新工科背景下貫通式項目制研究型綜合實踐教學模式探討

李津津 葉佩青

摘 要：為踐行“知識傳授、能力培養、價值塑造”三位一體的培養理念，本文針對機械工程專業人才培養提出了貫通式項目制研究型綜合實踐教學新模式，探討了該模式下機械工程專業實踐教學的具體改革措施，為新工科建設提供了一種新思路。

關鍵詞：新工科;實踐教學;教學改革;項目化教學

一、背景

隨著互聯網、云計算、大數據等新技術涌現，機械工程不再是傳統意義上的機械產品設計制造，而是以智能制造、云計算、人工智能、機器人等前沿領域為主要研究對象。為此，近年來國內高校就新工科發展做了大量的探索[1]，具體如表1所示。其中，“天大方案”由天津大學提出，主張將課程體系和培養體制進行重構，把三類五大項目（課程內項目、課題組項目、交叉學科項目、科研實踐項目與畢設項目）串聯為一個緊密的整體，形成“課程元”并組成一個完整的課程體系，把課程重點放置在遇到實際問題時如何學習及應用所學知識上。“新工科建設F計劃”由華南理工大學提出，主張“通識+專業+雙創”的課程體系模式，加強對學生的“5I”多維度培養（即學科交叉融合、工程深度學習、本研貫通、產學研合作、國際化教育），專注打造兼顧價值理性和工具理性、復合知識和核心能力（思想能力、學習能力、行動能力）、全球視野和家國情懷，且同時具備創新、創造、創業能力的頂尖技術人才。復旦大學增設課程核心為 “本研貫通+產學研融合”的新工科試驗班，包括微電子科學與工程卓越班、智能科學與技術專業兩類，為學生提供“本碩博連讀”的培養模式，讓優秀學生在這一模式下繼續深造。中國科學技術大學近期新增了信息智能學部，以促進工科的學科交叉。北京理工大學增設了三個關于智能制造的新工科專業，包括人工智能、智能制造工程、數據科學與大數據技術等。大連理工大學對機械類項目群進行課程改革;北京大學圖靈班新增人工智能方向;南京大學成立人工智能學院;西安交通大學啟動大電類和機類等工科大類招生。

國外已有多個發展成熟的工程教育改革模式，如能力導向教育模式（CBE）、成果導向教育模式（OBE）和構思—設計—實施—運行教育模式（CDIO）。CBE 是一種以學生能力為本位，以個人能力為基礎進行教學，督促學生進行自我管理、自我學習的教學模式，已在美國工程教育領域全面施行。課程內容為模塊式結構、理論知識與實踐技能訓練有機結合，以學生為中心，注重“學”而非注重“教”。CDIO強調構建一個互相支撐且有機聯系的一體化課程體系，并將產品全生命周期作為載體（包括研發、運行、維護和廢棄），促使學生積極學習工程知識并主動實踐。

除這些成熟的工程教育模式外，國外高校也在積極探索新的模式。麻省理工學院提出了國際科技計劃（MISTI），為學生提供海外學習機會并加強與名企的交流實踐[2]，并要求：

（1）學科設置與工業生產緊密結合，學生在實習過程中自覺學習交叉知識[3];（2）重視物理基礎;（3）強調教授及教學科研辦學于一身，辦學理念與教育方法始終隨著科研與社會發展而改革;（4）注重人文學科的發展。麻省理工學院等高校認為，人文素養對于科學工程創新具有潛移默化的革新與促進作用。斯坦福大學也積極進行改革[4]，包括：（1）“向本科生提供項目研究”制度，并向本科生全面開放實驗室;（2）“拓展交叉學科研究”制度，以項目為基礎進行交叉教學，讓學生為用而學;

（3）“教育綜合性”制度，以跨學科為基礎進行教學環節的改革。滑鐵盧大學主張合作教育人才培養模式[5]，學生可選擇有報酬的工作崗位，工作學期實行導師指導制，選擇該模式的學生將會有五個學年的學習時間，其中工作實習時間可占40%。在此期間，學生可以積攢大量工作經驗，提升就業競爭力。普渡大學將大類教育、柔性化培養方案與企業社區參與方案相結合[6];南洋理工大學主張學生需在當地或海外實習，并推行全球教育計劃（GIP）、海外實習計劃（OAP），構建基于創新的“本科生在校研究計劃”等;卡塞爾大學實行“寬進嚴出”“院系聯合辦學”“研討班”等舉措，提高學生的交叉學科學習能力。

二、貫通式項目制研究型綜合實踐教學模式

貫通式項目制研究型綜合實踐教學從頂層設計，貫穿本科大學四年，重視學生的個性化發展，培養學生綜合運用知識的能力和解決問題的能力。從大一開始，就針對學生設計一個綜合性的實踐項目，以研究性項目為主導，在導師指導下，學生用3～4年時間完成實踐項目。該模式將構筑一個符合卓越創新人才成長特點的學習條件和培養環境，支持學生自主學習與創新創業，并以“創新教育模式、激發學術志趣、提高培養質量”為目標，強調“知識傳授、能力培養、價值塑造”三位一體的培養理念。

1.貫通式項目制研究型綜合實踐教學現狀

在國外大學，比較系統的實踐課程設計要求學生利用整個本科教育階段所學的知識，在特定的設計題目、設計要求以及項目預算下，以團隊為單位，發揮專業能力、協作能力及創新精神，完成產品的設計、制造及控制等全部任務。比如，賓夕法尼亞州立大學與企業合作進行了本科頂點實踐課程建設;加州大學洛杉磯分校開設了為期2個學期的“機械產品設計”頂點課程設計，集合了從產品設計到自動化控制等多個環節的綜合性創新實驗課程。這些可以看作是本科生貫通式項目制研究型實踐教學的雛形。

在國內，本科生貫通式研究型實踐教學并沒有形成系統的教學方案，都是在已有的實踐課程基礎上進行優化設計。例如，清華大學機械工程系已經建立了比較全面的實踐教學課程體系，并取得了較好的教學效果（2018年通過了ABET認證）。2018年在大四上學期開設的實踐課程“制造工藝設計與實踐教學”為專業必修課（64學時，4學分），著重培養學生運用知識的能力和解決實際工程問題的能力。而2016年開設的挑戰性課程“產品工程化設計實踐”（64學時）通過引導式實踐和自主式實踐相結合的方法培養學生的創新意識。但實踐課程也存在一些不足：一是缺少創新設計，實踐主要針對傳統的實驗驗證和機械設計。二是比較碎片化，各個實踐之間缺少聯系但又存在一定的重疊。三是缺乏頂層設計，沒有根據學生的培養目標進行整體設計。