基于新工科理念的项目式教学模式探索与实践——以“水工建筑物”课程教学为例

樊新建，侯慧敏，龚成勇

（兰州理工大学 能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730050）

引言

在新时代新背景下，社会对人才培养的要求越来越高，对高等教育工作提出了新的任务和高要求。为了能够培养高质量的创新型工科人才，高等教育正在向着以学生为中心、以能力培养为核心、以培养目标为导向的理念模式发展，高校逐渐重视对学生实践能力、创新能力的“真培养”，这也将成为决定高校自身竞争力的重要因素。同时，为支撑快速发展的新经济，培养新型工程创新人才，新工科教育理念应运而生，2017年正式推出新工科计划［1-2］。新工科建设是我国高等教育的里程碑，确定了新工科专业人才培养的主要内涵，即“以需求为导向，开放办学，培养应用型复合人才”与各类交叉复合型“卓越工程”科技人才［3-4］。

习近平总书记指出：“高等教育发展水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。”“我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈。”［5］2018年10月，教育部发布《教育部关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》和《教育部 工业和信息化部 中国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》对高校的新工科建设提出了明确要求，指出新工科建设要落实到培养面向未来的卓越工程创新人才，其核心点就是提升人才培养能力［6］。项目式教学法是教育部明确要求推广实施的一种教学方法，由教师结合课程内容制定项目式教学任务下达给学生，在教师和同学的帮助下，学生通过主动学习与实践完成任务，能高效地提升学生的综合工程实践能力，培养工程创新人才，支撑和引领新时代新经济的建设。

一、新工科下项目式教学改革趋势

项目式教学属于建构主义学派的方法，源于杜威的“做中学”，以建构主义学习理论与认知学习理论为理论基础，让学生运用已有的学科认知，在面对复杂、真实问题时，通过驱动性问题进行组织、引导、展开的一种教学活动。

目前，我国高等教育已进入内涵式发展阶段，进一步提高高等教育质量和大学生综合素质已成为发展的新要求。传统工程学科，侧重传授该学科的知识，对其他学科的知识传授较少，难以实现多学科知识的融合传授，培养学生的工程实践和创新能力较为欠缺。因此，树立“以学生为中心”的教育理念，从学生的角度考虑问题，注重学生个性发展，尊重学生权益，是对高等教育质量提高的内在要求，符合中国高等教育内涵发展的现实需要。

党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央多次对教育发展和改革事业做出指示和部署。随着我国高等教育改革不断深化，坚持“以本为本”，践行“四个回归”，面向全体学生，重视学生的学习成效和发展，以学生为中心、以能力培养为核心、以培养目标为导向的教育教学模式成为新的发展方向。项目式教学依据新时代下新工科的要求，突破知识传授型的教学模式，注重工程实践性和学生的参与性，培养学生解决复杂工程问题的能力，达成解决真实工程问题的目的，这将成为新工科背景下项目式教学改革的发展趋势。

二、专业课程项目式教学模式的设计及教学效果

专业课程具有更强的实践性、未知探索性和应用新技术的特点，“水工建筑物”是水利类专业的核心专业课程，其项目式教学的基本任务是通过初步掌握“水工建筑物”课程的理论知识，使学生了解水利枢纽中各水工建筑物之间存在的关联与布置方法，应用新技术解决水工建筑物设计的关键技术问题。在近几年的教学过程中，对教学模式进行了不断的改革探索并运用多种新传播媒介手段等，重新设计了该课程教学任务，构建适合项目教学的课程体系知识点框架，建设课程项目资源库，显著提高了学生的综合分析判断能力、运用所学理论知识及处理实际问题等方面的能力，并在一定程度上提高了其创新思维和创新实践能力。

（一）课程教学任务的设计

项目设计过程中应重点聚焦项目对专业课程体系核心知识点的覆盖度、对行业核心需求能力（创新能力和工程应用能力）的达成度及每个项目之间的关联度。与传统的课堂教学模式不同的是，项目式教学一般包含提出问题、设计项目、创设环境、探究学习及展示评价五个主要步骤。

根据水利水电工程专业核心课程“水工建筑物”的特点，结合该课程教学大纲和教学过程的要求，设计了采用项目式教学的课程内容（见表1），在教学过程中一方面让学生能够深度掌握课程知识和新技术，另一方面结合工程实践培养学生解决复杂工程问题的能力，提升学生的工程素养。

表1 “水工建筑物”课程项目式教学内容

以项目式教学任务一“混凝土重力坝断面的设计与优化”为例，鼓励学生2～3人为一组，根据项目所给基本信息及任务要求，每组至少提交三个重力坝断面设计方案，要求对每个方案进行对比分析，选择出最佳方案，并阐明选择该方案的理由。在项目式教学过程中，采用“六步融合式”的实施步骤：项目任务分配—自主学习—分小组讨论—设计方案—方案比较—项目答辩，每一步的项目任务都是结合课程教学要求和过程来设计，每一步的任务都有相应的要求和目标，前后相互融合。项目任务完成过程中，向学生强调善于发现问题并解决问题的重要性，要将课程中的具体过程记录下来，多与教师、同学交流心得，以达到解决复杂工程问题能力培养和工程素养提升的目的。

（二）项目教学过程中课程体系知识点框架构建及项目资源库的建设

在“水工建筑物”课程项目式教学执行过程中，以“水工建筑物”部分教学内容为基础，按照项目式教学要求，设计该部分内容的教学过程，构建课程单元教学内容。例如，按照项目式教学要求，对“水工建筑物”中混凝土重力坝断面设计的教学内容进行重新设计，构建该单元的教学内容，要求学生结合实际工程项目完成混凝土重力坝特点、混凝土重力坝断面的选择、荷载的计算与分析、断面稳定分析、断面应力分析、坝基的处理、断面的比较与优化等教学内容的学习，培养学生提出设计/开发解决方案、沟通、个人与团队、终身学习等方面的能力。

（三）教学效果评价指标

在项目式教学过程中，其评价涉及课内、课下、课后的学习，强调对学生过程性的评价，不仅要考虑学生的能力与对知识的掌握情况，还要考核学生自主学习、沟通、个人与团队等方面的情况。初步考虑评价由课下评价、课堂评价、课后评价三部分组成。其中，课堂评价包括学生自主学习能力评价、提出设计/开发解决方案能力评价、协作学习能力评价、沟通能力评价、展示与交流能力评价。全面建立“水工建筑物”课程项目式教学的评价指标体系，促进学生全面发展。

（四）教学效果分析

“水工建筑物”课程考试系统涵盖了其大纲要求的全部重点内容，具体包括：水利工程与水工建筑物的概念与性质，重力坝、土石坝、拱坝三大坝型，水闸、水工隧洞、岸边溢洪道、水利工程设计与水工建筑物管理等内容，其考核能够体现学生知识的掌握和能力培养达成的程度。表2给出了近三年采用项目式教学方法以来该课程学生成绩分布，其中2019年该课程首次采用项目式教学。

表2 “水工建筑物”课程成绩分布

由表2可见，自利用项目式教学法三年来，“水工建筑物”课程平均分、及格率逐年提高；说明学生对基本知识掌握情况总体良好，学生整体能力提升明显，学生的学习成效、能力提升和发展显著。并且，根据工程实践应用题的解答可以看出，学生根据地形地质情况对水利枢纽布置方面的能力得到明显改善，表明学生具有了一定的工程实践应用能力，有助于达成解决真实工程问题目标的培养。

三、项目式教学探索中存在的问题

水利水电工程专业作为一个工程实践性强的工科专业，其专业课程实践性非常强，传统的项目式教学方式存在明显不足，制约了施教效果，亟待克服和引导。在近几年专业课程项目式教学探索过程中，发现有待进一步解决的主要问题如下。

（一）项目执行过程中学生对理论知识的学习不足

传统工科课程是根据本学科知识体系而进行设计，注重加强学生对知识点的学习，但对学生运用所学知识解决复杂工程问题的能力培养关注较少，无法使学生及时适应快速发展的新时代社会的需要。项目式教学模式是从提高教学质量出发，构建专业整体课程体系中的理论知识，注重理论知识在工程实践中的应用，提升学生运用所学知识解决复杂工程问题的能力。而采用项目式教学的课程在教学实施过程中，往往因注重强调将所学理论知识应用于具体的项目，导致学生表现出理论知识薄弱、自主学习和思考能力欠缺等问题；学生在从学科知识体系向工程实践能力体系过渡的过程中，表现出储备知识结构单一、知识储备量少的问题。

（二）项目教学资源设计与开发问题

在水利水电工程专业中，专业课程涵盖知识较广，理论性与实践性都较强。如“水工建筑物”课程涉及重力坝、拱坝、土石坝、溢洪道、水闸、水工隧洞等水工建筑物的布置与设计，选择什么类型的项目、如何设计项目的教学资源成为教学过程中的关键问题。项目教学资源设计得复杂，涉及因素与涵盖知识点繁多，甚至跨专业才能实施，则很难进行局部的课堂教学，学生在教学过程中阻碍较多；项目教学资源设计得简单，则达不到预期教学效果，容易使学生对自身的专业技能产生片面自信，导致学习动力欠缺，专业技能停滞不前。因此，项目教学资源设计与开发是项目式教学过程中的关键问题之一。

（三）项目执行过程与教学过程偏差问题

项目任务的安排要结合教学过程和学生掌握知识的特点，同时，在项目执行过程中，如何检查学生学习的效果，以及对学生能力培养的效果，也将成为衡量项目式教学效果是否良好的关键因素。项目执行过程高效，则能够充分调动学生的积极性，使学生的团队协作能力得到提升，学生由被动接受转变为主动学习，不但能发挥学生的主体性，同时可以在共同学习的过程中营造良好的集体氛围。

结语

项目式教学法以培养学生能力为宗旨，并利用研究科研项目作为驱动力，这有助于激发学生的自主学习能力，并提高学习效率，进而为培养的工程技术人才进入工程界从业提供教育质量保证，增加了学生对学习专业课程的兴趣，也使其了解到自己对专业认识的不足。这种教学方法不仅培养了学生学习的创新性，而且有效提高了教师的教学质量。展望未来，我们要利用好这次新时代高等教育改革的契机，完善课程项目评价指标体系，更好地将学生培养为具有国际视野、科学思维、解决真实问题能力的创新型工程人才。