基于能力培养的《工程技术综合实践》课程项目设计研究

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　　摘要：如何培养学生解决复杂工程问题的能力，是工程教育专业认证的重要指标。通过长期的教学实践，探索了《工程技术综合实践》课程在学生能力培养过程如何更好地发挥作用，以及项目设计环节对学生培养的重要性，并从项目涉及知识点的宽度、深度以及项目的可持续制作性方面做了较详细的论述，对项目持续性改进也做了相应的探讨。
　　关键词：工程专业认证;项目驱动教学;复杂工程问题;能力培养
　　中图分类号：G642.0     文献标志碼：A     文章编号：1674-9324（2019）11-0175-03
　　 一、前言
　　工程教育专业认证是目前我国高校中的一件大事，“以学生为中心”、“以目标为导向”和“持续改进”这些基本理念，是当前国际教育发展的趋势，也有力地推进我国高校工科专业建设和人才培养。工程教育专业认证的指标明确提出：通过工程教育认证专业的毕业生，“能够设计针对复杂工程问题的解决方案，能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素”，如何培养学生分析和解决复杂工程问题的能力，各学校各专业在不同的教学环节中都有不同的做法，也取得了不菲的成绩。《工程技术综合实践》是一门基于项目驱动教学的综合性实践课程，运用既有独立又有统一的综合项目式教学手段，使学生在课程的学习中体验完整的工程经历。十多年的教学实践证明，该课程在培养学生“解决复杂工程问题”能力方面，发挥了较大的作用，对专业认证给予了有力支撑。
　　二、课程简介
　　1.项目驱动教学。项目驱动教学（Project Based Teaching）方法是一种建立在建构主义（Constructivism）教学理论基础之上的教学法，同时也是CDIO（Conceive、Implement、Design、Operate，即构思、设计、实现、运行）理念所倡导的教学模式，它的基本做法就是师生在共同实施一个完整的“项目”过程中，逐步深入、全面展开教学活动，通过共同探究问题和帮助学生探索解决问题的方法，提高学生的学习兴趣，培养学生的工程素质和解决问题的能力。
　　2.《工程技术综合实践》课程。《工程技术综合实践》是一门以学生能力培养为目标并且较完整体现了建构主义教学理论的实践课。学生以项目组的形式在规定学时内完成一个从项目设计、制造到装配调试的完整过程。在项目实施过程中，强调学生学习的主动性、项目的社会性、工作的情境性和同学之间的协作性。课程实施过程体现了老师相互配合指导、学生团队协作、相互学习的团队精神，始终贯穿“学生是学习的主体”、“学生是知识的创造着”等“以学生为中心”的教学理念，利用项目驱动教学法中“边问边做，边做边学、做中学习、学中制作”的教、学、做三位一体的优势，在培养学生解决复杂工程问题的能力上进行了有益的探索，也体现了建构主义理论基本思想。课程构架及流程如下页图1所示。可以看出，在整个项目完成过程中，学生始终处在积极主动的状态，教师则是随时掌握项目的进度并控制好时间，指导学生按时完成。
　　三、项目的设计
　　《工程技术综合实践》课程教学过程是以学生为主体、以工作过程为导向、学生为了解决问题而自主获取知识的过程，课程以项目的形式进行，项目是培养学生各种能力的载体，好的项目是教学目的实现的关键。如何在项目中贯穿“以学生为本”的教学理念，如何将各专业不同的知识点融入到相应项目中，知识点的多少和深浅是否合适，学生的创新能力如何培养等都是考量项目设计是否成功的关键。同时在项目设计的初始阶段，还需考虑通过对设计项目的完成过程，培养学生整体设计能力，查询资料的能力、学习新知识的能力、创新能力、文档的撰写和整理能力、团队协作能力以及和外界进行技术沟通能力等，将知识的获取和能力的培养贯穿于整个项目教学的过程体验中。这些知识点的掌握和能力的培养，需要通过项目完成的哪些环节、哪些过程以及学生的哪些体验完成？保证措施、考核办法和考核标准是什么？这是项目驱动教学能否达到预设目标的关键，也是该教学方法的精髓。指导老师必须事先设计和安排好相关的内容和环节。因此，如何在项目实施过程中达到教学目标、如何很好地培养学生“解决复杂工程问题”能力，项目设计是值得深入探索和研究的重要问题。
　　1.项目涵盖知识点内容的广度设计。项目的广度设计应充分体现不同学院、不同专业学生的特点以及专业的知识点，结合各行业的现状，设计具有现实意义或者和工程实际问题直接相关的项目，充分体现不同专业、不同学科的交叉融合。但是如何体现多学科交叉融合、融合到何种程度、怎样融合？则必须符合学生的实际情况。例如，有机械学科、控制学科、计算机学科和工业设计学科的四名学生为一组共同完成一个项目，项目如何设计？经过思考，以制作一台自动送料并具有检测计数功能的装置为例，机械设计和工业设计的学生可以设计机构、外形制作，控制和计算机的学生可以完成控制和计数功能设计制作，最后通过接口完成整机的装配调试，学生之间通过沟通、协商、合作共同完成项目，达到学生之间相互学习、互相帮助、相互促进、相互影响、共同进步的目的。再比如控制、机械、管理、应用物理的学生共同完成了“小型风洞”模型项目，整个过程有条不紊，结果非常理想。再如：艺术、应用物理、控制和管理的学生组成的小组，完成了城市十字路口交通红绿灯控制模型，不但有红绿灯的控制，还有道路、路灯、草地、树木花草等模型展示，增加了项目的展示度和观赏性。通过对学校机、电、材料、水利、土木、印刷包装、管理、人文、社科、艺术等专业的调研，了解各专业工程能力培养的要求，设计包含不同专业知识点的综合项目，增加项目综合性，体现学科的交叉融合。同时结合产业和社会的技术需求，进行复杂工程项目设计，强调各专业知识综合应用。但是项目的宽度需要考虑学生的实际情况，涉及的学科知识过多，学生完成项目困难较多，不利于学生学习的主动性和积极性的发挥，造成项目实施过程困难，甚至导致最后无法完成。如果涉及的学科没有包含组内全部的组员，会造成部分学生无事可做或者组员之间工作量严重不平衡，影响学生的积极性，这也不符合课程的初衷。通常情况下，一个项目涉及的学科不超过3个，学生最好包含工、理、管。 　　要设计一个针对不同的专业、不同的学科、不同的年级学生组成的团队能完成的项目，老师必须做足功课，对专业要求做到心中有数。一个教师指导小组人数是有限的，老师的专业知识也是有限的，这就需要发挥整个教师团队的协作精神，对题目认真审核，指导过程中相互帮持，共同完成学生指导，这也是教师团队协作的体现。
　　2.项目涵盖知识点内容的深度设计。如何准确把握项目的难易程度，是一个很有技术含量的问题。针对选课学生多数为大学二年级下学期和大学三年级上学期的情况，结合部分专业基础课已经开设而专业课还没有接触的现实，在题目难易度上基本遵循只要努力就能完成的原则。项目难度过大，造成学生从内心产生膽怯，失去信心，不干而退。没有难度，学生会轻松完成，达不到设定的教学目的和教学目标。通常项目会单项设定最低难度，纵深不设定，最大化发挥学生学习的积极性和主动性，而对于主动性较差的学生，也能够通过努力而完成项目。例如项目中如果有机构设计，可以建议学生采用常见的机构，如曲柄滑块机构、四连杆机构、齿轮机构等。而在设计控制方法时，老师会指导学生尽可能选用常用芯片和传感器，旨在使学生设计过程中有困难时，方便资料查询，也可以将这些机构组合实现更复杂的功能。通常情况是，项目的难度由简到难，渐次推进，当学生完成到规定工作量时，就可以认为已经达到目的，有能力的学生可以继续深入学习。
　　3.项目的持续性设计。对于项目的设计，还应该考虑持续性进行。根据以往的教学经验，项目的数量虽然在年年增加，但随着时间的延续，学生制作必然存在较多的重复，不同时间的学生在重复完成同一个项目，造成老师教学中缺乏激情和创新意识，影响教学的主动性。同时，多年的制作积累，也会使学生模仿往届学生的设计而懒于思考。在多年的教学实践中，发现有不少学生在完成项目的过程中，表现出极强的主动性，不但可以顺利完成老师规定的内容，而且依靠开放的媒体课程学习，完成更深层次的内容开发，甚至是老师设计项目时没有考虑到的深度。
　　如何利用和开发学生的这种积极性？如何在教学过程中充分体现“学生是学习的主体”、“学生是知识的创造者”的教学理念？如何体现“以学生为主体”的教学思想？通过多年的摸索和探究，依托开放的项目库和计算机信息化管理平台，学生可以查阅往届学生完成项目和教师指导的全部资料，使之在已完成项目的基础上继续开发，将前期学生完成的不同功能的项目进行扩展和集成，形成更大的、更新的项目，体现“学生是知识的创造者”、“以学生为主体”的教学理念，深度发掘学生对知识和技能学习的自主性。在这类项目设计初始，老师可以和自己的研究方向挂钩，指导学生更有目的性和主动性。
　　四、项目的改进机制
　　十几年的教学实践证明，作为以项目驱动教学模式开展的《工程技术综合实践》课，项目承载了培养学生工程素质的重要功能，为本科教学评估和专业认证给予了有力的支持。但是该课程选课学生数量多，教师指导工作量大，任务重，为了避免项目设计的不完善，每一个下发给学生的项目都要经过教师组的讨论和严格的审核，为了持续改进教学模式，采用了以下三种措施：⑴在项目实施过程中，教师根据学生的情况经过申请可以调整项目内容，管理人员通过对学生的问卷调查了解项目的难易，对后续改进提供参考;⑵在项目完成后，聘请校内校外专家、企业人员组成的考核组对作品进行评比，帮助老师改进教学，诊断项目实施过程中存在的问题，鼓励教师不断改进原有项目的内容，不断增添新项目以丰富项目库;⑶跟踪调查参加过该课程学习的学生，了解课程对学生工作能力的影响因素，为教师的教学提供帮助。通过教学循环过程中外部因素的介入和内部环境的改善以及课程的不断成熟，使该课程变得更有活力和生命力，对学生解决复杂工程问题能力的培养，发挥更大的作用。
　　五、结束语
　　《工程技术综合实践》是对学生解决复杂工程问题能力培养的一种有益尝试，是一门不断改进、不断完善的课程。随着工程教育认证工作的持续展开和新工科建设的深入进行，打破教学过程中的专业界限，拓宽专业领域，注重学科交叉融合，立足素质教育，加强创新能力培养，突出综合性、整体性、系统性的思维训练必然是综合实践课程发展的必由之路，也是大学教育课程改革的方向。
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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
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