新工科“模塊化課程池”建設的實踐
——以公共實踐模塊池構建為例

楊特育

（合肥學院 基礎教學與實訓中心，安徽 合肥 230601）

模塊化教學（MES）是20 世紀70 年代初由國際勞工組織研究開發出來的以現場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式[1]。在《博洛尼亞宣言》構建歐洲高等教育一體化的背景下，德國高等教育廣泛、全面地開展了模塊化教學改革，德國應用科技大學是模塊化教學改革的成功典范，他們將學生的能力培養作為教學目標，構建起從教學環節、課程設置、教學內容、教學組織到教學評價的模塊化教學體系，成功地培養大批優質的“應用型”和“復合型”人才。20 世紀90 年代初模塊化教學進入中國，它極大地推動了我國高等教育教學改革，成為我國高等教育研究的熱點。所謂模塊化教學，是指一個專業在人才培養目標的指導下，將全部教學內容按照一定標準或規則進行分解，使之成為模塊，各模塊之間既相互獨立又存在著一定的內在聯系，通過不同模塊課程的靈活組合和搭配，實現課程設置的合理化、系統化和一體化[2]。這種教學模式將專業課、專業基礎課和公共基礎課有機地聯系起來，各教學模塊層層遞進，相互配合，達到培養具備解決復雜工程問題和創新能力的應用復合型人才的教學目標。

1 研究背景

合肥學院是較早一批進行模塊化教學改革的地方院校，早在1985 年前身為合肥聯合大學時就與德國下薩克森州簽訂協議，引進德國高等教育的教育理念，建設應用型大學。它吸收、借鑒德國應用科學大學的模塊化人才培養模式和教學體系，結合我國的國情和學校的校情，將模塊化教學本土化。經過三十多年的探索和實踐，取得了豐碩的研究和實踐成果，形成了以能力為導向的模塊化課程體系。近年來，隨著我國戰略發展的需求，新工科教育成為高校研究的新熱點，不同高校因辦學層次、理念定位、服務面向的不同，形成的新工科人才培養的思路和側重點也不盡相同。對于應用型本科院校來說，如何將模塊化教學和新工科人才培養有機地結合起來是值得研究探討的課題。2016 年合肥學院和德國大陸集團、埃姆登/里爾應用科學大學探索“雙元制”高等教育新模式，獲首批“教育部新工科研究與實踐項目”立項。2020 年獲批教育部新工科項目《應用型高校新工科專業“模塊化課程池”建設的實踐研究》，筆者承擔其中公共實踐模塊池的研究和建設工作。

新工科人才培養的目標是為新產業、新經濟培養工程實踐能力強，綜合素質高的復合創新型人才，這與模塊化教學目標高度契合。模塊化教學注重學習的實踐性和應用性，實踐教學是人才培養中至關重要的一環，它與理論教學相配合，將理論知識和實際應用聯系起來，實現循序漸進、螺旋上升的梯度式人才培養過程。筆者從公共實踐課程的特點出發，以培養高質量新工科人才為目標，圍繞公共實踐模塊池的構建展開了一系列的探索和實踐。

2 公共實踐模塊池的構建思路

合肥學院模塊化課程體系，是圍繞人才培養目標，反向設計的課程體系。二級學院在制訂專業人才培養方案前，首先對區域經濟發展狀況、產業結構布局進行調研、分析和預測，深入了解區域經濟和新產業發展對本專業人才的需求狀況，研究應用型高校新工科專業知識邏輯體系與新產業之間的關系，梳理出崗位所需的能力要素。然后，確定專業的人才培養目標和專業能力要素，將每個能力要素對應到具體的知識點，再把相關知識點融合成課程模塊（每個課程模塊可支撐一個或多個能力要素），最后將課程模塊進行組合，形成各專業以“能力為導向”的模塊化課程體系，如圖1 所示。

圖1 以“能力為導向”的模塊化課程體系構建Fig.1 The component of ability-oriented modular curriculum system

公共實踐教學模塊是新工科專業模塊化課程體系中不可或缺的能力培養模塊，基礎教學與實訓中心（以下簡稱“中心”）承擔著我校工科類專業的金工實訓和電工電子實驗教學，在深入調研二級學院新工科專業能力培養需求的前提下，重新梳理實驗、實訓教學內容，圍繞實踐模塊支撐的能力培養要素，設計實驗或實訓模塊，構建公共實踐模塊池，與專業其他課程模塊（如專業模塊、核心課程模塊、專業綜合實踐模塊等）配合，形成新工科專業“通專融合，理實融合”的復合型人才培養課程體系。

3 公共實踐模塊池的構建

3.1 改善實驗條件，為構建“公共實踐模塊池”提供硬件支持

隨著學校發展和新工科人才能力培養的需求，中心通過新建或改建實驗室，不斷改善實驗室的硬件條件，營造更為良好的實踐教學環境。中心金工實訓基地通過對工廠生產車間的實地考察和調研，對實訓場所進行了區域劃分，制作金工實訓展板和設備操作規程，張貼了安全用電、規范操作等警示標語，營造企業規范化的生產場景。依托項目分批分次引進數控機床、加工中心、3D 打印機等一批現代加工設備，2022年申報《數控加工中心實訓平臺》項目，購置多系統數字化仿真及加工一體機。這些新設備為構建“金工實訓模塊池”提供了硬件保障，教師圍繞引進的新設備研究、開發新的實訓項目，不斷充實中心“公共實踐模塊池”。

電工電子實驗室也是采用項目推動的方式來改善實驗條件，2022 年將利用率不高的實驗室改建成電子技術綜合實驗室，引進數字電路綜合實驗箱、便攜式實驗箱等一批實驗設備，實現一室多用，提高了實驗室的利用率。教師圍繞新設備、新儀器開發新的實驗項目，特別是開發多項綜合型、設計型和創新型實驗項目，優化電工電子公共基礎實驗課程結構，豐富“電工電子實驗模塊池”。

3.2 加強師資隊伍建設，組建多方參與的“公共實踐模塊池”教學研究團隊

優秀的教師團隊不僅在提高模塊化教學質量上發揮著重要的作用，而且是構建新工科“模塊化課程池”的關鍵。多年來我校一直通過“走出去，請進來”的方式優化調整教師隊伍結構，加強師資隊伍建設。對于中心實踐教學而言，初步建立了校內外多方參與的教學團隊，聯合開發“公共實踐模塊池”。一方面，中心加強和校內二級學院的溝通和聯系，吸引相關專業優秀的專業教師加入到模塊池的研究和構建中來，指導學生在“模塊化課程池”中進行跨專業模塊學習。另一方面，通過“請進來”的方式為實踐教學師資隊伍注入新鮮血液，引進具有工程背景的人才或通過校企合作，吸收企業高端技術人才參與“公共實踐模塊池”的建設，不斷深化產教融合。再者，讓教師“走出去”，委派教師到企業掛職培訓，增加教師的產業經歷，提高他們的工程實踐能力。“雙師型”、“雙能型”教師參與“公共實踐模塊池” 的開發，使構建的課程池更加科學、合理，更加符合新工科人才培養需求。

3.3 整合優化教學內容，充實“公共實踐模塊池”

結合工程教育認證要求，遵循產出導向（OBE）的教育思想，中心實驗室從新工科專業學生能力培養目標出發，提煉出對應的知識點，再圍繞相關知識點梳理實驗、實訓教學內容，合理劃分、構建金工實訓和電工電子實驗模塊池。

中心金工實訓基地對金工實訓教學內容進行梳理、整合，合理劃分實訓模塊，根據各模塊子池的特點，在保留傳統教學內容的基礎上不斷開發新項目。根據現代工業生產工藝設計出面向新工科專業獨具特色的工程訓練實踐環節，讓學生體驗工業生產的整體性和連貫性。基地在引進數控機床、加工中心和3D打印設備后，積極開展基于新設備的金工實訓教學內容的開發，使學生在接受傳統工程訓練的同時熟練掌握現代數控設備的操作方法。例如開發的3D 打印實訓項目深受學生的喜愛，學生在這個實訓環節能夠發揮想象力，自由設計圖樣，利用計算機軟件建模，借助3D 打印機制作出真實作品。圖2 展示的是學生進行3D 打印實訓的場景和部分優秀作品。從目前的教學反饋情況來看，學生的學習興趣濃厚，教學效果很好。

圖2 3D 打印優秀作品和實訓場景圖Fig.2 Excellent 3D works of art and practice scene

中心電工電子實驗室根據二級學院新工科專業能力培養目標，對原有的實驗教學內容進行調整和優化，合理劃分了實驗模塊。保留了經典、成熟的實驗項目，開發了綜合型、設計型實驗項目，例如數字電子技術實驗模塊中，根據學時長短，開發一些復雜程度適中、易于操作的設計型實驗，如“環形計數器”“表決器”等項目。

3.4 構建新工科公共實踐模塊化課程體系

中心從新工科專業學生能力培養目標出發，結合基礎實驗實訓教學特點和教學條件，把培養學生的工程意識、工程能力和創新精神放在突出的位置來考慮,通過合理劃分教學模塊，精心設計教學內容，完善、優化課程體系，形成了新工科工程實踐教學體系，如圖3 所示。

圖3 新工科工程實踐教學體系結構圖Fig.3 Engineering practice teaching system for the new engineering majors

中心工程實踐教學體系包括金工實訓和電工電子實驗兩大模塊，其中金工實訓模塊由淺入深依次設置工程認知訓練、工程基礎訓練和綜合制造訓練三個子模塊。工程認知訓練模塊，主要能力培養目標是使學生了解機械加工相關的安全知識，初步建立起對制造生產過程的感性認識,學習機械制造基礎知識和工程概念。工程基礎訓練模塊,主要能力培養目標是使學生加深對傳統加工工藝和現代制造技術的理解,如車、銑、刨、磨、鉗、鍛、鑄、焊接等加工技術，通過這些加工工藝的培訓，學生能夠掌握各工種的操作規范，鍛煉實際操作能力和工程意識。綜合制造訓練模塊,依托現代數控加工設備，為學生提供展示自我的創新平臺，學生利用所學知識和掌握的機械加工技術設計、制作產品，通過這個模塊的訓練，能夠大大提高學生的綜合設計能力和創造能力。這三個子模塊層層遞進,互相促進，相輔相成。

電工電子實驗模塊主要包括基礎實驗、綜合型實驗和設計型實驗三個子模塊。基礎實驗能力培養目標是讓學生加深對基本原理、定律等基礎知識的理解和認識，通過實驗驗證基礎理論的正確性。綜合型實驗主要能力培養目標是在熟練掌握基本理論知識的前提下，學生能夠利用實驗室儀器設備分析復雜電路，測量性能參數，旨在提高學生的實驗能力，培養學生理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力。設計型實驗主要能力培養目標是使學生能夠根據給定題目設計實驗方案，并通過實驗驗證方案的合理性和正確性，培養學生綜合運用知識的能力、協作能力和創新思維。這三個子模塊互為依托，層層推進。根據實驗教學內容，電工電子實驗又劃分為電工子模塊、電路子模塊、模擬電子技術子模塊和數字電子技術子模塊，每個子模塊中都包含基礎實驗、綜合型實驗和設計型實驗三個層次的實驗項目。

新時代背景下高校要把立德樹人作為教育的根本任務，“課程思政”是當前國內高等院校普遍關注的一個重大課題[3]。課程思政理念主要體現在把思想政治工作和思想價值引領貫穿教育教學全過程和各環節，發揮各門課程的育人功能[4]。金工實訓和電工電子實驗課程是新工科專業必修的公共實踐類課程，因此，在新工科工程實踐教學體系中，特別設立課程思政模塊，該模塊根據新工科專業特點和學生未來職業發展方向，精心挑選思政教學元素，進行科學合理的教學設計，將思想政治元素有機融入實踐課教學中，培養學生鉆研精神、創新精神、愛國情懷和社會責任感。

4 新工科公共實踐模塊池選課辦法和動態調整機制

學校二級學院在制訂新工科人才培養方案時，可以根據專業特點和能力培養目標，從金工實訓模塊和電工電子實驗模塊中選擇任意子模塊有機組合，形成個性化人才培養方案，滿足學生知識、能力、素質“三位一體”的培養目標。中心支持不同新工科專業對同一實驗或實訓模塊的選修和組合，為方便實驗實訓教學的實施和教學文件的制定，相同專業不同班級要求選修相同的模塊。

同時，結合行業發展和工程教育認證的最新要求，不斷開發新的模塊，不斷調整“公共實踐模塊池”架構，與學生個性化學習和培養需求的動態變化保持同步。對于新工科公共實踐模塊教學效果的評估，可以建立科學的多維度教學評價體系來檢驗，評估結果將成為公共實踐模塊池動態調整的重要依據。

5 建設“公共實踐模塊池”線上資源庫，探索有效的教學新模式

實驗實訓學時有限，為更好地達到教學目標，中心開展“公共實踐模塊池”信息化、數字化資源建設，構建線上自主學習模塊，用以拓展課堂教學的時長和深度。學生利用課程資源的時空靈活性，在教師指導下按專業選擇個性化學習模塊，完成自主學習任務。金工實訓和電工電子實驗在教學中嘗試 “線上線下、課內課外”相結合的教學模式，使學生學習內容更加豐富，學習方式更加多樣，學習興趣更加濃厚，學習效果更加顯著。

金工實訓課程結合“公共實踐模塊池”線上資源的建設，探索符合新工科專業教學特點的教學新模式。針對不同的教學模塊采用不同的教學方式。工程認知訓練模塊是工程訓練教學環節的通識階段,其主要教學目標是使學生熟悉產品的加工工藝和機械制造的發展歷程，培養他們的安全意識和初步的工程意識。在這個階段,學生除了現場觀摩和實地參觀之外,還可以采取線上學習和實踐動手等多種途徑,讓學生感悟工程訓練的意義,增強學生對機械加工的感性認識，樹立正確的勞動觀點和勞動態度。工程基礎訓練模塊是在工程認知訓練基礎上,針對機械類、近機械類以及其他工科專業的普通機械加工的實踐教學環節。貫徹“做學融合、知行合一”的教學理念,學生學習各種工藝知識,掌握操作技能,培養安全意識，增強工程實踐能力。在教學模式上,主要采用教師講解、現場演示和學生動手實踐相結合的方式，使學生深入理解機械制造業主要的加工方法和工藝流程，學會傳統機械制造基本技能。綜合制造訓練是機械類學生創新能力和素質培養的一個重要教學環節，教學目標是使學生了解現代機械加工設備的工作原理和典型結構，掌握現代數控加工的生產方式和工藝過程，具備一定的設計能力和加工能力。這個模塊的教學主要運用兩種教學模式，一是借助線上教學資源，向學生展示現代機械加工設備的結構、工作原理以及加工工藝流程，使學生建立初步的認識；二是實操訓練，要求學生根據給定的題目，利用現代加工設備，進行產品的設計和制作。

電工電子實驗建設形式多樣的線上學習資源，不僅有常規的學習資料（如PPT、習題等），還實景錄制了實驗操作視頻。探索“互聯網+實驗”的教學模式，利用超星學習平臺推送學習資源，用于學生的自主學習，運用平臺提供的數字化教學工具進行導學、助學和督學。課堂上教師采用啟發式教學，鼓勵學生獨立完成實驗操作，學會獨立思考，運用所學知識分析、解決問題。

6 模塊化教學融入思政教育元素，實現實踐育人目標

高校培養出的人才不僅要有扎實的專業知識、較強的工程實踐能力和創新能力，而且要有堅定的理想信念和高尚的道德情操。實踐教學作為高校教育教學的重要組成部分，需要牢牢把握立德樹人這個根本任務，把“三全育人”貫徹到教育教學活動全過程。教師要從教學任務中引出教學目標，引導學生產生學習興趣，將學習知識技能與培養學生情感態度和價值觀融入到教學任務的設計中來[5]。在實施模塊化教學過程中，注重德學兼修，強化工科學生的家國情懷、國際視野、法治意識、生態意識和工程倫理意識等。具體來說，金工實訓教學過程中重點培養學生“精益求精、追求卓越”的工匠精神，使他們樹立遠大目標，努力學習本領，為我國實現制造強國的戰略目標貢獻力量。在電工電子實驗教學中，把培養學生實事求是、嚴謹認真的科學作風和良好的實驗習慣作為重點，提升他們的工程實踐能力、自主學習能力、創新意識和鉆研精神。

7 結語

金工實訓和電工電子實驗作為工程實踐能力和創新能力培養的重要教學環節，應牢固樹立“成果導向”、“學生為中心”的工程教育理念，科學、合理設置課程模塊，優化組合，構建動態可調的模塊池系統，與專業模塊、思政模塊一起發揮協同效應，使學生在每一個教學環節都能有所收獲，促進他們知識、能力、素質的協調發展，使模塊化教學發揮在新工科人才培養中的能量和作用。后續將繼續深化新工科“公共實踐模塊池”的研究和實踐，建立科學、有效的評價體系來檢驗公共實踐模塊的教學效果，并不斷在實踐中調整、完善、優化模塊化課程池。