新工科背景下全壽命周期項目驅動教學模式應用研究

阮雪景 劉妍

摘 ?要：教學改革作為新工科建設的落腳點具有重要意義。工科傳統教學模式存在教學方法落后、課程缺乏交叉、內容缺少聯系、考核方式單一等弊端。新工科建設在新理念、新思路、新平臺、新內容、新方法、新體驗方面對教學提出了更高要求。全壽命周期項目驅動教學模式以一個典型項目貫穿大學工科教育，注重學生能力培養和知識體系構建，實現大工程觀引領下以學生為中心的全周期工程教育改革。

關鍵詞：新工科;全壽命周期;項目驅動;教學模式;應用研究

中圖分類號：G642 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2019）22-0081-03

Abstract： As the foothold of the construction of emerging engineering， teaching reform is of great significance. The traditional teaching mode of engineering has some disadvantages， such as backward teaching methods， lack of crossover of courses， lack of contact with content， single assessment method and so on. The construction of emerging engineering puts forward higher requirements for teaching in the aspects of new ideas， new platforms， new contents， new methods and new experiences. The whole life cycle project-driven teaching mode runs through the engineering education with a typical project， focuses on the cultivation of students' ability and the construction of knowledge system， and realizes the reform of student-centered engineering education under the guidance of the concept of large-scale engineering.

Keywords： the program of emerging engineering education; the whole life cycle; project driven; teaching mode; application research

全球范圍內工業4.0席卷而來、新一輪科技革命升級、產業變革加速，各國間綜合國力的競爭愈加激烈[1]。為適應國際形勢變化，我國實施了“一帶一路”“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略，對大量科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高人才培養的需求推動著現有工程教育的改革創新[2]。截止2018年全國共有1100多所學校舉辦工程教育，1.9萬余個工科專業，在校生約550萬人，畢業生120多萬人，普通高校工科專業招生數、在校生數、畢業生數穩居世界首位，超過位列二三的俄羅斯、美國3-5倍。如何從教育大國走向教育強國成為我國新工科建設亟待解決的問題。

2016年6月，中國正式加入注重“學生中心”的國際工程聯盟大會《華盛頓協議》，標志著世界對我國工程教育質量認證體系的認可。2017年，教育部啟動實施“新工科”建設，多所高校共同達成的“復旦共識”強調樹立創新型、綜合化、全周期工程教育新理念;“天大行動”致力于增強師生互動和提高課程興趣度，改革教學方法和考核方式，形成以學習者為中心的工程教育模式;“北京行動”進一步落實全周期工程教育的改革思路。使學生置身于全壽命周期工程項目中，構建以學習者為中心的教育環境，創造有意義的學習經歷，是課堂“新工科”教育改革的落腳點。

一、新工科背景下傳統教學模式的瓶頸

（一）教學方法落后，難以激發學生興趣

傳統的工科課堂教學主要采用講授式和案例式教學方法。講授式由老師根據課本內容逐節講解，學生被動聽講并完成課后作業，滿堂灌的方法完全無法吸引學生的注意力。案例式由老師將重點難點內容融入到具體工程案例當中，幫助學生在案例背景下更好地掌握理論。兩種方法共同的問題都是以教師為中心，學生被動參與課堂學習，不利于實踐型、創新性卓越工程師培養。

（二）課程缺乏交叉，難以培養綜合素質

工科教育專業課程較多且課程的實踐性強，需要學生很好地理解理論知識，進而轉化為過硬的專業能力并應用到實際工程項目中。新技術導致課程內容擴展延伸的現狀與不斷壓縮的課堂教學時間之間的矛盾促使教師增加課程之間的交叉綜合，學生充分利用課上課下的時間和資源主動學習。目前，每門專業課程各自為政，互不聯絡，學生在學完各門知識后無法將不同課程知識融會貫通到一起，打造個人綜合素質。

（三）內容缺少聯系，難以建立全過程概念

不僅同專業不同課程之間缺乏交叉，即使同一門課程各個章節的內容也是依次講解，前后之間缺少聯系。學生在上完一門課程后往往感覺學到了很多獨立的方法和知識，但難以將這些零散的知識牢牢地掌握和應用。問題的根源在于老師填鴨式講授解題步驟，而沒有從課程甚至專業的高度將知識點打通糅合，學生只會做老師講過的題目，而沒有建立工程全過程理念并阻礙了將新掌握的知識補充到自己全過程知識體系中。

（四）考核方式單一，難以體現學生能力

針對傳統教學方法，工科專業課程一般采用閉卷考試的方式進行評價。試卷成績只能反映學生對理論知識的掌握程度，甚至有些學生上課不聽、期末突擊死記硬背同樣可以考試及格，難以衡量學生通過本門課程對工程問題分析解決能力、項目協作能力、交流溝通能力的培養狀況。注重期末考核而忽視學生過程參與，難以促使學生在教學全程保持熱情和主動。

二、新工科建設對教學的要求

（一）從教師為中心到學生為中心的新教學理念

《華盛頓協議》倡導的三大國際工程教育核心理念分別為以學生為中心、產出導向和持續改進，我國的工程教育實現創新性改革的根源即轉變固有多年的教師為中心理念，使學生成為課堂的主人。教師不再主宰整個教學過程，教師的主要任務在于啟發、引導、幫助學生解決問題。只有首先從觀念上將學生放在教學的中心位置，才能從教學方法、教學內容等多方面、多角度圍繞學生這個中心展開。

（二）從小工程觀到大工程觀的新教學思路

麻省理工學院工學院院長喬爾·莫西斯于1994年首次提出更加重視工程本身系統性和實踐性的“大工程觀”。2001年CDIO工程教育體系強調人才培養應貫穿產品的全生命周期。2017年 “NEET計劃”強調工程教育改革要以學生為中心改變學習方式和提高學習的實踐性和交叉性。25年以來美國在“大工程觀”下的工程教育改革與我國現行的“新工科”改革類似[3]。課程學習最終服務于人才培養的目標，工程項目本身具有自己的生命周期和系統性流程。學生工作后也是在工程項目中應用所學知識，何不在教學期間就使學生置身于工程實際，改變目前大多數學生迷失于雜亂知識點的現狀，從全壽命周期的宏觀角度去學習零散的課程知識，建立完善的知識體系。

（三）從課堂課本到課下網絡的新教學平臺

內容量大、課時緊的情況下學生如何更好理解掌握知識成為教學的關鍵問題。僅依靠課堂上被動的幾十分鐘聽講和要求學生課后復習課本、完成作業無法達到良好的教學效果，使學生將課堂和課后無縫對接是解決方法。教師通過巧妙的課程設計、充分利用課上時間激起學生對工程實際問題的好奇心，引發學生課后主動查閱資料的積極性，教師將教學資源、工程各項資料、相關輔助視頻上傳至網絡教學平臺[4]，學生在手機、電腦上借助老師提供的資料展開小組討論，既培養了學生的團隊合作精神，又鍛煉了其自主查閱文獻解決問題的能力。

（四） 從一成不變到動態更新的新教學內容

目前的工科教學都以教材為出發點展開，教師圍繞教材備課和授課，學生利用教材預習和復習，有的教師上課期間擠出寶貴時間讓學生閱讀教材然后講解。教科書也存在自身的局限性，一是內容簡化且主要闡述理論知識，學生讀起來感覺枯燥乏味，難以深入其中;二是教材內容不能時時更新，學生在課本上學到的知識與工作實際接觸的工程項目嚴重脫節。

為滿足新工科改革中創新型人才的需求，行業最前沿的訊息要馬上進入課堂，為教學注入新鮮血液。時時更新教材是不現實的，只有通過教師將最新的工程項目、技術方法及科研課題引入課堂中，制作適合學生的學習材料，打破“一本教材打天下”的現狀，利用多元化“學材”達到行業前沿進課堂的目標。

（五）從單一知識教育到綜合能力培養的新教學方法

工科專業普遍具有應用性和實踐性強的特點，工科教學理科化的現狀使得每門課程單打獨斗，每位老師只講授某一門課程內的知識，零散的知識在學生的腦海中如同眾多顆珍珠，怎樣將珍珠用一個主線串連起來變成項鏈。這就是以綜合能力培養為核心、以項目為主線，將教學突破課程的限制壁壘，完全為新工科人才培養目標服務。

綜合能力培養包括底層的理解和掌握專業知識的基本能力，中間層的解決工程實際問題的業務能力、溝通表達能力、團隊協作能力、管理控制能力，最高層的站在“大工程觀”的全壽命周期角度終生學習行業前沿和創新發展的能力。綜合能力的培養要求教師采用最有利于能力培養的教學方法和模式，把對學習效果的評價從試卷成績向過程能力的提高程度上轉移，豐富考核形式。

（六）從被動聽課到主動參與的新教學體驗

新工科建設的最終目標是通過工程教學改革培養適應時代發展的創新型人才，人才是根本。從教學理念、思路、方法、內容等全方位多角度變革，使得學生獲得主動參與的教學新體驗，帶著完善的知識體系和綜合能力信心百倍地走上工作崗位。

三、全壽命周期項目驅動教學模式

項目驅動教學法的核心是以項目為主線，學生為主體，教師為主導，將教學內容巧妙設計到每一個項目中，學生以小組為單位通過對項目進行分析和探索研究，不僅能掌握理論知識和提高解決實踐問題的能力，還能在實現自我價值中獲得滿足感進而激發學習的主動性和積極性，是鼓勵學生積極參與、協作創新的一種教學模式。德國、英國在職業教育中大力推廣項目驅動式教學法，注重學生綜合素質的全面培養，實現高校到企業的零距離跨越。2005年后項目驅動法在我國高校計算機相關課程中有一定的探索和應用，如管理信息系統、C程序設計等課程[5]，由于其增加師生互動效果明顯，近幾年高校其他專業和課程也逐漸引入該教學法[6]。項目驅動式教學的學生中心理念正是新工科建設所強調的。

針對傳統教學模式存在的問題和新工科建設對教學的新要求，本文提出全壽命周期項目驅動教學模式，在高校對入學新生進行專業教育時為學生引入一個大型工程項目的案例背景，按工程建設過程分為決策階段、設計階段、招投標階段、施工階段、竣工驗收階段和運行維護階段，為學生創建情景，構建項目全壽命周期概念和學習主線。每門課程都圍繞典型全壽命案例這條專業主線，使學生的角色從課堂聽講者變為項目參與方。全壽命周期項目驅動教學模式既能實現每門課程知識前后聯系，又能使得各門課程交叉融合，在課堂上形成知識體系主動脈，激發學習興趣，增加師生間和同學間協作互動，在課后促使學生自主查閱資料，使知識主線羽翼豐滿。同時解決了考試形式單一問題，學生參與度成為課程考核的主要評價指標。該模式融知識、能力、素質教育于一體，探索全周期工程教育新方法，致力于培養扛得起國家復興發展使命的新時代卓越工程師。

四、全壽命周期項目驅動教學模式應用

（一）調查研究，設計全壽命周期項目

在新生入學前召集專業課教師結合當前行業前沿、領先技術及社會企業需求展開全面調研，并確定一個貫穿學生四年專業課教學的全壽命周期項目。收集該項目的圖紙、可行性研究報告、施工組織設計、招投標文件、造價管理文件、施工過程技術文檔、竣工驗收報告、后評估報告、運行維護狀況等詳細資料。提煉全壽命周期項目主線，擴大教師課程教學設計的視野。每位老師不僅關注一堂課、一門課的設計，而是以創新型人才培養為目標放眼大學四年綜合教學設計，然后由專業課教師圍繞全壽命周期項目進行教學內容設計。

（二）構建網絡教學平臺，為學生提供“學材”

將全壽命周期案例背景、課程大綱、授課計劃、講義、相關公開課視頻、上節課的總結、下節課的任務等資料上傳網絡教學平臺，形成一個動態且實時更新的開放式教學資源庫。作為課堂的延伸，網絡教學平臺內容應該豐富多彩，吸引學生主動學習。學生可以通過平臺資料，清楚了解到課程進展及自己應該完成的任務。在平臺內開通師生間和同學間的交流功能，學生查閱平臺教學資源時遇到問題隨時可在平臺內與老師請教，借助平臺實現本小組同學內部、小組之間的討論。“學材”形式不拘一格，種類更加多元化，目的是站在學生為中心角度提供輔助材料。

（三）設置情景角色，啟發學生分析項目

學生從項目的旁觀者轉化為項目的參與者，才能使學生更好地理解項目所包含的理論知識并在此基礎上靈活應用到實際中。以《工程造價管理》課程為例，將5-8名學生分成一組，為小組分別設置建設單位、設計院、造價咨詢公司、施工總承包單位、分包單位造價人員和政府建設管理部門等項目角色。以全壽命周期項目為情景，啟發學生站在不同參與者的角色主動思考和分析項目決策階段、設計階段、招投標階段、施工階段、竣工驗收階段和運行維護階段，自己會面臨哪些實際項目造價問題，應該完成哪些具體工作內容，又當采用哪些方法和手段去解決問題和實現任務目標。

（四）融合課堂課下，鼓勵學生完成項目任務

課堂上，老師全面介紹全壽命周期項目概況，并分解為多個子項目，向不同角色的參與者小組提出問題、布置任務，重點在于激發學生對項目的好奇心和求知欲。小組成員課下針對子項目任務查閱網絡教學平臺和科研論文等資料，展開積極討論，找到解決問題的最佳方法。由于采用調研得到的真實工程項目，老師提出的問題將是學生未來工作后皆會面臨的實際困難，完成項目任務與解決工作難題的感受相似，個人價值得以實現使學生產生較大的收獲感和自我認同感。

（五）總結點評，促使學生形成知識體系

各小組帶著不同的角色身份參與其中，向大家演示完成子項目任務的思路和方法。老師認真聆聽并與學生共同討論，點評解決問題的效果如何、是否實現任務目標。在全壽命周期項目背景下總結該子項目包含的重點難點，從點到面，梳理遇到此類問題的著手點和解決途徑。應用能力的培養核心不在于讓學生死記硬背某些概念、公式，而是幫助學生掌握解決實際問題的思路，并補充豐富到原有知識體系。

（六）考核過程參與度，建立能力提高評估機制

傳統的單一閉卷考試作為考評手段不適用于全壽命周期項目驅動教學模式，平時不參與、期末死記硬背應付考試及格的現象將不復存在。針對該教學模式，建立多角度立體式考評體系，將項目參與程度、任務完成效果作為考核的核心部分，成績高低體現出學生為項目付出的努力和能力提高情況。

五、結束語

培養應用性創新型人才的新工科建設號角已經吹響，其落腳點在于教學。突破傳統教學方法落后、重知識不重能力、缺少內容交叉融合、考核方法單一等壁壘，使我國從教育大國穩步邁向教育強國行列。新工科建設對教學提出了新理念、新思路、新平臺、新內容、新方法、新體驗等各方面的要求，實現大工程觀引領下以學生為中心的全周期工程教育改革。采用全壽命周期項目驅動教學模式，以一個典型項目貫穿大學專業教育，打通各門課程的限制，解決零散知識點易亂易忘易混的問題，幫助學生構建基于項目全壽命周期的知識體系，實現能力提升的目標，將新工科改革落到實處。

參考文獻：

[1]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]黃寶忠.從“大工程觀”到“大教材觀”：“新工科”人才培養與教育出版創新[J].浙江大學學報（人文社會科學版），2018，48（5）：105-117.

[4]郭煥萍，洪亮，劉源.運用混合教學開展任務驅動式教學項目的研究[J].黑龍江高教研究，2017（10）：165-167.

[5]張奇.項目驅動式教學在《管理信息系統》中的應用探討[J].電腦知識與技術，2007（09）：874-875.

[6]萬春.項目驅動式教學法應用于財經類本科專業課程的影響因素研究[J].教育教學論壇，2015（50）：144-146.