尼亞州立大學(xué)與企業(yè)合作進(jìn)行了本科頂點(diǎn)實(shí)踐課程建設(shè);加州大學(xué)洛杉磯分校開設(shè)了為期2個(gè)學(xué)期的“機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)”頂點(diǎn)課程設(shè)計(jì)，集合了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到自動(dòng)化控制等多個(gè)環(huán)節(jié)的綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程。這些可以看作是本科生貫通式項(xiàng)目制研究型實(shí)踐教學(xué)的雛形。

在國(guó)內(nèi)，本科生貫通式研究型實(shí)踐教學(xué)并沒(méi)有形成系統(tǒng)的教學(xué)方案，都是在已有的實(shí)踐課程基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，清華大學(xué)機(jī)械工程系已經(jīng)建立了比較全面的實(shí)踐教學(xué)課程體系，并取得了較好的教學(xué)效果（2018年通過(guò)了ABET認(rèn)證）。2018年在大四上學(xué)期開設(shè)的實(shí)踐課程“制造工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐教學(xué)”為專業(yè)必修課（64學(xué)時(shí)，4學(xué)分），著重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。而2016年開設(shè)的挑戰(zhàn)性課程“產(chǎn)品工程化設(shè)計(jì)實(shí)踐”（64學(xué)時(shí)）通過(guò)引導(dǎo)式實(shí)踐和自主式實(shí)踐相結(jié)合的方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。但實(shí)踐課程也存在一些不足：一是缺少創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)踐主要針對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和機(jī)械設(shè)計(jì)。二是比較碎片化，各個(gè)實(shí)踐之間缺少聯(lián)系但又存在一定的重疊。三是缺乏頂層設(shè)計(jì)，沒(méi)有根據(jù)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。