新工科背景下基于項目的多課程融合實踐教學研究——以軌道交通電氣與控制專業為例

劉廣敏 李小偉 解兆延 喬 昕

山東交通學院 山東濟南 250357

新工科(Emerging Engineering Education，3E)是中國為主動應對新一輪科技革命與產業變革，在新經濟、新起點這樣的大背景下提出來的概念，目前在社會各界和高等教育領域引起普遍關注和巨大反響[1-2]。新工科建設將階段性推進，需要重點把握學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化三個任務，關鍵在于實現立法保障、擴大辦學自主權、改革教育評價體系三個突破[3]。我國高等教育中的工科教育從規模上已經是世界第一，畢業生規模占世界工科畢業生總數比例為全球第一(38%)[4]。因此，正如吳巖指出的那樣，理解新工科建設的重要性和緊迫性，一是要站在實現中華民族偉大復興大局和世界百年未有之大變局這兩個“大局”的背景下，二是要站在“兩化重疊”的背景下認識“新工科”建設的迫切性[5-6]。

1 在新工科建設要求下本專業實踐課存在的問題

軌道交通電氣與控制專業，原有的實踐課程體系除了畢業設計、畢業設計等實踐課外，還有針對某門課程單獨開設的課程設計，如電力電子課程設計、電力系統分析課程設計、牽引供電課程設計、繼電保護課程設計等。本專業現有的實踐課程主要存在的問題有：(1)實踐課程內容單一，沒有系統化、項目化的任務設計；(2)實驗內容與行業、產業聯系不緊密；(3)課程性質多為驗證性實驗，設計性實驗少，不利于啟發學生思考。本專業現有的實踐課，無論實踐內容還是實踐形式，都無法滿足新工科建設要求。

要使傳統工科實踐課程滿足新工科建設要求，必須對實踐課程教學內容教學方式及實驗教學體系進行改革，強調各專業課程之間教學知識的交叉和融合，以項目實施為導向，探討多課程融合實踐教學模式，以分解化的任務為驅動，構建系統化的教學方法和教學進程，培養學生的實踐動手和綜合應用能力，提升學生必備的專業素質，打造優質課程。

2 多課程融合教學目標及教學要求

2.1 以向行業發展需求為前提構建教學目標

新工科的培養重點是綜合素質的培養，而非單一知識的學習[7]。基于項目的多課程融合實踐教學，以項目的形式進行教學的組織和管理，培養學生的知識綜合運用能力、實踐動手能力、主動學習能力、對產品項目的責任心、組織協調能力、與人溝通團隊協作能力、創新精神等。以面向未來、面向行業發展需求為前提，重構教學目標和培養目標。

2.2 以行業需求為動力改進教學內容

多課程融合實踐教學設計，需要依托行業需求，以行業發展及用人單位需求調研為前提，從行業發展需要解決的問題、熱點問題、共性問題中，提煉出實驗教學項目題目，根據項目實施過程中對專業知識及專業素養的要求，改進實踐教學內容。再根據實踐教學內容的要求，提煉出體現科技發展的新成果、新理念、新要求的理論教學內容，完善人才培養方案。

2.3 因材施教開展個性化的教學手段

在項目化的實踐教學中，根據項目要求進行相應的工作分配，仿照企業的崗位設置來進行人員分配。在項目啟動時可以由學生自由選擇，在項目進行中，可以根據學生的表現來進行適當的調整。針對負責不同任務的學生設置有針對性的要求及個性化的指導，讓每個學生都發揮自己的優勢，對自己完成的工作內容產生興趣，同時也有初步的知識積累和專業能力的提高。

3 多課程融合實施方案

3.1 調研行業和用人單位發展需求確定項目名稱

在新工科背景下，教學活動應該以培養滿足行業和用人單位需求的本科畢業生為目的，多課程融合制訂實施方案。首先要進行行業調研和用人單位調研，行業調研基于軌道交通牽引供電及其輻射行業，調研龍頭企業、重點企業以及典型企業針對本科畢業生應掌握的專業技能、應具備的專業素養，并形成調研報告；依托2021年本專業學生的就業單位，調研用人單位需要或重視本專業畢業生哪方面專業技能、專業素養，并對2021級本科畢業生進行畢業后的重點追蹤，調研本專業畢業生畢業后急需補充哪方面專業知識及提升哪方面專業能力，形成調研報告。這兩種調研并列進行，調研單位不要有交集。通過調研報告就能體現軌道交通牽引供電專業的本科畢業生應具備的專業技能、應提高的專業素養。

3.2 修改培養方案和教學大綱

在調研報告的基礎上，如果專業課程設置有不合適的地方，需要對培養方案進行修改；針對本專業集中實踐課，結合本專業開設的專業課程，以多課程融合的形成，對創新創業實踐課進行改革。創新創業實踐課，原來以指導老師為中心，改革為以學生為中心、為主體，在大三全學年，以項目的形式，結合教師指導和學生自學的方式進行；修改教學大綱，在大綱中要強調需要強化的專業技能及專業知識點，以及對應的教學要求。

3.3 以項目形式選定項目名稱及制定項目任務

在教學大綱的基礎上，將需要具備的測試、繪圖、維修、調試等技能結合本專業開設的專業課程，以多課程融合的形成，結合專業發展的現狀、瞄準專業發展的熱點問題、焦點問題、共性問題，以提高本專業學生必備的專業技能為目標，以項目實施的方式進行教學設計，制定項目名稱，并制定項目實施任務。必須把需要提高及強化的學生的基本技能和項目實施任務相融合，在項目實施過程中，通過完成有針對性的各種任務達到目的。在定制項目名稱、實施任務的過程中，可以先大致定制一個項目方向，再有針對性地劃分實施任務，最后再具體細化確定項目名稱。

在此基礎上，確定項目實施過程，制定項目任務，模塊化具體分工，估算項目大致需要的學生數量。具體來講，同一個項目任務，可以多人協作，仿照項目運行管理模式，在教學設計中，把同一個任務，根據任務性質不同，采取不同的模塊化設計，使得模塊化以后的任務量不是很大，適合一個學生來完成。設計項目題目盡可能多，項目任務制定要針對教學大綱并且可以執行。

項目名稱及任務的制定如下圖所示。

3.4 教學方案設計

以項目實施任務劃分為依據，每個任務制訂獨立的教學方案。首先，根據項目實施任務制定教學目的，使師生共同明確教學方向，明確學習哪些知識，練習、掌握哪些技能，避免盲目教學和學生學習訓練的盲目性，提高教學效率。教學目的不可過多、過難，每個教學任務都要突出教學重點和難點。

根據每個教學任務的特點來確定教學時間和教學方法，教學方法可以采用講授、練習、自學、小組討論等多種方式，教學時間也不局限于面對面授課，可以設計學生自學時間、討論時間等，應縮減教師講授授課時間比例，以學生為中心，增加學生自學時間、討論時間、練習時間等。教師根據教學目標、重難點，設計出導學要點，可以提供MOOC、論壇、視頻等學習素材，為學生自學做好準備，提高學習時間的利用率。

以學生為中心，教學過程不同于傳統教學的教學過程。教學過程應體現以學生為中心，教師更多地體現引導、指導、檢查的作用，在學生自學、討論、練習、設計等環節，設計檢查方法及檢查標準，不僅教師能夠檢查，有了標準以后學生也可以自查。在教學過程中，如果發現哪個環節教學任務沒有完成，應分析未完成原因并且設置答疑解惑環節，啟迪思維，使學生對所學知識形成理性認識，進而督促學生積極改進。教學方案的設計中，要體現以學生為中心，更多地發揮學生的積極性、主動性和創造性，教師更多是以指導、建議、監督、檢查的方式進行教學。

3.5 實踐教學過程設計

多課程融合的實踐教學，以教學方案為指導，以項目的形式進行展開，按照項目管理結合教學管理的方式進行。學生在實踐過程中根據項目實施要求要進行需求分析、資料查找、自學預習、思考討論、方法設計、進程規劃、軟件仿真、平臺構建、器件選擇、表格設計、現象觀察、數據測試、問題分析、總結報告、驗收答辯、演講交流等方面的工作。

實踐課程按照項目實施進度分三階段進行，第一階段為方案設計階段，第二階段學生分組分任務設計階段，第三階段為系統綜合階段，學生相互配合完成聯合測試。

第一階段為方案設計階段，要求學生根據分任務設計各部分設計方案，例如，確定接口定義、接插件型號及主要器件選型；確定設計的框架及開發環境，各部分設計結構；設計流程，確定開發環境。方案需要考慮測試方案和測試接口，以便系統調試及測試，方案設計需要進行低功耗和成本考慮，要求書寫設計方案文檔。

第二階段為分組分任務設計階段，要求學生根據分任務設計，要求書寫設計文檔。

第三階段為系統綜合階段，每組學生相互配合完成聯合測試等工作。在測試過程要求填寫實驗記錄及過程記錄，最后撰寫設計總結報告，分組演講設計及測試過程，展示測試報告，演示樣件，交流方案特點。

在教學過程中，采用多教師分工指導，合作教學模式，按照指導教師的專業特長進行分工，根據小組的進展情況及時指導、適時引導，分階段定期集中檢查；學生混合組隊，分工協作，共同完成課程設計及調試、測試任務，課程結束時各組進行展示和匯報，并提交設計報告、實驗報告及測試數據等。

結語

本文以新工科建設要求為依據，以行業、產業需求為導向，探索當前傳統工科實踐教學改革路線，提出多學科融合項目實施式教學方式，以學生活動為中心，培養學生專業素養、自主能力及探索精神，改革實踐課程教學方法，更重要的是轉變教師的教學理念，形成符合新工科建設要求的實踐課程教學方法。