基于“主題+案例”式的“卓越計劃”教材編寫

韓東太 郭楚文 邵衛

摘 要： 針對傳統教材編寫時重理論輕實踐、缺少與工程人才培養相適應的編寫思路等問題，本文以《能源與動力工程測試技術》教材編寫實踐為例，探討提出建立基于“主題+案例”式的“卓越工程師教育培養計劃”教材編寫新模式，將教材內容劃分為若干知識點，每個知識點概括出一個主題，每個知識點設置一個案例模塊為主題服務，每個知識點按照“做什么—為什么—怎么做—看我做—你來做”的思路組織內容，與基于問題的項目主題式課堂教學活動相適應，突出實踐性、創新性、綜合性、探究性四個特點。

關鍵詞： “卓越工程師教育培養計劃” 教材 主題 案例

“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）強調以學生工程實踐能力和創新能力培養為核心，行業企業深度參與制定行業培養標準；強調在培養過程中為學生為工程實踐提供場所、為科研訓練創造條件，以培養出具有工程能力和創新能力的工程人才為目標[1]。這使得人才培養理念、課程設置、教學手段、培養模式等都需要重新建構，教材建設是“卓越計劃”順利實施的重要保障，也是教學改革的重要環節之一。

一、傳統專業教材不適應“卓越計劃”人才培養目標和培養要求

傳統教材重視概念表述的嚴謹與準確，注重數學表達式和數學運算的完整，重視分析、推理過程，強調培養學生扎實的理論功底，相比之下實踐能力的培養明顯不足，不能適應“卓越計劃”實踐能力的培養目標和工程人才的培養要求。

1.重理論、輕實踐，缺少與工程人才培養相適應的編寫思路，缺乏運用理論知識解決實際工程問題的典型案例。傳統教材多采用與以教師為主導的課堂教學活動相對應的“概念解析—原理揭示—證明推導—例題—結論”的思路設計章節內容，而不是以學生為主體建構，搭建與實踐創新人才培養相適應的基于“提出問題—分析問題—解決問題”的啟發、參與、討論式的內容架構；傳統教材中應用理論知識解決實際工程問題的典型實例較少，而且案例陳舊，與當下先進的科學技術脫節，教材配套的習題脫離生產實踐，名詞解釋、簡答題、證明題等理論問題居多，工程設計等生產實踐問題偏少[2]。

2.缺乏多學科交叉知識。傳統教材在編寫時往往會把教材名稱的概念內涵先界定好，知識體系涵蓋范圍僅以某個學科為背景，針對某個專業作為專門教材使用，然后以此編制大綱目錄[2]，缺少學科交叉知識內容。然而當下各類科學技術的發展趨勢都是在相向而行、交叉耦合的。比如國家近期力推的綜合智慧能源——“智慧能源”（能源互聯網）+“綜合能源”（多能互補）就是計算機、通信、能源動力等學科交叉融合的成果。學科交叉不僅是科技發展的必然趨勢，而且是培養復合型工程人才的必由之路，以能源動力工程專業的課程體系為例，就涉及熱學、力學、機械、控制及計算機等多個學科。

3.教材內容不接地氣，行業企業參與深度不夠。一本好的教材不僅要做到表述嚴謹、思路清晰、計算方法正確，還要做到敘述深入淺出、化繁為簡，使學生樂學易學。傳統的教材較多由校內的教師編寫，缺少來自行業企業生產一線的專家。教師對概念、基本原理知識理解透徹、把握準確，但由于缺少工程實踐經驗，教材中的案例多是“編”故事、“舊”故事，可信度不高，缺少說服力，缺乏時代特征，不接地氣。如果將行業企業的一線專家納入編寫隊伍，和校內作者一起既有分工又有協同，就一定能講好“專業故事”，使抽象枯燥的理論知識變得生動有趣。

二、基于“主題+案例”的“卓越計劃”教材編寫模式

按照“主題+案例”模式搭建教材主體結構，其目的是對標“通用標準、行業標準及高校的專業培養標準”，把知識能力要求落實到具體教材中[3]，讓讀者既可以掌握“主題”相關理論基礎知識，又可以通過“案例”熟悉生產實踐相關工程知識，其特點是按照學科知識體系和行業標準、相關規范將教材內容劃分為若干知識點，每個知識點概括出一個主題，每個知識點設置一個案例模塊，包含若干個小案例，為主題服務；教材最后一章為一個大的案例模塊，包含若干個綜合案例，為全書的主題服務。以能源與動力工程“卓越計劃”專業《能源與動力工程測試技術》教材編寫為例，教材將溫度、壓力、流量等能源動力工程領域主要熱工參數作為各個知識點的主題，將生產過程中具體的測量實踐作為案例，所有案例都針對各自的主題，為各自的主題服務，如圖1所示。

教材中每個知識點按照“做什么—為什么—怎么做—看我做—你來做”的思路組織教材內容，與基于問題的項目主題式課堂教學活動五個階段[4]一一對應，即“教師指導的問題情境創設—小組討論式自主學習—教師引導的理論提升—教師激勵的能力培養和反饋評價”，如圖2所示，基于問題的項目主題式課堂教學活動精髓是學生在教師指導下自主學習、主動探究，把被動接受學習的過程變成主動發現知識、培養創新意識和創新能力的過程。

三、基于“主題+案例”的“卓越計劃”教材應凸顯四個特點

“卓越計劃”教材內容應與實踐相結合，符合工程實踐人才培養認知規律，以現場實例引入教學內容，以解決工程實際問題為目標，而不僅僅是理論知識的簡單堆砌。教材內容的編寫應該遵循教育教學規律、符合學生認知習慣、滿足工程人才培養要求，讓學生準確地把握本教材的教學目的，明晰通過本課程學習可以學到哪些知識，對應的知識點可以解決工程現場的哪些具體問題。教材的編寫應理清思路，突出重、難點，使學生在學習過程中逐步培養結合工程實際、從社會需求的角度思考、解決問題的能力。教材應凸顯四個特點：

1.實踐性。“卓越計劃”教材內容應大幅增加實踐知識內容比例，突出實踐特色。教材中每章都應有一些典型的案例，這些案例應與本章的理論知識緊密聯系、與未來從事的生產領域遇到的實際問題相結合，案例本身應包含事件的本身及背景、處理方案、蘊含的工程理論、工程開發、設計方法等實踐知識內容[3]。仍以“卓越”采礦工程師教材——《能源與動力工程測試技術》為例，在溫度測量一章列舉的鍋爐爐膛測溫誤差分析案例當中，分析誤差產生的原因涉及熱輻射、對流散熱、傳感器等基礎理論知識；提出處理方案可以選擇屏蔽罩、冷端補償、信號屏蔽等，涉及工程理論、工程開發、設計知識；設計安裝涉及一些工程經驗知識。

2.創新性。教材要有時代特征，創新特色重點體現在“內容出新”、“設計出新”。“內容出新”是要與時俱進，補充新產品、新工藝、新技術、新材料等“四新”內容，能夠代表本領域最新的工程理論、技術，能夠反映工程領域最新的科研和應用成果，與所處行業領域發展前沿“無縫對接”，既可以將拓展內容穿插在正文里邊，又可以單獨設置章節，專門論述。另外，要“設計出新”。編寫思路、內容設計應符合工程型人才培養的知識建構特點。首先要提出問題，從生產實踐中發現問題，進而引出需要掌握哪些知識，明確每章的要點、重點；其次是分析問題，運用專業理論知識、數學公式揭示問題的本質；再回到實踐中，結合工程實踐思考可以解決哪些實際問題，提出科學的解決方案。

3.綜合性。教材的設計在充分保持本學科的邏輯和結構體系的基礎上，還應考慮到與其他學科的銜接、促進和滲透，進一步開闊學生的工程視野，發展工程實踐思維能力，激發學生的學習興趣。

4.探究性。通過創設工程實踐問題，創設問題情境，引導學生做出猜想和預判，通過分析、實驗、模擬、小組討論等活動對問題給出初步的解釋及可能出現的結果，進而設計出相應的解決方案。針對方案實施過程中出現的問題，按照“發現問題—分析問題—解決問題—驗證結果”的學習思路，使學生在學習過程中親身經歷工程科學研究的過程，體驗、感受其中的工程思想和解決方法，在學習過程中收獲的不僅僅是知識的積累，更重要的是科學素養的培養和提升。

四、基于“主題+案例”的“卓越計劃”專業教材編寫實踐

2014年，作為能源與動力工程“卓越計劃”專業主干課程《動力工程測試技術及儀器》配套教材，《能源與動力工程測試技術》獲得中國礦業大學“卓越采礦工程師計劃”系列教材立項資助。教材在編寫時采用“主題+案例”式的知識架構，注重行業背景、企業深度參與、真實事件討論、問題探究、學科前沿知識、課后習題差異化等，與同類教材相比，其特色主要體現在以下幾點：

1.“主題+案例”內容結構。以能源動力工程領域主要熱工參數為主題，作為每章的標題，每章列舉若干圍繞主題的若干真實案例，最后一章為生產實踐案例，將理論知識應用于工程實踐，引導讀者結合工程實際和社會需求去思考、探討書本內容。

2.企業深度參與。編寫組成員組成既有校內教師，又有校外的工程技術人員，人員組成各占50%，校內教師負責編寫概念、原理、公式等理論部分，企業人員負責提供實踐案例內容。

3.多角度問題情境設置。不僅在課后設計思考題，在每章的正文內容當中也插入若干思考題，幫助讀者啟發式、研討式學習。

4.設置“四新”知識。每章的最后一節專門介紹一種與本章相關的先進儀器或者國內外相關研究最新進展和學科交叉內容。

5.課后習題層次化設計。習題分A、B、C、D四大類[5]，其中A類題為基本訓練，通過大量的熱工基礎知識，讓學生快速掌握基本概念和基本規律；B類題為理論分析題，通過大量具體的工程實例的具體分析，讓學生的科學思維能力和自我評價能力得到較快提升；C類題為綜合性應用題，用于提高學生綜合素質；D類為生產實踐，學生通過企業實踐，提交一份完整的實驗報告。

教材在內容設置上以工程測量基本知識為基礎，系統闡述了熱工參數的測量原理、測量方法、常用檢測儀表的結構和使用方法、熱工測量系統的設計與維護，以及能源與動力工程測量技術前沿知識。全書共分8章，第1章測量的基本概念、儀表的主要性能指標、測量方法和誤差分析的基礎知識，第2、3、4章介紹溫度、壓力、流量等參數的測量，第5、6章水位測量和氣體成分分析，第7章其他參數測量，第8章生產實踐案例，教材內容體系如下表所示：

《能源與動力工程測試技術》作為中國礦業大學“卓越計劃”專業課程《動力工程測試技術及儀器》配套教材已于2016年6月由中國礦業大學出版社出版發行，作為能源與動力工程卓越計劃專業《動力工程測試技術及儀器》的配套教材，已在中國礦業大學、徐海學院、銀川學院連續使用兩屆。從教材使用的反饋情況來看，普遍得到師生認可，但也提出“校外企業編寫人員雖然經驗豐富，但語言文字的表述能力需要提高”、“全書以火電廠為背景安排內容，針對性強，但存在適用面過窄”等問題和建議，今后在教材的修訂中需要進一步改進。

五、結語

2015年4月，“2015年度中國機械工業教育協會能源與動力工程學科教學研討會”在中國礦業大學舉行，來自清華大學、西安交通大學等69所高校200多名代表與會。作者在會上以“基于卓越工程師教育培養計劃的教材建設”為主題做了專門匯報，并用調查問卷的形式征集了46位同行專家的意見，專家對教材的編寫思路普遍予以肯定，認為是一次大膽的嘗試和創新。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[Z].2011.

[2]張貴珍，劉憲斌，王運花.適應卓越工程師培養的工科教材建設研究[J].中國輕工教育，2012（5）：75-77.

[3]李輝.基于卓越工程師教育培養計劃的教材建設[J].中國高等教育，2012（19）：50-52.

[4]尹立杰，方法林，張寧.基于問題的項目主題式教學模式研究——以旅游類課程為例[J].江蘇經貿職業技術學院學報，2014（2）：89-92.

[5]劉珍，嵇春艷，李良碧.基于“卓越工程師教育培養方案”的教材改革研究[J].中國電力教育，2013，226（7）：129-130.

基金項目：中國礦業大學教育教學改革與建設課題：“動力工程測試技術及儀器”示范課程建設（2015FS06），中國礦業大學“動力工程測試技術及儀器”精品課程；中國礦業大學研究生教育教學改革研究與實踐項目（YJSJG_ 2017_009）：面向“產、學、研、用”的專業學位研究生培養模式探索與實踐。