新工科視域下情境化工程實踐教育教學探索

作者簡介：王飛（1977—），男，碩士，天津職業技術師范大學副教授，研究方向為工程實踐教學、實訓室建設。

基金項目：2023年天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃重點項目“基于‘三全育人’的工程實踐教學育人體系的研究與實踐”（編號：A231006602）；2021年教育部第二批國家級職業教育教師教學創新團隊研究項目“新時代職業院校高端裝備專業領域團隊教師教育教學改革創新與實踐”（編號：ZH2021020201）

摘要：在新工科視域下，從工程實踐教育教學內涵出發，以工程實踐創新項目（EPIP）為基礎，構建基于學習情境、實踐情境、挑戰性情境的多層次情境化工程實踐教育教學體系，設計情境化工程實踐教育教學項目，解決了教學情境設計缺乏系統性、教學內容需求錯位、實踐教學挑戰度低等問題。通過教學實施的探索，人才培養取得顯著成效，為高端應用型人才的培養提供參考價值。

關鍵詞：新工科；情境化；工程實踐教育

中圖分類號：G710" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1672-5727（2024）05-0077-06

黨的二十大報告提出要加快建設國家戰略人才力量，努力培養造就更多大師、一流科技領軍人才和創新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才。為響應新一輪科技革命與產業變革的挑戰，滿足創新驅動發展等國家戰略目標的需求，高等教育提出了“新工科”建設理念，為新時代工程教育改革提供了新視角。工程實踐教育作為高等教育的重要內容，是提高大學生工程實踐能力的關鍵，也是培養急需應用型人才的著力點。當前，新工科在育人方面已取得了一定成效，但如何有效構建面向高素質應用型人才培養的教育理念及教學模式，仍是改革的難題。盡管高等教育已逐漸以教師為中心轉向以學生為中心，并且采用實驗探究式、案例研究式等教學模式促進學生實踐能力、工程素養和勞動精神的培養，但在工程實踐教育中，這些教學模式仍存在一些問題，例如，固化的傳統教學理念、孤立封閉的實踐教學情境、低階同質化的教學項目和流于形式的學習評價。這些問題使得現代工程實踐教育無法全面滿足高端應用型人才素質能力的培養需求，也無法應對工程教育升級轉型的需求。

為解決這些問題，天津職業技術師范大學在工程實踐教育教學中，建立了基于新工科教育理念、以EPIP（Engineering， Practice， Innovation and Project）教學模式為引領的情境化工程實踐教育教學模式。通過重塑教學體系，引入更系統且貼近實際工程情境的教學方法，增強學生對復雜工程概念的理解和把握，為課程改革提供參考。

一、新工科視域下工程實踐教育教學內涵的演變

新工科為高等工程教育的改革探索提供了全新的視角和中國方案。其理念為，以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設宗旨，主張繼承與創新、交叉與融合、協調與共享的原則，培養未來多元化的創新型人才。因此，新工科背景下的工程人才培養目標應面向未來，適應變化[1]。相比傳統工科人才，高素質應用型人才不僅需要具備工程實踐能力和創新能力，還應具備解決復雜工程問題及跨學科融合的能力。新的人才培養目標的變化，決定了工程實踐教育的內涵也發生顯著的變化。

一是培養跨學科合作能力。新工科注重跨學科的融合與合作，要求應用型人才具備與其他學科領域進行有效合作的能力。因此，工程實踐教育要打破學科知識的自我隔離，鼓勵學生參與跨學科合作項目，培養學生的跨學科思維和團隊協作能力，拓寬知識視野。

二是提升解決復雜工程問題的能力。新工科強調要回應復雜多樣的現實問題，培養具備綜合能力和全局觀的應用型人才[2]。為此，工程實踐應融合學科、技術、創新創業要素，以提升學生的綜合能力和思維，加深學生對技術的理解與應用，以應對復雜工程問題情境并解決實際問題。

三是增加人文要素的考量。新工科亦強調社會責任感的培養、關注社會可持續發展和道德倫理的問題。因此，工程實踐教育需要重視培養學生的社會責任感，鼓勵學生利用技術協助解決社會問題，滿足快速變化的社會需求。

二、工程實踐教育教學模式面臨的問題與挑戰

工程實踐教育教學的目標是通過實踐操作讓學生理解產品制造全過程[3]，建立工程概念，培養工程意識和實踐能力，同時具備多學科知識融合的能力[4]，為后續課程、畢業設計、學科與創新競賽奠定基礎。然而，我國高等院校的工程訓練中心（實訓中心）多數由金工實習工廠轉變而成，組織結構和運作模式大多存在固化現象。特別是在新工科背景下，工程實踐教育教學的內涵建設缺乏主動革新，導致出現人才培養同質化、與行業關聯度低、項目缺乏系統性和工程性、教學情境功能狹窄等問題[5]。顯然，這種運行理念和路徑難以滿足培養解決復雜工程問題和具備綜合素質的現代工程人才的需求。

（一）教學情境設計缺乏系統性，知識傳授與技能、素質培養呈碎片化

在我國大部分高等院校中，工程實踐教育教學課程（例如金工實習）往往以加工鴨嘴榔頭作為主要項目。此項目對車工、鉗工知識和技能的學習有良好促進作用，但是實踐內容較為獨立，系統性不強。此類課程并未實現由簡單的學習情境到學科拓展、行業融合、知識迭代等全面發展的學習情境轉變，難以承載工程的復雜性和整體性，導致學生解決真實工程問題的能力不足。

此外，還存在教學實踐時間和空間過于封閉、問題情境關聯不足的問題。在固定時間、固定場地（車工、鉗工實訓場地）進行加工實踐訓練，兩種訓練以垂直關系存在，缺乏橫向關聯。這使得學生在完成實踐項目時難以建立有效的問題情境，難以激發學生優化解決問題的方法，導致知識傳授、能力培養和價值塑造三者之間的協調發展難以實現。

（二）教學內容需求錯位，知識與技能的整合和進階發展不足

1.教學內容與企業生產實際需求的脫節

高等工程實踐教育的價值是向社會輸送高端應用型人才。然而，部分高校尚未秉承這一培養原則，導致與工程實踐課程相伴的教學內容和教學形式長期未改變。以至于傳統課程內容創新性不足，難以與現代企業發展緊密關聯，與智能信息化的生產加工工藝也難以對接，教學資源與實際工程需求和科技發展出現嚴重脫節。這樣的結果使得大量“同質化人才”無法全面滿足現代企業發展需求，從而削弱人才培養的競爭力。

2.教學內容缺乏深度探究情境設置

目前，基礎知識學習與實踐操作的時間比重過高，大部分學生在模仿教師的操作進行實踐，但在獨立思考、自主解決問題的能力及團隊協作能力方面表現不佳。另外，課程體系中關于人文、管理等內容體現不足，工匠意識、環境意識、工程倫理和管理知識等綜合素質培養同樣欠缺，致使技能和情感的同步發展難以達成[6]。

（三）實踐教學挑戰度低，缺乏對實際問題有效分析和反思訓練

由于教學內容設置的難度較低，學生往往將工程實踐課程簡單地視作理論與實踐相結合的課程。實踐教學內容沒有凸顯出新工科背景下實踐課程任務的復雜性，特別是忽略了真實工程問題、項目管理、成本核算等教學內容，導致學生缺乏解決真實工程問題所需要的能力。同時，教學內容也未能塑造全局性的大工程視野，學生的工程實踐綜合能力的培養有待提高。盡管教學評價已將過程性評價和終結性評價相結合，但由于缺乏成型的閉環設計，導致學生在目標設計、實施、評價到改進的全過程中難以形成整體意識。也就是說，學生在實際問題的分析、實施和反思方面的系統訓練不足，使得知識轉化能力過程的成效有限[7]。

三、情境化工程實踐教育教學體系的重塑

EPIP教學模式，融合了工程化、實踐性、創新型、項目式的特性，是中國特色職業教育的理論研究和教學實踐成果，以解決工程問題為指向，旨在培養學生對知識的實際應用能力和創新思維。EPIP國際教育聯盟自2017年成立以來，已經吸引了60多所職業院校加入。EPIP模式以工程項目任務為主線，強調學生在實踐中主動獲取知識，幫助學生提升解決實際問題的能力。

在新工科理念和工程教育專業認證思想的指導下，天津職業技術師范大學工程實訓中心在深入研究EPIP教學模式的基礎上，建立了“情境化工程實踐教育教學體系”。該體系在工程實踐教育教學中已形成一套穩定的教育教學活動策略方法、結構框架和活動程序，旨在改善當前工程實踐教育教學的痛點，深度探討新工科“情境化”對學生學習效果的影響，致力于提升學生的工程實踐綜合能力和素質。

（一）情境化工程實踐教育教學體系

工程實踐教育教學中的綜合性應用知識、多元化物理環境空間和多階段實踐活動決定了工程實踐情境必然是多層次和結構化的復雜情境。新工科教育要求學生應用跨領域的知識、技能、方法和思維解決復雜工程問題。因此，現代工程實踐情境設計必須轉向結構關聯的、跨領域的知識和方法，而非簡單垂直堆砌的多個情境。為此，為了把學生培養成具有交叉學科知識和綜合能力的人才，設計了由學習情境、實踐情境和挑戰性情境組成的情境化工程實踐育人平臺（見圖1）。通過多層次、多場域的教學情境共同體建設和教學活動設計，遵循資源共享和信息交流的原則，形成一個完整的、交叉互通的工程實踐教學體系。

1.學習情境

學習情境強調基于實踐的工程環境，培養學生的基礎理論、技術和技能。通過工程現場教室、通用機床設施、加工工具及技術互動環境等資源，深化學生對理論與實踐的融合理解。在參與和互動的過程中，學生通過理論學習、實踐操作，接觸實際工程問題，掌握工程項目的運作機制，提高工程素養和解決問題的能力。

2.實踐情境

實踐情境旨在根據學科的主要觀念和核心問題構建實踐環境，強調學生團隊的主體性及跨領域合作的工程實踐場景。通過提供必要的物理環境、導師指導、項目評價標準等資源，培養學生的合作精神、跨領域知識學習能力和綜合能力。同時，重視工程實踐的社會價值和影響，以培養學生的社會責任感和道德意識[8]。

3.挑戰性情境

挑戰性情境是注重構建富有挑戰性、創新性和綜合性的工程情境，主體為學生團隊，包括學科競賽或校企融合生產情境（項目）。通過設定具有挑戰性的學科競賽或校企融合的實踐項目，提供必要的物理環境、比賽場景、評價標準等資源。參與綜合性實踐項目能激發學生整合多領域知識，增強跨學科協作，提升綜合素養，培養創新思維和協作能力。其中，具有挑戰性情境包括崗位工作場景模擬、生產工作過程再現和學科競賽實施。

（二）情境化工程實踐教育教學項目設計

情境化學習的實施以教學項目為載體，主要關注兩個關鍵任務：一是使學生體驗復雜情境，以促進能力素質的建構；二是實現學生與工程情境的多元互動，以促進學生主動參與。為實現此目標，需構建科學的項目實施流程，對流程模塊進行結構化處理，確保情境有序展開和演化，以促進學習者與情境的深度互動。

1.工程實踐教育教學項目實施流程

以新工科理念和EPIP模式為引導，設計基于情境化工程實踐項目式的閉環流程（見圖2）。首先，根據行業需求、學生層次和同等院校的培養經驗，明確定位和需求，建立人才培養方案。然后，選擇實際工程情境，制定項目任務計劃和評估方法，根據結果反思并調整教學策略。需要強調的是，在學生學習的全過程中，應“最大化地利用”情境中的信息和因素來推動學習，因為學習是在具體情境中進行的。在這樣的情境下，學生通過多種途徑拓寬視野和提升素養，并轉向更加廣闊的情境場域進行探索。

2.創設以學生參與為中心的問題情境

為了充分激發學生的學習潛力，如表1所示，創設了具有層次性、系統性和綜合性的問題情境（項目），并設置了激發學生關聯情境的興趣探索點。在此環境下，學生需聯系已獲得的知識和能力，處理潛在的沖突。通過不同場景的學習，以應對多樣的挑戰和情境，進而推進其綜合能力的發展，實現最大程度的學習效益。

四、情境化工程實踐教育教學實施

情境化工程實踐教育教學設計的實施需要對多個環節進行深入探索和討論，包括工程項目創設、教學方法、“教”與“學”的互動方式、教學實踐及評價模式。

（一）情境化工程項目的創設

創設具有挑戰性和綜合性的工程項目，促進“教”和“學”互動，是教學順利實施的關鍵。工程項目的開發應體現工程性、實踐性、創新性和真實性的特征。對于如何緊密地將日常教學與實際生產環境結合起來這一關鍵問題，可以將工程實踐項目和生產環境引入課堂，引導學生參與真實工程項目，在實踐中提出見解、策略并解決問題。以天津職業技術師范大學“金工實習”課程為例，結合學生能力發展規律、校企協同育人觀點和學科競賽需求，學生需要完成真實工程任務。例如，將傳統“一把榔頭打天下”的工程項目轉變為線性軌跡操控裝置。該工程項目由軸類、套類、平面類和鈑金類零件組成，涉及鑄造、熱處理、車工、銑工、鉗工和裝配等加工工藝。在這樣深度參與實際情境化任務和跨領域學習過程中，學生可以從多個領域和工程環境中獲取實踐經驗和技能。通過團隊合作和交流，學生能夠共同解決問題，從而提高解決問題的能力、綜合能力和團隊合作精神。

引入工程實踐項目代替傳統封閉式訓練，建立由簡單到復雜的工程情境和載體，能夠有效地、完整地培養學生解決復雜問題的能力。另外，在項目實施過程中，加強了人文素質的培養。一是提高學生的思想道德水平，強化社會責任感，塑造正確的人生觀、價值觀和道德觀；二是拓展思維，開拓視野，提高創新能力；三是強化對制造業的認同感，培養工匠精神和質量意識。

（二）交叉性綜合能力的培養

項目實施階段關鍵在于培養學生的實踐能力，使其能夠熟練操作設備和工具，并建立全面的專業知識體系。學生需運用所學專業知識解決工程問題，增強工程認識，并提升獨立獲取信息、團隊協作和創新的能力。此外，該階段注重跨學科交融，強調在解決問題時綜合考慮環保、工程安全、法規、生態和節能技術等多個領域的融合。

例如，在“金工實習”課程中的線性軌跡控制裝置工程項目全面訓練了學生的綜合技能，并應用了工程、環保、創新等多學科交叉的理念。運用“項目實戰—新知識點—情境案例—深度探索—解決問題”的方法，全面激發學生主動參與的積極性。項目實踐過程包含以下幾個步驟：一是掌握工程制圖的知識、方法和規則（理論基礎學習）；二是準備毛坯并明確其特點、用途及經濟性（材料準備）；三是編制完整加工工藝方案，考慮工程安全和節能技術，確保方案的可持續性和環保性（方案制定與環保意識）；四是進行多場域、多技能的訓練與創新實踐（技能訓練與創新）；五是實施裝配工藝過程（裝調處理）；六是展示成果并交流答辯（展示表達）。

工程項目的實施環節，強調為學生提供多樣化的學習環境，包括智慧教室、實踐中心（車、鉗、銑綜合車間、智能制造工廠、技術體驗中心）及工程項目現場等。整個訓練過程中，學校與企業緊密合作，致力于情境化的學習。學生在真實企業環境、工程背景中，可以開展多樣的工程實踐和反思、實踐與比較，不僅提高了綜合能力，更能使其對該行業企業的先進管理制度和運行模式有更深入的了解。

（三）創新訓練及學科競賽的實踐推進

創新訓練與學科競賽是構成培養學生創新能力和拓展思維的重要環節。在人才培養過程中，不僅要培養學生實踐能力，也要鼓勵學生吸納新觀念，構建新型知識構架，著重培養創新精神和創新能力[9]。以線性軌跡操控裝置為例，作為自動運動機器的前端裝置，它為學生提供了創新的契機。學生可以創新設計并制作后端輸出結構，進而形成完整、創新的運動機械裝置。從教學角度看，這個過程鼓勵學生根據研究興趣組建團隊，以產品創新設計為目標，在教師的指導下，全面提升設計、創新和團隊溝通等能力，探索工程技術的未知領域。

針對地方高校學生創新能力培養平臺缺乏問題，學校建立了大學生創新創業基地，包括大學生創新工作室、創客工場，引入前沿技術和應用場景。例如工業4.0、物聯網等，推動創新創業活動開展，組織學生參加機械創新設計大賽、大學生工程實踐與創新能力大賽等創新競賽，旨在拓寬思維，培養學生具有不同視角觀點和行動能力，貫徹了“知行合一、創新實踐”的新工科理念，也凸顯了EPIP教學模式的核心價值。

（四）教學評價的標準和指標選擇

教學評價應涵蓋學生表現、操作規范、加工過程和作品的全方位內容（見表2）。評價方法包括學生自評、互評及教師評價等多個維度，全面衡量學生對于培養目標的達成度。通過評估學生在解決實際問題中展現的創新能力、團隊合作和溝通能力，從而評判學生的綜合素質和能力水平。在評價過程中，讓學生進行自我評估與反思，有助于發現并克服學習上的問題，實現自我提升。另外，通過引導自我評估和交流討論，增強學生對知識、能力和價值的深度理解與能力發展。

（五）實踐教學效果

經過四年的探索和建設，天津職業技術師范大學在工程實踐教學中實施情境化教學模式，取得了顯著成效。在人才培養需求的指導下，工程實踐教育教學項目設置的比例向綜合性（40%）、創新性（10%）傾斜，以更好地培養學生解決復雜工程問題的能力。利用國家級實驗教學示范中心的優勢，學生在情境化技術體驗中心進行綜合操作、分析和解決問題，深化了學生對知識的理解并將其應用于實際工程設計與實施。學生主動參與教師課題，協助教師研發零部件測繪實訓裝置、物聯網4G遠程智能閥門控制器等7種設備，并成功解決了企業難題、教學與產業需求脫節等問題，在校內推廣并取得積極影響。另外，通過交叉學科綜合實踐訓練，學生在科技創新和競賽方面取得了顯著成效，成立6個創新工作室、7個創客團隊，獲得171項國家級和省部級獎項。特別是在全國大學生工程訓練綜合能力競賽中，一直保持全國領先水平。

天津職業技術師范大學緊密結合新工科“融合發展”的理念，采用EPIP作為指導思想，構建了情境化工程實踐教育教學模式，注重將學生置于真實的工程情境中，為學生提供全面的、全方位、全過程的工程實踐教育訓練，推進專業、素質、能力融合，為應用型人才培養提供了新范式。

參考文獻：

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[5]王鄭旭.世界一流高等工程教育的現狀、前景與變革路徑[J].上海教育評估研究，2023（2）：68-73，79.

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[8]徐國勝，田永軍.“大思政”格局下工程實踐教育教學課程思政探索與實踐——以“機械制造工程師”課程為例[J].職業教育研究，2022（4）：72-77.

[9]李明.美國高校工程教育持續質量改進機制研究[J].高等建筑教育，2023（2）：20-27.

（責任編輯：任學甍）

Exploration of Situational Engineering Practical Teaching

under the Vision of New Engineering： Taking Tianjin University of

Technical and Education as an Example

WANG Fei

（Tianjin University of Technology and Education， Tianjin 300222， China）

Abstract： From the perspective of new engineering， starting from the connotation of engineering practice teaching， based on the Engineering Practice Innovation Project（EPIP）， a multi-level situational engineering practice teaching system based on learning situation， practice situation and challenging situation is constructed， and the situational engineering practice teaching project is designed， which addresses the issues of lack of systematization in teaching scenario design， misalignment of teaching content needs， and low challenge level in practical teaching. Through the exploration of teaching implementation， significant achievements have been made in talent cultivation， providing significant reference value for the cultivation of high-end applied talents.

Key words： new engineering; situational; engineering practice education