基于能力培養(yǎng)的《工程技術(shù)綜合實踐》課程項目設(shè)計研究

鄭勐 張曉暉 黃軍勤 劉瑋 張紅勇 徐瑾

摘要：如何培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，是工程教育專業(yè)認證的重要指標(biāo)。通過長期的教學(xué)實踐，探索了《工程技術(shù)綜合實踐》課程在學(xué)生能力培養(yǎng)過程如何更好地發(fā)揮作用，以及項目設(shè)計環(huán)節(jié)對學(xué)生培養(yǎng)的重要性，并從項目涉及知識點的寬度、深度以及項目的可持續(xù)制作性方面做了較詳細的論述，對項目持續(xù)性改進也做了相應(yīng)的探討。

關(guān)鍵詞：工程專業(yè)認證;項目驅(qū)動教學(xué);復(fù)雜工程問題;能力培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）11-0175-03

一、前言

工程教育專業(yè)認證是目前我國高校中的一件大事，“以學(xué)生為中心”、“以目標(biāo)為導(dǎo)向”和“持續(xù)改進”這些基本理念，是當(dāng)前國際教育發(fā)展的趨勢，也有力地推進我國高校工科專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)。工程教育專業(yè)認證的指標(biāo)明確提出：通過工程教育認證專業(yè)的畢業(yè)生，“能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素”，如何培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力，各學(xué)校各專業(yè)在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中都有不同的做法，也取得了不菲的成績?！豆こ碳夹g(shù)綜合實踐》是一門基于項目驅(qū)動教學(xué)的綜合性實踐課程，運用既有獨立又有統(tǒng)一的綜合項目式教學(xué)手段，使學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)中體驗完整的工程經(jīng)歷。十多年的教學(xué)實踐證明，該課程在培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題”能力方面，發(fā)揮了較大的作用，對專業(yè)認證給予了有力支撐。

二、課程簡介

1.項目驅(qū)動教學(xué)。項目驅(qū)動教學(xué)（Project Based Teaching）方法是一種建立在建構(gòu)主義（Constructivism）教學(xué)理論基礎(chǔ)之上的教學(xué)法，同時也是CDIO（Conceive、Implement、Design、Operate，即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行）理念所倡導(dǎo)的教學(xué)模式，它的基本做法就是師生在共同實施一個完整的“項目”過程中，逐步深入、全面展開教學(xué)活動，通過共同探究問題和幫助學(xué)生探索解決問題的方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和解決問題的能力。

2.《工程技術(shù)綜合實踐》課程。《工程技術(shù)綜合實踐》是一門以學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)并且較完整體現(xiàn)了建構(gòu)主義教學(xué)理論的實踐課。學(xué)生以項目組的形式在規(guī)定學(xué)時內(nèi)完成一個從項目設(shè)計、制造到裝配調(diào)試的完整過程。在項目實施過程中，強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、項目的社會性、工作的情境性和同學(xué)之間的協(xié)作性。課程實施過程體現(xiàn)了老師相互配合指導(dǎo)、學(xué)生團隊協(xié)作、相互學(xué)習(xí)的團隊精神，始終貫穿“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”、“學(xué)生是知識的創(chuàng)造著”等“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，利用項目驅(qū)動教學(xué)法中“邊問邊做，邊做邊學(xué)、做中學(xué)習(xí)、學(xué)中制作”的教、學(xué)、做三位一體的優(yōu)勢，在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力上進行了有益的探索，也體現(xiàn)了建構(gòu)主義理論基本思想。課程構(gòu)架及流程如下頁圖1所示?？梢钥闯?，在整個項目完成過程中，學(xué)生始終處在積極主動的狀態(tài)，教師則是隨時掌握項目的進度并控制好時間，指導(dǎo)學(xué)生按時完成。

三、項目的設(shè)計

《工程技術(shù)綜合實踐》課程教學(xué)過程是以學(xué)生為主體、以工作過程為導(dǎo)向、學(xué)生為了解決問題而自主獲取知識的過程，課程以項目的形式進行，項目是培養(yǎng)學(xué)生各種能力的載體，好的項目是教學(xué)目的實現(xiàn)的關(guān)鍵。如何在項目中貫穿“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，如何將各專業(yè)不同的知識點融入到相應(yīng)項目中，知識點的多少和深淺是否合適，學(xué)生的創(chuàng)新能力如何培養(yǎng)等都是考量項目設(shè)計是否成功的關(guān)鍵。同時在項目設(shè)計的初始階段，還需考慮通過對設(shè)計項目的完成過程，培養(yǎng)學(xué)生整體設(shè)計能力，查詢資料的能力、學(xué)習(xí)新知識的能力、創(chuàng)新能力、文檔的撰寫和整理能力、團隊協(xié)作能力以及和外界進行技術(shù)溝通能力等，將知識的獲取和能力的培養(yǎng)貫穿于整個項目教學(xué)的過程體驗中。這些知識點的掌握和能力的培養(yǎng)，需要通過項目完成的哪些環(huán)節(jié)、哪些過程以及學(xué)生的哪些體驗完成？保證措施、考核辦法和考核標(biāo)準是什么？這是項目驅(qū)動教學(xué)能否達到預(yù)設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵，也是該教學(xué)方法的精髓。指導(dǎo)老師必須事先設(shè)計和安排好相關(guān)的內(nèi)容和環(huán)節(jié)。因此，如何在項目實施過程中達到教學(xué)目標(biāo)、如何很好地培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題”能力，項目設(shè)計是值得深入探索和研究的重要問題。

1.項目涵蓋知識點內(nèi)容的廣度設(shè)計。項目的廣度設(shè)計應(yīng)充分體現(xiàn)不同學(xué)院、不同專業(yè)學(xué)生的特點以及專業(yè)的知識點，結(jié)合各行業(yè)的現(xiàn)狀，設(shè)計具有現(xiàn)實意義或者和工程實際問題直接相關(guān)的項目，充分體現(xiàn)不同專業(yè)、不同學(xué)科的交叉融合。但是如何體現(xiàn)多學(xué)科交叉融合、融合到何種程度、怎樣融合？則必須符合學(xué)生的實際情況。例如，有機械學(xué)科、控制學(xué)科、計算機學(xué)科和工業(yè)設(shè)計學(xué)科的四名學(xué)生為一組共同完成一個項目，項目如何設(shè)計？經(jīng)過思考，以制作一臺自動送料并具有檢測計數(shù)功能的裝置為例，機械設(shè)計和工業(yè)設(shè)計的學(xué)生可以設(shè)計機構(gòu)、外形制作，控制和計算機的學(xué)生可以完成控制和計數(shù)功能設(shè)計制作，最后通過接口完成整機的裝配調(diào)試，學(xué)生之間通過溝通、協(xié)商、合作共同完成項目，達到學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)、互相幫助、相互促進、相互影響、共同進步的目的。再比如控制、機械、管理、應(yīng)用物理的學(xué)生共同完成了“小型風(fēng)洞”模型項目，整個過程有條不紊，結(jié)果非常理想。再如：藝術(shù)、應(yīng)用物理、控制和管理的學(xué)生組成的小組，完成了城市十字路口交通紅綠燈控制模型，不但有紅綠燈的控制，還有道路、路燈、草地、樹木花草等模型展示，增加了項目的展示度和觀賞性。通過對學(xué)校機、電、材料、水利、土木、印刷包裝、管理、人文、社科、藝術(shù)等專業(yè)的調(diào)研，了解各專業(yè)工程能力培養(yǎng)的要求，設(shè)計包含不同專業(yè)知識點的綜合項目，增加項目綜合性，體現(xiàn)學(xué)科的交叉融合。同時結(jié)合產(chǎn)業(yè)和社會的技術(shù)需求，進行復(fù)雜工程項目設(shè)計，強調(diào)各專業(yè)知識綜合應(yīng)用。但是項目的寬度需要考慮學(xué)生的實際情況，涉及的學(xué)科知識過多，學(xué)生完成項目困難較多，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性的發(fā)揮，造成項目實施過程困難，甚至導(dǎo)致最后無法完成。如果涉及的學(xué)科沒有包含組內(nèi)全部的組員，會造成部分學(xué)生無事可做或者組員之間工作量嚴重不平衡，影響學(xué)生的積極性，這也不符合課程的初衷。通常情況下，一個項目涉及的學(xué)科不超過3個，學(xué)生最好包含工、理、管。

要設(shè)計一個針對不同的專業(yè)、不同的學(xué)科、不同的年級學(xué)生組成的團隊能完成的項目，老師必須做足功課，對專業(yè)要求做到心中有數(shù)。一個教師指導(dǎo)小組人數(shù)是有限的，老師的專業(yè)知識也是有限的，這就需要發(fā)揮整個教師團隊的協(xié)作精神，對題目認真審核，指導(dǎo)過程中相互幫持，共同完成學(xué)生指導(dǎo)，這也是教師團隊協(xié)作的體現(xiàn)。

2.項目涵蓋知識點內(nèi)容的深度設(shè)計。如何準確把握項目的難易程度，是一個很有技術(shù)含量的問題。針對選課學(xué)生多數(shù)為大學(xué)二年級下學(xué)期和大學(xué)三年級上學(xué)期的情況，結(jié)合部分專業(yè)基礎(chǔ)課已經(jīng)開設(shè)而專業(yè)課還沒有接觸的現(xiàn)實，在題目難易度上基本遵循只要努力就能完成的原則。項目難度過大，造成學(xué)生從內(nèi)心產(chǎn)生膽怯，失去信心，不干而退。沒有難度，學(xué)生會輕松完成，達不到設(shè)定的教學(xué)目的和教學(xué)目標(biāo)。通常項目會單項設(shè)定最低難度，縱深不設(shè)定，最大化發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，而對于主動性較差的學(xué)生，也能夠通過努力而完成項目。例如項目中如果有機構(gòu)設(shè)計，可以建議學(xué)生采用常見的機構(gòu)，如曲柄滑塊機構(gòu)、四連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等。而在設(shè)計控制方法時，老師會指導(dǎo)學(xué)生盡可能選用常用芯片和傳感器，旨在使學(xué)生設(shè)計過程中有困難時，方便資料查詢，也可以將這些機構(gòu)組合實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。通常情況是，項目的難度由簡到難，漸次推進，當(dāng)學(xué)生完成到規(guī)定工作量時，就可以認為已經(jīng)達到目的，有能力的學(xué)生可以繼續(xù)深入學(xué)習(xí)。

3.項目的持續(xù)性設(shè)計。對于項目的設(shè)計，還應(yīng)該考慮持續(xù)性進行。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，項目的數(shù)量雖然在年年增加，但隨著時間的延續(xù)，學(xué)生制作必然存在較多的重復(fù)，不同時間的學(xué)生在重復(fù)完成同一個項目，造成老師教學(xué)中缺乏激情和創(chuàng)新意識，影響教學(xué)的主動性。同時，多年的制作積累，也會使學(xué)生模仿往屆學(xué)生的設(shè)計而懶于思考。在多年的教學(xué)實踐中，發(fā)現(xiàn)有不少學(xué)生在完成項目的過程中，表現(xiàn)出極強的主動性，不但可以順利完成老師規(guī)定的內(nèi)容，而且依靠開放的媒體課程學(xué)習(xí)，完成更深層次的內(nèi)容開發(fā)，甚至是老師設(shè)計項目時沒有考慮到的深度。

如何利用和開發(fā)學(xué)生的這種積極性？如何在教學(xué)過程中充分體現(xiàn)“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”、“學(xué)生是知識的創(chuàng)造者”的教學(xué)理念？如何體現(xiàn)“以學(xué)生為主體”的教學(xué)思想？通過多年的摸索和探究，依托開放的項目庫和計算機信息化管理平臺，學(xué)生可以查閱往屆學(xué)生完成項目和教師指導(dǎo)的全部資料，使之在已完成項目的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，將前期學(xué)生完成的不同功能的項目進行擴展和集成，形成更大的、更新的項目，體現(xiàn)“學(xué)生是知識的創(chuàng)造者”、“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，深度發(fā)掘?qū)W生對知識和技能學(xué)習(xí)的自主性。在這類項目設(shè)計初始，老師可以和自己的研究方向掛鉤，指導(dǎo)學(xué)生更有目的性和主動性。

四、項目的改進機制

十幾年的教學(xué)實踐證明，作為以項目驅(qū)動教學(xué)模式開展的《工程技術(shù)綜合實踐》課，項目承載了培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的重要功能，為本科教學(xué)評估和專業(yè)認證給予了有力的支持。但是該課程選課學(xué)生數(shù)量多，教師指導(dǎo)工作量大，任務(wù)重，為了避免項目設(shè)計的不完善，每一個下發(fā)給學(xué)生的項目都要經(jīng)過教師組的討論和嚴格的審核，為了持續(xù)改進教學(xué)模式，采用了以下三種措施：⑴在項目實施過程中，教師根據(jù)學(xué)生的情況經(jīng)過申請可以調(diào)整項目內(nèi)容，管理人員通過對學(xué)生的問卷調(diào)查了解項目的難易，對后續(xù)改進提供參考;⑵在項目完成后，聘請校內(nèi)校外專家、企業(yè)人員組成的考核組對作品進行評比，幫助老師改進教學(xué)，診斷項目實施過程中存在的問題，鼓勵教師不斷改進原有項目的內(nèi)容，不斷增添新項目以豐富項目庫;⑶跟蹤調(diào)查參加過該課程學(xué)習(xí)的學(xué)生，了解課程對學(xué)生工作能力的影響因素，為教師的教學(xué)提供幫助。通過教學(xué)循環(huán)過程中外部因素的介入和內(nèi)部環(huán)境的改善以及課程的不斷成熟，使該課程變得更有活力和生命力，對學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，發(fā)揮更大的作用。

五、結(jié)束語

《工程技術(shù)綜合實踐》是對學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的一種有益嘗試，是一門不斷改進、不斷完善的課程。隨著工程教育認證工作的持續(xù)展開和新工科建設(shè)的深入進行，打破教學(xué)過程中的專業(yè)界限，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，注重學(xué)科交叉融合，立足素質(zhì)教育，加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)，突出綜合性、整體性、系統(tǒng)性的思維訓(xùn)練必然是綜合實踐課程發(fā)展的必由之路，也是大學(xué)教育課程改革的方向。

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Project Design and Research for "Engineering Science Combination and Practice" Course Based on the College Student's Ability Cultivation

ZHENG Meng，ZHANG Xiao-hui，HUANG Jun-qin，LIU Wei，ZHANG Hong-yong，XU Jin

（Engineering Training Center，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

Abstract：Engineering Education Accreditation System requests cultivating the student's ability to solve the more complex and difficult engineering problems clearly.According to the course - "Engineering Science Combination and Practice" – we research and improve teaching continuously in long time from （i） how to ensure this course get the more significant achievement for student's actual ability;（ii） project middle processes setting and their influence to students;（iii） wide range of knowledge，degree of difficulty，sustained development and improvement.

Key words：Engineering Education Accreditation System，Teaching by proper project，Complex and difficult engineering prob，lems Ability Cultivation