“三耦四融”一体化工程创新人才培养体系研究

2022-05-30张徐赵丽

中国大学教学 2022年7期

张徐赵丽

摘要：随着工程教育改革的不断深入，工程创新人才培养理念需要优化，人才培养体系亟须革新，人才培养模式也应改革。然而当前工程创新人才培养在教学目标、实训内容、实训时空链接与个性培养等方面，仍存在诸多问題。研究提出“三耦四融”人才培养体系，即在“立德树人”的课程思政基本框架下，实现知识、能力与创新的“三耦”，以及学习模块与实训平台间的“四融”，力图解决工程创新人才培养的问题，也回应新工科建设对工程创新人才培养提出的新要求。

关键词：工程教育;三耦四融;工程创新人才;培养体系;学习模块;实训平台

一、新时期对工程创新人才培养的新要求

当前基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、创新创业能力等新要求，相对于传统工科发展，新工科的概念与发展理念应运而生[1]。

新工科建设与发展要求的提出显然是对传统工科人才培养模式提出了更高的期待，落实到工程教育人才培养的具体工作中，则需要以培养未来科技革命和产业革命的储备人才为目标，随时应对现代工业人才规格的变革和人才需求多样化的趋势[2]。新工科的主要研究与发展内容为“五个新”，即工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系，这一要求更加明晰了新工科建设与发展的内涵[3]。因此在这些基本思想的指导下，对工程创新人才培养的研究期望通过理念、体系、模式的变革，以实现对结构的调整和质量的提升，使工程教育改革的“五个新”有机结合、相互促进。

1.单一转向立体：人才培养理念优化

新工科建设与发展需要明确人才培养新理念，这就要求对工程教育既往与当下的发展历史与过程、国内与国外工程教育实践的经验与教训进行深入的挖掘与反思，探索形成新工科的内涵、特征、规律，以及预测未来发展趋势。在此基础上，提出从传统工程教育向新工科教育改革与创新的发展理念与路径。在新工科背景下，构建多学科交叉融合的现代工程训练，实训教学平台依托互联网、虚拟仿真、数字化、信息化等手段，强化价值引领，通过项目驱动及学生自主学习，实现由单一实习向“多维、综合、立体”实习转化，由传统的金工和电子工艺实习向现代工程实践教学转化，由单设备技能实习向互联网条件下的学科交叉训练转化，由操作技能实习向综合能力实践、创新实践相结合转化[4]。实训平台全方位开放，构建基于大工程背景的现代工程训练平台及培养体系，不仅为理工科的学生服务，还拓展为人文社会学科等其他学科的学生服务，拓宽他们的大工程知识视野[5]。

2.课程思政融入：人才培养体系革新

新工科建设与发展需要建立人才培养的“新体系”，因此要从当前与未来一段时期社会发展需要的工程人才分类培养的体系结构入手，对高等学校人才分类发展体系结构进行改革，建立推进工程教育人才培养的具有一定特色和水平的宏观政策、组织体系和运行机制等。为此，我们围绕现代工程训练实现学生工程实践创新能力培养这一核心目标任务，结合新工科的建设培养需要，按照实践教学及学生实践能力提升的客观规律，构建了从“认知到基础工程、综合自主实践到工程实践创新”四个层级课程思政元素融入训练过程的持续贯通耦合递进的工程训练体系。该实训体系的建立，可以让学生通过循序渐进的实训完成更具有挑战度、复杂度的创新项目，学生通过层次递进的训练以实现从认知、学习、实践到创新实践能力提升的过程，通过持续提高工程能力，达成再创造的工程创新能力培养。

3.耦合递进设计：人才培养模式改革

新工科人才培养模式的改革是在传统工程教育已有的卓越工程师教育培养计划、CDIO等工程教育人才培养模式基础上，进一步探索深化产教融合、校企合作等人才培养模式改革路径。通过项目驱动的“平台+模块”基础训练教学体系和综合创新训练体系，在工程训练中实现知识能力、实践创新、价值塑造的一体化培养。单个知识点、单个技能的训练很难达到“再创造”，实训方法要打破原有实训内容之间的界限，注重知识能力的贯通耦合及递进螺旋上升;训练内容的设计要以项目为龙头牵引驱动，遴选、凝练覆盖新工科培养目标中需掌握的知识点和能力点，聚焦大类专业实训中的共性必修知识能力内容，构建教学“平台”部分，聚焦不同的学科方向及个性化培养目标，构建教学“模块”部分，实现各专业之间差异化及学生个性化的培养目标。项目产品面向产教融合协同育人产品、创客创新产品、科研转化教学产品、经典工程训练产品等，通过独立完成整个项目的实训过程周期，学生在掌握知识能力的同时实现再创新的一体化实践能力的培养。

二、工程创新人才培养现存诸多问题亟待解决

对工程创新人才的培养应充分利用好资源、发挥专业优势，合理定位，错位发展，培养服务区域经济发展的特色、应用型人才[6-7]。为适切创新工程人才培养的实际需求，本科院校应当从深入开展新工科研究与实践、树立工程教育新理念、创新工程教育教学组织模式、完善多主体协同育人机制、强化工科教师工程实践能力、健全创新创业教育体系、深化工程教育国际交流与合作以及构建工程教育质量保障新体系这八个方面进行人才培养模式改革[8]。而对照时代的要求，在当前的工程创新人才培养现状中，依然存在着涉及多个向度的不足之处，影响了人才质量和国际竞争力，亟待学界与高校管理层持续深入探究其改善之道。

1.教学目标向度：工程教育中的知识教学目标达成不足

当前仍然存在“分科化”严重的现象，这不仅体现在工程人才培养的教育中，还体现在其他各种教育形式中。课程的设置会像划豆腐块一样将各个模块的知识做出明确的板块区分，同时理论课程的知识输入与实践课程割裂现象也比较普遍，呈现出“重理论、轻实践”的倾向。知识模块的严格区分和理论实践的严重割裂造成人才培养过程中工程知识的讲授超额而人才培养目标却并未真正达成[9]。工程教育的“理科化”现象凸显，工程教育“理科化”认识忽略了“工程教育”与“理科教育”的联系与区别[10]。应以选修课方式鼓励学生参与创业研究，教学模式以小班授课、研讨为主，课程设置上则采取宽口径、多学科交叉融合的方式，并支持学生参与科研项目[11]，通过这种综合式的学习过程所培养出的学生其能力相对比较全面，在实践中不会因某一环节的认识缺失而难以为继。

2.个性培养向度：工程创新人才个性培养缺失

由于人才培养对象群体庞大，理论知识的统一学习和实践训练的统一组织一直以来是一种常见现象。而应当认识到的是，只有因材施教，根据不同学习者的實际需求进行有针对性的培养，才能充分体现出创新人才间的“差异”。培养大量的毫无差异的人才是没有意义的，因此工程创新人才的培养应当实现因材施教，即以人才为本，根据不同专业类型人才的特点进行培养，避免人才在培养过程中的个性缺失。同时，人才培养目标定位的趋同化也使得不同专业和方向的人才特色缺失，导致工程创新人才在社会中的根基和竞争力依然不稳。基于工程训练中实现各专业及学生个性化培养的问题，创新人才培养需要体现“拔尖”的多样性、“创新”的应用性[12]，构建兼顾差异化、个性化培养的“平台+模块”工程训练培养体系。通过聚焦大类专业实训中的共性必修知识能力内容，构建教学“平台”部分，同时聚焦不同的学科方向及个性化培养目标，构建教学“模块”部

分，实现各专业之间差异化及学生个性化的培养目标。

3.实训内容向度：工程教育实践训练内容分散

在分科化培养的现状下，基于严格分科化的课程进行人才培养，势必会导致工程教育实践训练的内容无法聚焦，工程教育实训内容整体呈多点无组织散落分布于知识面中。分散的内容虽然在理论与实践之间存在比较清晰的对应关系，但不成体系的实训内容对于人才的全面培养和能力的综合提升是不利的。对于这一现象，应基于对一般工程训练各实践内容分散独立、相互缺少关联、不同实践教学内容存在重复等问题的深入理解，通过构建耦合层次递进的综合创新能力工程训练创新课程体系来改善。在具体实现中，应在对现有工程教育实践训练内容进行整合后，根据对培养目标的把握对实训内容进行重新分类和分层，保证人才培养过程中的每项学习内容都能在知识训练、能力培养与创新提升三个层级中找到其对应的类别，根据认知发展规律与社会实践需求的双向条件制约规范工程教育实训内容的分布与安排，有效促进培养目标与实训内容的贯通耦合、层次递进，提升其内容聚合度，避免过于分散。

4.实训链接向度：工程实训时间空间链接不畅

工程创新人才培养中极为关键的教学环节就是实训环节。通过实训，学生职业素养、职业道德得以强化，专业技术技能得以提升。但在实训中不同学习者间在工程教育实训过程中会出现时间上的冲突与不协调，也会出现空间上的不便与不适应，这一问题在目前的工程实训中是一个难以解决的问题。长期以来，校内实践实验场所由于各种原因难以及时更新设备。在小组实验过程中，实验设备数量也无法满足小规模小组的套数要求，因此无法达到实验教学的学习要求。学生团队的项目研究总是目标宏大，在实践过程中却往往因客观条件限制而无法完成[13]。与此同时，校企合作中相关企业提供的资源太少，加之管理制度与机制不到位，企业导师的数量偏少或教学水平跟不上，都大大降低了实训环节的教学质量，从而导致实训教学效果不理想，出现形式化的现象[14]。这些实训基地的建设问题也制约着实训内容的结构调整，因此实训手段的不足对工程教育实训的内容分散问题也有一定的影响。随着信息技术的不断发展与科技成果的不断革新，面对现代工程训练对时间广度、破除实训空间组织结构阻隔的需要，拓展实训的手段，借助虚拟现实、远程在线协作等前沿技术，一方面将能够在一定程度上破除实训基地的建设难题，推动人才联合培养质量的提高;另一方面，还将改变工程创新人才的实训培养模式，通过接轨前沿技术真正搭建起多学科交叉融合、打破原实验室组织壁垒、融合共享的实践平台。

三、“三耦四融”一体化工程创新人才培养体系构建

工程教育实践教学是工程创新人才培养的重要环节。工程创新人才的培养需要适应社会发展需要，社会实践能力的提升则必须依靠实践训练，因此回归工程与实践是高等工程教育改革的必然趋势[15]。以“耦合—融通”为理论基础，构建“三耦四融”一体化工程创新人才培养体系，在双师型教学团队师资保证和多维实践训练模式创新机制下，工程创新人才培养的割裂化问题被解决，将能够确保人才培养的全面综合性和一体化，从培养过程和培养结果两方面实现耦合与融通。同时，通过建立和健全安全保障体系和质量保障体系，奠定基础底线，提升发展上限，共同为人才的工程实践创新能力培养服务。

1.理论基础

耦合（Coupling）是一个工程领域的概念，它表示两个子系统（或类）之间的关联程度。耦合程度（Coupling degree）可以用松散与紧密耦合来理解，当一个子系统（或类）发生变化时对另一个子系统（或类）的影响很小时，则称它们是松散耦合的;反之，如果影响很大时，则称它们是紧密耦合的。模块间的耦合度直接影响系统的可理解性、可测试性、可靠性和可维护性[16]。耦合的概念也延伸至社会经济领域的研究，在社会复杂系统中，经济、资源、生态等子系统之间存在必然的内在耦合性[17]。“耦合效应”“耦合协调发展度”是社会经济研究领域中评判一个地区或社会发展程度的有效工具。结合系统观，耦合度评价也趋向协调与均衡发展水平的评价。

融通，即融会贯通，使融洽，相互沟通。系统中各子系统与要素之间的融通，是实现系统目标的重要保障。在工程创新人才培养中，不论从人才培养的社会价值、服务价值，还是新工科本身的建设价值与教育价值来看，学科交叉融通、理论学习与实训融通等，都服务于人才培养的最终目标。

因此，我们在剖析当前工程创新人才培养在教学目标达成度不足、实训内容分散与时空链接不通、人才个性培养缺失等问题的基础上，反思工程创新人才培养体系的不足，解构人才培养体系的若干系统或组成要素，以耦合与融通的理念，构建新型的一体化工程创新人才培养体系。

2.体系构建

根据社会对人才的实际需求，我们构建由校内实践平台、创新实践平台、社会实践平台组成的综合平台体系，并通过多个平台实践提升学生实践动手能力和创新能力，实现立德树人引领下的“知识—能力—创新”三者贯通耦合、层次递进的课程思政，以及学科交叉模块与四平台有机融通的共享实训平台（如图1所示）。

（1）围绕能力培养目标，创设贯通耦合、层次递进的创新课程模式。在已有研究中，实践教学体系大多被简单划分为基础实验实践层级和专业实验实践层级，分别与通识教育和专业教育融合[18]。在“三耦四融”体系中，以知识获取能力、实践创新能力提升的客观规律为准则，以学生工程实践创新能力培养为目标，通过不断优化、凝练实训课程内容，构建了四个层次递进的工程训练层级，对以往的简单区别进行了更深入细致的区分，也再次明确了对工程创新人才培养的方向和内容。以立德树人为根本，将知识、能力、创新三个主体贯通耦合，借鉴CDIO（构思Conceive、设计Design、实现Implement、运作Operate）工程教育理念[19]，并通过精心设计，将沟通协作、工匠精神、报效祖国、社会责任等思政元素“润物细无声”地融入训练过程，在人才的科学文化知识与能力的培养过程中加强其理想信念建设，实现工程训练与课程思政的一体化。利用能力的实际运用特性，使体系中的“工程意识、基础工程能力、交叉复合工程能力、工程实践创新能力”能够自然地打破原有项目之间的界限，强化了知识能力的贯通及渐进叠加的融通式能力提升。同时，以学生实践创新能力提升为中心，构建了贯通耦合、层次递进的工程训练创新课程体系（如图2所示），系统性地、循序渐进地实现学生本科四年工程训练创新能力递进提升。

（2）针对专业培养个性，形成“平台+模块”工程教学实践训练体系。根据学生本科四年层次递进的工程训练体系，构建了“共享实训平台+学科交叉项目模块”的综合创新训练体系（如图3所示）[20]。以项目驱动式的“平台+模块”基础训练教学体系和综合创新训练体系为工程实训培养起点，通过对师资建设、实训模式以及学科融通思想的转变，从信息化与可视化平台、工程实训平台、科研探究平台、创新训练平台的平台搭建与认知层、基础层、综合自主层、创新层的模块推进两方面入手，双管齐下，从内在的顶层设计理念为学习者工程实践创新能力的有效提升这一培养目标保驾护航。同时，高校的理工科学生都要进行基础工程训练部分的金工实习、电装实习，无论是实训人次还是实训人数规模，在工程训练中都占据主要的地位，金工实习、电装实习实训质量和效果的目标达成，关系到工程训练和创新人才培养的整体质量与培养效果。因此，在新工科与工程实践能力培养的要求基础上，构建了“基础训练平台+专业训练模块”的金工實习和电装实习教学体系（如图4所示），为新工科背景下的人才培养新理念在基础训练教学模式的实施提供了具体的方向指导。

（3）强化现代工程训练，构建打破组织壁垒、融通共享的实践平台。“互联网+工业制造”双向融通推动了以新技术、新产品、新业态和新模式为特点的新经济的快速形成和发展。新工科在这样的时代背景下，对工程创新人才培养提出的要求不仅应体现在培养目标这一结果向度上，还应在人才培养的过程向度上强化工程训练的现代化，进一步促进新科学技术与教育实践的融通。因此，在多维立体的融通共享实践平台建设中，将切实保障其架构紧跟现代工程实际的需要，依托各实训室、实验室等传统实体实训基地，整合构建由工程实训平台、创新训练平台、科研探究平台和信息化与可视化环境构成的“3+1”共享实训平台;并依托网络资源与虚拟仿真、信息化与可视化环境等新技术，充分运用互联网、虚拟仿真技术开展教育教学，学习的时间跨度拓展为“课程内学时+课程外时间”，学习的空间拓展为“实训室+网络平台”，整个实训培养过程在“多维度、立体化”的融通共享实践平台实训体系下进行混合实训（如图5所示），通过缜密的设计理念与创新的技术应用有效改善人才培养中工程实训在时间与空间上的链接不畅等问题。创新技术手段在工程人才培养过程中的应用不仅能在改进教学效果时直接提升学习者的工程创新能力，还能够促使学习者在头脑中逐渐形成技术应用意识，间接提高了工程人才的技术素养和信息素养等，也实现了素养的融通式培养。

（4）借助实践项目驱动，促进学科交叉融

通、新工科能力全面培养。在科学技术不发达的20世纪或更早，实践应用发展受制于技术的进步，因此产品生产以及人才的培养方式需向技术发展速度看齐。在技术已突破瓶颈的新工科背景下，人才的培养模式则应与市场价值即社会需要对标，使人才的培养更符合社会实践项目的需求。因此，要充分发挥实践项目对工程创新人才培养的意义，聚焦实际工程应用、协同育人、科研转化成果、创新创客活动等设计系列实训项目作品，实现多学科交叉融通创新训练;同时逆向梳理训练项目内容覆盖的知识能力模块，构建基于项目驱动的知识能力、创新实践一体化培养体系（如图6所示）。针对不同的能力目标，其所属学科作为基础知识与能力的培养模块，构建出清晰的能力培养目标;在基础知识与能力得到保证的前提下，通过结合社会实际的需求来确定和设计具体的学科交叉项目。在工程创新人才的培养中，系统性的综合工程训练不仅能够对参与者的能力进行一次全面的提升，也是一种对其综合素养的重要考验和评价手段。

（5）推动多角度评价，利用闭环反馈实现实践教学质量保障机制。构建实践教学评价指标模型，从学生评价、教师自评、领导评价、教学督导等多角度主体，根据不同的评价主体，设置不同评价权重，创编相应的实践教学评价量表，实现评价量化考核、闭环反馈的持续改进（如图7所示）。以实训课程为核心，借鉴OBE理念，突出课程目标达成评价方法的研究与应用[21]。在评价过程中要明确评价角度的多元化是必要的，特别是人才的培养标准与教学的评价标准并不完全等同，前者以学习者为主体，后者则是发生了学习者与施教者主客体间的互动关系，将两者等同看待就是对外部评价的忽视[22]。在多方协同育人的培养模式广泛应用的今天，除高校以外的其他培养单位如相关企业实训基地等在工程创新人才中的作用也应当持续重视，不断改进现状、解决其在工程创新人才质量培养中参与度依然不足的问题。在这个过程中，闭环反馈能够较好地平衡人才培养中各利益方的权重，为人才在工程创新能力上的培养提供强有力的支撑[23]。

工程创新人才的培养体系就是在新工科背景下，通过将科技前沿的技术工具和思维途径应用于工程创新人才培养，在“立德树人”引领下的课程思政基本框架中，实现了知识、能力与创新的“三耦”以及学习模块与实训平台间的“四融”，成为在新工科背景下工程创新人才培养模式的有力指导。通过各方利益主体的协同合作，教师与学生的共同努力，对“新工科”理论与实践的探索将伴随着当前技术发展与社会需求不断深入，以此有力推动我国工程教育改革的不断前行，树立具有中国特色的工程教育理论新体系和实践新典范。

参考文献：

[1] 廖卓凡，王静，熊兵. 新工科背景下“软件工程”课程教学与实践改革研究[J]. 计算机时代，2021（5）：81-83，87.

[2] 叶晓勤. 新工科背景下工程训练中心创新人才培养探究[J]. 实验技术与管理，2019，36（12）：274-277.

[3] 教育部. 教育部高等教育司关于开展新工科研究与探索的通知[Z]. 教高司函〔2017〕6号.

[4] 刘健. 由传统金工实习向现代工程训练转变的探索[J]. 合肥工业大学学报（社会科学版），2001（S1）：177-179.

[5] 居里锴，徐建成. “大工程观”下工程实践教学改革的探索与实践[J]. 中国大学教学，2013（10）：68-70.

[6] 刘焕阳，韩延伦. 地方本科高校应用型人才培养定位及其体系建设[J]. 教育研究，2012，33（12）：67-70.

[7] 李志彬，王瑞荣，王春早. “新工科”建设背景下地方本科院校工程专业创新人才培养[J]. 实验室研究与探索，2019，38（5）：169-172.

[8] 教育部工业和信息化部中國工程院. 关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见[Z]. 2018.

[9] 张海生，张瑜. 多学科交叉融合新工科人才培养的现实问题与发展策略[J]. 重庆高教研究，2019，7（6）：81-93.

[10] 宋丽娜. 工程教育“理科化”认识的误区、形成机制与反思[J]. 高等理科教育，2020，154（6）：17-21.

[11] 冯天军，梁春岩，张云龙. 新工科背景下交通工程专业创新人才培养模式的研究与实践[J]. 高教学刊，2019（24）：40-42，45.