新版“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”中系列化探究式項(xiàng)目教學(xué)的設(shè)計(jì)原則

“卓越工程師教育培養(yǎng)方案〞中系列化探究式工程教學(xué)的設(shè)計(jì)原那么Designprinciplesofserialinquiringproject-teachingforexcellentengineereducationandtrainingschemeWangMulan,ZhouMinghu,ZhangYanliNanjinginstituteoftechnology,Nanjing,211167,China:InordertoimprovethecomprehensiveengineeringabilityoftheundergraduateintheprocessofExcellentEngineerEducation&TrainingScheme(EEETS),thedesignprinciplesofserialinquiry-basedproject-teachingmethodareputforwardindetail,basedonthethoughtsofinquiryteachingandtheadvancedconceptsofCDIOengineeringeducation.Theobjectofteachingreformistheprogramofadvancedmanufacturingtechnology,belongtothedisciplineofmechanicaldesign&manufactureanditsautomation.Thecorrespondingproject-teachingcaseispresentinthispaper.TheproposeddesignprinciplescanprovidesomeusefulreferencestootherrelateddisciplinesofEEETS.我國(guó)為了貫徹實(shí)施?國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和開(kāi)展規(guī)劃綱要(2023-2023年)?，2023年年底組織開(kāi)展“卓越工程師教育培養(yǎng)方案〞(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越方案〞)試點(diǎn)工作，2023年6月23日教育部在天津召開(kāi)了“卓越方案〞正式啟動(dòng)大會(huì)。目前，全國(guó)第一批教改試點(diǎn)班學(xué)生已經(jīng)升入大學(xué)二年級(jí)，通過(guò)較大幅度改革第一年的根底課程，大家根本達(dá)成了繼續(xù)改革的共識(shí)，現(xiàn)在開(kāi)始進(jìn)入專(zhuān)業(yè)根底課程學(xué)習(xí)階段，必須對(duì)其綜合工程實(shí)踐能力進(jìn)行著力培養(yǎng)。南京工程學(xué)院作為全國(guó)首批“卓越方案〞試點(diǎn)高校之一，參與了整個(gè)過(guò)程。目前，全校確定在6個(gè)專(zhuān)業(yè)(機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、材料成型與控制工程、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、熱能與動(dòng)力工程)、7個(gè)專(zhuān)業(yè)方向、8個(gè)2023級(jí)指定班級(jí)予以試點(diǎn)實(shí)施，各專(zhuān)業(yè)方向已經(jīng)制定了切實(shí)可行的人才培養(yǎng)方案，并落實(shí)了相應(yīng)的課程教學(xué)大綱和教學(xué)環(huán)節(jié)?！白吭椒桨辅暿且豁?xiàng)教育教學(xué)改革工程，沒(méi)有現(xiàn)成的教育模式和成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。在實(shí)施“卓越方案〞過(guò)程中需要找到一個(gè)行之有效的載體和切入點(diǎn)，從而形成一套有效的運(yùn)行機(jī)制，并驗(yàn)證教改實(shí)施的實(shí)際效果。吸取多年實(shí)施工程教學(xué)法的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)方向的教改試點(diǎn)，提出“能力進(jìn)階的系列化探究式工程教學(xué)法〞，以期緩解我國(guó)工科高校面臨的一系列共性問(wèn)題。1探究式教學(xué)根本思想探究式教學(xué)(InquiryTeaching)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)根本概念和根本原理的過(guò)程中，教師只為學(xué)生提供一些事例和有關(guān)問(wèn)題，讓他們自己通過(guò)閱讀、觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)、思考、討論和交流等途徑去獨(dú)立探究，然后自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)原理和根本結(jié)論的一種教學(xué)方法。其根本指導(dǎo)思想是以學(xué)生為主體，在教師的全程參與和具體指導(dǎo)下，讓學(xué)生主動(dòng)地、自覺(jué)地深入探索，從而掌握解決實(shí)際工程問(wèn)題的方法和根本步驟?！疤骄渴浇虒W(xué)〞的核心是“問(wèn)題〞，相應(yīng)的學(xué)習(xí)過(guò)程也是緊緊圍繞著指導(dǎo)教師提出的問(wèn)題展開(kāi)。教師需要根據(jù)所要求的教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)情境，預(yù)先設(shè)定邏輯合理、難度適當(dāng)、需要學(xué)生解答的根本問(wèn)題。然后，教師指導(dǎo)學(xué)生擬定出合理的解題方案，并選擇恰當(dāng)?shù)慕忸}方案，提供必要的技術(shù)資料和根本的實(shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自己組織工程成員分工合作查閱工程資料和完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，從而提出某些假設(shè)條件，尋求問(wèn)題的解決方案。通過(guò)這種開(kāi)放課程形式可以激發(fā)學(xué)生自主探究的強(qiáng)烈欲望，開(kāi)掘其自主探究的潛能。學(xué)生對(duì)交流成果環(huán)節(jié)中所提出的具體問(wèn)題以及存在的模糊認(rèn)識(shí)進(jìn)行深入討論和廣泛交流，大家逐步達(dá)成共識(shí)，明晰根本概念，營(yíng)造大膽質(zhì)疑和互相解惑的良好氣氛，使單一性思考和求異性思維相結(jié)合，傳授知識(shí)和解決問(wèn)題相結(jié)合，教師指導(dǎo)和學(xué)生自主探究相結(jié)合。因此，在探究式教學(xué)過(guò)程中必須正確地處理好教師“引〞和學(xué)生“探〞之間的辯證關(guān)系，指導(dǎo)教師既不能過(guò)多地干預(yù)，也不能讓學(xué)生放任自流，漫無(wú)邊際地探究，最終要到達(dá)相得益彰的互相促進(jìn)效果。2系列化工程教學(xué)針對(duì)我國(guó)應(yīng)用型人才現(xiàn)狀，以工程技術(shù)能力培養(yǎng)為主線(xiàn)，以完善實(shí)踐教學(xué)體系和改革實(shí)踐教學(xué)模式為目的，在多年實(shí)施傳統(tǒng)式工程教學(xué)的根底上，通過(guò)開(kāi)展工程教學(xué)系列化建設(shè)與改革，嘗試增加“能力維〞，將“能力進(jìn)階〞與“工程系列〞結(jié)合起來(lái)，并融入“探究式學(xué)習(xí)〞的思想，構(gòu)建貫穿大學(xué)階段整個(gè)人才培養(yǎng)過(guò)程，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到綜合，從低級(jí)到高級(jí)，目的明確、循序漸進(jìn)、逐層提高、能力進(jìn)階的系列化探究式工程教學(xué)的工程實(shí)踐訓(xùn)練體系，即提出“能力進(jìn)階的系列化探究式工程教學(xué)法〞新概念。通過(guò)教學(xué)工程的標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，充分利用現(xiàn)有的豐富網(wǎng)絡(luò)資源，逐步建成工程教學(xué)庫(kù)，從而構(gòu)建開(kāi)放式工程庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，創(chuàng)立一種學(xué)生工程實(shí)踐教學(xué)的新型模式。通過(guò)對(duì)校內(nèi)和企業(yè)兩類(lèi)工程教學(xué)資源的充分利用，使學(xué)生在校期間能夠接受“現(xiàn)場(chǎng)工程師〞的完整訓(xùn)練，從而縮短大學(xué)生與企業(yè)工程師之間的距離，以期到達(dá)“零距離〞的工程實(shí)踐銜接，改善實(shí)踐教學(xué)效果，切實(shí)提高學(xué)生應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，確保應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)開(kāi)展效勞。例如對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)方向，打破了傳統(tǒng)的“根底課―專(zhuān)業(yè)課―工程實(shí)踐〞三段分割的教學(xué)模式，以“專(zhuān)業(yè)能力進(jìn)階〞培養(yǎng)方式對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行科學(xué)合理安排，全過(guò)程采用“系列化探究式工程教學(xué)法〞，多維度、交錯(cuò)融合、螺旋式提升學(xué)生的綜合工程應(yīng)用能力，通過(guò)工程內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)的差異和目標(biāo)要求的分級(jí)，結(jié)合相比照擬成熟的探究式教學(xué)思想，最終到達(dá)因材施教和學(xué)生個(gè)性化能力培養(yǎng)的目的。3系列化探究式工程教學(xué)設(shè)計(jì)思路(1)充分借鑒先進(jìn)的CDIO工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。工程技術(shù)應(yīng)用能力進(jìn)階的探究式工程教學(xué)法，可以借鑒“CDIO工程教育〞理念中三級(jí)工程教學(xué)的思想，構(gòu)建出課內(nèi)和課外相結(jié)合的工程教學(xué)體系，旨在以系列化的工程教學(xué)為載體，培養(yǎng)出卓越工程師人才。在實(shí)施CDIO工程教育理念時(shí)，依據(jù)工程所涉及的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及工程本身的規(guī)模，可為學(xué)生團(tuán)隊(duì)設(shè)置一級(jí)工程、二級(jí)工程和三級(jí)工程。其中，一級(jí)工程包含并綜合了本專(zhuān)業(yè)主要核心課程，表達(dá)了本專(zhuān)業(yè)主要能力要求；二級(jí)工程那么引導(dǎo)一組相關(guān)核心課程(課程模塊)的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)突出了某項(xiàng)能力要求；三級(jí)工程那么針對(duì)單門(mén)課程，以期增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該門(mén)課程內(nèi)容的理解?？梢?jiàn)，這三級(jí)工程的劃分主要依據(jù)課程內(nèi)容以及課程所涉及的主要知識(shí)點(diǎn)。為了充分借鑒CDIO工程教育理念，將“卓越方案〞能力進(jìn)階的系列化探究式教學(xué)工程設(shè)計(jì)成三個(gè)層次：根底工程、綜合工程和企業(yè)工程。根底工程針對(duì)大二學(xué)生，主要讓學(xué)生了解一個(gè)工程對(duì)象的根本構(gòu)成，體會(huì)工程實(shí)施的具體流程；綜合工程針對(duì)大三學(xué)生，進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)階段，一般設(shè)計(jì)為根底工程的繼續(xù)深入和水平提升，在完成工程根本構(gòu)成的前提條件下，主要要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)較高的技術(shù)指標(biāo)，到達(dá)實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)能夠應(yīng)用的目標(biāo)；企業(yè)工程針對(duì)大四學(xué)生，主要要求學(xué)生在企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)過(guò)程中尋找和發(fā)現(xiàn)工程，當(dāng)然也可以和企業(yè)指導(dǎo)教師、校內(nèi)指導(dǎo)教師進(jìn)行交流和溝通，最好是能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)的技術(shù)革新或者技術(shù)改造，完成后能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造相應(yīng)的效益，這是一次真正的工程體驗(yàn)。事實(shí)上，CDIO是“做中學(xué)〞和“基于工程教育和學(xué)習(xí)〞(Projectbasededucationandlearning)的集中概括和具體表達(dá)，“卓越工程師〞是我國(guó)高等工程教育改革“卓越方案〞實(shí)施的最終目標(biāo)，在“理念〞與“目標(biāo)〞之間可以通過(guò)“能力進(jìn)階型系列化探究式工程教學(xué)〞予以?xún)?nèi)部溝通起來(lái)，具體如圖1所示。圖1CDIO工程教育與卓越方案的關(guān)系(2)工程教學(xué)的目標(biāo)要具有可達(dá)性。指導(dǎo)教師在設(shè)計(jì)探究式教學(xué)工程時(shí)必須充分考慮學(xué)生的知識(shí)能力和具體情況，設(shè)計(jì)探究工程的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)應(yīng)具有到達(dá)的可行性。然后在工程具體實(shí)施的過(guò)程中，有目的地引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐和實(shí)際操作來(lái)提高解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，并在工程實(shí)踐與工程研究過(guò)程中學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)相應(yīng)的科學(xué)方法。特別是根底工程和綜合工程任務(wù)書(shū)規(guī)定完成的主要功能和性能指標(biāo)等方面必須把握好尺度，同時(shí)還要兼顧所能提供的條件，除了目標(biāo)可達(dá)以外，還要求能夠全面展示出學(xué)生的綜合素質(zhì)和根本技能，并留有足夠的發(fā)揮空間。事實(shí)上，通過(guò)采用探究式工程教學(xué)的具體形式，選擇相應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容，創(chuàng)造條件讓學(xué)生完整地經(jīng)歷工程工程和科學(xué)探究的全過(guò)程。在具體設(shè)計(jì)探究工程的活動(dòng)過(guò)程中，必須站在全局的高度運(yùn)用系統(tǒng)觀(guān)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，逐級(jí)推進(jìn)，并保證局部探究和全部探究有機(jī)結(jié)合。(3)探究式工程教學(xué)的主體性原那么。主體性原那么是指在能力進(jìn)階的系列化探究式工程教學(xué)的具體實(shí)施過(guò)程中，必須尊重學(xué)生的主體地位，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，并注重學(xué)生之間的相互啟發(fā)，兼顧開(kāi)展。學(xué)生積極參與工程組的討論與交流，通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)構(gòu)建新知識(shí)，并及時(shí)地對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行總結(jié)和反思，然后改良相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法。在探究式工程教學(xué)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，預(yù)先確定具體的教學(xué)目標(biāo)時(shí)，必須注重理論知識(shí)與操作技能、科學(xué)方法與實(shí)施過(guò)程、情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)三個(gè)維度的教學(xué)要求。雖然面向全體學(xué)生，但還應(yīng)當(dāng)尊重學(xué)生的個(gè)體差異，使工程教學(xué)過(guò)程更能滿(mǎn)足其個(gè)性開(kāi)展的需要，從而充分挖掘每一位學(xué)生的最大潛能。(4)探究式工程教學(xué)強(qiáng)調(diào)教師的誘導(dǎo)作用。在堅(jiān)持學(xué)生主體地位的同時(shí)，也要提高對(duì)工程指導(dǎo)教師的具體要求。教師應(yīng)當(dāng)是工程探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)者和工程執(zhí)行過(guò)程的組織者與引導(dǎo)者。要求教師全身心地投入和參與，認(rèn)真研究和分析學(xué)生思維方式和解決實(shí)際工程問(wèn)題的思維習(xí)慣，努力尋找教育對(duì)象與教學(xué)內(nèi)容之間的最正確結(jié)合點(diǎn)，善于將自己積累的各種工程經(jīng)驗(yàn)高效地轉(zhuǎn)化為學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生將所獲得的各種經(jīng)驗(yàn)與所學(xué)課程理論知識(shí)相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生在此根底上進(jìn)行大膽創(chuàng)新，以培養(yǎng)復(fù)合型的工程技術(shù)人才。在系列化探究式工程教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)教師要善于誘導(dǎo)學(xué)生，密切關(guān)注工程實(shí)施和執(zhí)行的進(jìn)程，認(rèn)真討論目前存在的主要問(wèn)題，及時(shí)地進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和具體指點(diǎn)。指導(dǎo)教師還要善于發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的多種結(jié)論，特別重視和自己備課時(shí)預(yù)期不同的結(jié)果，變“教案〞為“學(xué)案〞。在參與工程組討論的過(guò)程中，要掌控好局面，適當(dāng)制造情境使學(xué)生的觀(guān)點(diǎn)發(fā)生碰撞，從而激發(fā)出新的思想，還要敏感捕捉個(gè)性學(xué)生的“閃光點(diǎn)〞，并現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)地給予鼓勵(lì)和引導(dǎo)?？梢?jiàn)，在探究式工程教學(xué)活動(dòng)中，指導(dǎo)教師是引導(dǎo)者，其主要任務(wù)是啟發(fā)和誘導(dǎo)；學(xué)生是探究者，其主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新成果。(5)探究式教學(xué)和工程教學(xué)一脈相承。我國(guó)較多運(yùn)用工程教學(xué)法的是高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，它們對(duì)課程體系和內(nèi)容進(jìn)行大膽改革和創(chuàng)新，取得了一定成效，并進(jìn)一步對(duì)本科教學(xué)過(guò)程中執(zhí)行的教學(xué)工程在理論性、科學(xué)性和評(píng)價(jià)結(jié)果等方面予以提升，例如在方案設(shè)計(jì)、功能拓展、數(shù)學(xué)建模、虛擬仿真等方面有所側(cè)重和加強(qiáng)，以到達(dá)綜合訓(xùn)練學(xué)生工程實(shí)踐能力的目的。探究式教學(xué)目前在我國(guó)根底教育階段應(yīng)用得比擬廣泛，主要是讓學(xué)生從小養(yǎng)成主動(dòng)探究的良好習(xí)慣，為長(zhǎng)大后從事科學(xué)研究打下根底。但事實(shí)上，探究式教學(xué)的根本思想不僅僅局限于基教范圍，完全可以引申到各個(gè)教育層次，因?yàn)楣こ探逃淖罱K目標(biāo)都是打造“卓越工程師〞?！疤骄渴浇虒W(xué)〞和“工程教學(xué)〞都是以“工程〞作為教學(xué)活動(dòng)的實(shí)際載體，目標(biāo)一致，可以說(shuō)一脈相承。只是前者在工程實(shí)施過(guò)程中更加強(qiáng)調(diào)和貫徹“探究的科學(xué)精神〞，而后者比擬注重“工程實(shí)施的結(jié)果〞。4系列化探究式教學(xué)工程設(shè)計(jì)實(shí)例(1)系列化探究式工程訓(xùn)練工程選題。遵循上述原那么，結(jié)合“卓越方案〞人才培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)出能力進(jìn)階型系列化探究式工程教學(xué)的選題樣式見(jiàn)表１(根底工程)和表2(綜合工程)。(2)系列化探究式工程訓(xùn)練工程內(nèi)容簡(jiǎn)介。通過(guò)上述表格可以看出，表1所示的根底工程主要讓學(xué)生了解變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成，并且外部是開(kāi)環(huán)控制形式，如圖2所示的虛線(xiàn)方框。表2所示的綜合工程繼續(xù)利用根底工程的開(kāi)環(huán)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，如圖2所示的整個(gè)系統(tǒng)對(duì)象，并在空載和負(fù)載的條件下對(duì)其綜合性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)考核，同時(shí)還要求設(shè)計(jì)出觸摸屏的人機(jī)交互功能。全國(guó)“卓越方案〞的教育教學(xué)改革工