“三耦四融”一體化工程創新人才培養體系研究

張徐 趙麗

摘 要：隨著工程教育改革的不斷深入，工程創新人才培養理念需要優化，人才培養體系亟須革新，人才培養模式也應改革。然而當前工程創新人才培養在教學目標、實訓內容、實訓時空鏈接與個性培養等方面，仍存在諸多問題。研究提出“三耦四融”人才培養體系，即在“立德樹人”的課程思政基本框架下，實現知識、能力與創新的“三耦”，以及學習模塊與實訓平臺間的“四融”，力圖解決工程創新人才培養的問題，也回應新工科建設對工程創新人才培養提出的新要求。

關鍵詞：工程教育;三耦四融;工程創新人才;培養體系;學習模塊;實訓平臺

一、新時期對工程創新人才培養的新要求

當前基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、創新創業能力等新要求，相對于傳統工科發展，新工科的概念與發展理念應運而生[1]。

新工科建設與發展要求的提出顯然是對傳統工科人才培養模式提出了更高的期待，落實到工程教育人才培養的具體工作中，則需要以培養未來科技革命和產業革命的儲備人才為目標，隨時應對現代工業人才規格的變革和人才需求多樣化的趨勢[2]。新工科的主要研究與發展內容為“五個新”，即工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系，這一要求更加明晰了新工科建設與發展的內涵[3]。因此在這些基本思想的指導下，對工程創新人才培養的研究期望通過理念、體系、模式的變革，以實現對結構的調整和質量的提升，使工程教育改革的“五個新”有機結合、相互促進。

1.單一轉向立體：人才培養理念優化

新工科建設與發展需要明確人才培養新理念，這就要求對工程教育既往與當下的發展歷史與過程、國內與國外工程教育實踐的經驗與教訓進行深入的挖掘與反思，探索形成新工科的內涵、特征、規律，以及預測未來發展趨勢。在此基礎上，提出從傳統工程教育向新工科教育改革與創新的發展理念與路徑。在新工科背景下，構建多學科交叉融合的現代工程訓練，實訓教學平臺依托互聯網、虛擬仿真、數字化、信息化等手段，強化價值引領，通過項目驅動及學生自主學習，實現由單一實習向“多維、綜合、立體”實習轉化，由傳統的金工和電子工藝實習向現代工程實踐教學轉化，由單設備技能實習向互聯網條件下的學科交叉訓練轉化，由操作技能實習向綜合能力實踐、創新實踐相結合轉化[4]。實訓平臺全方位開放，構建基于大工程背景的現代工程訓練平臺及培養體系，不僅為理工科的學生服務，還拓展為人文社會學科等其他學科的學生服務，拓寬他們的大工程知識視野[5]。

2.課程思政融入：人才培養體系革新

新工科建設與發展需要建立人才培養的“新體系”，因此要從當前與未來一段時期社會發展需要的工程人才分類培養的體系結構入手，對高等學校人才分類發展體系結構進行改革，建立推進工程教育人才培養的具有一定特色和水平的宏觀政策、組織體系和運行機制等。為此，我們圍繞現代工程訓練實現學生工程實踐創新能力培養這一核心目標任務，結合新工科的建設培養需要，按照實踐教學及學生實踐能力提升的客觀規律，構建了從“認知到基礎工程、綜合自主實踐到工程實踐創新”四個層級課程思政元素融入訓練過程的持續貫通耦合遞進的工程訓練體系。該實訓體系的建立，可以讓學生通過循序漸進的實訓完成更具有挑戰度、復雜度的創新項目，學生通過層次遞進的訓練以實現從認知、學習、實踐到創新實踐能力提升的過程，通過持續提高工程能力，達成再創造的工程創新能力培養。

3.耦合遞進設計：人才培養模式改革

新工科人才培養模式的改革是在傳統工程教育已有的卓越工程師教育培養計劃、CDIO等工程教育人才培養模式基礎上，進一步探索深化產教融合、校企合作等人才培養模式改革路徑。通過項目驅動的“平臺+模塊”基礎訓練教學體系和綜合創新訓練體系，在工程訓練中實現知識能力、實踐創新、價值塑造的一體化培養。單個知識點、單個技能的訓練很難達到“再創造”，實訓方法要打破原有實訓內容之間的界限，注重知識能力的貫通耦合及遞進螺旋上升;訓練內容的設計要以項目為龍頭牽引驅動，遴選、凝練覆蓋新工科培養目標中需掌握的知識點和能力點，聚焦大類專業實訓中的共性必修知識能力內容，構建教學“平臺”部分，聚焦不同的學科方向及個性化培養目標，構建教學“模塊”部分，實現各專業之間差異化及學生個性化的培養目標。項目產品面向產教融合協同育人產品、創客創新產品、科研轉化教學產品、經典工程訓練產品等，通過獨立完成整個項目的實訓過程周期，學生在掌握知識能力的同時實現再創新的一體化實踐能力的培養。

二、工程創新人才培養現存諸多問題亟待解決

對工程創新人才的培養應充分利用好資源、發揮專業優勢，合理定位，錯位發展，培養服務區域經濟發展的特色、應用型人才[6-7]。為適切創新工程人才培養的實際需求，本科院校應當從深入開展新工科研究與實踐、樹立工程教育新理念、創新工程教育教學組織模式、完善多主體協同育人機制、強化工科教師工程實踐能力、健全創新創業教育體系、深化工程教育國際交流與合作以及構建工程教育質量保障新體系這八個方面進行人才培養模式改革[8]。而對照時代的要求，在當前的工程創新人才培養現狀中，依然存在著涉及多個向度的不足之處，影響了人才質量和國際競爭力，亟待學界與高校管理層持續深入探究其改善之道。

1.教學目標向度：工程教育中的知識教學目標達成不足

當前仍然存在“分科化”嚴重的現象，這不僅體現在工程人才培養的教育中，還體現在其他各種教育形式中。課程的設置會像劃豆腐塊一樣將各個模塊的知識做出明確的板塊區分，同時理論課程的知識輸入與實踐課程割裂現象也比較普遍，呈現出“重理論、輕實踐”的傾向。知識模塊的嚴格區分和理論實踐的嚴重割裂造成人才培養過程中工程知識的講授超額而人才培養目標卻并未真正達成[9]。工程教育的“理科化”現象凸顯，工程教育“理科化”認識忽略了“工程教育”與“理科教育”的聯系與區別[10]。應以選修課方式鼓勵學生參與創業研究，教學模式以小班授課、研討為主，課程設置上則采取寬口徑、多學科交叉融合的方式，并支持學生參與科研項目[11]，通過這種綜合式的學習過程所培養出的學生其能力相對比較全面，在實踐中不會因某一環節的認識缺失而難以為繼。

2.個性培養向度：工程創新人才個性培養缺失

由于人才培養對象群體龐大，理論知識的統一學習和實踐訓練的統一組織一直以來是一種常見現象。而應當認識到的是，只有因材施教，根據不同學習者的實際需求進行有針對性的培養，才能充分體現出創新人才間的“差異”。培養大量的毫無差異的人才是沒有意義的，因此工程創新人才的培養應當實現因材施教，即以人才為本，根據不同專業類型人才的特點進行培養，避免人才在培養過程中的個性缺失。同時，人才培養目標定位的趨同化也使得不同專業和方向的人才特色缺失，導致工程創新人才在社會中的根基和競爭力依然不穩。基于工程訓練中實現各專業及學生個性化培養的問題，創新人才培養需要體現“拔尖”的多樣性、“創新”的應用性[12]，構建兼顧差異化、個性化培養的“平臺+模塊”工程訓練培養體系。通過聚焦大類專業實訓中的共性必修知識能力內容，構建教學“平臺”部分，同時聚焦不同的學科方向及個性化培養目標，構建教學“模塊”部

分，實現各專業之間差異化及學生個性化的培養目標。

3.實訓內容向度：工程教育實踐訓練內容分散

在分科化培養的現狀下，基于嚴格分科化的課程進行人才培養，勢必會導致工程教育實踐訓練的內容無法聚焦，工程教育實訓內容整體呈多點無組織散落分布于知識面中。分散的內容雖然在理論與實踐之間存在比較清晰的對應關系，但不成體系的實訓內容對于人才的全面培養和能力的綜合提升是不利的。對于這一現象，應基于對一般工程訓練各實踐內容分散獨立、相互缺少關聯、不同實踐教學內容存在重復等問題的深入理解，通過構建耦合層次遞進的綜合創新能力工程訓練創新課程體系來改善。在具體實現中，應在對現有工程教育實踐訓練內容進行整合后，根據對培養目標的把握對實訓內容進行重新分類和分層，保證人才培養過程中的每項學習內容都能在知識訓練、能力培養與創新提升三個層級中找到其對應的類別，根據認知發展規律與社會實踐需求的雙向條件制約規范工程教育實訓內容的分布與安排，有效促進培養目標與實訓內容的貫通耦合、層次遞進，提升其內容聚合度，避免過于分散。

4.實訓鏈接向度：工程實訓時間空間鏈接不暢

工程創新人才培養中極為關鍵的教學環節就是實訓環節。通過實訓，學生職業素養、職業道德得以強化，專業技術技能得以提升。但在實訓中不同學習者間在工程教育實訓過程中會出現時間上的沖突與不協調，也會出現空間上的不便與不適應，這一問題在目前的工程實訓中是一個難以解決的問題。長期以來，校內實踐實驗場所由于各種原因難以及時更新設備。在小組實驗過程中，實驗設備數量也無法滿足小規模小組的套數要求，因此無法達到實驗教學的學習要求。學生團隊的項目研究總是目標宏大，在實踐過程中卻往往因客觀條件限制而無法完成[13]。與此同時，校企合作中相關企業提供的資源太少，加之管理制度與機制不到位，企業導師的數量偏少或教學水平跟不上，都大大降低了實訓環節的教學質量，從而導致實訓教學效果不理想，出現形式化的現象[14]。這些實訓基地的建設問題也制約著實訓內容的結構調整，因此實訓手段的不足對工程教育實訓的內容分散問題也有一定的影響。隨著信息技術的不斷發展與科技成果的不斷革新，面對現代工程訓練對時間廣度、破除實訓空間組織結構阻隔的需要，拓展實訓的手段，借助虛擬現實、遠程在線協作等前沿技術，一方面將能夠在一定程度上破除實訓基地的建設難題，推動人才聯合培養質量的提高;另一方面，還將改變工程創新人才的實訓培養模式，通過接軌前沿技術真正搭建起多學科交叉融合、打破原實驗室組織壁壘、融合共享的實踐平臺。

三、“三耦四融”一體化工程創新人才培養體系構建

工程教育實踐教學是工程創新人才培養的重要環節。工程創新人才的培養需要適應社會發展需要，社會實踐能力的提升則必須依靠實踐訓練，因此回歸工程與實踐是高等工程教育改革的必然趨勢[15]。以“耦合—融通”為理論基礎，構建“三耦四融”一體化工程創新人才培養體系，在雙師型教學團隊師資保證和多維實踐訓練模式創新機制下，工程創新人才培養的割裂化問題被解決，將能夠確保人才培養的全面綜合性和一體化，從培養過程和培養結果兩方面實現耦合與融通。同時，通過建立和健全安全保障體系和質量保障體系，奠定基礎底線，提升發展上限，共同為人才的工程實踐創新能力培養服務。

1.理論基礎

耦合（Coupling）是一個工程領域的概念，它表示兩個子系統（或類）之間的關聯程度。耦合程度（Coupling degree）可以用松散與緊密耦合來理解，當一個子系統（或類）發生變化時對另一個子系統（或類）的影響很小時，則稱它們是松散耦合的;反之，如果影響很大時，則稱它們是緊密耦合的。模塊間的耦合度直接影響系統的可理解性、可測試性、可靠性和可維護性[16]。耦合的概念也延伸至社會經濟領域的研究，在社會復雜系統中，經濟、資源、生態等子系統之間存在必然的內在耦合性[17]。“耦合效應”“耦合協調發展度”是社會經濟研究領域中評判一個地區或社會發展程度的有效工具。結合系統觀，耦合度評價也趨向協調與均衡發展水平的評價。

融通，即融會貫通，使融洽，相互溝通。系統中各子系統與要素之間的融通，是實現系統目標的重要保障。在工程創新人才培養中，不論從人才培養的社會價值、服務價值，還是新工科本身的建設價值與教育價值來看，學科交叉融通、理論學習與實訓融通等，都服務于人才培養的最終目標。

因此，我們在剖析當前工程創新人才培養在教學目標達成度不足、實訓內容分散與時空鏈接不通、人才個性培養缺失等問題的基礎上，反思工程創新人才培養體系的不足，解構人才培養體系的若干系統或組成要素，以耦合與融通的理念，構建新型的一體化工程創新人才培養體系。

2.體系構建

根據社會對人才的實際需求，我們構建由校內實踐平臺、創新實踐平臺、社會實踐平臺組成的綜合平臺體系，并通過多個平臺實踐提升學生實踐動手能力和創新能力，實現立德樹人引領下的“知識—能力—創新”三者貫通耦合、層次遞進的課程思政，以及學科交叉模塊與四平臺有機融通的共享實訓平臺（如圖1所示）。

（1）圍繞能力培養目標，創設貫通耦合、層次遞進的創新課程模式。在已有研究中，實踐教學體系大多被簡單劃分為基礎實驗實踐層級和專業實驗實踐層級，分別與通識教育和專業教育融合[18]。在“三耦四融”體系中，以知識獲取能力、實踐創新能力提升的客觀規律為準則，以學生工程實踐創新能力培養為目標，通過不斷優化、凝練實訓課程內容，構建了四個層次遞進的工程訓練層級，對以往的簡單區別進行了更深入細致的區分，也再次明確了對工程創新人才培養的方向和內容。以立德樹人為根本，將知識、能力、創新三個主體貫通耦合，借鑒CDIO（構思Conceive、設計Design、實現Implement、運作Operate）工程教育理念[19]，并通過精心設計，將溝通協作、工匠精神、報效祖國、社會責任等思政元素“潤物細無聲”地融入訓練過程，在人才的科學文化知識與能力的培養過程中加強其理想信念建設，實現工程訓練與課程思政的一體化。利用能力的實際運用特性，使體系中的“工程意識、基礎工程能力、交叉復合工程能力、工程實踐創新能力”能夠自然地打破原有項目之間的界限，強化了知識能力的貫通及漸進疊加的融通式能力提升。同時，以學生實踐創新能力提升為中心，構建了貫通耦合、層次遞進的工程訓練創新課程體系（如圖2所示），系統性地、循序漸進地實現學生本科四年工程訓練創新能力遞進提升。

（2）針對專業培養個性，形成“平臺+模塊”工程教學實踐訓練體系。根據學生本科四年層次遞進的工程訓練體系，構建了“共享實訓平臺+學科交叉項目模塊”的綜合創新訓練體系（如圖3所示）[20]。以項目驅動式的“平臺+模塊”基礎訓練教學體系和綜合創新訓練體系為工程實訓培養起點，通過對師資建設、實訓模式以及學科融通思想的轉變，從信息化與可視化平臺、工程實訓平臺、科研探究平臺、創新訓練平臺的平臺搭建與認知層、基礎層、綜合自主層、創新層的模塊推進兩方面入手，雙管齊下，從內在的頂層設計理念為學習者工程實踐創新能力的有效提升這一培養目標保駕護航。同時，高校的理工科學生都要進行基礎工程訓練部分的金工實習、電裝實習，無論是實訓人次還是實訓人數規模，在工程訓練中都占據主要的地位，金工實習、電裝實習實訓質量和效果的目標達成，關系到工程訓練和創新人才培養的整體質量與培養效果。因此，在新工科與工程實踐能力培養的要求基礎上，構建了“基礎訓練平臺+專業訓練模塊”的金工實習和電裝實習教學體系（如圖4所示），為新工科背景下的人才培養新理念在基礎訓練教學模式的實施提供了具體的方向指導。

（3）強化現代工程訓練，構建打破組織壁壘、融通共享的實踐平臺。“互聯網+工業制造”雙向融通推動了以新技術、新產品、新業態和新模式為特點的新經濟的快速形成和發展。新工科在這樣的時代背景下，對工程創新人才培養提出的要求不僅應體現在培養目標這一結果向度上，還應在人才培養的過程向度上強化工程訓練的現代化，進一步促進新科學技術與教育實踐的融通。因此，在多維立體的融通共享實踐平臺建設中，將切實保障其架構緊跟現代工程實際的需要，依托各實訓室、實驗室等傳統實體實訓基地，整合構建由工程實訓平臺、創新訓練平臺、科研探究平臺和信息化與可視化環境構成的“3+1”共享實訓平臺;并依托網絡資源與虛擬仿真、信息化與可視化環境等新技術，充分運用互聯網、虛擬仿真技術開展教育教學，學習的時間跨度拓展為“課程內學時+課程外時間”，學習的空間拓展為“實訓室+網絡平臺”，整個實訓培養過程在“多維度、立體化”的融通共享實踐平臺實訓體系下進行混合實訓（如圖5所示），通過縝密的設計理念與創新的技術應用有效改善人才培養中工程實訓在時間與空間上的鏈接不暢等問題。創新技術手段在工程人才培養過程中的應用不僅能在改進教學效果時直接提升學習者的工程創新能力，還能夠促使學習者在頭腦中逐漸形成技術應用意識，間接提高了工程人才的技術素養和信息素養等，也實現了素養的融通式培養。

（4）借助實踐項目驅動，促進學科交叉融

通、新工科能力全面培養。在科學技術不發達的20世紀或更早，實踐應用發展受制于技術的進步，因此產品生產以及人才的培養方式需向技術發展速度看齊。在技術已突破瓶頸的新工科背景下，人才的培養模式則應與市場價值即社會需要對標，使人才的培養更符合社會實踐項目的需求。因此，要充分發揮實踐項目對工程創新人才培養的意義，聚焦實際工程應用、協同育人、科研轉化成果、創新創客活動等設計系列實訓項目作品，實現多學科交叉融通創新訓練;同時逆向梳理訓練項目內容覆蓋的知識能力模塊，構建基于項目驅動的知識能力、創新實踐一體化培養體系（如圖6所示）。針對不同的能力目標，其所屬學科作為基礎知識與能力的培養模塊，構建出清晰的能力培養目標;在基礎知識與能力得到保證的前提下，通過結合社會實際的需求來確定和設計具體的學科交叉項目。在工程創新人才的培養中，系統性的綜合工程訓練不僅能夠對參與者的能力進行一次全面的提升，也是一種對其綜合素養的重要考驗和評價手段。

（5）推動多角度評價，利用閉環反饋實現實踐教學質量保障機制。構建實踐教學評價指標模型，從學生評價、教師自評、領導評價、教學督導等多角度主體，根據不同的評價主體，設置不同評價權重，創編相應的實踐教學評價量表，實現評價量化考核、閉環反饋的持續改進（如圖7所示）。以實訓課程為核心，借鑒OBE理念，突出課程目標達成評價方法的研究與應用[21]。在評價過程中要明確評價角度的多元化是必要的，特別是人才的培養標準與教學的評價標準并不完全等同，前者以學習者為主體，后者則是發生了學習者與施教者主客體間的互動關系，將兩者等同看待就是對外部評價的忽視[22]。在多方協同育人的培養模式廣泛應用的今天，除高校以外的其他培養單位如相關企業實訓基地等在工程創新人才中的作用也應當持續重視，不斷改進現狀、解決其在工程創新人才質量培養中參與度依然不足的問題。在這個過程中，閉環反饋能夠較好地平衡人才培養中各利益方的權重，為人才在工程創新能力上的培養提供強有力的支撐[23]。

工程創新人才的培養體系就是在新工科背景下，通過將科技前沿的技術工具和思維途徑應用于工程創新人才培養，在“立德樹人”引領下的課程思政基本框架中，實現了知識、能力與創新的“三耦”以及學習模塊與實訓平臺間的“四融”，成為在新工科背景下工程創新人才培養模式的有力指導。通過各方利益主體的協同合作，教師與學生的共同努力，對“新工科”理論與實踐的探索將伴隨著當前技術發展與社會需求不斷深入，以此有力推動我國工程教育改革的不斷前行，樹立具有中國特色的工程教育理論新體系和實踐新典范。

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