基于新工科理念的項目式教學模式探索與實踐
——以“水工建筑物”課程教學為例

樊新建，侯慧敏，龔成勇

（蘭州理工大學 能源與動力工程學院，甘肅 蘭州 730050）

引言

在新時代新背景下，社會對人才培養(yǎng)的要求越來越高，對高等教育工作提出了新的任務和高要求。為了能夠培養(yǎng)高質(zhì)量的創(chuàng)新型工科人才，高等教育正在向著以學生為中心、以能力培養(yǎng)為核心、以培養(yǎng)目標為導向的理念模式發(fā)展，高校逐漸重視對學生實踐能力、創(chuàng)新能力的“真培養(yǎng)”，這也將成為決定高校自身競爭力的重要因素。同時，為支撐快速發(fā)展的新經(jīng)濟，培養(yǎng)新型工程創(chuàng)新人才，新工科教育理念應運而生，2017年正式推出新工科計劃［1-2］。新工科建設是我國高等教育的里程碑，確定了新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的主要內(nèi)涵，即“以需求為導向，開放辦學，培養(yǎng)應用型復合人才”與各類交叉復合型“卓越工程”科技人才［3-4］。

習近平總書記指出：“高等教育發(fā)展水平是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦酥?。”“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈?！保?］2018年10月，教育部發(fā)布《教育部關于加快建設高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》和《教育部 工業(yè)和信息化部 中國工程院關于加快建設發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見》對高校的新工科建設提出了明確要求，指出新工科建設要落實到培養(yǎng)面向未來的卓越工程創(chuàng)新人才，其核心點就是提升人才培養(yǎng)能力［6］。項目式教學法是教育部明確要求推廣實施的一種教學方法，由教師結合課程內(nèi)容制定項目式教學任務下達給學生，在教師和同學的幫助下，學生通過主動學習與實踐完成任務，能高效地提升學生的綜合工程實踐能力，培養(yǎng)工程創(chuàng)新人才，支撐和引領新時代新經(jīng)濟的建設。

一、新工科下項目式教學改革趨勢

項目式教學屬于建構主義學派的方法，源于杜威的“做中學”，以建構主義學習理論與認知學習理論為理論基礎，讓學生運用已有的學科認知，在面對復雜、真實問題時，通過驅動性問題進行組織、引導、展開的一種教學活動。

目前，我國高等教育已進入內(nèi)涵式發(fā)展階段，進一步提高高等教育質(zhì)量和大學生綜合素質(zhì)已成為發(fā)展的新要求。傳統(tǒng)工程學科，側重傳授該學科的知識，對其他學科的知識傳授較少，難以實現(xiàn)多學科知識的融合傳授，培養(yǎng)學生的工程實踐和創(chuàng)新能力較為欠缺。因此，樹立“以學生為中心”的教育理念，從學生的角度考慮問題，注重學生個性發(fā)展，尊重學生權益，是對高等教育質(zhì)量提高的內(nèi)在要求，符合中國高等教育內(nèi)涵發(fā)展的現(xiàn)實需要。

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央多次對教育發(fā)展和改革事業(yè)做出指示和部署。隨著我國高等教育改革不斷深化，堅持“以本為本”，踐行“四個回歸”，面向全體學生，重視學生的學習成效和發(fā)展，以學生為中心、以能力培養(yǎng)為核心、以培養(yǎng)目標為導向的教育教學模式成為新的發(fā)展方向。項目式教學依據(jù)新時代下新工科的要求，突破知識傳授型的教學模式，注重工程實踐性和學生的參與性，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，達成解決真實工程問題的目的，這將成為新工科背景下項目式教學改革的發(fā)展趨勢。

二、專業(yè)課程項目式教學模式的設計及教學效果

專業(yè)課程具有更強的實踐性、未知探索性和應用新技術的特點，“水工建筑物”是水利類專業(yè)的核心專業(yè)課程，其項目式教學的基本任務是通過初步掌握“水工建筑物”課程的理論知識，使學生了解水利樞紐中各水工建筑物之間存在的關聯(lián)與布置方法，應用新技術解決水工建筑物設計的關鍵技術問題。在近幾年的教學過程中，對教學模式進行了不斷的改革探索并運用多種新傳播媒介手段等，重新設計了該課程教學任務，構建適合項目教學的課程體系知識點框架，建設課程項目資源庫，顯著提高了學生的綜合分析判斷能力、運用所學理論知識及處理實際問題等方面的能力，并在一定程度上提高了其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力。

（一）課程教學任務的設計

項目設計過程中應重點聚焦項目對專業(yè)課程體系核心知識點的覆蓋度、對行業(yè)核心需求能力（創(chuàng)新能力和工程應用能力）的達成度及每個項目之間的關聯(lián)度。與傳統(tǒng)的課堂教學模式不同的是，項目式教學一般包含提出問題、設計項目、創(chuàng)設環(huán)境、探究學習及展示評價五個主要步驟。

根據(jù)水利水電工程專業(yè)核心課程“水工建筑物”的特點，結合該課程教學大綱和教學過程的要求，設計了采用項目式教學的課程內(nèi)容（見表1），在教學過程中一方面讓學生能夠深度掌握課程知識和新技術，另一方面結合工程實踐培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，提升學生的工程素養(yǎng)。

表1 “水工建筑物”課程項目式教學內(nèi)容

以項目式教學任務一“混凝土重力壩斷面的設計與優(yōu)化”為例，鼓勵學生2～3人為一組，根據(jù)項目所給基本信息及任務要求，每組至少提交三個重力壩斷面設計方案，要求對每個方案進行對比分析，選擇出最佳方案，并闡明選擇該方案的理由。在項目式教學過程中，采用“六步融合式”的實施步驟：項目任務分配—自主學習—分小組討論—設計方案—方案比較—項目答辯，每一步的項目任務都是結合課程教學要求和過程來設計，每一步的任務都有相應的要求和目標，前后相互融合。項目任務完成過程中，向學生強調(diào)善于發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的重要性，要將課程中的具體過程記錄下來，多與教師、同學交流心得，以達到解決復雜工程問題能力培養(yǎng)和工程素養(yǎng)提升的目的。

（二）項目教學過程中課程體系知識點框架構建及項目資源庫的建設

在“水工建筑物”課程項目式教學執(zhí)行過程中，以“水工建筑物”部分教學內(nèi)容為基礎，按照項目式教學要求，設計該部分內(nèi)容的教學過程，構建課程單元教學內(nèi)容。例如，按照項目式教學要求，對“水工建筑物”中混凝土重力壩斷面設計的教學內(nèi)容進行重新設計，構建該單元的教學內(nèi)容，要求學生結合實際工程項目完成混凝土重力壩特點、混凝土重力壩斷面的選擇、荷載的計算與分析、斷面穩(wěn)定分析、斷面應力分析、壩基的處理、斷面的比較與優(yōu)化等教學內(nèi)容的學習，培養(yǎng)學生提出設計/開發(fā)解決方案、溝通、個人與團隊、終身學習等方面的能力。

（三）教學效果評價指標

在項目式教學過程中，其評價涉及課內(nèi)、課下、課后的學習，強調(diào)對學生過程性的評價，不僅要考慮學生的能力與對知識的掌握情況，還要考核學生自主學習、溝通、個人與團隊等方面的情況。初步考慮評價由課下評價、課堂評價、課后評價三部分組成。其中，課堂評價包括學生自主學習能力評價、提出設計/開發(fā)解決方案能力評價、協(xié)作學習能力評價、溝通能力評價、展示與交流能力評價。全面建立“水工建筑物”課程項目式教學的評價指標體系，促進學生全面發(fā)展。

（四）教學效果分析

“水工建筑物”課程考試系統(tǒng)涵蓋了其大綱要求的全部重點內(nèi)容，具體包括：水利工程與水工建筑物的概念與性質(zhì)，重力壩、土石壩、拱壩三大壩型，水閘、水工隧洞、岸邊溢洪道、水利工程設計與水工建筑物管理等內(nèi)容，其考核能夠體現(xiàn)學生知識的掌握和能力培養(yǎng)達成的程度。表2給出了近三年采用項目式教學方法以來該課程學生成績分布，其中2019年該課程首次采用項目式教學。

表2 “水工建筑物”課程成績分布

由表2可見，自利用項目式教學法三年來，“水工建筑物”課程平均分、及格率逐年提高；說明學生對基本知識掌握情況總體良好，學生整體能力提升明顯，學生的學習成效、能力提升和發(fā)展顯著。并且，根據(jù)工程實踐應用題的解答可以看出，學生根據(jù)地形地質(zhì)情況對水利樞紐布置方面的能力得到明顯改善，表明學生具有了一定的工程實踐應用能力，有助于達成解決真實工程問題目標的培養(yǎng)。

三、項目式教學探索中存在的問題

水利水電工程專業(yè)作為一個工程實踐性強的工科專業(yè)，其專業(yè)課程實踐性非常強，傳統(tǒng)的項目式教學方式存在明顯不足，制約了施教效果，亟待克服和引導。在近幾年專業(yè)課程項目式教學探索過程中，發(fā)現(xiàn)有待進一步解決的主要問題如下。

（一）項目執(zhí)行過程中學生對理論知識的學習不足

傳統(tǒng)工科課程是根據(jù)本學科知識體系而進行設計，注重加強學生對知識點的學習，但對學生運用所學知識解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)關注較少，無法使學生及時適應快速發(fā)展的新時代社會的需要。項目式教學模式是從提高教學質(zhì)量出發(fā)，構建專業(yè)整體課程體系中的理論知識，注重理論知識在工程實踐中的應用，提升學生運用所學知識解決復雜工程問題的能力。而采用項目式教學的課程在教學實施過程中，往往因注重強調(diào)將所學理論知識應用于具體的項目，導致學生表現(xiàn)出理論知識薄弱、自主學習和思考能力欠缺等問題；學生在從學科知識體系向工程實踐能力體系過渡的過程中，表現(xiàn)出儲備知識結構單一、知識儲備量少的問題。

（二）項目教學資源設計與開發(fā)問題

在水利水電工程專業(yè)中，專業(yè)課程涵蓋知識較廣，理論性與實踐性都較強。如“水工建筑物”課程涉及重力壩、拱壩、土石壩、溢洪道、水閘、水工隧洞等水工建筑物的布置與設計，選擇什么類型的項目、如何設計項目的教學資源成為教學過程中的關鍵問題。項目教學資源設計得復雜，涉及因素與涵蓋知識點繁多，甚至跨專業(yè)才能實施，則很難進行局部的課堂教學，學生在教學過程中阻礙較多；項目教學資源設計得簡單，則達不到預期教學效果，容易使學生對自身的專業(yè)技能產(chǎn)生片面自信，導致學習動力欠缺，專業(yè)技能停滯不前。因此，項目教學資源設計與開發(fā)是項目式教學過程中的關鍵問題之一。

（三）項目執(zhí)行過程與教學過程偏差問題

項目任務的安排要結合教學過程和學生掌握知識的特點，同時，在項目執(zhí)行過程中，如何檢查學生學習的效果，以及對學生能力培養(yǎng)的效果，也將成為衡量項目式教學效果是否良好的關鍵因素。項目執(zhí)行過程高效，則能夠充分調(diào)動學生的積極性，使學生的團隊協(xié)作能力得到提升，學生由被動接受轉變?yōu)橹鲃訉W習，不但能發(fā)揮學生的主體性，同時可以在共同學習的過程中營造良好的集體氛圍。

結語

項目式教學法以培養(yǎng)學生能力為宗旨，并利用研究科研項目作為驅動力，這有助于激發(fā)學生的自主學習能力，并提高學習效率，進而為培養(yǎng)的工程技術人才進入工程界從業(yè)提供教育質(zhì)量保證，增加了學生對學習專業(yè)課程的興趣，也使其了解到自己對專業(yè)認識的不足。這種教學方法不僅培養(yǎng)了學生學習的創(chuàng)新性，而且有效提高了教師的教學質(zhì)量。展望未來，我們要利用好這次新時代高等教育改革的契機，完善課程項目評價指標體系，更好地將學生培養(yǎng)為具有國際視野、科學思維、解決真實問題能力的創(chuàng)新型工程人才。