新工科背景下工程实践教育的思考与探索

高丽珍 张晓明 李杰 刘俊 石喜玲 张海燕

摘  要：从新工科背景下对创新型实践人才的社会需求出发，阐述高等院校目前实践教育存在的不足，指出工程实践课题必须从工程实际问题出发，以此为立足点，探索并提出建设以学生能力培养为目标，以项目为驱动牵引，将学生分为项目组的组织模式，来构建学习共同体的工程实践教学体系。过程中建设立体化的实践教学资源，并探索建立以能力评价为导向的可持续改进的实践成绩评价体系，为新工科背景下工程实践教育体系的构建和实现提供思路。

关键词：新工科；创新；实践教学；体系构建；改进方案

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）21-0028-05

Abstract： Based on the analysis of the current situation， that some shortcomings of engineering practice education exist in the colleges and universities under the background of new engineering. The paper points out that the engineering practice research must start from the practical engineering problems， which will be used as the foothold. On this basis， this paper explores and puts forward the construction of learning community， which is based on the organization pattern  of dividing students into project teams. To engineering practice under the new engineering education system construction and implementation. In this process， three-dimensional practical teaching resources will be built， and the practical evaluation system will be explored， which is competency-oriented and can be continuously improved. This method provides ideas for the construction and implementation of education system for engineering practice under the background of new engineering.

Keywords： new engineering; innovation; practice teaching; system construction; improvement plan

随着人类进入人工智能、物联网、云计算等信息时代，对传统的工科教育提出了新的挑战，新工科教育及应对范式由此应运而生。无论新老工科，都脱离不开其作为“工”科的工程特性，在新工科需求背景下，新型工科人才必须具有更强的实践能力、创新能力，才能够在世界科技革命的新时代下，适应并满足对未来新兴产业和新经济的需要[1]。作为新工科建设和人才培养的主阵地，高等工科学校使命在肩，高校工科教师责无旁贷。

一  工程实践教育现状分析

作为培养工科人才的主要阵地，高等工科院校近几年一直在加强工程教育，而学生作为工程教育的“产品”，日后势必会服务于各个行业，作为用人单位对学生的工程实践能力、创造能力的评价与反馈也尤为重要[2]。目前，高等教育的各个利益相关方：社会、学校、教师和学生，在工程实践教学中存在着不足。

（一）  实验教学内容与社会需求脱节严重

新工科背景下，专业的建设将以互联网和工业智能为核心，以信息、能源、控制等学科为主干，面向未来新产业、新经济的需求而进行专业建设和改造。新时代新形势的背景下，传统的实践教育在以成果为导向的OBE理念下，有些弊端渐显。企业到高校去招聘，感觉有些专业似乎都靠得上，但又都靠不实；学生一说都知道，一干就不行；考试成绩高分，处理问题能力欠缺。针对工科实践教学进行分析，目前的工科实践教学内容多是立足于课程理论知识，對单个或几个课程理论知识点进行强化和初步应用。理论知识没有在真枪真刀工程环境中练习应用，而仅仅停留在书本理论。实验内容简单，闭门造车，不能充分体现社会需求中的复杂工程问题的综合性、创新性和挑战度，无法对学生实践能力、创新能力和综合应用所学知识解决问题的能力进行培养和锻炼。集中性实践环节相对设置较少，且缺乏深度和广度，综合性、系统性、挑战度不够。实践教学环节设置与社会和市场脱离较为严重。没有真正起到从实践中发现知识，用理论指导实践，在实践中强化和发展理论的切实作用。

传统的工科专业培养的人才模式已不足以应对目前新时代变革，按社会需求建设新专业和改造旧专业，从“适应服务”向“支撑引领”转变，是新工科的重要使命。新产业、新经济对人才的需求趋向于综合化、新型化、多样化。如果高校实践教学人才培养模式与企业社会需求相距较远，所培养的人才就很难满足企业和社会的实际需求。工程实验教学改革必须立足于社会需求，体现工程问题的典型性和综合性[3]。

（二）  工程实践教学与学校专业建设模式不同步

目前高校人才培养呈现“重理论轻实践”“重知识传授轻能力培养”的现状，教学体系普遍存在以理论教学为中心，以实践环节为补充。实践教学在专业建设中处于从属地位，实验教学建设相对滞后，实验教学理论更为缺乏。随着我国高等教育从精英教育转向大众教育，高校扩张使得学生人数猛增，而对应的实践教学则呈现实践教师的配备缺乏，实验场地、设施、手段和内容陈旧，实验建设重硬件设备购置轻实验体系软实力建设，以及实践教学过程重建设轻运行维护等矛盾日益突出，学校实践教学建设硬件好建、软件不足，缺少教育灵魂、方法、设计。课程教学中以理论课为主干，而把实践课当成理论课的附属；教学重心不在于培养学生动手能力和分析问题的能力，而只是加深有关理论课的理解和掌握。实践教材较为滞后，实践内容与当代科学发展状况不相适应。

在新工科建设中，高校专业建设应该从“学科导向”转为“行业导向”，要从“传统知识驱动”向“应用驱动”转变思想，将新工科对工程人才的需求体现在专业的培养目标上，逐步转变观念：实践教学从理论教学的附属地位中摆脱出来，使之与理论教学并驾齐驱，二者相互促进，成为一个有机的整体[4]。

（三）  实验教学发展与教学资源和队伍不相符

实验教师队伍和实验教学资源是高校新工科实验教学建设的关键，其建设质量直接决定着实验目标的达成效果和人才培养目标的完成层次。目前学校的专岗实验教师较少，传统的工科教学模式“重理论轻实践”，新进教工多为博士，不愿走实验岗，实验教师队伍发展滞后。实验教学环节多由专业教师担任，在实践教学方法的改进与实践方面投入的时间精力相对有限。另外任课教师大多从学校到学校，没有切身经历企业工程实践经历，自身的实验能力尚有不足。因此急需探索稳定的实验教学队伍制度、管理政策和措施，建设一支基础理论扎实、实践意识强烈的，并极具职业使命感与责任感的中青年实践教学团队，包括学科领域专家、课程教师、专职及兼职实验人员和企事业单位的专业技术人员。让实践教学教师走出去，到企业中去进行必要的实践锻炼；同时将企事业单位具有丰富工程实践的技术专家请进来，对学生言传身教。

（四）  工程实践教育资源形式单一

实验教学资源和实验教学体系建设是实施实践教学改革的出发点和落脚点，不仅是组织形式，更是具体内容的落地。传统工科实验组织形式较为单一，实验内容多围绕课程理论知识点进行组织，并附有详细的实验步骤说明，这种形式为掌握课程理论的知识点组织设置，与行业发展工程需求严重脱节。因而建设立体化实验教材，在以能力为导向的新工科工程实践教学中尤为重要。该立体化实验教材需要具有鲜明的学科特色，围绕专业培养目标，以典型的工程问题为中心，以项目应用驱动为主线，通过视频交互、虚拟仿真等先进技术立体化呈现设计任务和设计过程，综合应用各学科、各课程知识，体现分析和解决问题能力。该立体化实验教材必须进行产学合作，打造一批高质量实验教学资源。良好的实践教学基地一方面保证学生有固定的实践场地和紧贴市场的工程需求任务，使学生在实践过程中提前接触社会工作岗位对人才的技术、能力及素养需求，为今后发展打下良好的职业基础；另一方面有利于基地单位在学生中发现人才，进行技术和人才储备。因此，探索产学研结合，建设校内外实践教学基地的运行模式。

（五）  工程实践教学与学生能力素养培养脱节

目前高校教学体系普遍存在以理论教学为中心，以实践环节为补充的问题。这并不符合学生学习“实践-认识-再实践”的认知规律。一方面学生对能够指导实践的理论知识感到枯燥，学习动力不足，只关注于理论知识的记忆和考核，而不能深入学习、理解、应用理论知识；另一方面学生在学习过程中，无法从实践中获得利用理论知识发现新知识、解决新问题的愉悦感和成就感，对自主创新意识的锻炼也就无从谈起。另外传统的工科教学方式以教师为主体的课程教学为主，实验设计都是以理论知识点为中心，实验过程只是对学生进行理论知识的强化和理解及简单动手操作能力的培养[5]。传统的实践教学学生停留在对知识的记忆、理解和消化的浅层次学习上，而对高层次的发现、分析及解决问题的实践能力、创新能力等缺乏培养和锻炼。而且实验教学内容多以单门课程的实验、课程设计为主，实践内容多是对知识点的简单应用或演示，与实际工程问题距离较大，缺少对各门类知识的综合解决能力的培养和锻炼。

（六）  工科实践教育对能力考核评价未形成闭环

新工科人才培养中强调对学生的实践能力、创新能力及国际竞争力的培养，而传统的考核评价体系多是建立在对知识点和知识体系的掌握程度上，并以此对达成度进行评价，评价体系单一。新工科背景下，如何建立人才能力评价体系？建立一套以能力为导向，有据可依并能持续改进的人才评估体系，对新工科人才培养目标的达成至关重要。

二  新工科背景下工程实践教育的探索

根据新工科建设要求，高等工科院校应该从“适应服务”向“支撑引领”转变，以“理论知识为中心”转向“能力培养为中心”。因此，如何通过具体的实践教学进行新工科人才核心能力的培养？如何評价人才能力培养成效；如何在培养过程中进行过程性评价并持续改进？这些问题都是探索的关键。

工程实践教学可从社会调研收集的反映复杂工程问题的项目入手，整理项目需求、应用背景和非技术因素约束等，形成具有本学科特色的、典型的、综合性的实践课题。实践课题所设项目不设固定答案，没有最佳方案，体现高阶性、创新性和挑战度，以学生能力培养为目标，以项目为驱动牵引，采用将学生分为项目组的组织模式构建学习共同体，从而培养学生的实践能力、创新能力及团队意识。项目组从立项、设计到实践、验收，学生不仅是学习主体，也是项目实施的中心，以项目组为单位围绕项目需求团结协作，完成方案论证、择优、实施、验证、分析与总结等学习内容。实践教学建立教师、企业导师、研究生共同组成的项目辅导团队。实践教学过程中以学生为主体、教师为引导实施，进行过程性管理与评价，并及时反馈改进，建立教师评价、学生互评、企业评价的能力评价方案，对实践教学能力目标的达成度进行评价，并能依据过程环节中的各类反馈信息，形成持续改进的闭环教学体系。

（一）  新工科专业工程问题的社会调研

这部分工作是工程实践教育的出发点，实践教学指导调研组由行业专家、学者、一线教师和企业负责人等组成。在此专家组的指导下，利用学校及行业专家的影响力、学校及学院校友、知名新产业企业等资源和渠道，从新工科背景下对专业的社会需求，其中包括行业发展现状与趋势、人才需求分析，进行广泛的社会需求调研与分析，对新工科主干专业中的复杂工程问题进行收集、提炼、整理，突出其典型性、综合性、实战性。使得工程实践教学内容立足社会需求，完善新工科背景下工程实践教学的培养目标。

（二）  以项目驱动为牵引，制定立体化工程实践教学体系

本着“厚基础、强能力、重创新”的教育理念，基于工程实践培养目标，制定实践教学体系建设方案。因此需要密切关注新产业、新经济中涉及学科专业的行业发展趋势，及时调研总结相关的复杂工程问题，并依据专业培养目标，凝练实践性、创新性的实验项目。在此基础上，整理相关的立体化的以项目驱动为牵引的实践教学资源，组织相关的实践教学材料和构建教学任务。

（三）  借助科研优势拓展实践教学平台

中北大学以服务国防军工、地方经济建设和社会发展为目标，形成了各学科鲜明的优势，联合政府、省内外众多国防、军工及新产业企业和广大的校友院友力量，校企联合，打通高校、企业和实践教学平台之间的通道，使工程实践教学平台的建设与新工科发展要求贴近或同步。利用学科优势所聚集的技术资源、人才资源、硬件资源、空间资源和经费资源，使得科研平台服务或拓展为实践教学平台提供全方位服务和支撑，保障学生工程实践能力培养的有效实施。

（四）  以学生能力培养为目标，建设新工科工程实践教学的过程实施

1  建立以学生为中心，团队协作，线上线下协同教学的实践教学机制

为保证新工科实践教学的顺利实施，可以采用多团队分工协作的模式进行。主要分为实践教学指导团队、实践教学资源保障团队、实践教学辅导团队和学生项目实践团队。实践教学资源保障团队主要由示范中心实验室管理教师、相关实验室负责教师及实验助管人员组成，负责实践材料准备、实践环境的运行保障等任务；实践教学辅导团队由实践教学负责教师、相关辅导研究生、相关企业技术负责人组成，负责实验教学过程的组织、辅导、过程性评价等任务；学生项目实践团队为学生根据实践项目建立的项目实践团队，组团原则：组内异质、组间同质，在实践过程中围绕项目中的复杂问题开展团队论证、实践、验证、评价及优化等；实践教学指导团队由实践教学专家、指导教师、企业负责人等组成。对整个实践教学过程、实施模式、目标评价进行指导、监督[6]。

2  采用线上线下结合的翻转教学模式，构建实践教学过程中的学习生态圈

线上教学主要是通过互联网实践教学平台，提供项目需求背景、项目实施讲解、可能采用设备及仪器的相关技术指标及操作指导、师生和生生交流、项目阶段性成果、学生经验分享和相关参考资料等音视频及电子文档，整个实施过程坚持以学生为中心，主要环节包括各组过程性、阶段性成果展示、组内分工、问题讨论及组间过程互评、教师团队指导等，增强组间互动和师生互动，锻炼学生的协作能力、创新能力，也为多维度考核评价提供数据基础。

线下实践教学主要贯彻学生“学中做，做中学”的思路，鼓励学生在实践中发现问题、分析问题、解决问题、提炼和消化知识等，理论指导实践、实践应用理论，将实践与理论无缝融合在一起，培养学生的实践能力和对新需求的适应能力。整个过程采用翻转教学模式，由学生项目组组织项目的研发全过程，教师辅导团队退居幕后，主要是项目进程的引导者身份，负责项目任务的提出、基本资料的筛选、实验过程疑难点的讨论与指导和阶段性成果的评价等。

3  利用毕业设计，系统性实施工程实践教学

項目驱动的实践教学根据情况还可延伸到毕业设计环节，进一步细化、精炼项目方案。在实践教学过程中按组开展“我学、我做、我讲、我评”，将所学知识内化、应用、讲解和评价，真正做到学习以学生为中心。

三  以能力评价为导向，形成科学合理的实践成绩评价体系和持续改进方案

新工科人才的需求，更加注重实践能力、创新能力、学科交叉能力等，以项目需求为驱动牵引进行立项、方案论证、设计、实施、验证、分析与总结等协作完成的学习过程，其创新能力培养递进模式如图1所示。

充分激励实践教学对学生实践能力、发现分析及解决问题的能力、创新精神和职业素养的培养，理顺理论和实践的关系，建成理论指导实践、实践促进理论的良性循环。

能源、控制、信息类作为新工科背景下的支柱性专业，发展速度日新月异，与之相应的体现专业的发展及应用的复杂工程问题也应与时俱进。因此必须密切关注新产业、新经济中涉及到的相关专业的行业的发展趋势，便于及时调研总结相关的复杂工程问题，并依据专业培养目标，凝练实践性、创新性的实验项目。在项目实施过程中，随时整理相关的、以项目驱动的、立体化的实践教学资源，包括各种形式的文字、图片、音视频等记录信息，后期不仅可以丰富发展立体化实践教学材料，也可作为能力培养与成绩评定的评价依据。如何评价培养成效？必须建立相应的以能力评价为导向的人才评价机制。

建立教师、企业导师、研究生共同组成的项目辅导团队对实践过程进行全程跟踪、指导、评价。可以借鉴市场或公司对产品研发过程的评价方式，从项目优劣性评价、项目管理评价、消费者/同行评价、项目组自我评价和毕业目标达成因素评价等几个方面来综合评价，具体探索如下。

1）实践教学辅导团队评价。由实践教学负责教师、相关辅导研究生、相关企业技术负责人等辅导团队对学生项目实践团队的阶段性成果和最终成果进行项目实施过程中完整性、高阶性、创新性及挑战度等评价与考核。

2）实践教学资源保障团队评价。由实验室管理教师、相关实验室负责教师及实验助管人员等组成资源保障团队，对学生项目实践团队的实践过程的操作规范性、实践纪律、职业素养及团队组织协调等素养方面进行评价与考核。

3）学生项目实践团队组间评价。其他项目实践团队以消费者或同行身份对某项目实践团队的阶段性成果或最终成果进行评价与考核，进行类似市场的产品评价与检验。

4）学生项目实践团队组内评价。作为一个项目管理团队，由团队内部成员对组长和小组成员在实践过程中的综合能力进行评价，得到每个成员各自的团队评分。以上四个方面的评价按照权重综合，最后得到等级成绩。

5）支撑毕业目标达成度因素评价。在分组实训环节中，能够顺利组建团队，分工明确，友好协作，具有团队意识；同时能够在整个项目开发的过程中考虑成本、时间、资源，进行可行性分析，并在资源和成本间做到平衡。依据工程教育认证，最终实现创新意识、环境影响评价、项目管理实践等非技术因素的毕业目标达成。

综上，结合各方反馈意见，进行持续反馈改进，建立科学合理的实践成绩评价体系和持续改进方案。

新工科下工程实践教育体系的构建和实现，是以学生为主体，以学生能力培养为目标，以项目需求为驱动牵引进行方案论证、择优、实施、验证、分析与总结等协作完成的学习过程。过程中立体化教材体系的构建不可能一蹴而就，项目方案的实施与评价体系也需要在反馈中才能不断完善。新工科背景下工程教育创新有方向，但需要不断更新、与时俱进，永远在路上，才能走在时代的前沿。

参考文献：

[1] 赵继，谢寅波.新工科建設与工程教育创新[J].高等工程教育研究，2017（5）：13-17，41.

[2] 赵继，谢寅波.中国高等教育高质量发展的若干问题[J].中国高教研究，2019（11）：9-12.

[3] 王武东，李小文，夏建国.工程教育改革发展和新工科建设的若干问题思考[J].高等工程教育研究，2020（1）：52-55，99.

[4] 郑庆华.以创新创业教育为引领创建“新工科”教育模式[J].中国大学教学，2017（12）：8-12.

[5] 张干清，郭磊，向阳辉.新工科双创人才培养的实践教学范式[J].高教探索，2018（8）：55-60.

[6] 胡敏强.产教融合新工科育人模式探索与实践[J].中国大学教学，2019（6）：7-11.