0 引 言
高等工程教育的目標和本質是培養高級工程技術人才 [1]。 數十年來,我國高等工程教育為行業和社會培養了大量國家建 設與發展所需要的人才,支撐我國工業體系的形成與發展,在 國家建設和產業發展中發揮了不可替代的作用。
然而,由于受傳統教育思想的影響和盲目照搬國外高等 教育模式,我國高等工程教育存在培養方案科學化色彩濃厚、 工程性缺失和實踐薄弱等問題 [2]。特別是實施擴招后,高等 工程教育中“工程弱化”現象更加明顯。大多數高校的評價體 系導向重論文、輕設計、缺實踐、沒工程的趨勢,對學生的工 程教育和創業訓練重視和投入不足,校企合作不到位,企業 不重視人才培養過程的參與。許多具有行業特色的工科院校 出現了嚴重的去行業化現象,優勢和特色淡化,同質化明顯。 一系列問題導致人才培養模式與人才需求之間的尖銳矛盾: 一方面,學生的知識結構難以契合企業的實際需求 ;另一方 面,企業技術人才出現斷層,而這已成為制約企業發展的瓶 頸。在這種情況下,高等工科教育回歸工程本質乃大勢所趨。 2010 年,教育部根據我國現階段高等教育存在的問題,結合 國家產業發展與調整對人才的需求關系,啟動了“卓越工程師 教育培養計劃”;2017 年,復旦大學、天津大學等提出了“新 工科”計劃行動,該計劃行動將大大加快我國由工程教育大國 邁向工程教育強國的腳步。該計劃的宗旨是面向工業界、面向 世界、面向未來,培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會 發展需要的高質量各類型工程技術人才,為建設創新型國家 提供人才支撐。
1 高等工程教育與教學理念
世界發達國家為適應現代化工程的要求,十分重視本國 的工程教育研究和改革,并且已形成了各自比較完善的培養體 系和科學的培養模式 [3]。目前,國際工程師培養主要分為以下 兩大模式 :
(1)以美國為代表的“華盛頓協議”成員模式 [4],即大學 生在校期間著重進行工科基礎教育,畢業后由社會提供工程 師職業方面的教育,并通過專門的考試和職業資格認證后成 為合格工程師;
(2)以德國和法國為代表的歐洲大陸國家模式,即大學 生在校學習期間就要完成工程師的基本訓練,畢業時獲得一個 工程師學位,同時也是職業資格。
兩種培養模式雖然形式不同,但都注重實踐教學,并較 早開始進行工程綜合訓練。通過實踐課程或項目開發,將工程 實際問題帶入課堂,學生在企業接受實踐操作技能培訓。
高等工程教育十分重視實踐技能教學 [5,6]。在國外許多工 科大學中,實踐教學占有很大的比例 [2]。如美國斯坦福大學工 程專業,各種實踐性學分為 83,占總學分的 43%。其多層次 的 Project 訓練、多形式的課外實踐構成了完整的實踐教學體 系,開放的實踐教學環境、眾多社會和企業實習鍛煉機會為 學生提供了良好的能力培養平臺。同時,具有特色的人文素質 教育體系既注重學生法律法規的教育,也注重表達能力、與人 交流能力、協作精神的培養,將素質教育與專業知識學習有機 結合。美國大學工科教育以強調專業基礎理論教育、終生學習 的思想、工程科學與社會和環境協調的思想、工程實踐中的 責任感和職業道德教育形成了鮮明的特色。在德國工科教育中, 實踐教學地位舉足輕重,在教學計劃中占有大量學時。斯圖加 特大學機械工程系基礎學習階段的課程實踐練習課與講課比達到 1∶2,專業學習階段比例更高,各種生產實習就有 26 周, 由此保證工程教育的特色和特點。
2 工程教育對人才培養方案修訂思路
高等學校人才培養方案是教育教學的總綱,是人才培養 體系的主要內容。一所大學人才培養體系的建立是一個不斷完 善的過程,不但需要具有自己的特色和特點,更要符合可持續 發展的需求。根據工程教育的內涵與發展趨勢,在新的人才 培養方案修訂中應關注國家社會需求和工程教育認證標準 [7]。 人才培養方案修訂的主要思路應該注重以下方面:
(1)以區域經濟和行業發展需求為導向,以注重工程應 用和創新能力培養為目標,提倡知識、能力、素質三位一體協 調發展的教育理念,堅持“以德為先、能力為重、全面發展” 的人才培養觀和“面向社會、面向世界、面向未來”的國際化 視野,遵循高等工程教育規律,為國民經濟建設培養工程應用 型建設人才。
(2)人才培養類型方面,依據不同學校的定位,堅持立 足區域,面向全國,服務主導行業及地方經濟與社會發展,培 養具有“基礎厚實、作風樸實、工作扎實、為人誠實、勇于創新” 特點的高級工程技術人才。
(3)在專業課程體系與教學內容方面,能夠體現行業信 息化特色和應用優勢,即以相關專業為基礎,融入計算機科學 和信息技術等多學科知識。在課程內容上,結合行業工程需 求進行延伸,形成具有明顯行業特色的課程體系。
(4)在課程體系設置方面,以工程范式為指導。強調工 程自身的綜合性,實踐性和創新性 :一是注重知識、能力、 素質培養的一體化 ;二是技術要素與非技術要素培養的一體 化。強化綜合訓練環節,增強學生的工程應用能力和解決復 雜工程問題的能力,培養學生的團隊協作和創新精神。
(5)在課程計劃內容組織和次序方面,注重以相互支撐 的理論知識為經,以一系列能力為緯,經緯交織,實現理論與 實踐的結合,以及知識、能力、素質培養的有機融合。
3 工程教育專業課教學改革與實踐
3.1 專業課程教學中存在的主要問題
工科專業類課程是學生學習工程知識、訓練工程思維方 式和培養解決復雜工程問題能力的重要環節 [8]。工程知識具 有綜合性、系統性及實踐性強,表現形式多樣,涉及面廣等特 點,屬于復雜知識,所以工科專業類課程教學與生動形象的文 科類課程和抽象縝密的理科類課程相比具有更大的難度。
目前,我校工科專業類課程教學中主要存在以下問題 :
(1)在課程設置方面,按照公共課、基礎課、專業基礎課、 專業課、專業選修課的層級序列構建課程體系,有利于學生 掌握學科知識體系,但對工程實際體現不夠 ;
(2)現有課程更偏向于科學教育模式,注重抽象的、脫 離工程背景的知識和概念的傳授,缺乏系統性和工程實踐性, 沒有充分體現工程知識的特點,不符合學生認知工程過程的 規律 ;
(3)教學方法依然以課堂內教師講授為主,存在傳統化、 單一化的現象,對學生科學思維、主動學習的訓練和激發不夠;
(4)實踐教學與理論教學結合不緊密,實踐教學理念陳 舊,訓練中大多數學生處于被動狀態,積極性不高,導致實踐 能力培養實效性不高;
(5)學生習慣延用學習中學知識的學習方法來開展工程 知識的學習,學習中以做題和死記硬背為主,無法真正掌握和 運用知識。
3.2 基于工程應用鏈接一體化課程教學改革
專業課作為工程知識學習的主要途經,在教學中必須遵 循工程知識所具有的綜合性、實踐性、關聯性和遞進性等特點。 在現有的以學科體系為基礎的課程設置中,工程知識分散在 個體課程中,缺乏工程實際情境化的有效聯系,學生所面對 的是獨立的課程,“只見樹木,不見森林”,知識的學習停留 在點上,沒有延伸到線和面上,很難構成較為完整的知識體系。 工科課程體系中存在著學科之間的交叉和融合,課程內容之間 存在著知識的關聯和融合。要促進知識點向知識面延伸,建 構知識體系,就需要將分散的個體課程通過工程實際有機連 接起來,使學生在一個情景化的主線引導下學習知識,進行知 識的綜合及與工程實際的關聯。
我們以網絡工程專業為例,在專業課教學改革中開展了由 網絡集成與工程設計綜合實驗系統鏈接多門專業課的一體化 課程教學模式的探索與實踐。對于網絡工程專業的學生,分 別開設了電子技術基礎、計算機組成原理、數據通信技術基 礎、計算機網絡原理、網絡協議等主要專業基礎課程,并把這 些主要的原理性和概念性課程與工程類知識與能力結合起來, 使學生能夠真正具備在社會實際應用中規劃、設計和建設計 算機信息網絡的能力,學會并掌握具有網絡集成和工程項目實 施與管理的方法和手段。通過多門相關課程工程應用鏈接的 實踐訓練,大大提高了學生的工程實踐能力。
通過三級環節培養學生的工程能力:
第一級是認識實驗,安排在開課前,學生通過對實際應 用系統的參觀和了解,學習系統的組成和基本工作原理,對工 程知識和應用有一個初步的感性認識 ;
第二級是系統的課程學習,在教學中,將應用案例引入 課程教學過程,學生通過理論學習及與工程實際的關聯,將初 級的感性認識逐漸上升為對知識的融合與理解 ;
第三級是專業綜合實驗,學習完專業課程后,集中安排 兩周網絡綜合實驗,促進學生通過集成綜合所學知識并結合 工程應用,逐漸將工程知識向工程能力提升與轉化。
3.3 基于研究性學習方式的專業課教學改革
在以學科體系為基礎的人才培養方案中,工程知識包含 在各專業課程中,學生通過專業課的學習獲得構建自身工程知 識體系的基礎。傳統的專業課教學主要采用“課堂講授 + 課內 實驗”的方法。針對傳統專業課教學方法存在的問題,我們 提出并實踐了“問題、案例雙驅動,課內、課外互促進,理論、 實踐相結合”的教學方法。該方法將課程教學分為課前、課 中和課后三個階段,教學方法與組織過程如圖 1 所示。
開課前,通過課外第二課堂,以科技講座和情境化工程 應用實例的形式給學生介紹本課程的基本知識和應用領域,引 出相關問題 ;在課程教學中,采用研究性學習方式,開展基于 問題的學習,以案例、問題驅動課堂教學,引發學生興趣、引 導學生思考。例如,在網絡協議的學習中,因其具有抽象與概 念化的特點,學生難以理解和掌握,我們通過課堂教學,同 時在課外開展基于項目的學習,開展課外相關知識應用的專題 調研,成立導師制負責的學生實踐小組,學生通過調查發現、 了解網絡協議的應用背景,通過討論學習掌握其工作原理,從 而研究探索和解決問題,從理論學習上升為工程應用能力的 提升。
對學生的學習研究成果以學生課堂、翻轉課堂進行展示 交流,課程教學之后,開設系列網絡工程綜合實驗,通過相 關實踐使學生在不斷的知識融合、知識綜合應用過程中,達 到對所學知識的鞏固提高和能力培養。同時在課程學習過程 中引導學生參與課外創新實踐活動、教師科研項目和各類創 新創業大賽,比如課外創新實驗、網絡安全創新大賽、工程 訓練競賽、挑戰杯課外科技活動競賽等,通過這些學科交叉、 知識綜合項目的訓練,進一步培養學生的創新能力和知識應用 能力。
3.4 采用導師制的實踐教學模式
充分發揮學生自主能動的學習實踐精神,采取“集中授課 +分組指導+綜合評審”“學生為主體 + 自選實驗 + 自主搭建 + 教師引導”的方式實施教學,依據“教師提框架,提要求, 學生搭平臺,做實驗”的原則完成實驗指導工作,提高了學生實驗的積極性、自主性,及學生解決問題的能力和團隊意識。 導師制綜合實驗開展過程如圖2所示。主要包括工程問題分析、 設計實驗方案、自主構建系統、一體化實驗系統、實驗測試 與結果分析和實驗演示與答辯等環節,整個實驗過程由學生自 主完成,教師主要起引導作用。
4 結 語
本文以回歸工程教育本質為導向,針對目前高等學校應 用型人才培養實施中面臨的問題,結合工程教育和應用轉型 進行了深入的研究和分析。以工程認證通用標準為依據,結 合社會經濟發展對人才培養需求的變化,指出了現行人才培 養方案在課程設置及理論教學與實踐教學等方面存在的問題 與不足,從多方面、多渠道開展著重工程素質和實踐創新能力 培養的教學內容、教學方法、教學環節的改革和實踐。研究 探索了“基于工程應用鏈接一體化課程教學改革”的教學模式, 探索實踐了“問題、案例雙驅動,課內、課外互促進,理論、 實踐相結合”的教學方法,通過項目探索與實施,取得了良好 的教學效果。