“卓越工程師”培養視域下的教學改革

●亓小宇

“卓越工程師”培養視域下的教學改革

●亓小宇

“卓越工程師教育培養計劃”的實施對高等工程教育教學提出了新的更高的要求，針對目前高校教學中不能適應“卓越計劃”培養要求的問題，改革教學內容，建立多層次一體化的實踐教學體系并與理論教學有機結合；改革教學方法，引入“混合式學習”理念，以開展研究性學習為突破口，選擇適宜的教學內容，采用“翻轉課堂”教學模式；建立多元化的學生評價體系，提高工程教育人才培養質量。

高等工程教育；卓越工程師；教學改革；工程實踐

隨著科技的發展和全球一體化的不斷推進，對厚基礎、寬口徑、實踐能力強的工程應用型人才的需求量大大增加。為貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建立人力資源強國的戰略部署，教育部組織實施了“卓越工程師教育培養計劃”（后簡稱“卓越計劃”）。“卓越計劃”對高等教育面向社會和行業需求培養高質量工程技術人才，調整人才培養結構，提升人才培養質量，推動工程教育教學改革和創新，促進我國從工程教育大國邁向工程教育強國，具有十分重要的示范和引導作用。[1]“卓越計劃”的實施引發了高等工程教育在教學理念、教學體系和內容、教學方法等方面的一系列變革。不論是我國“卓越計劃”本科工程型人才培養通用標準，還是美國ABET（工程技術認證委員會）提出的工程教育認證標準，都著力強調了培養學生扎實的工程基礎知識和本專業的基本理論知識，實驗及工程設計實踐能力，創新應用的能力，團隊合作能力，終身學習的能力以及良好的環境、經濟、安全等意識。[2][3]這些知識、能力和意識的培養對肩負著工程技術人才培養使命的高校在教學的各個環節上提出了新的更高的要求。一是在知識培養方面，要求培養學生具有扎實的基礎理論知識并與生產實際相結合，將學科發展前沿信息引入教學內容中，擴展學生知識面。二是在能力培養方面，要求通過構建新的課程體系和教學內容，改革教學方式方法，強化工程設計能力、工程實踐能力、工程創新能力培養，增強學生終身學習能力和溝通合作能力。三是在工程意識培養方面，要求在教學過程中應注意培養學生的責任意識、質量意識、環境意識、經濟意識等工程意識。因此，以轉變教育教學理念為前提，以教師豐富的工程實踐經驗為基礎，改革原有的教學體系和教學形式，才能保證“卓越計劃”提出的這些新的人才培養要求得以落實，工程人才培養質量得以提升。

一、高校教學現狀尚不能與“卓越計劃”有效契合

“卓越計劃”的實施對高校工程教育教學提出了新的更高的要求，而目前高校工程教育教學中存在著，重理論輕實踐，重知識灌輸輕能力培養，有的教學實習流于形式，教學方法和教學模式單一，教學與行業企業聯系不緊密，教師缺少實踐經驗，教學缺少實踐案例，教學中缺少對學生工程意識的培養等等問題，[4][5]具體表現在：

（一）課程體系中技術性、實踐性和綜合性的工程設計實踐內容比重偏低，已開展的實踐教學內容與工程實際、企業需求有距離，導致學生動手實踐能力和專業技能無法達到“卓越計劃”培養要求。

（二）各門課程之間缺乏有機聯系。理論與實際結合不緊密，各個實踐教學環節之間缺乏連貫性和層次性。學生無法正確把握各門課程之間的內在聯系并將所學知識融會貫通從而應用到實際問題的解決中。

（三）課堂教學中與具體工程問題、案例和工程項目有關的教學內容不夠豐富，知識更新不夠及時，缺少對新技術、新工藝及新科研成果的引入。學生創新意識和創新能力的培養欠缺。

（四）課堂教學方法多沿用講授法，在這種單一的教學方法和教學模式下，學生的主體性被忽略，學生分析解決問題能力、創新實踐能力、自學能力，合作溝通能力的培養達不到“卓越計劃”提出的要求。

可見，以往的本科工程教育中教學內容和教學方法已經不能很好的適應“卓越計劃”對工程人才培養的要求。因此，從提高人才培養質量入手，遵循工程“實踐、集成與創新”的特征，改革原有的教育教學內容和教學體系，推動教學方法改革，是當前應用型本科工程教育需要面對的重要任務。

二、深化高等工程教育教學改革，提高卓越工程師人才培養質量

（一）建立符合“卓越工程師培養計劃”要求的理論與實踐相結合的教學內容和課程體系

1.對教學內容進行優化整合及擴展

為把學生培養成具有一定的科學素養，有較強的工程意識和工程實踐能力的應用型人才，教師應依據“卓越計劃”培養標準，對教學內容進行優化整合。同時，還應根據行業需求變化進行調整，適時引入新技術、新工藝及科研成果，擴展理論教學內容的深度及廣度。

高等學校本身具有教學和科研職能，且高校中的科研又具有教育性，充分發揮高校科研的人才培養功能，將科研與課堂教學有機結合是課堂教學改革的重要環節。針對卓越工程師計劃中提出的創新意識與創新能力培養要求，改變以往課堂教學中只注重基本理論傳授的方式，從學科前沿領域及教師本人參與的學術研究中總結最新研究思路、研究成果及研發手段，以此作為課堂教學內容的補充，使教學內容在得以豐富與擴展的同時增強其研究性與探索性，激發學生的學習興趣，引發他們深入思考。對課堂教學中所涉及的相關科研內容感興趣的學生可以參與到與課程配套的實踐教學環節——開放性實驗中，完成他們對這一問題從學習到實踐的認知過程。

在教學過程中還應注意對學生工程意識的培養。中國特色的社會主義現代高等工程教育體系注重對學生工程意識的培養，良好的質量、安全、效益、環境、職業健康和服務意識是工程師應具備的，其中生態文明理念和環保意識是工程意識中重要的思想理念。教師肩負著在工程教育中引入生態文明理念的責任，培養學生建立人與人、人與社會、人與自然的和諧生態理念，并引導學生自覺地在各種工程活動中踐行這一理念。

2.借鑒CDIO工程教育培養模式，建立多層次一體化的實踐教學體系，將實踐環節與理論教學有機結合

培養符合“卓越計劃”要求的應用型人才，重點在于對學生的實踐能力的培養，在實踐教學環節突出“應用”這個中心，并將實踐環節與理論教學有機結合，借鑒CDIO（構思、設計、實現和運作）工程教育培養模式的“做中學，做中思”的理念，培養學生解決問題的能力、工程能力、技術創新能力和管理能力。[6]

實踐環節教學內容主要包括課程實驗、仿真實訓、實習、課程設計、畢業設計（論文）和創新訓練等。這些培養實踐能力的環節環環相扣，可以分為幾個層次。首先是認知及基本技能層面，例如驗證性課程實驗、認識實習及課程設計。在經過了課程的理論教學后緊接著或者穿插進行相關的實踐教學，在教學組織上形成一體化設置，學生就不會對學習的理論知識產生孤立感，而是能更深入理解基礎理論的含義和應用價值。同時，這一層面的實踐教學不是孤立存在的，它們為接下來的更深入的實踐提供基礎技能的支撐。第二個層面是基本能力層面。在擁有了對行業的技術手段和技術方法的認識以及一定的基本操作技能之后，能夠綜合運用這些技能在教師或者手冊的指導下獨立完成諸如綜合性實驗、仿真實訓等實踐教學環節，是學生應該具備的基本能力。在具備了以上的基本技能及基本能力之后，學生便能夠參與到創新訓練（如開放性實驗及工程項目實踐）中，實現對實驗或項目的設計和組織實施，這是第三個層面。開放性實驗和工程項目實踐的內容主要來源于教師的科研項目、與企業聯合的工程項目以及技術開發等。依托實驗教學中心設立開放性實驗，鼓勵學生自選實驗，或者在導師指導下參與科研，掌握科學研究方法，獨立開展科學研究活動，從而激發學生的創新意識、培養學生的創新實踐能力。在教師指導下參加與企業聯合的工程項目實踐，可以培養學生分析、提出方案并解決工程實際問題的能力，而且可以使學生直接了解企業對人才能力的要求，明確自身努力的方向。在這一層次的實踐訓練中，學生是通過組成創新團隊來完成實踐任務，在提高其工程實踐能力的同時，團隊協作、組織管理以及交流溝通等都可以得到較好的鍛煉。第四個層面——實踐教學的最終環節是項目的實踐。項目從立項、論證、可行性分析、制定方案，直到最后實施、總結都可以通過學生做畢業設計（論文）得以鍛煉。

（二）基于混合式學習理念，構建符合工程能力培養規律的教學方法和教學模式

所謂混合式學習（Blended Learning，B-learning）就是把傳統面對面教學的優勢和網絡化學習的優勢有機整合，以達到最佳學習效果與經濟效益的一種教學方式。它既是教學資源和教學環境的混合，也是教學理論與教學方式的混合。[7]由于混合式學習更加注重課堂上教學師生間的交流和在線學習過程中學生對所學內容的積極構建，充分體現了以“教師為主導，學生為主體”的教學理念，因此與“卓越計劃”對教學方法改革的要求相契合。

1.在“混合式學習”課堂教學中實現知識內化

課堂教學既是傳統教學的主要形式也是混合式學習的基本學習活動。課堂教學中，通過講授法可以準確、系統、連貫地將知識，特別是重點難點知識傳授給學生，促進學生對知識的系統理解和把握。授課過程中，通過精心、巧妙地組織和控制教學節奏和過程，適時地啟發、提問、討論等互動，可以直接觀察學生的行為表現，及時了解并解決學生學習過程中存在的問題，加強教師和學生之間的互動交流。講授法雖能夠使學生直接、快速掌握一些基本理論、概念和方法，但是對學生的主體性、創新能力和綜合分析能力的培養關注不夠，對于實踐性、發散性思維的問題，采用學生自己探究的教學方式會更好。因此，“教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見”中明確提出：“著力推動基于問題的學習、基于項目的學習、基于案例的學習等多種研究性學習方法”。所謂研究性教學（或學習）是指學生在教師的指導下，通過各種研究性的學習方式，主動地發現問題、分析問題和解決問題，從而在知識學習、能力培養和素質形成方面達到學習目標的過程。[8]研究性教學可以以研究工程實際問題為平臺進行知識學習和能力鍛煉，激發學生學習興趣，培養學生分析解決問題、獨立思考、勇于創新、協同合作的能力。

2.利用“翻轉課堂”實現學習效果的優化

在教學過程中根據課程內容和性質，對部分內容采用“翻轉課堂”教學模式，充分利用互聯網資源，將課前網絡自學與課堂教學緊密結合，可實現最佳學習效果。[9]翻轉課堂通常采用課前學生自學教學視頻（如微課）并完成課前練習；課堂上教師與學生探討疑難問題，學生展示學習成果，教師進行總結這樣一個教學流程。這一過程強調了師生之間及學生之間的互動，是基于問題和網絡資源的自主學習、研究過程。學生的主體性得到充分體現。在混合式教學過程中，選擇適合學生自學并且在工程實踐中應用較廣的內容，例如在課程學習中由教師根據知識點分別制作微課、提供學生可以閱讀的英文文獻，上傳至網上學習平臺。學生先通過課下網絡學習，掌握相關知識并思考教師在平臺上提出的問題。學生可以針對學習中存在的問題與教師進行在線交流；面對面課堂上，教師引導學生對課前問題進行分組討論，并針對學生提出的問題進行個性化指導，列舉更多的工程應用實例鞏固所學知識，并由教師對知識點、重點、難點、國內外研究最新進展及實踐應用成果案例進行總結。翻轉課堂模式的采用，可以給予學生學習的新鮮感，激發學習興趣，同時由于網絡微課播放的可重復性，加強了對所學知識的鞏固。

（三）采用多元化的學生評價體系

為配合以上教學內容及教學模式的改革，教師應進一步改革學生評價體系，改變以往單一的學生評價模式，將形成性評價與終結性評價相結合，形成多元化的評價體系，更全面檢測學生的學習效果。形成性評價強調對教學活動過程的評價，在考核主體上，從傳統的“教師一人考核”轉變為“教師引導下的學生自評和互評”與“教師考核學生”相結合的模式。形成性評價主要體現在混合式學習過程中，對學生的評價包含了課堂學習與網絡學習兩部分。課堂學習中，學生對課堂研討內容的積極參與，研究性學習小組任務的完成情況、協作學習表現及學習成果展示的評價等由教師考核，小組學習及組間討論中學生的表現由學生展開自評與互評。基于翻轉課堂的網絡學習評價包含了課前網絡自學效果的評價，學生積極參與討論的評價等。形成性評價可以督促學生始終全身心投入到各學習階段中并熟練運用相關知識，但知識結構的理論化和系統化還有賴于期末考試形式的終結性評價。

[1]教育部.教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[R].教高[2011]1號，2011：1.

[2]教育部.中國工程院關于印發“卓越工程師教育培養計劃通用標準”的通知[R].教高[2013]15號，2013：15.

[3]Engineering Accreditation Commission.ABET.Criteria for accrediting engineering programs [EB/OL].http://www.abet.org/accreditation/accreditation-criteria/criteria-for-accrediting-engineeringprograms-2015-2016/

[4]李繼懷，王力軍.工程教育的理性回歸與卓越工程師培養[J].黑龍江高教研究，2011，（3）.

[5]林健.面向卓越工程師培養的課程體系和教學內容改革[J].高等工程教育研究，2011，（5）.

[6]顧佩華，包能勝，康全禮，陸小華，熊光晶，林鵬，陳嚴.CDIO在中國（下）[J].高等工程教育研究，2012，（5）.

[7]何克抗.從Blended Learning看教育技術理論的新發展（上）[J].中國電化教育，2004，（3）.

[8]林健.面向卓越工程師培養的研究性學習[J].高等工程教育研究，2011，（6）.

[9]何克抗.從“翻轉課堂”的本質，看“翻轉課堂”在我國的未來發展[J].電化教育研究，2014，（7）.

（責任編輯：孫寬寧）

亓小宇/山東建筑大學市政與環境工程學院講師，主要研究方向為資源與環境微生物學教學與研究