多方協作的建模仿真綜合實踐教學培養模式理論與實踐

王彥鋒，王 濤，黃美根，周 鑫

（國防科技大學系統工程學院 湖南 長沙 410073）

新工科背景下我國的研究生培養模式正面臨著歷史挑戰和機遇。集成產品開發IPT（Integrated Product Team集成產品開發小組）是互聯網時代的新型合作模式，它打破了傳統垂直管理、固定分工、時間流程驅動的實踐模式，而是采取分布式、并行作業、交叉分組的工作模式，極大地提升了工作效率，該模式也被很多大學、科研院所采用，例如美國海軍研究生院、美國國防部高級研究計劃局（DARPA）等[1]。如何將IPT 多方協作的模式與研究生實踐課程相結合值得探索和研究。

1 當前研究生實踐課程存在的問題

傳統的研究生培養模式難以適應新時代發展要求，主要表現在：

能力培養輸出滯后，難以滿足實際工作需要。傳統研究生培養側重于學科經典理論和前沿知識的講授，導致學生主要關注理論知識的掌握程度，很少關心知識遷移、能力提升和實踐應用，造成學習階段的“學無所用”和工作階段的“用無所學”。

知識體系構建碎片化，難以綜合求解復雜問題。傳統研究生培養側重于各個知識點的講授和考核評價，導致學生主要關注獨立知識點的掌握程度，造成知識體系構建的碎片化，很難綜合運用所學知識求解復雜問題。

理論實踐結合斷裂化，難以學用相長主動創新。傳統研究生培養的理論講授環節與工程實踐環節往往存在分離，導致學生即使掌握了大量理論知識，面對實踐問題也難以有效運用，缺少理論指導下的實踐提升和實踐基礎上的理論創新，進而缺乏主動創新的意識和習慣[2]。

“CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）構思-設計-實施-運行”模式是近年來工程院校探索實踐的最新成果，具有科學性、系統性和可操作性等特點，與我國新工科發展內涵非常吻合，已經在國防科技大學、中國郵電大學等國內高等院校推廣應用[3-4]。本研究和改革探索解決的核心問題是：探索研究生CDIO 培養模式，推進新工科背景下研究生培養模式創新實踐。以重大工程為需求背景，牽引構建貫穿課程全程的案例問題，激發學生解決現實問題的學習興趣和動力；以系統工程方法論為理論指導，實例化復雜問題求解的方法流程和環節步驟，增強學生的工程實踐能力，激發學生的探索欲望；以IPT小組為組織形式，培養提升學生團隊協作、分享交流、相互學習的經驗和能力；以累積成效曲線為評價方式，通過持續跟蹤、反饋和評價，助力學生能力穩步提升，并收獲可衡量的成果。

2 多方協作的建模仿真綜合實踐教學方法

仿真工程綜合實踐課程涉及系統建模、仿真實驗、數據分析等多個環節，傳統方式講授系統工程方法和仿真手段解決現實軍事問題收效較弱，而多方協作的CDIO 培養模式卻獨具優勢[5-6]，主要體現在：

注重工程實踐與理論方法的平衡。教學大綱聚焦仿真實驗、數據分析等工程實踐能力的同時，強化應用導向的系統工程、建模仿真等理論方法培養。

注重工程設計與項目實施的平衡。在教學過程中，教師將教學目標分解為系列實踐項目，實施成果導向的項目全壽命周期組織模式。

注重個人學習與團隊協作的平衡。培養學員主動融入、引促提升的團隊協作能力，實施目標導向的個人主動學習和角色分工合作。

團隊大膽創新教學理念和方法，改革傳統教學，形成了新工科背景下研究生CDIO 工程實踐培養模式，主要包括重大工程需求牽引的教學目標設計、系統工程實例化的教學內容安排、“互聯網+項目”團隊協作攻關的教學實施、“即時反饋+累積式”教學考核評價等環節，具體如下：

2.1 重大工程需求牽引的教學目標設計

圍繞教學團隊承擔的重大工程的現實需求，設置全景式一體化教學目標。教師使用AWAKEN 模型、《目標計劃工作清單》等工具和方法，引導學生將所學工程實踐理論與基本方法應用于未來崗位備戰打仗實踐問題，并確立強軍興國的學習奮斗目標[7]。

2.2 系統工程實例化的教學內容安排

對標美國MIT和NPS系統工程方向最新案例教學框架，實例化無人集群攻防裝備發展戰略管理問題，按照系統工程思想統籌設計問題定義、需求分析、方案生成、建模仿真、綜合分析等教學環節，然后各環節根據項目全壽命周期管理標準設計項目申請、立項、開題、中期、結題等內容[8]。

2.3 多維體驗自由創新的預實踐教學環境

充分利用教學團隊已經建成的睿德中心、仿真實驗室等平臺資源，打造教研用一體化教學環境，使用虛擬化、視覺化、沉浸式教學方法手段，激發學生的創新欲和內生動力[9-10]。

2.4 “互聯網+IPT”團隊協作教學實踐

實踐分組采取“互聯網+IPT（Integrated Product Team）”團隊協作模式，將跨學科、跨專業背景學員進行團隊自由結合和任務分工，充分發揮學生的協作創新意識，有效調動學生的學習積極性。

2.5 “即時反饋+累積式”教學考核評價

課程各階段按照“理論+案例+實踐+評價”相結合的組織方式，各階段考評采取學員質詢、教師點評方式，學生根據反饋即時調整下階段實施計劃，最終個人成績由各階段團隊和個人成績累積構成。教員通過教學反饋進行即時教學反思，并將教學成果反饋于重大科研任務中。

3 主要創新做法

3.1 重大工程任務深度融入的教學構思新理念

科研任務與教學是相互促進的關系。科研創新也是教學案例創新的活水來源。因此，依托團隊承擔的重大工程任務，聚焦研究生工程能力培養需求，一是挖掘理論性與實踐性并重的現實需求融入教學，透析重大工程背景歷史點燃學員家國情懷與強國強軍夢想，牽引提升學員的未知探索欲；二是運用重大工程項目管理方法，探索開展綜合實踐課程的項目化管理模式，大力提升學員的主觀能動性；三是聚合重大科研建設任務成果，搭建“虛擬實驗室”教學環境，加速科研成果進課堂、進教材、進實驗，助力提升學員的漸進獲得感。

3.2 復雜問題系統工程實例化求解的教學設計新模式

采用反向設計教學理念，運用建構主義理論，圍繞課程教學目標，聚焦學員第一任職能力與長遠發展素養需求，在重大工程需求牽引下，遴選復雜工程實踐問題并實例化解構為課程教學綜合案例，運用系統工程原理、過程和方法進行遞進式解析，確保持續適配教學目標與計劃，培養學員綜合運用所學理論方法求解復雜現實問題的能力。

3.3 多學科交叉融合的教學組織新方法

以學生為中心、以教師為主導，創新多學科交叉融合的教學組織實施模式，組織具有不同學科背景、專業特長、興趣愛好的學員構建IPT 小組，并采取項目全壽命周期管理模式，使小組在相對獨立的環境中集智協作開展復雜仿真實踐項目研究，并開放共享、共用優秀成果，通過學員互助進一步提升學習收獲。

3.4 “即時反饋+累積式”的教學考核新機制

針對傳統形成性考核形式時間維度缺乏系統性的問題，以認知發展理論為基礎，遵循能力動態生成規律，通過實踐問題的持續迭代升級，構建了“實踐-反饋-再實踐”的螺旋式演進能力培養方式，即時反饋學員的階段性考評結果，并全過程、系統化關聯生成學員能力培養的“累積成效曲線”，探索建立了“即時反饋+累積式”的教學考核新機制。

4 結論

筆者在與軍工企業等用人單位交流反饋中發現，各單位普遍認同本研究工程實踐培養模式，積極遴選優秀部隊在職干部、企業工程師來校深造。該模式對合作單位人才創新思維的培養、實踐能力的鍛煉、工程能力的考核提供了參考借鑒。