新工科背景下基于学生核心能力培养的地方高校教学模式创新

（聊城大学生命科学学院，山东 聊城 252000）

人类历史的发展表明，每一次工业革命的发生都代表着技术的进步，带来生产力的巨大提升。“工业4.0”的提出和确立触发全球进入了新的工业革命浪潮。源于工业物联网和信息物理系统的新的工业革命要求通过改变公司、地区乃至国家的劳动力的配置来快速提高生产效率增强竞争力以实现经济结构转变升级。《中国制造2025》作为中国政府实现制造强国的第一个十年行动纲领，从国家战略的角度对工业发展指明方向。此外，创新驱动发展、“互联网+”和“一带一路”等重大国家战略的实施，以及以新技术、新业态、新产业为特点的新经济的蓬勃发展，必然要求要有新型工科人才相适应，这将推动工科教育乃至整个教育界的重大变革。2017年2月18日，“复旦共识”的达成标志着我国工程教育改革已成为国家教育层面的集体行动；随后4月8日的“天大行动”，正式拉开了新阶段全国范围工程教育改革的帷幕；而6月9日形成的“北京指南”标志着“新工科”建设的系统部署、全面展开。2016年我国工科本科在校生521万人，毕业生119万人，工科在校生约占高等教育在校生总数的三分一，因此我国拥有世界上最大规模的工程教育[1]。另根据“中国教育事业发展统计简况”统计，至2016年底，我国本科院校1237所，地方本科院校（含民办）则占全国普通高校总数的90.8%;并且我国开设工科专业的院校达到所有普通高校的90%[2]。因此，在新工科建设背景下，地方高校工程教育的改革和发展将是新工科教育改革的重要组成部分。人才培养模式改革是教育改革的核心内容，人才培养方案的修订是推进人才培养模式改革工作的关键环节。探讨如何以“新工科”标准为导向，以“学生中心、成果导向、持续改进”的理念进行“新工科”人才培养模式的构建，培养主动适应地方经济发展的新工科应用型人才是当今地方院校工科教育亟待解决的问题。

一、新工业特征及新工科人才应具备的核心能力

1.新工业特征

随着科学技术的空前发展，新的工业革命已由单纯是新技术和工具在利用能源、延伸劳动手段方面的应用，转变为以技术科学革命为核心、以信息为灵魂的绿色产业革命。新工业革命呈现以下特征：①信息成为重要生产资料、成为社会劳动资本；②制造业成为技术发展与推动的关键和核心；③技术科学体系逐步完善已成为推动产业及至工业革命发展的重要动力[3]；④新的科技知识和信息数据迅猛增加并呈爆炸态势，大数据的收集和应用发挥出越来越重要的作用；⑤基于信息化和数字化等多技术融合的智能制造正在引领制造业方式的变革；⑥可定制的个性化产品和服务成为新工业发展主要趋势。

2.新工科人才应具备的核心能力

新工业的改革与发展需要新型的工科人才，与传统工科人才相比新型工科人才应具有更多与新工业特征相适应的核心能力。在国际上，世界经济组织、ABET工程类专业认证标准以及美国工程院等都对工程师的素质和能力做出了全面描述。中国在2016年6月2日正式加入《华盛顿协议》，我国工程教育质量达到了国际标准，而工程教育认证的中国标准、方法和技术也将影响世界[4]。近期的“天大行动”更是提出了“面向2030的工程师核心素质标准”为我国新工科人才培养指明方向[5]。

综合国内外的标准和要求，新工科人才所具备的核心能力主要包括以下几个方面：①知识能力：具有数学、自然科学、工程基础和专业相关知识并能综合运用知识解决工程问题特别是具有解决复杂工程问题的能力。其中计算机、网络信息技术、金融、环境及工程管理等知识已成为新型工科人才的必备知识；②技术能力：熟练应用专业相关的内容技能和过程技能，具有使用技术、技能和现代工程工具的能力，能够进行数据与信息有效收集和分析。另其也需要掌握跨学科的学习能力，善于学习新知识，形成设计思维；③学习能力：具有终身学习能力，跨学科学习和交叉运用能力；④个人素质能力：具有优秀的分析、实践能力，能根据实际需求进行设计，具有想象力、创造力和主动性，批判性思维和非标准化解决问题，具有沟通能力和工程领导能力；⑤职业道德：具有高的道德水准和专业素养，具有环境和可持续发展意识，能够了解工程方案对社会产生的影响；⑥全球思维：具有全球化思维模式，能追踪、关注并理解当代热点议题；⑦创新创业能力：具有创新创业意识，具有商业思维和管理能力。

二、地方高校传统培养模式与新工科教育

1.地方高校传统培养模式现状

地方院校在我国高等教育体系中占有非常大的比重，大部分地方院校所开设专业的培养模式参照211、985高校的相同或相近专业来制定。但由于教学资源、师资力量以及办学经验等不足，又不能全盘照搬，导致地方院校出现办学特色不鲜明甚至出现办学定位不明显的现象。虽然现在很多地方院校以“应用型”或“地方应用型”来定位，但是传统的“整班平行培养”模式不仅限制了学生的自身意愿，也无法针对企业需求进行针对性培养[6]。另外，现有的地方院校工程教育体系多以学校为主体，以理论知识学习为主，工程实践所占比例较小且只有部分工程实践在企业中以见习、实习的形式开展，这使得学生在工程实践能力培养方面存在先天的缺陷，培养效果与应用型要求相差甚远。与研究型高校相比大部分地方性高校的科研实力和影响力较弱，致使地方企业特别是地方知名企业在选择科研合作伙伴方面顾虑较多，地方高校和当地企业之间的科研横向合作较少，而高校自有的纵向科研活动不能有效对接产业需求并反哺人才培养。

2.地方院校开展新工科教育的不适性

目前，许多地方院校都在进行应用型的转型与建设，而“新工科”提出和确立为转型和建设做出了指引，将有利于地方高校找准定位、办出特色真正实现向应用型转变。然而，“新工科”之所以“新”就要求抛弃旧的传统工科教育中与新工科不适应的方面，实现新兴工科和传统工科相结合的学科专业 “新结构”，工程教育人才培养的“新模式”，具有国际竞争力的工程教育“新质量”，中国特色工程教育的“新体系”[7]。针对地方院校工科教育现有的培养模式，其与新工科的不适应性主要表现在以下几个方面：

第一，培养方案是培养模式的主要体现形式之一。在培养方案上现有的培养方案多呈现重理论轻实践的特点，实验教学在实践中所占比例偏高使学生的实践能力不能得到真正的提升。以实习为主的实践能力培养多集中在高年级展开，此时由于考研、就业等因素的影响使实习效果大打折扣。此外，在培养目标的定位过程中存在，培养目标比较简单笼统且过于重视知识能力、学术能力，对技术能力、个人效能重视不够以及忽视社会能力的问题。培养目标的虚化会致使检验和评价培养目标的达成度比较困难[8]。而对核心能力的重视失衡则使培养的人才难以达到新工科的要求标准。而且课题体系设置与地方产业发展不相适应。着重强调课程体系的完整性和系统性，缺乏能够反映区域特色，满足地方企业需求的特色课程。课程内容设置对产业发展和重大变化的敏感度不够，不能及时根据产业发展的新趋势、新特征与新需求，增加或调整课程内容。

第二，培养机制不能有效支撑新工科人才培养目标的达成。在多学科协同育人机制方面，依托传统学科划分形成的各专业由于边界意识过浓，严重影响了学科之间的资源共享，限制了学科交叉，导致跨学科学习和交叉运用等能力的不足。在科研反哺教学机制方面，地方院校多依赖于纵向课题且对基础理论研究较多，难以将科研活动与教学相结合。此外，科研活动与地方产业相脱节，与地方产业的技术创新需求相关性较低，致使协同技术创新和协同育人都难以达成。

第三，专任教师工程实践能力缺失。应届博士毕业生是地方院校专任教师的主要来源，虽然具有扎实的理论基础但是没有企业工程实践经历。同时企业中有丰富工程实践经验的人难以到高校任职。因此，提高专任教师的工程实践教学能力势在必行。

第四，管理制度和评估方式与新工科教育的灵活性不适应。现有的教学管理制度是以校园学习为基础以学生课程学习完成情况为对象的学分认定政策，评估方式主要针对学生课程完成情况，学分的获取量而展开的相对封闭的定量化评价。针对学生实践能力、综合素质的评价，无论是在评价方式方法还是在重视程度方面都比较薄弱。特别是在毕业生跟踪反馈机制和社会评价机制的制定和运行方面存在所获信息结果不能有效支持专业持续改进的问题。

三、地方高校新工科培养模式探索

1.地方高校新工科理念形成

新工科作为一种高等教育改革行动，需要引入教育的新理念，按照新工科的规律与特点进行教育改革。“复旦共识”将学校划分为工科优势高校、综合性高校和地方高校进行分类指导，尊重了高校类型、理念、发展的多元化和复杂化[2]。地方高校的新工科理念既要遵循新工科的形成发展规律又要根据自身特点结合当地社会需求进行明确定位。首先，应主动对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，形成面向地方需求的校企合作、产教融合、协同育人的教育理念。培养大批具有极强专业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才，在区域经济发展和产业转型升级中发挥支撑作用。其次，要形成“新工科”核心能力的培养理念，根据自身办学特点对比欧洲工程师能力标准、英国工程专业能力标准、美国ABET认证标准等国外工程认证标准和我国工程教育认证标准，分析专业的具体核心能力。借鉴国内“卓越工程师教育培养计划”、示范性软件学院和微电子学院、国家教育体制改革试点学院成功经验，建立从理论学习、实践锻炼再到能力培养的教学过程。第三，加强培养学生持续竞争力的理念。新工业革命的特征要求大学的工程教育要培养能够符合当下经济行业需求的人才，更要培养培养具有可持续竞争力的创新型人才。不能一味的追求为满足当前社会市场人才需求而进行的定制培养，而要考虑学生的可持续竞争力的培养，树立创新型、综合化、全周期工程教育理念[9]。

2.成功的工程教育教学模式

目前针对工程教育比较成功的教学模式主要是基于问题或项目导向的教学模式，如麻省理工学院与多所瑞典大学共同创立的CDIO模式、丹麦奥尔堡大学的PBL模式、OBE工程教育模式。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作 （Operate），CDIO理念的核心即以实际的产品研发到产品运行的项目工程为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行工程学习[10]。 PBL（Problem-Based Learning）模式，也称问题式学习，该模式将学生置于真实的、复杂且有实际意义的问题当中，在学生自主解决问题的过程中，培养学生学习知识、综合运用知识的能力，此外通过团队合作还能培养学生的交流及团队合作能力[11]。

OBE（Outcom-based education）是起源于美国的基于学习产出的工程教育模式。它注重社会对人才的实际需求，强调围绕学习产出来合理安排教学时间和设计关键教学资源[12]。OBE理念关注的是通过明确的培养目标和要求的设定来培养学生，够使其在毕业时能够获得相应的知识、能力和品质；培养的效果依据培养目标的达成度来确定；此外OBE理念强调教育的灵活性，在目标明确的培养过程中可针对不同类型的学生采用多样的教学方法和评价手段。作为成功的高等工程教育模式，目前全球很多国家教育系统都进行了OBE理念的推广和应用。中国工程教育认证协会也基于OBE的理念提出了工程教育专业认证的质量标准要求：产出导向的课程设计、学生为中心、持续改进的质量保障体系。在我国高校工程教育类人才培养、教育教学改革及专业建设方面OBE的应用也发挥了重大的作用。特别是以汕头大学牵头成立的教育部研究与实践课题组致力于将CDIO模式引入国内高校，在机械类、电气类共两批38所高校成为试点高校，改革效果良好[13]。

此外，德国的“双元制”教学模式也是比较成功的工程教育模式。"双元制"教学模式是由企业和学校分工合作的产学结合教育手段，其课程设计的核心是职业实际需求。“双元制”典型做法是将教学分别在企业和学校里交替进行，将企业中的实践与学校中的理论教学密切结合。通过在学校里完成相应的理论课程学习使学生具备专业所需基础知识，在企业中进行实际操作的学习，培养学生的实践操作能力、发现问题、分析问题及解决问题的能力从而培养能够适应社会发展的应用型人才[14]。

3.教学策略的形成

随着现代教育技术的不断发展完善，为教学策略的改革和创新提供了更多的条件。教学策略的革新及应用又推动了教学模式的完善和创新。形成了教学策略和教学模式相互支撑、相互促进的良好局面。目前主要的教学策略有：①增加师生互动策略，通过增加课堂上师生的讨论、互动改善传统课堂教学的单向灌输、效率低下的局面；②教育技术应用策略，多媒体、网络平台等的应用，既能丰富教师的教学手段使现实课堂更加丰富立体，又能为学生的知识扩展学习提供资源，实现学生的个性化培养；③学生自主学习策略，利用在线开放课程信息平台开展学生的自主学习，既能实现通识知识、基础知识的宽泛学习又能保证学生的个性化培养；④虚拟仿真应用策略，虚拟仿真技术的应用既能解决传统教学中存在的学生多、资源不足等缺点，又能将教学与真实的工程环境相融合，可节省实验成本、提高培养效率、增加学生实操经验；⑤学科交叉融合策略，新工业的发展过程势必会产生新的行业，新行业大都具有学科交叉与跨界融合的特征[15]。因此在现有专业的基础上将可融合学科的资源借鉴过来，甚至将多个专业有机整合成一个新专业，都将有利于提高学生的跨学科学习能力，扩大学生的就业范围并使学生具有可持续的竞争力。

4.基于教学策略的教学模式创新

新工科的提出，是基于时代境遇、社会需求、工程教育现状和工程学科发展规律综合认知下的反思。以新工科建设为契机，推进工程教育全面改革有利于地方高校找准定位、办出特色。创建适用于新工科的教学模式是工程教育改革重要组成部分，也是地方高校最容易突破并显现成效的方面。基于教学策略的教学模式创新有利于地方高校在原有教学模式或借鉴成功教学模式的基础上，通过对现有资源的优化再配置有利于增强学生核心能力的培养，实现与地方经济产业人才需求的快速对接。

以聊城大学生物工程专业教学改革为例。作为地方高校的应用型专业需要与地方优势产业相结合。通过对地方产业的调研，确立与生物工程专业相关的两大行业-发酵和制药行业。根据专业现状建立了基于CDIO-OBE理念的教学模式并将多种教学策略应用其中。构建了以项目为载体的课堂教学和以成果为导向的实践教学体系。在课堂教学中针对基础理论的学习，通过在传统课堂讲授的基础上结合教育技术应用策略、学生自主学习策略、虚拟仿真应用策略，来实现核心能力中的知识能力、学习能力的培养；针对专业知识的学习则以企业的生产实例和研发过程为载体，结合教育技术应用策略、虚拟仿真应用策略，来实现核心能力中技术能力、学习能力、创新创业能力的培养。实践教学体系由学校的主导的普适性实验和实践教学和以企业为主导的个性化企业实习组成。在实验和实践教学中通过设置基础性和拓展性任务结合学生自主学习策略、虚拟仿真应用策略、学科交叉融合策略实现核心能力中技术能力、个人素质能力、全球思维能力的培养。在企业实习过程中通过完成企业设立的生产或研发目标采用增加师生互动策略、学生自主学习策略来实现核心能力中技术能力、学习能力、个人素质能力、职业道德核心能力的培养。基于以上理论的支持在不同课程中进行，如基于MOOC/SPOC的翻转课堂教学模式改革、课程学习与项目学习相结合的教学方式改革、目标驱动式教学改革、探究式与小班研讨式学习方式改革等多项教学改革。同时在推进校企合作的同时进行实习体制的改革以实现校企协同育人共同发展的目标。

四、总结

以新工科为导向的工程教育改革为地方高校的转型与升级指明了方向，创建适用于新工科的教学模式是工程教育改革重要组成部分，也是地方高校最容易突破并显现成效的方面。教育改革是一个长期探索的过程，基于新工科理念的教学模式改革也不是朝夕就能完成的工作。随着地方高校新工科理念形成与完善，在借鉴成功的工程教育教学模式基础上，基于教学策略的教学模式创新可为地方高校工程教育教学的改革与发展提供新的途径。

编辑：翟丽