新工科背景下工程實踐教育的思考與探索

高麗珍 張曉明 李杰 劉俊 石喜玲 張海燕

摘? 要：從新工科背景下對創新型實踐人才的社會需求出發，闡述高等院校目前實踐教育存在的不足，指出工程實踐課題必須從工程實際問題出發，以此為立足點，探索并提出建設以學生能力培養為目標，以項目為驅動牽引，將學生分為項目組的組織模式，來構建學習共同體的工程實踐教學體系。過程中建設立體化的實踐教學資源，并探索建立以能力評價為導向的可持續改進的實踐成績評價體系，為新工科背景下工程實踐教育體系的構建和實現提供思路。

關鍵詞：新工科；創新；實踐教學；體系構建；改進方案

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）21-0028-05

Abstract： Based on the analysis of the current situation， that some shortcomings of engineering practice education exist in the colleges and universities under the background of new engineering. The paper points out that the engineering practice research must start from the practical engineering problems， which will be used as the foothold. On this basis， this paper explores and puts forward the construction of learning community， which is based on the organization pattern? of dividing students into project teams. To engineering practice under the new engineering education system construction and implementation. In this process， three-dimensional practical teaching resources will be built， and the practical evaluation system will be explored， which is competency-oriented and can be continuously improved. This method provides ideas for the construction and implementation of education system for engineering practice under the background of new engineering.

Keywords： new engineering; innovation; practice teaching; system construction; improvement plan

隨著人類進入人工智能、物聯網、云計算等信息時代，對傳統的工科教育提出了新的挑戰，新工科教育及應對范式由此應運而生。無論新老工科，都脫離不開其作為“工”科的工程特性，在新工科需求背景下，新型工科人才必須具有更強的實踐能力、創新能力，才能夠在世界科技革命的新時代下，適應并滿足對未來新興產業和新經濟的需要[1]。作為新工科建設和人才培養的主陣地，高等工科學校使命在肩，高校工科教師責無旁貸。

一? 工程實踐教育現狀分析

作為培養工科人才的主要陣地，高等工科院校近幾年一直在加強工程教育，而學生作為工程教育的“產品”，日后勢必會服務于各個行業，作為用人單位對學生的工程實踐能力、創造能力的評價與反饋也尤為重要[2]。目前，高等教育的各個利益相關方：社會、學校、教師和學生，在工程實踐教學中存在著不足。

（一）? 實驗教學內容與社會需求脫節嚴重

新工科背景下，專業的建設將以互聯網和工業智能為核心，以信息、能源、控制等學科為主干，面向未來新產業、新經濟的需求而進行專業建設和改造。新時代新形勢的背景下，傳統的實踐教育在以成果為導向的OBE理念下，有些弊端漸顯。企業到高校去招聘，感覺有些專業似乎都靠得上，但又都靠不實；學生一說都知道，一干就不行；考試成績高分，處理問題能力欠缺。針對工科實踐教學進行分析，目前的工科實踐教學內容多是立足于課程理論知識，對單個或幾個課程理論知識點進行強化和初步應用。理論知識沒有在真槍真刀工程環境中練習應用，而僅僅停留在書本理論。實驗內容簡單，閉門造車，不能充分體現社會需求中的復雜工程問題的綜合性、創新性和挑戰度，無法對學生實踐能力、創新能力和綜合應用所學知識解決問題的能力進行培養和鍛煉。集中性實踐環節相對設置較少，且缺乏深度和廣度，綜合性、系統性、挑戰度不夠。實踐教學環節設置與社會和市場脫離較為嚴重。沒有真正起到從實踐中發現知識，用理論指導實踐，在實踐中強化和發展理論的切實作用。

傳統的工科專業培養的人才模式已不足以應對目前新時代變革，按社會需求建設新專業和改造舊專業，從“適應服務”向“支撐引領”轉變，是新工科的重要使命。新產業、新經濟對人才的需求趨向于綜合化、新型化、多樣化。如果高校實踐教學人才培養模式與企業社會需求相距較遠，所培養的人才就很難滿足企業和社會的實際需求。工程實驗教學改革必須立足于社會需求，體現工程問題的典型性和綜合性[3]。

（二）? 工程實踐教學與學校專業建設模式不同步

目前高校人才培養呈現“重理論輕實踐”“重知識傳授輕能力培養”的現狀，教學體系普遍存在以理論教學為中心，以實踐環節為補充。實踐教學在專業建設中處于從屬地位，實驗教學建設相對滯后，實驗教學理論更為缺乏。隨著我國高等教育從精英教育轉向大眾教育，高校擴張使得學生人數猛增，而對應的實踐教學則呈現實踐教師的配備缺乏，實驗場地、設施、手段和內容陳舊，實驗建設重硬件設備購置輕實驗體系軟實力建設，以及實踐教學過程重建設輕運行維護等矛盾日益突出，學校實踐教學建設硬件好建、軟件不足，缺少教育靈魂、方法、設計。課程教學中以理論課為主干，而把實踐課當成理論課的附屬；教學重心不在于培養學生動手能力和分析問題的能力，而只是加深有關理論課的理解和掌握。實踐教材較為滯后，實踐內容與當代科學發展狀況不相適應。

在新工科建設中，高校專業建設應該從“學科導向”轉為“行業導向”，要從“傳統知識驅動”向“應用驅動”轉變思想，將新工科對工程人才的需求體現在專業的培養目標上，逐步轉變觀念：實踐教學從理論教學的附屬地位中擺脫出來，使之與理論教學并駕齊驅，二者相互促進，成為一個有機的整體[4]。

（三）? 實驗教學發展與教學資源和隊伍不相符

實驗教師隊伍和實驗教學資源是高校新工科實驗教學建設的關鍵，其建設質量直接決定著實驗目標的達成效果和人才培養目標的完成層次。目前學校的專崗實驗教師較少，傳統的工科教學模式“重理論輕實踐”，新進教工多為博士，不愿走實驗崗，實驗教師隊伍發展滯后。實驗教學環節多由專業教師擔任，在實踐教學方法的改進與實踐方面投入的時間精力相對有限。另外任課教師大多從學校到學校，沒有切身經歷企業工程實踐經歷，自身的實驗能力尚有不足。因此急需探索穩定的實驗教學隊伍制度、管理政策和措施，建設一支基礎理論扎實、實踐意識強烈的，并極具職業使命感與責任感的中青年實踐教學團隊，包括學科領域專家、課程教師、專職及兼職實驗人員和企事業單位的專業技術人員。讓實踐教學教師走出去，到企業中去進行必要的實踐鍛煉；同時將企事業單位具有豐富工程實踐的技術專家請進來，對學生言傳身教。

（四）? 工程實踐教育資源形式單一

實驗教學資源和實驗教學體系建設是實施實踐教學改革的出發點和落腳點，不僅是組織形式，更是具體內容的落地。傳統工科實驗組織形式較為單一，實驗內容多圍繞課程理論知識點進行組織，并附有詳細的實驗步驟說明，這種形式為掌握課程理論的知識點組織設置，與行業發展工程需求嚴重脫節。因而建設立體化實驗教材，在以能力為導向的新工科工程實踐教學中尤為重要。該立體化實驗教材需要具有鮮明的學科特色，圍繞專業培養目標，以典型的工程問題為中心，以項目應用驅動為主線，通過視頻交互、虛擬仿真等先進技術立體化呈現設計任務和設計過程，綜合應用各學科、各課程知識，體現分析和解決問題能力。該立體化實驗教材必須進行產學合作，打造一批高質量實驗教學資源。良好的實踐教學基地一方面保證學生有固定的實踐場地和緊貼市場的工程需求任務，使學生在實踐過程中提前接觸社會工作崗位對人才的技術、能力及素養需求，為今后發展打下良好的職業基礎；另一方面有利于基地單位在學生中發現人才，進行技術和人才儲備。因此，探索產學研結合，建設校內外實踐教學基地的運行模式。

（五）? 工程實踐教學與學生能力素養培養脫節

目前高校教學體系普遍存在以理論教學為中心，以實踐環節為補充的問題。這并不符合學生學習“實踐-認識-再實踐”的認知規律。一方面學生對能夠指導實踐的理論知識感到枯燥，學習動力不足，只關注于理論知識的記憶和考核，而不能深入學習、理解、應用理論知識；另一方面學生在學習過程中，無法從實踐中獲得利用理論知識發現新知識、解決新問題的愉悅感和成就感，對自主創新意識的鍛煉也就無從談起。另外傳統的工科教學方式以教師為主體的課程教學為主，實驗設計都是以理論知識點為中心，實驗過程只是對學生進行理論知識的強化和理解及簡單動手操作能力的培養[5]。傳統的實踐教學學生停留在對知識的記憶、理解和消化的淺層次學習上，而對高層次的發現、分析及解決問題的實踐能力、創新能力等缺乏培養和鍛煉。而且實驗教學內容多以單門課程的實驗、課程設計為主，實踐內容多是對知識點的簡單應用或演示，與實際工程問題距離較大，缺少對各門類知識的綜合解決能力的培養和鍛煉。

（六）? 工科實踐教育對能力考核評價未形成閉環

新工科人才培養中強調對學生的實踐能力、創新能力及國際競爭力的培養，而傳統的考核評價體系多是建立在對知識點和知識體系的掌握程度上，并以此對達成度進行評價，評價體系單一。新工科背景下，如何建立人才能力評價體系？建立一套以能力為導向，有據可依并能持續改進的人才評估體系，對新工科人才培養目標的達成至關重要。

二? 新工科背景下工程實踐教育的探索

根據新工科建設要求，高等工科院校應該從“適應服務”向“支撐引領”轉變，以“理論知識為中心”轉向“能力培養為中心”。因此，如何通過具體的實踐教學進行新工科人才核心能力的培養？如何評價人才能力培養成效；如何在培養過程中進行過程性評價并持續改進？這些問題都是探索的關鍵。

工程實踐教學可從社會調研收集的反映復雜工程問題的項目入手，整理項目需求、應用背景和非技術因素約束等，形成具有本學科特色的、典型的、綜合性的實踐課題。實踐課題所設項目不設固定答案，沒有最佳方案，體現高階性、創新性和挑戰度，以學生能力培養為目標，以項目為驅動牽引，采用將學生分為項目組的組織模式構建學習共同體，從而培養學生的實踐能力、創新能力及團隊意識。項目組從立項、設計到實踐、驗收，學生不僅是學習主體，也是項目實施的中心，以項目組為單位圍繞項目需求團結協作，完成方案論證、擇優、實施、驗證、分析與總結等學習內容。實踐教學建立教師、企業導師、研究生共同組成的項目輔導團隊。實踐教學過程中以學生為主體、教師為引導實施，進行過程性管理與評價，并及時反饋改進，建立教師評價、學生互評、企業評價的能力評價方案，對實踐教學能力目標的達成度進行評價，并能依據過程環節中的各類反饋信息，形成持續改進的閉環教學體系。

（一）? 新工科專業工程問題的社會調研

這部分工作是工程實踐教育的出發點，實踐教學指導調研組由行業專家、學者、一線教師和企業負責人等組成。在此專家組的指導下，利用學校及行業專家的影響力、學校及學院校友、知名新產業企業等資源和渠道，從新工科背景下對專業的社會需求，其中包括行業發展現狀與趨勢、人才需求分析，進行廣泛的社會需求調研與分析，對新工科主干專業中的復雜工程問題進行收集、提煉、整理，突出其典型性、綜合性、實戰性。使得工程實踐教學內容立足社會需求，完善新工科背景下工程實踐教學的培養目標。

（二）? 以項目驅動為牽引，制定立體化工程實踐教學體系

本著“厚基礎、強能力、重創新”的教育理念，基于工程實踐培養目標，制定實踐教學體系建設方案。因此需要密切關注新產業、新經濟中涉及學科專業的行業發展趨勢，及時調研總結相關的復雜工程問題，并依據專業培養目標，凝練實踐性、創新性的實驗項目。在此基礎上，整理相關的立體化的以項目驅動為牽引的實踐教學資源，組織相關的實踐教學材料和構建教學任務。

（三）? 借助科研優勢拓展實踐教學平臺

中北大學以服務國防軍工、地方經濟建設和社會發展為目標，形成了各學科鮮明的優勢，聯合政府、省內外眾多國防、軍工及新產業企業和廣大的校友院友力量，校企聯合，打通高校、企業和實踐教學平臺之間的通道，使工程實踐教學平臺的建設與新工科發展要求貼近或同步。利用學科優勢所聚集的技術資源、人才資源、硬件資源、空間資源和經費資源，使得科研平臺服務或拓展為實踐教學平臺提供全方位服務和支撐，保障學生工程實踐能力培養的有效實施。

（四）? 以學生能力培養為目標，建設新工科工程實踐教學的過程實施

1? 建立以學生為中心，團隊協作，線上線下協同教學的實踐教學機制

為保證新工科實踐教學的順利實施，可以采用多團隊分工協作的模式進行。主要分為實踐教學指導團隊、實踐教學資源保障團隊、實踐教學輔導團隊和學生項目實踐團隊。實踐教學資源保障團隊主要由示范中心實驗室管理教師、相關實驗室負責教師及實驗助管人員組成，負責實踐材料準備、實踐環境的運行保障等任務；實踐教學輔導團隊由實踐教學負責教師、相關輔導研究生、相關企業技術負責人組成，負責實驗教學過程的組織、輔導、過程性評價等任務；學生項目實踐團隊為學生根據實踐項目建立的項目實踐團隊，組團原則：組內異質、組間同質，在實踐過程中圍繞項目中的復雜問題開展團隊論證、實踐、驗證、評價及優化等；實踐教學指導團隊由實踐教學專家、指導教師、企業負責人等組成。對整個實踐教學過程、實施模式、目標評價進行指導、監督[6]。

2? 采用線上線下結合的翻轉教學模式，構建實踐教學過程中的學習生態圈

線上教學主要是通過互聯網實踐教學平臺，提供項目需求背景、項目實施講解、可能采用設備及儀器的相關技術指標及操作指導、師生和生生交流、項目階段性成果、學生經驗分享和相關參考資料等音視頻及電子文檔，整個實施過程堅持以學生為中心，主要環節包括各組過程性、階段性成果展示、組內分工、問題討論及組間過程互評、教師團隊指導等，增強組間互動和師生互動，鍛煉學生的協作能力、創新能力，也為多維度考核評價提供數據基礎。

線下實踐教學主要貫徹學生“學中做，做中學”的思路，鼓勵學生在實踐中發現問題、分析問題、解決問題、提煉和消化知識等，理論指導實踐、實踐應用理論，將實踐與理論無縫融合在一起，培養學生的實踐能力和對新需求的適應能力。整個過程采用翻轉教學模式，由學生項目組組織項目的研發全過程，教師輔導團隊退居幕后，主要是項目進程的引導者身份，負責項目任務的提出、基本資料的篩選、實驗過程疑難點的討論與指導和階段性成果的評價等。

3? 利用畢業設計，系統性實施工程實踐教學

項目驅動的實踐教學根據情況還可延伸到畢業設計環節，進一步細化、精煉項目方案。在實踐教學過程中按組開展“我學、我做、我講、我評”，將所學知識內化、應用、講解和評價，真正做到學習以學生為中心。

三? 以能力評價為導向，形成科學合理的實踐成績評價體系和持續改進方案

新工科人才的需求，更加注重實踐能力、創新能力、學科交叉能力等，以項目需求為驅動牽引進行立項、方案論證、設計、實施、驗證、分析與總結等協作完成的學習過程，其創新能力培養遞進模式如圖1所示。

充分激勵實踐教學對學生實踐能力、發現分析及解決問題的能力、創新精神和職業素養的培養，理順理論和實踐的關系，建成理論指導實踐、實踐促進理論的良性循環。

能源、控制、信息類作為新工科背景下的支柱性專業，發展速度日新月異，與之相應的體現專業的發展及應用的復雜工程問題也應與時俱進。因此必須密切關注新產業、新經濟中涉及到的相關專業的行業的發展趨勢，便于及時調研總結相關的復雜工程問題，并依據專業培養目標，凝練實踐性、創新性的實驗項目。在項目實施過程中，隨時整理相關的、以項目驅動的、立體化的實踐教學資源，包括各種形式的文字、圖片、音視頻等記錄信息，后期不僅可以豐富發展立體化實踐教學材料，也可作為能力培養與成績評定的評價依據。如何評價培養成效？必須建立相應的以能力評價為導向的人才評價機制。

建立教師、企業導師、研究生共同組成的項目輔導團隊對實踐過程進行全程跟蹤、指導、評價。可以借鑒市場或公司對產品研發過程的評價方式，從項目優劣性評價、項目管理評價、消費者/同行評價、項目組自我評價和畢業目標達成因素評價等幾個方面來綜合評價，具體探索如下。

1）實踐教學輔導團隊評價。由實踐教學負責教師、相關輔導研究生、相關企業技術負責人等輔導團隊對學生項目實踐團隊的階段性成果和最終成果進行項目實施過程中完整性、高階性、創新性及挑戰度等評價與考核。

2）實踐教學資源保障團隊評價。由實驗室管理教師、相關實驗室負責教師及實驗助管人員等組成資源保障團隊，對學生項目實踐團隊的實踐過程的操作規范性、實踐紀律、職業素養及團隊組織協調等素養方面進行評價與考核。

3）學生項目實踐團隊組間評價。其他項目實踐團隊以消費者或同行身份對某項目實踐團隊的階段性成果或最終成果進行評價與考核，進行類似市場的產品評價與檢驗。

4）學生項目實踐團隊組內評價。作為一個項目管理團隊，由團隊內部成員對組長和小組成員在實踐過程中的綜合能力進行評價，得到每個成員各自的團隊評分。以上四個方面的評價按照權重綜合，最后得到等級成績。

5）支撐畢業目標達成度因素評價。在分組實訓環節中，能夠順利組建團隊，分工明確，友好協作，具有團隊意識；同時能夠在整個項目開發的過程中考慮成本、時間、資源，進行可行性分析，并在資源和成本間做到平衡。依據工程教育認證，最終實現創新意識、環境影響評價、項目管理實踐等非技術因素的畢業目標達成。

綜上，結合各方反饋意見，進行持續反饋改進，建立科學合理的實踐成績評價體系和持續改進方案。

新工科下工程實踐教育體系的構建和實現，是以學生為主體，以學生能力培養為目標，以項目需求為驅動牽引進行方案論證、擇優、實施、驗證、分析與總結等協作完成的學習過程。過程中立體化教材體系的構建不可能一蹴而就，項目方案的實施與評價體系也需要在反饋中才能不斷完善。新工科背景下工程教育創新有方向，但需要不斷更新、與時俱進，永遠在路上，才能走在時代的前沿。

參考文獻：

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[3] 王武東，李小文，夏建國.工程教育改革發展和新工科建設的若干問題思考[J].高等工程教育研究，2020（1）：52-55，99.

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