新工科背景下贯通式项目制研究型综合实践教学模式探讨

李津津 叶佩青

摘 要：为践行“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体的培养理念，本文针对机械工程专业人才培养提出了贯通式项目制研究型综合实践教学新模式，探讨了该模式下机械工程专业实践教学的具体改革措施，为新工科建设提供了一种新思路。

关键词：新工科;实践教学;教学改革;项目化教学

一、背景

随着互联网、云计算、大数据等新技术涌现，机械工程不再是传统意义上的机械产品设计制造，而是以智能制造、云计算、人工智能、机器人等前沿领域为主要研究对象。为此，近年来国内高校就新工科发展做了大量的探索[1]，具体如表1所示。其中，“天大方案”由天津大学提出，主张将课程体系和培养体制进行重构，把三类五大项目（课程内项目、课题组项目、交叉学科项目、科研实践项目与毕设项目）串联为一个紧密的整体，形成“课程元”并组成一个完整的课程体系，把课程重点放置在遇到实际问题时如何学习及应用所学知识上。“新工科建设F计划”由华南理工大学提出，主张“通识+专业+双创”的课程体系模式，加强对学生的“5I”多维度培养（即学科交叉融合、工程深度学习、本研贯通、产学研合作、国际化教育），专注打造兼顾价值理性和工具理性、复合知识和核心能力（思想能力、学习能力、行动能力）、全球视野和家国情怀，且同时具备创新、创造、创业能力的顶尖技术人才。复旦大学增设课程核心为 “本研贯通+产学研融合”的新工科试验班，包括微电子科学与工程卓越班、智能科学与技术专业两类，为学生提供“本硕博连读”的培养模式，让优秀学生在这一模式下继续深造。中国科学技术大学近期新增了信息智能学部，以促进工科的学科交叉。北京理工大学增设了三个关于智能制造的新工科专业，包括人工智能、智能制造工程、数据科学与大数据技术等。大连理工大学对机械类项目群进行课程改革;北京大学图灵班新增人工智能方向;南京大学成立人工智能学院;西安交通大学启动大电类和机类等工科大类招生。

国外已有多个发展成熟的工程教育改革模式，如能力导向教育模式（CBE）、成果导向教育模式（OBE）和构思—设计—实施—运行教育模式（CDIO）。CBE 是一种以学生能力为本位，以个人能力为基础进行教学，督促学生进行自我管理、自我学习的教学模式，已在美国工程教育领域全面施行。课程内容为模块式结构、理论知识与实践技能训练有机结合，以学生为中心，注重“学”而非注重“教”。CDIO强调构建一个互相支撑且有机联系的一体化课程体系，并将产品全生命周期作为载体（包括研发、运行、维护和废弃），促使学生积极学习工程知识并主动实践。

除这些成熟的工程教育模式外，国外高校也在积极探索新的模式。麻省理工学院提出了国际科技计划（MISTI），为学生提供海外学习机会并加强与名企的交流实践[2]，并要求：

（1）学科设置与工业生产紧密结合，学生在实习过程中自觉学习交叉知识[3];（2）重视物理基础;（3）强调教授及教学科研办学于一身，办学理念与教育方法始终随着科研与社会发展而改革;（4）注重人文学科的发展。麻省理工学院等高校认为，人文素养对于科学工程创新具有潜移默化的革新与促进作用。斯坦福大學也积极进行改革[4]，包括：（1）“向本科生提供项目研究”制度，并向本科生全面开放实验室;（2）“拓展交叉学科研究”制度，以项目为基础进行交叉教学，让学生为用而学;

（3）“教育综合性”制度，以跨学科为基础进行教学环节的改革。滑铁卢大学主张合作教育人才培养模式[5]，学生可选择有报酬的工作岗位，工作学期实行导师指导制，选择该模式的学生将会有五个学年的学习时间，其中工作实习时间可占40%。在此期间，学生可以积攒大量工作经验，提升就业竞争力。普渡大学将大类教育、柔性化培养方案与企业社区参与方案相结合[6];南洋理工大学主张学生需在当地或海外实习，并推行全球教育计划（GIP）、海外实习计划（OAP），构建基于创新的“本科生在校研究计划”等;卡塞尔大学实行“宽进严出”“院系联合办学”“研讨班”等举措，提高学生的交叉学科学习能力。

二、贯通式项目制研究型综合实践教学模式

贯通式项目制研究型综合实践教学从顶层设计，贯穿本科大学四年，重视学生的个性化发展，培养学生综合运用知识的能力和解决问题的能力。从大一开始，就针对学生设计一个综合性的实践项目，以研究性项目为主导，在导师指导下，学生用3～4年时间完成实践项目。该模式将构筑一个符合卓越创新人才成长特点的学习条件和培养环境，支持学生自主学习与创新创业，并以“创新教育模式、激发学术志趣、提高培养质量”为目标，强调“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体的培养理念。

1.贯通式项目制研究型综合实践教学现状

在国外大学，比较系统的实践课程设计要求学生利用整个本科教育阶段所学的知识，在特定的设计题目、设计要求以及项目预算下，以团队为单位，发挥专业能力、协作能力及创新精神，完成产品的设计、制造及控制等全部任务。比如，宾夕法尼亚州立大学与企业合作进行了本科顶点实践课程建设;加州大学洛杉矶分校开设了为期2个学期的“机械产品设计”顶点课程设计，集合了从产品设计到自动化控制等多个环节的综合性创新实验课程。这些可以看作是本科生贯通式项目制研究型实践教学的雏形。

在国内，本科生贯通式研究型实践教学并没有形成系统的教学方案，都是在已有的实践课程基础上进行优化设计。例如，清华大学机械工程系已经建立了比较全面的实践教学课程体系，并取得了较好的教学效果（2018年通过了ABET认证）。2018年在大四上学期开设的实践课程“制造工艺设计与实践教学”为专业必修课（64学时，4学分），着重培养学生运用知识的能力和解决实际工程问题的能力。而2016年开设的挑战性课程“产品工程化设计实践”（64学时）通过引导式实践和自主式实践相结合的方法培养学生的创新意识。但实践课程也存在一些不足：一是缺少创新设计，实践主要针对传统的实验验证和机械设计。二是比较碎片化，各个实践之间缺少联系但又存在一定的重叠。三是缺乏顶层设计，没有根据学生的培养目标进行整体设计。