基于“全人”教育理念的新工科項目化課程教學改革

黃玉梅

（南通大學，江蘇南通226019）

0 引言

隨著工業4.0時代的到來，新一輪科技革命與產業變革正在不斷深化，人工智能與機器學習、物聯網與智能制造等新技術迅速發展。在跨學科、跨領域的深度融合中，高等工程教育也迎來了新的挑戰。

自2017年起，教育部推出“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等系列指導性文件，凝聚了新工科建設的廣泛共識，引導各高校積極開展新工科建設的多元探索。新工科倡導學科交叉和跨界融合，目標是培養具有“家國情懷、國際視野和創新精神”的卓越工程人才。在人才培養中，課程是其核心要素，學生在大學階段獲得最根本、最直接的受益來源于課程，因此突破傳統工程教育特點，對新工科課程教學進行改革顯得尤為迫切和重要。

1 推行“全人”教育理念，加大新工科建設力度

新工科建設是一項復雜的系統性工程，運用先進的教育理念，作為貫穿系統工程始終的“主線”，全面有序推進新工科建設才能得以保障。源于20世紀70年代的“全人”教育理念，現已成為推動高等教育改革的重要思潮。積極推行“全人”教育理念，以此加大新工科建設力度。

1.1 “全人”教育的內涵及特點

美國著名人本主義心理學家羅杰斯于20世紀70年代提出：“全人”教育（holistic education）是以促進學生認知素質、情意素質全面發展和自我實現為教學目標的教育，它以使受教育者通過個性的充分發展而獲得運用科學知識和技能為社會進行價值創造的能力［1］。“全人”即指完整的個人，“全人”教育的教學觀以學生為中心，學生的情感或是意志都得到極大的關注，有利于學生發展，向著“全人”的目標前進。

“全人”教育整合了“以社會為本”與“以人為本”兩種教育觀點，形成既重視社會價值，又重視人的價值的教育新理念。“全人”教育更重視學生軟技能的培養，如獨立思考能力、團隊協作和溝通能力、創新實踐能力、家國情懷和國際視野以及個人內驅力的挖掘。

1.2 新工科建設的人才培養特點

相較于傳統工程教育特點，新工科建設對人才培養提出了更高的要求。傳統工程教育為社會輸入了大量的基層技術人員，由于他們知識結構單一，解決復雜問題能力有限，職業通道存在瓶頸。新工科具有綜合性、交叉性、跨學科等特點，要求本科教育培養的人才成為創新實踐能力強、工程專業素養高、具有國際視野的高素質復合型領軍人才，以適應未來新興產業和新經濟發展的需要。

2 重塑知識結構體系，培養復合型領軍人才

新工科建設對高等教育人才培養提出了新要求，為了實現高素質復合型領軍人才這一培養目標，傳統工程教育專業知識單一的特點亟待變革。重塑知識結構體系，強化人才核心素養成為推進新工科建設的重要內容之一。

2.1 “壓強理論”知識結構體系構建

根據物理學中的“壓強”（P=F/S）理論，其中F為壓力，S為受力面積，P即為壓強。在壓力一定的條件下，受力面積越大，壓強即越小。在新工科人才培養的知識結構體系（見圖1）構建中，突出的專業特長即“一專”作為F，寬廣的學科知識面即“多學科”作為S，復雜綜合性工程問題的難度系數為P。在此可解讀為，新工科相關專業的學生，在掌握一門專業特長后，注重跨學科知識的學習和積累，學科知識面廣，其感知的復雜綜合性工程問題難度系數就越小，即解決實際問題的能力就越強。多學科知識儲備是未來工程師迎接科技挑戰的必要能力，“全人”教育注重學科交叉，需要受教育者掌握多學科知識，這與新工科“壓強理論”知識結構體系中重視均衡寬廣的工程知識基礎相呼應。

圖1 新工科“壓強理論”知識結構體系

2.2 新工科復合型領軍人才的核心素養

在新近召開的黨的十九屆五中全會中，習近平總書記發表重要講話多次提及“創新”一詞，堅持創新核心地位。無論是科教興國戰略，還是人才強國戰略，“創新”無不放在首位來強調。要成為適應新時代發展特征、契合新經濟社會發展需求的新工科復合型領軍人才，創新精神和創新實踐能力至關重要，這也是新工科卓越工程人才的核心素養。創新的基本要素由知識視野、創新意識和創新思維構成，創新的知識視野要求具有綜合性、廣博性，這與新工科“壓強理論”知識結構體系中要求具有多學科知識面其內涵是一致的。

3 堅持以學生為中心，推進新工科項目化課程教學改革

“全人”教育理念強調堅持以學生為中心，重視應用情境的創設和對學生有益學習經歷的創造［2］。“全人”教育重視的是教學的過程而不是教學的內容，重視的是教學的方法而不是教學的結果。基于這一教育理念，新工科建設中積極推進項目化課程教學改革勢在必行。項目化課程教學具有跨學科學習、注重過程性評價、綜合運用多元化教學方法等特點，在教學過程中堅持以學生為主體，同時以提升學生自主學習能力、解決實際問題能力、實踐創新能力、團隊協作能力等綜合素養和能力作為新工科人才培養的重要組成部分。

3.1 知識獲取與能力提升的同步性

傳統的工程教育體系在專業課程體系設計中，其理論學習與實踐能力培養存在明顯的先后順序，理論知識與實驗實踐環節相對獨立。在實際的教學過程中，有時因課程設置相對獨立，甚至會造成理論知識學習與實踐應用的脫節。

新工科的項目化課程教學中，在傳授專業知識之時，同步培養學生的實踐能力。以“喚起學生好奇心，激發學生潛能”為目標，面向新工科專業學生，構建逐級提升的新工科項目化課程體系，即從新生基礎性項目化課程至大二階段的提升性項目化課程，最終大三、大四階段進入創新性、研究性項目化課程。學生在項目實踐過程中邊學邊做，運用知識、解決問題的綜合能力逐步加強，知識獲取與能力提升得以同步。

3.2 多學科知識的交叉融合性

“全人”教育倡導實施工具理性和價值理性融合的工程教育，注重學科交叉和課程整合。在理順知識體系的基礎上，項目化課程體系遵循新工科教育倡導的知識獲取與能力提升同步的理念，利用學習引導項目“穿針引線”作為多學科知識模塊的連接鏈條，融合機械工程、電氣工程及自動化、計算機科學、電子信息科學與技術、交通設備與控制工程等多學科知識模塊，形成模塊化的課程體系，旨在突破傳統工程教育課程教學專業知識單一的模式，促進學生對多學科知識進行交叉融合，為解決復雜綜合性工程問題打好基礎。

多學科知識的交叉融合性不僅體現在課程體系模塊化設計，還包括將不同課程和不同時間所學知識進行關聯［3］，設計系列競賽或項目的子項目。如項目化課程教師團隊根據某個大學生創新訓練項目或學科競賽設計相應的子項目，通過發布短期項目任務，組織團隊協作，學生團隊集中在一周或兩周內完成。此任務作品不一定作為大創項目或學科競賽的階段性成果，而是重點幫助學生探索、整合和加強他們正在進行的相關專業課程學習。

3.3 學生為主體的教學方法多元化

“全人”教育其真正現實的教學目標，是“促進變化的學習，培養能夠適應變化和知道如何學習的人”。身處知識大爆炸時代，無法預知更多顛覆性新工科領域的出現，未來社會對人才的需求是動態的，即面對未知的未來，只有學會如何學習和學會如何適應變化的人，才是真正意義上的人才。新工科項目化課程教學體系通過在不同階段設計符合學生能力發展特點的基礎性、提升性、創新性及研究性項目化課程，讓學生以多元化學習方式參與到各類項目化課程中。

3.3.1 項目引導式教學

以“機器人小車的設計與制作”為例，這個項目化課程包含了設計思維與工程、機械設計與制造、模擬電路系統設計等多學科知識，不同專業背景的資深專業教師組成教學團隊聯合指導、分別授課，每個項目可安排一名高年級學生作為項目助教。項目化課程教學團隊根據教學大綱要求將相關資料提前發布給學生，包括：專業學習內容清單、自學過程中可能遇到的問題清單、供以自學的資源清單及課程學習考核方法等，這些資料有效引導學生如何進行自主學習。

項目化課程教學中，項目助教組織學生討論學習中遇到的困難，引導學生充分互動，探究問題的答案。對于涉及較深專業知識領域及具有多學科交叉融合特點的綜合性難題，教師團隊結合各自專業背景在團隊內部先進行討論，梳理解題思路，進而給學生做出詳細解答。通過項目“穿針引線”，促進學科交叉融合，同時在教與學的兩個維度分別激發教師或學生群體內的互動交流，最終實現雙向的積極互動和反饋。

3.3.2 體驗式教學

體驗式教學是一種情境化教學，包括案例分析、實驗操作、企業調研等，這是基于“全人”教育理念的具體實踐，“全人”教育理念重視應用情景的創設。在企業經典案例的分析學習過程中，項目化課程教學團隊可借助現代信息技術條件創設案例場景，引導學生模擬進入案例情境，幫助他們更好地理解如何運用專業知識有效解決工程領域各種綜合性問題。通過虛擬仿真實驗操作，學生能“身臨其境”跨時空參與一些具有較大危險性、現場操作成本較大的工程項目，激發學習的好奇心。在企業實地考察調研中，邀請企業高級技術人員進行現場教學，課堂從學校搬到企業，學生在生動的工程實踐環節強化了學習興趣。在體驗式教學中，學生知識的獲取與能力的提升也得以同步，學生的情感方面得到較大關注，遵循了“人本”教育理念。

3.3.3 混合式教學

通過線上線下混合式學習模式，學生學會利用各種渠道和資源獲取知識的自學能力。在混合式教學過程中，應打破傳統教育的時空界限和學校圍墻，促進虛擬現實、人工智能等信息技術與教育教學深度融合，促進教師跨時空、跨專業地開展知識傳授和創新研究；同時實現學生學習資源供給的多元化，為其提供滿足個性化需求的定制化教育。即使不在課堂，沒有教師，學生也能自主“獲取知識”“尋找答案”及“解決問題”。

4 結語

新工科項目化課程教學考核注重過程性評價，評價標準包括：自學努力程度及自學工具運用能力、書面及口頭表達能力、跨學科知識涉及和運用、分析及解決問題能力、時間管理及效率等。項目化課程教學團隊和項目助教分別被賦予對各環節打分的不同權重，學生的課程成績不再由一紙試卷決定，而是充分考核學生的各種綜合素養和能力。基于“全人”教育理念的新工科項目化課程教學堅持以學生為中心，關注學生學習過程，重視師生雙向反饋，充分培養學生自主學習能力、實踐創新能力及團隊協作溝通能力等，積極推進新工科復合型領軍人才培養目標的實現。