基于新工科的知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新一體化培養(yǎng)教學(xué)模式探討

孫康寧　于化東　梁延德

摘 要：如何加快知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化，是大學(xué)教學(xué)研究面臨的重大問(wèn)題。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和工程實(shí)踐訓(xùn)練過(guò)程相互分離，流水線式教學(xué)模式很難打通知識(shí)與能力之間的界面障礙，不利于促進(jìn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。為此，本文對(duì)“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”系列課程體系、基本要求進(jìn)行重構(gòu)，提出將知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新（KAPI）一體化培養(yǎng)的教學(xué)方式，并進(jìn)行了初步實(shí)踐。相關(guān)研究工作作為重要組成部分，獲得了2018年國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。

關(guān)鍵詞：新工科;一體化培養(yǎng);教學(xué)方式改革;工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ);工程訓(xùn)練

一、引信

眾所周知，相較于傳統(tǒng)工科，新工科內(nèi)涵、理念、模式、內(nèi)容、方法、范式等已發(fā)生巨大變化。毫無(wú)疑問(wèn)，新工科的出現(xiàn)是對(duì)現(xiàn)有工程教育教學(xué)的一種改革，也是我國(guó)高等工程教育實(shí)現(xiàn)變道超車的極好機(jī)遇[1-5]。在新工科研究中我們發(fā)現(xiàn)，人才培養(yǎng)理念、模式、教學(xué)方法的改革比起教學(xué)內(nèi)容的更新更值得關(guān)注。傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式和教學(xué)方式被比喻為“流水線”模式，人才培養(yǎng)是按標(biāo)準(zhǔn)化、流水線批量推出，教學(xué)方法也是如此。例如，課堂教學(xué)由授課老師逐次講授、授課內(nèi)容依次推進(jìn)，而后進(jìn)行考

試;工程實(shí)踐訓(xùn)練同樣是按項(xiàng)目逐個(gè)訓(xùn)練，依次完成，而后考核。這種分散獨(dú)立的教學(xué)方式和相互缺少緊密關(guān)聯(lián)的培養(yǎng)模式，很難使學(xué)生從一個(gè)個(gè)相對(duì)孤立的知識(shí)點(diǎn)中形成明確的學(xué)習(xí)目的，單個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能訓(xùn)練也很難在整體上實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力有效轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到“能力疊加”[6]的目的。

為解決上述問(wèn)題，我們根據(jù)課程的特點(diǎn)和新工科要求，提出了將知識(shí)（Knowledge）、能力（Ability）、實(shí)踐（Practice）、創(chuàng)新（Innovation）（簡(jiǎn)稱KAPI）一體化培養(yǎng)的教學(xué)方式，以體現(xiàn)理論與實(shí)踐的融合、各種能力之間的疊加，最終加快知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。具體的思路與方法是：

（1）基于新工科、新經(jīng)濟(jì)要求，按照產(chǎn)品制造流程“選材—材料成形（獲得形狀）—機(jī)械加工（獲得精確尺寸和精度）—材料改性（獲得性能）—安裝調(diào)試（獲得產(chǎn)品）”邏輯關(guān)系，構(gòu)建課程知識(shí)體系，遴選課程知識(shí)點(diǎn)和核心知識(shí)點(diǎn)（不可或缺的知識(shí)點(diǎn)），加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，使知識(shí)形成一個(gè)有機(jī)整體。

（2）基于知識(shí)體系構(gòu)建能力要求體系，按照學(xué)以致用的觀點(diǎn)，助力專業(yè)認(rèn)證考慮，在知識(shí)與能力之間建立明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（3）基于課程核心知識(shí)點(diǎn)和能力要求點(diǎn)設(shè)計(jì)知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新（KAPI）一體化訓(xùn)練項(xiàng)目（產(chǎn)品），將知識(shí)點(diǎn)、能力要求、實(shí)踐和創(chuàng)新訓(xùn)練要求整體嵌入一體化訓(xùn)練項(xiàng)目，構(gòu)建一種新的、統(tǒng)一的知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新、競(jìng)賽教學(xué)載體。以探索一種新的教學(xué)模式或方法。

（4）項(xiàng)目（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)由資深教師與企業(yè)技術(shù)人員合作完成，具有真實(shí)性、靈活性、實(shí)用性、可創(chuàng)新性。項(xiàng)目訓(xùn)練（知識(shí)的獲取、各種設(shè)計(jì)、制作、創(chuàng)新）在課程任課教師和工程訓(xùn)練指導(dǎo)教師共同指導(dǎo)下完成，其中知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)可以在做中學(xué)，也可以自主學(xué)習(xí)或在線（MOOC）學(xué)習(xí)，時(shí)間長(zhǎng)度為“課程學(xué)時(shí)+工程實(shí)踐訓(xùn)練學(xué)時(shí)+部分課余時(shí)間”。

鑒于知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)已嵌入項(xiàng)目（產(chǎn)品）各個(gè)環(huán)節(jié)，項(xiàng)目的高質(zhì)量順利完成，這意味著對(duì)知識(shí)、實(shí)踐能力、解決復(fù)雜問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力的把握。因此，考核將不再對(duì)課程進(jìn)行單獨(dú)理論考試，只重點(diǎn)審查產(chǎn)品（實(shí)物）的功能實(shí)現(xiàn)情況、產(chǎn)品制造情況，答辯考查各種綜合能力的形成情況。

二、課程知識(shí)體系與能力要求體系的構(gòu)建

在教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下，項(xiàng)目組圍繞課程存在的問(wèn)題與現(xiàn)狀，在國(guó)內(nèi)外廣泛開展調(diào)查研究。我們基于頂層設(shè)計(jì)、協(xié)同創(chuàng)新解決問(wèn)題的思路，構(gòu)建了系列課程知識(shí)體系、能力要求體系和新的教學(xué)基本要求[7]。課程知識(shí)體系和能力要求體系是按照產(chǎn)品制造流程的邏輯關(guān)系構(gòu)建而成，目的是以課程體系引領(lǐng)串接一體化改革與實(shí)踐。其中，2018年項(xiàng)目組根據(jù)新工科對(duì)教學(xué)內(nèi)容的要求，重點(diǎn)補(bǔ)充了智能制造、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3D打印、材料加工成型新技術(shù)等新的制造基礎(chǔ)知識(shí)。

該知識(shí)體系共匯集工程材料、材料改性、材料成形、機(jī)械加工工藝、先進(jìn)制造技術(shù)、機(jī)械制造實(shí)習(xí)等課程模塊方面的知識(shí)點(diǎn)349個(gè)、能力點(diǎn)141個(gè)。其中，基于一體化教學(xué)方法改革和MOOC教學(xué)要求，進(jìn)一步梳理出核心知識(shí)點(diǎn)100個(gè)（不可或缺的知識(shí)點(diǎn)）。該體系的構(gòu)建除為設(shè)計(jì)、指導(dǎo)一體化訓(xùn)練項(xiàng)目提供重要指導(dǎo)外，還可以為進(jìn)一步修訂課程基本要求、編寫教材、加快與工程訓(xùn)練課程的協(xié)同創(chuàng)新提供重要支撐，為不同專業(yè)學(xué)習(xí)本課程提供可供選擇的知識(shí)庫(kù)。

三、一體化訓(xùn)練項(xiàng)目的設(shè)計(jì)原則與要求

訓(xùn)練項(xiàng)目（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)是一體化訓(xùn)練的關(guān)鍵，為此，我們制定了以下設(shè)計(jì)原則、用途和要求。

（1）項(xiàng)目性質(zhì)及用途。訓(xùn)練項(xiàng)目為“知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新”一體化培養(yǎng)項(xiàng)目，訓(xùn)練項(xiàng)目將替代原工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)（金工）課程學(xué)習(xí)與機(jī)械制造實(shí)習(xí)（工訓(xùn)）兩個(gè)環(huán)節(jié)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須將“知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新”融為一體，項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練時(shí)間為5～6周。

（2）知識(shí)點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求。原有課程核心知識(shí)點(diǎn)89個(gè)，增加新工科要求內(nèi)容后，核心知識(shí)點(diǎn)合計(jì)100個(gè)。所設(shè)計(jì)項(xiàng)目必須涉及全部核心知識(shí)點(diǎn)，其中直接涉及核心知識(shí)點(diǎn)不少于50%，剩余部分為間接涉及核心知識(shí)點(diǎn)。間接知識(shí)點(diǎn)可以通過(guò)與直接涉及核心知識(shí)點(diǎn)之間的比較，改進(jìn)方案，或?qū)ζ渌虒W(xué)要求加以關(guān)聯(lián)、進(jìn)行覆蓋，以起到核心知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的全覆蓋要求。

（3）項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則。項(xiàng)目設(shè)計(jì)要考慮到產(chǎn)品制造的完整過(guò)程、能力要求;要考慮到產(chǎn)品的實(shí)用性和趣味性。設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)，要確保通過(guò)絕大部分基本工訓(xùn)環(huán)節(jié)實(shí)操才能完成，以保證實(shí)踐能力訓(xùn)練。所設(shè)計(jì)項(xiàng)目在保證功能可實(shí)現(xiàn)的前提下，要考慮實(shí)現(xiàn)路徑的靈活性與創(chuàng)新性，以保證創(chuàng)新能力訓(xùn)練。

（4）項(xiàng)目分級(jí)及數(shù)量。項(xiàng)目設(shè)計(jì)難度分為

A、B、C三級(jí)。其中，C級(jí)為基礎(chǔ)級(jí)，面向首次參加一體化訓(xùn)練的學(xué)生，B級(jí)、A級(jí)為競(jìng)賽級(jí)。B級(jí)在C級(jí)基礎(chǔ)上，用于在學(xué)校層面開展競(jìng)賽。A級(jí)為更高難度級(jí)別訓(xùn)練項(xiàng)目，可作為省及以上級(jí)別競(jìng)賽用。競(jìng)賽級(jí)項(xiàng)目鼓勵(lì)學(xué)科之間的交叉。C級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)量不少于20項(xiàng)，以供學(xué)生抽選。

（5）項(xiàng)目考核。項(xiàng)目要有可行性、可操作性、可考核性。通過(guò)考核項(xiàng)目的完成情況，考查學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力。

項(xiàng)目可以通過(guò)委托或招標(biāo)方式征集。所征集項(xiàng)目委托教指委專家驗(yàn)收認(rèn)定其可操作性，入選項(xiàng)目給予獎(jiǎng)勵(lì)，并委托出版社出版發(fā)行。

四、教改原則和整體改革方案

1.原則

無(wú)論是新工科還是傳統(tǒng)意義上的工科，優(yōu)秀人才培養(yǎng)都離不開堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、突出的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此，我們的整體改革思路是堅(jiān)持教育的本真，保持核心知識(shí)點(diǎn)與能力要求不動(dòng)搖，對(duì)基礎(chǔ)課教學(xué)改革一定要遵循教學(xué)規(guī)律、采取循序漸進(jìn)的原則，結(jié)合目前基礎(chǔ)課程存在的問(wèn)題，以及新工科的特征，在原有基礎(chǔ)上逐步推進(jìn)。即：通過(guò)遴選核心知識(shí)點(diǎn)，堅(jiān)持對(duì)課程知識(shí)體系調(diào)整更新、對(duì)能力要求強(qiáng)化提升，在教學(xué)方式上采取項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，將知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新用項(xiàng)目有機(jī)貫穿一體，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、實(shí)踐、能力、創(chuàng)新一體化訓(xùn)練，以加快知識(shí)向能的轉(zhuǎn)化。

2.整體改革方案

新的機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的知識(shí)、能力、實(shí)踐、創(chuàng)新一體化改革方案如圖1所示。

五、項(xiàng)目的實(shí)踐

（1）項(xiàng)目實(shí)施。項(xiàng)目實(shí)施不同于傳統(tǒng)機(jī)械制造實(shí)習(xí)（或工程訓(xùn)練）。課程開始前，進(jìn)行項(xiàng)目抽選。項(xiàng)目一旦選定，首先要通過(guò)與課程的并行學(xué)習(xí)（自主、在線、課程學(xué)習(xí)均可），以獲得必要的機(jī)械制造基礎(chǔ)核心知識(shí)。然后在教師指導(dǎo)下，學(xué)生在開放的工程訓(xùn)練中心開展項(xiàng)目實(shí)踐，由學(xué)生或團(tuán)隊(duì)按順序自主完成產(chǎn)品的進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)、零件的材料選擇、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品安裝調(diào)試、成本分析等環(huán)節(jié)，最終完成知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。對(duì)于能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能、滿足性能和精度要求的項(xiàng)目，通過(guò)考核，可認(rèn)定該課程學(xué)習(xí)成績(jī)合格有效，獲得學(xué)分。該學(xué)習(xí)方式將代替?zhèn)鹘y(tǒng)課程理論學(xué)習(xí)與實(shí)習(xí)兩個(gè)環(huán)節(jié)（節(jié)省學(xué)時(shí)），實(shí)現(xiàn)了將分散的訓(xùn)練項(xiàng)目通過(guò)核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串接集成。項(xiàng)目實(shí)施引入競(jìng)賽機(jī)制，能力強(qiáng)者可提前結(jié)束學(xué)習(xí)獲得學(xué)分。項(xiàng)目創(chuàng)新性強(qiáng)、完成效果好者，可獲得優(yōu)秀成績(jī)，并推薦參加更高層次項(xiàng)目訓(xùn)練（即競(jìng)賽）。

項(xiàng)目的實(shí)施將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐訓(xùn)練有機(jī)地結(jié)合在一起，避免了彼此脫節(jié)。項(xiàng)目實(shí)施及實(shí)現(xiàn)方法具有多樣性，可充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，可充分提高學(xué)生的工程能力和工程素養(yǎng)。

（2）項(xiàng)目考核。項(xiàng)目對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)只提學(xué)習(xí)要求，將考核延伸到對(duì)項(xiàng)目的最終完成程度上，重點(diǎn)考核知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化，用完成項(xiàng)目涉及的知識(shí)面、達(dá)成的能力度代替對(duì)知識(shí)把握的考核，體現(xiàn)對(duì)知識(shí)與能力的綜合評(píng)價(jià)。一體化培養(yǎng)將知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐訓(xùn)練、能力培養(yǎng)、創(chuàng)新和競(jìng)賽融為一體，最大限度減少學(xué)習(xí)內(nèi)容的重復(fù)，可有效解決學(xué)時(shí)不足等問(wèn)題。

（3）項(xiàng)目競(jìng)賽。項(xiàng)目成績(jī)優(yōu)秀者（或自愿報(bào)名者）可以參加更高水平、更大難度項(xiàng)目的訓(xùn)練與比賽。在規(guī)定時(shí)間、規(guī)定要求下對(duì)完成不同水平競(jìng)賽項(xiàng)目者，通過(guò)考核認(rèn)定（可制定相應(yīng)認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)），可分別授予相當(dāng)校級(jí)、省級(jí)工程訓(xùn)練競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)。

鑒于目前各學(xué)校、各省都組織工程訓(xùn)練綜合能力大賽，項(xiàng)目組將與各級(jí)大賽協(xié)調(diào)，將高水平項(xiàng)目實(shí)施納入大賽項(xiàng)目，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，真正將課程與比賽有機(jī)融為一體，突出能力培養(yǎng)。

（4）項(xiàng)目實(shí)踐。項(xiàng)目將在課題組所在的山東大學(xué)、長(zhǎng)春理工大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)（華東）、同濟(jì)大學(xué)、長(zhǎng)春理工大學(xué)、江蘇大學(xué)、天津大學(xué)、河南科技大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、中國(guó)計(jì)量大學(xué)等學(xué)校的所在學(xué)院和工程訓(xùn)練中心開展試點(diǎn)、試驗(yàn)。試點(diǎn)班與普通班通過(guò)對(duì)比考查學(xué)習(xí)質(zhì)量、收獲、能力的達(dá)成，判斷改革的成效。

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