基于“大工程”理念的工程實踐教學改革探索

摘要：工程學科范圍廣闊，具有科學性、系統性、技術性和實踐性等特征，而工程實踐教學往往注重教學本身，強調工程學科的科學性和技術性，導致工程實踐教育狹窄于技術或技術上的狹窄。在工程教育 “回歸工程”的發展趨勢下，工程界對學生能力的多樣化需求日益凸顯，工程實踐教學改革勢在必行。文章在工程實踐教學改革需求分析的基礎上，對基于“大工程”理念的工程實踐體系、教學內容以及教學模式改革進行了探討。

關鍵詞：“大工程”理念；實踐教學；教學改革

中圖分類號：G6420；TV3-4 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）02009405

工程實踐教學是工程人才培養的重要環節。工程實踐教學在教學體系上強調專業化，在教學內容上強調技術化，導致工程實踐教學狹窄于技術（工程教育主體著重技術教育）或技術上的狹窄（工程教育客體專業面窄）[1-2]。在工程教育“回歸工程”的背景下[1-3]，工程教育界提出“大工程”教育理念 ，強調工程教育的實踐性和社會性[4]，注重學生職業能力和創新能力的培養。工程實踐教學是“大工程”教育理念的重要載體，成為工程教育改革的熱點之一。

一、“大工程”教育理念背景

工程產品或項目反映了當時社會經濟、文化、科學、技術發展的面貌，工程教育模式在經過 “經驗型—技術型—研發型—系統型”的發展歷程后，而今強調實踐性和社會性的工程教育模式得到了各國的重視。美國工程界和科學界率先提出了工程教育“回歸工程”的思想，法國工程教育界指出工程教育是具體工程背景下的多學科、多模式和多元化的人才培養教育[4]。

工程教育應當是“大工程”教育，具體來說，應構建系統的通識教育體系，面向工程背景（或環境）和學科發展方向設置教學內容，形成以理論聯系實踐的教學模式，以應對工程全球化、復雜性的挑戰。 “大工程”教育是工程教育的回歸，其內涵為工程教育服務于工程實際，強調知識的完整性和系統性。在2010年中國“工程教育的改革與發展”高層論壇上，有工程院院士、教育行政領導、著名企業家以及大學校長參與的“四方論壇”提出，中國工程教育要建立“通識教育、

專業教育、綜合能力教育和創新教育”四位一體的卓越工程師培養體系；2012年又提出通過校企合作培養新一代工程師。可見“大工程”教育理念已在工程界引起了共鳴。

此外，縱觀工程實踐活動，任何工程產品或項目的實現，除了要有一套完整的工程活動系統（包括工程決策、工程設計、工程實施與工程評估等等工程全生命周期的各個環節），還要有與這個項目運行相一致的社會組織形式（即人及其組成的社會單元）。顯然，科學或者技術教育并不能完全滿足學生職業能力的需求，需要將自然科學、技術科學與人文社會科學知識相融合。各國在實施“大工程”教育理念的過程中，三大人才培養目標即全生命周期工程實踐能力（系統綜合、判斷、設計以及實施等能力）、人文素養（表達交流溝通能力、團隊合作精神、職業道德等）以及創新能力得到了廣泛的認同。可見，傳統的工程教育正面臨著“大工程”理念的沖擊，工程實踐教學改革亟待推進

二、工程實踐教學改革需求分析

中國工程教育經歷了60多年的發展，生源豐富、優秀，教育規模世界第一，但培養的工程師達到跨國公司標準的比例低（見圖1，中國培養人數是美國的2倍，但只有10%達到跨國企業需求），尤其是其創新能力與國際競爭能力有待提高。國內工程就業市場表現為一方面學生就業壓力大，另一方面企業難以招聘到合適的工程人才——既懂專業又懂管理，且具備創新能力的復合型人才。工程學生專業面窄、實踐能力和團隊協作能力差以及創新能力弱是導致工程人才“相對過剩”的主要原因。

傳統工程教育存在的兩難境地與工程實踐教學體系強調工程的科學技術特征、采用 “注入式”的教學模式和以分數為主的考評方式等因素有關。強調科學技術特征的實踐教學體系未能把握工程系統性的特點，知識分割嚴重、系統性差，導致學生專業面窄，僅局限于技術，綜合實踐和創新實踐能力不足；以教師為中心的“注入式”教學方法和以考試為主的考評方式導致實踐教學體系過于剛化，學生對實踐教學環節的參與度和對實踐教學內容的選擇性不夠，學生的綜合應用能力和創新能力差。針對工程實踐教育存在的問題，工程實踐教學改革應亟待解決的問題是：

1.明確工程實踐教學培養目標

在工程教育回歸工程的背景下，培養目標的確立需要解決兩方面的問題：一是工程人才培養的主體；二是工程人才培養的標準。現行的實踐教學主體為高校，工程教育回歸工程則需要企業的參與，這必然導致主體的擴大化，需要探索二者合作培養人才的模式。同時，中國工程教育人才培養的國際化比例低，還需要進一步明確工程人才的能力指標，以制定規范化、標準化和國際化的實踐教育培養標準。

2.構建系統的實踐教學體系

工程實踐教學體系通常按照專業課程設置，以致學生專業面窄，知識分割嚴重，缺乏對工程項目全生命周期的分析和應對能力，即對工程產品或項目從成型之初到回收處理的整個過程的分析和應對能力。土木工程學科、機械工程學科以及交通運輸工程學科等各個工程學科的特點不同，其產品或項目的全生命周期環節也各有不同，基本包括可行性分析、設計、制造、管理、評估等環節，涉及到不同學科的交叉綜合，學生應當以系統的觀念來看待工程問題的各個環節，才能做出科學合理的決策、設計以及實施和管理方案[5]。

3.實踐教學內容模塊化

目前實踐教學存在的主要問題是：工程實踐教學與工程脫鉤，教學內容離散，課內實踐教學體系（基礎實踐教學、專業基礎實踐教學以及專業基礎教學）和課外實踐教學體系的教學內容未能圍繞工程主線加以展開，學生缺乏解決實踐工程問題的能力。因此，在教學內容的設置上應按實踐能力、人文素養以及創新能力培養需求，構建人文模塊、公共基礎模塊、學科與專業基礎模塊、專業模塊、能力拓展實驗模塊以及工程實踐模塊等，以數學、物理、力學、計算機編程等共工基礎實踐教學為例，傳統實踐教學停留在基本概念驗證性實驗上，教學內容缺乏 “工程技術—力學建模—數學建模—數值分析—計算機編程—力學應用—技術協作”的工程能力主線[1]，學生不能正確認識身邊的工程問題，缺乏解決工程問題的一般能力。

4.工程實踐教學模式多元化

傳統的實踐教學模式采用“注入式”教學方法；考評方式注重考試結果和內容，強調工程問題的求解訓練，忽視對實踐能力和協作解決實際工程問題能力的培養。“大工程”教育理念下的實踐教學方法和考評方式則與具體的工程運作環境相適應，采用不同的教學模式培養應用型創新人才。

三、“大工程”理念下工程實踐教學的改革

以下以重慶交通大學道路與橋梁國家實驗教學示范中心，開展“大工程”理念下的交通土建工程實踐教學改革為例，主要從教學培養目標、體系、內容和模式等方面展開探討。

（一）培養目標

交通土建工程是實踐性非常強的工程學科，西部地區交通土建工程設計與施工又有其獨特性和復雜性，施工技術、裝備和實驗設備發展迅速，對工程技術人員提出了較高的要求[6]。該中心結合“卓越工程師培養計劃”對工程人才的能力要求，探索學校與科研院所、行業、企業協同培養人才的新機制，提出了實踐教學 “厚基礎、寬口徑、創新型職業人才”的培養目標，強化學生的綜合分析能力、實踐能力、創新能力和協作能力，尤其是學生創新潛質的挖掘和創新能力的培養。

培養目標的實現有賴于教育主體的擴大，該中心一是根據專業特點和學科發展方向，校企合作共建工程實踐和實習基地，建立野外實踐教學與室內實驗教學相結合的實踐基地，充分發揮企業資源優勢，拓展實踐教學的空間，為學生實踐實習提供保障；同時，通過實施雙導師制提高學生解決實際問題的能力。二是聯合中交第一公路勘察設計研究院、重慶交通科研設計院等科研院所，共同建設工程特色實驗室，實現專業實驗與科學研究、工程實際、社會應用的有機結合，為創新型人才培養提供科技平臺。三是加強國際合作和交流，開展與國外院校和機構的跨境教學合作，吸收和消化國外高校實驗教學管理經驗和先進實驗技術，開拓學生視野，完善學生知識結構。

（二）教學體系和教學內容

在實踐教學體系和內容的制定上，首先明確交通土建工程學科和工程實踐對工程教育培養目標的要求，并結合工程學科的發展趨勢，以此確定教學內容 [1]；其次，從職業能力培養角度，建構工程人才所需的基礎知識和基本能力，即將職業實踐要求作為工程環境教育要求；第三，從創新能力和團隊協作能力培養角度，設置實踐創新項目、學科競賽和公益工程項目等。

該中心注重學生職業能力和創新意識的培養，堅持“重視實踐、強化能力、引導創新、培育品格、尊重個性”的實踐教學理念，按照大土木工程教育觀，突出學校在西部高原、山區、庫區公路交通領域的研究特色，形成實驗教學與科學研究、工程實踐、行業發展深度融合的機制，全方位構筑知識融合，分專業、分層次、分模塊，特色鮮明的交通土建工程實踐教學體系（見圖2）。

該中心的實踐教學體系涵蓋了課程實驗、課程設計、畢業設計、社會調查、科研技能等實踐教學環節，分為基本技能、綜合實踐和創新實踐三個層次，形成了基于交通土建產品或項目全生命周期的工程知識結構體系，將實踐教學從以工程科學分析為重點轉向“CDIO”國際工程教育模式，即強調“Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現） & Operate（運作）”的工程產品或項目全生命周期管理能力[5]，培養學生的工程能力、社會能力、自我創新能力。

圍繞“大工程”實踐教學體系，實踐教學內容以“山區、庫區”特色為主線，結合交通土建學科發展方向，涵蓋工程全生命周期過程，實現教學內容的模塊化、系統化、工程實際驅動化以及實踐教學的綜合性，促進學生知識、能力、素質協調發展和實踐能力、創新意識的全面提高，以培養高素質應用型的現代土木工程專門人才。教學內容模塊化，是指根據學生基本能力需求和知識的相對獨立性，設置實踐教學模塊；系統化是指教學內容涵蓋“概念—方法—應用”，形成 “理論—實踐—理論”的邏輯閉環；工程實踐驅動化是指根據具體的項目背景或環境設置具體的工程實踐內容，啟發思考，培養學生的職業能力和創新能力[1，4]；實踐綜合性是指通過校企合作或公益橋梁建設等方式，讓學生參與到工程實踐的整個環節，將知識結構串接起來，培養學生的實踐能力和職業能力。

（三）教學模式

工程實踐教學應突破傳統的“注入式”模式，對基本技能項目采用“學生自主實踐為主，教師指導關鍵環節，問題共同研究”的教學模式，引導學生進行探索性試驗，教師則根據實踐要求進行關鍵環節的講解，加強與學生的互動，共同完成實踐教學。學生自主實驗，可以探索或驗證試驗方法，充分了解實踐的各技術環節；教師指導關鍵環節，是指教師根據試驗中發現的學生未掌握的問題給予必要的指導，加深學生對這些關鍵環節的理解和印象；問題共同研究是指在實踐教學過程中設置一些與結果偏離的環節，引導學生究其原因，強化創新能力的培養。

綜合實踐項目采用項目小組形式，以具體工程項目為背景，通過無領導小組方式產生項目小組的分工，對項目小組的各個實踐環節進行綜合評定[6]。引導

學生按實踐工程運行過程的組織形式去解決工程問題，培養學生的組織管理能力、技術綜合應用能力和工程全生命周期管理能力。

針對工程界對創新人才的需求，該中心提出了“科研五進”教學模式，即科研信息進實踐教學課堂、科研成果進教材講義、科研項目進實驗教學、科研選題進畢業設計以及科研活動進第二課堂，鼓勵學科交叉項目進入課堂，培養學生的創新能力。同時，積極開展產學研合作培養工程技術人才，通過校企合作構筑“學科鏈對接產業鏈”的校企戰略聯盟，使工程教育回歸工程實踐，培養學生“獲取知識的能力（自學）、運用知識的能力（解決問題）、共享知識的能力（團隊合作）、發現知識的能力（創新）以及傳播知識的能力（交流溝通）”。

改進工程實踐教育的考評方式。“大工程”教育理念不僅強調實際工程問題的解決，還重視學生的實踐能力和協作能力，而傳統考試手段不足以綜合評定實踐教學效果。該中心采用以實際工程為載體的綜合能力考評方法，在實踐教學環節中以具體工程項目的形式，按照項目小組方式運作，對學生的“知識能力、設計能力、實施能力、價值判斷能力、社會協調能力、創新能力”進行綜合考評[1]。

在近3年的實踐教學改革中，該中心優化實踐教學體系，各類實踐教學模塊中的綜合型、創新型實踐教學內容大幅增加，形成了實踐教學與科學研究、工程實踐緊密結合的“科研五進”教學模式[6]。許多學生主動積極參加科研和科技創新實踐活動，有107人次獲得包括國家級獎、重慶市金獎等在內的各類科技競賽獎項；學生的實際工作能力、創新精神和出色的表現受到社會認可及好評，許多畢業生已成為地方交通建設領域

的骨干，在全國大學生就業日趨嚴峻的形勢下，學校本科生就業率高達98%以上。該中心2009年組建的由學生主導的“無止橋”團隊和“茅以升小橋項目”團隊，與香港科技大學、香港理工大學等校志愿者共同完成了多座“無止橋”和“茅以升公益橋”的建設[7]。

四、結語

綜上所述，基于“大工程”理念的工程實踐教學改革，有助于搭建學生的綜合知識結構，鍛煉和提高學生的組織協調能力、實踐能力和創新能力，體現了工程教育強調“通識教育”、“回歸工程”以及培養創新人才的發展趨勢，值得在今后的實踐中不斷摸索和完善。參考文獻：

[1] 文亞星，何小兵，楊慶國.基于“大工程”理念的工程力學教學改革探索[J].高等建筑教育，2009，18（4）：30-32.

[2] 馬濤，何仁龍.高等工程教育：迎接學科交叉融合的挑戰——從工業界訴求看我國高等工程教育改革的方向與策略[J].復旦教育論壇，2007，5（2）：65-69.

[3] 林鳳，李正.美國高等工程教育的歷史沿革與發展趨勢[J].理工高教研究，2007，26（5）：37-39.

[4] 熊璋，于黎明，徐平，王樂梅，陳輝，殷傳濤.通用工程師學歷教育的研究與實踐[J].高等工程教育研究，2013（1）：46-57.

[5]呂慶文，曹蕾，李遠念，陳武凡.基于CDIO模式培養復合型卓越軟件工程師的探索[J].高教探索，2013，（1）：71-76.

[6] 何小兵，文亞星. 基于項目小組的工程類畢業設計模式探索[J]. 遼寧教育研究，2008（12）：62-64.

[7] 何小兵，吳國雄，凌天清，施尚偉，張霞. 路橋實驗教學示范中心教學體系創新與實踐 [J]. 武漢理工大學學報：社會科學版，2013，26（S）：141-144.

在近3年的實踐教學改革中，該中心優化實踐教學體系，各類實踐教學模塊中的綜合型、創新型實踐教學內容大幅增加，形成了實踐教學與科學研究、工程實踐緊密結合的“科研五進”教學模式[6]。許多學生主動積極參加科研和科技創新實踐活動，有107人次獲得包括國家級獎、重慶市金獎等在內的各類科技競賽獎項；學生的實際工作能力、創新精神和出色的表現受到社會認可及好評，許多畢業生已成為地方交通建設領域

的骨干，在全國大學生就業日趨嚴峻的形勢下，學校本科生就業率高達98%以上。該中心2009年組建的由學生主導的“無止橋”團隊和“茅以升小橋項目”團隊，與香港科技大學、香港理工大學等校志愿者共同完成了多座“無止橋”和“茅以升公益橋”的建設[7]。

四、結語

綜上所述，基于“大工程”理念的工程實踐教學改革，有助于搭建學生的綜合知識結構，鍛煉和提高學生的組織協調能力、實踐能力和創新能力，體現了工程教育強調“通識教育”、“回歸工程”以及培養創新人才的發展趨勢，值得在今后的實踐中不斷摸索和完善。參考文獻：

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[4] 熊璋，于黎明，徐平，王樂梅，陳輝，殷傳濤.通用工程師學歷教育的研究與實踐[J].高等工程教育研究，2013（1）：46-57.

[5]呂慶文，曹蕾，李遠念，陳武凡.基于CDIO模式培養復合型卓越軟件工程師的探索[J].高教探索，2013，（1）：71-76.

[6] 何小兵，文亞星. 基于項目小組的工程類畢業設計模式探索[J]. 遼寧教育研究，2008（12）：62-64.

[7] 何小兵，吳國雄，凌天清，施尚偉，張霞. 路橋實驗教學示范中心教學體系創新與實踐 [J]. 武漢理工大學學報：社會科學版，2013，26（S）：141-144.

在近3年的實踐教學改革中，該中心優化實踐教學體系，各類實踐教學模塊中的綜合型、創新型實踐教學內容大幅增加，形成了實踐教學與科學研究、工程實踐緊密結合的“科研五進”教學模式[6]。許多學生主動積極參加科研和科技創新實踐活動，有107人次獲得包括國家級獎、重慶市金獎等在內的各類科技競賽獎項；學生的實際工作能力、創新精神和出色的表現受到社會認可及好評，許多畢業生已成為地方交通建設領域

的骨干，在全國大學生就業日趨嚴峻的形勢下，學校本科生就業率高達98%以上。該中心2009年組建的由學生主導的“無止橋”團隊和“茅以升小橋項目”團隊，與香港科技大學、香港理工大學等校志愿者共同完成了多座“無止橋”和“茅以升公益橋”的建設[7]。

四、結語

綜上所述，基于“大工程”理念的工程實踐教學改革，有助于搭建學生的綜合知識結構，鍛煉和提高學生的組織協調能力、實踐能力和創新能力，體現了工程教育強調“通識教育”、“回歸工程”以及培養創新人才的發展趨勢，值得在今后的實踐中不斷摸索和完善。參考文獻：

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[7] 何小兵，吳國雄，凌天清，施尚偉，張霞. 路橋實驗教學示范中心教學體系創新與實踐 [J]. 武漢理工大學學報：社會科學版，2013，26（S）：141-144.