梁志芳，初 曉，楊興華，李 睿，高建興，梁迎春

（清華大學(xué) 基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084）

20世紀(jì)80年代，美國本科教育改革中出現(xiàn)了一種新 型 課 程——頂 峰 體 驗 課 （capstone experience course），培養(yǎng)學(xué)生整合知識、連接社會、提高綜合素質(zhì)和能力。這種類型的課程得到了歐美等國高校、學(xué)生和用人單位的普遍歡迎，在高等教育改革中產(chǎn)生了重大影響［1-4］。頂峰體驗不僅作為一種創(chuàng)新的教學(xué)方法，而且作為學(xué)生必要的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，已被越來越多的大學(xué)所接受。

為了在工程訓(xùn)練中引入頂峰體驗課程，本文分析了頂峰體驗課程的特點，對工程訓(xùn)練教學(xué)重新設(shè)計，并在清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心本科生的工程訓(xùn)練課程中進(jìn)行實踐。

1 頂峰體驗課程

頂峰體驗（capstone experience）是由美國著名心理學(xué)家馬斯洛（Abraham Harold Maslow）在1943年發(fā)表的《人類動機(jī)的理論》（A Theory of Human Motivation Psychological Review）一書中提出的，屬于自我實現(xiàn)需求（self-actualization needs）層次。頂峰體驗的3個維度是積極情緒、舒適感和成就感，強(qiáng)調(diào)人的主觀情緒感受對個體行動產(chǎn)生的促進(jìn)作用，即個人能力的高度提升和自我力量的高度肯定［5-6］。

1998年，美國博耶研究型大學(xué)本科生教育委員會發(fā)表了題為《重建本科生教育：美國研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》的研究報告［7］，提出大學(xué)培養(yǎng)的應(yīng)該是富有探索精神并渴望解決問題，擁有代表其清晰思維和熟練掌握語言的交流技巧，擁有豐富的多樣化的經(jīng)驗的人才。報告針對美國研究型大學(xué)本科教育問題提出的第七項改革意見就是設(shè)置頂峰體驗課程。

頂峰體驗課程是一類課程的總稱，這類課程的共同目標(biāo)就是讓本科生獲得頂峰體驗。頂峰體驗課程通過研究具有一定難度和深度的項目，把本科教育中相對零散的知識整合起來，使本科學(xué)習(xí)上升到一個新的高度，從而提高學(xué)生解決實際問題的能力［8］。

分析美國密歇根州立大學(xué)的兩門頂峰體驗課“CSE498”和“ECE480”［9-10］，可以得到該課程的如下標(biāo)志特征。

（1）在教學(xué)目的上，頂峰體驗課程著重培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團(tuán)隊合作能力和工程系統(tǒng)能力，以及溝通表達(dá)、書面寫作和批判性思維等非專業(yè)一般能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

（2）在課程教學(xué)理念上，頂峰體驗課程采用美國著名教育學(xué)家、實用主義哲學(xué)的創(chuàng)始人杜威提出的“做中學(xué)”教學(xué)理念，通過做事，使學(xué)生自然而然地學(xué)到知識，讓學(xué)生以主動的、實踐的和課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。

（3）在課程教學(xué)內(nèi)容上，頂峰體驗課程采用普遍流行的CDIO理念，課程包含構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運行的所有環(huán)節(jié)，體現(xiàn)項目開發(fā)的整個過程。

（4）在課程教學(xué)方法上，頂峰體驗課程采用基于項目的教學(xué)方法，采用來源于企業(yè)的跨學(xué)科項目，真實的課題能夠讓學(xué)生理解項目的社會背景和需求，并將所學(xué)到的知識和先進(jìn)技術(shù)用于實際問題的解決?？鐚W(xué)科綜合性課程可以加強(qiáng)學(xué)科、專業(yè)之間的相互交叉和滲透，促進(jìn)學(xué)生知識的整合和知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化?？鐚W(xué)科教育可以使學(xué)生用不同的思維方式思考某一特定問題，擴(kuò)展學(xué)生視野，有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

（5）在課程組織上，以學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作為主。在團(tuán)隊合作方式的學(xué)習(xí)中，學(xué)生必須學(xué)會從別人那里汲取力量，通過相互幫助來彌補自己的薄弱環(huán)節(jié)，以便完成各自負(fù)責(zé)的任務(wù)。

2 工程訓(xùn)練中的頂峰體驗課程設(shè)計

我國高校工程訓(xùn)練課程起源于傳統(tǒng)的工科機(jī)械類專業(yè)的金工實習(xí)，是隨著我國高等工程教育改革發(fā)展起來的新型工程實踐教學(xué)模式，已發(fā)展成為本科生培養(yǎng)過程中重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，工程訓(xùn)練和金工實習(xí)二者之間存在著天然的密切聯(lián)系。清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心是清華大學(xué)本科生工程訓(xùn)練基地，所承擔(dān)的工程訓(xùn)練課程的教學(xué)目標(biāo)是向?qū)W生傳授工藝知識，增強(qiáng)工程實踐能力，提高綜合素質(zhì)（包括工程素質(zhì)），培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。從2012年秋季學(xué)期以來，清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心在工程訓(xùn)練課程中，對金工課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，將頂峰體驗引入金工實習(xí)和制造工程體驗等課程。

2.1 工程訓(xùn)練課程采用“8＋X”結(jié)構(gòu)

工程訓(xùn)練課程有明確的教學(xué)目標(biāo)，需要向?qū)W生傳授工藝知識，同時為引入頂峰體驗而增加了復(fù)雜項目訓(xùn)練環(huán)節(jié)。因此，將課程設(shè)計成兩段式結(jié)構(gòu)：第一段是基本工藝訓(xùn)練，共8天；第二段是復(fù)雜項目訓(xùn)練，除了課內(nèi)時間外，還需要課外時間才能完成，因此用時為X天。

在基本工藝訓(xùn)練階段，學(xué)生需要學(xué)習(xí)車、鉗、銑、焊接、鈑金、鑄造等生產(chǎn)工藝知識和操作技能；在復(fù)雜項目訓(xùn)練階段，學(xué)生利用前一階段所學(xué)工藝知識，完成一個具有特定功能的復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2 采用項目導(dǎo)引的教學(xué)方法

基于項目的教學(xué)方法和CDIO教學(xué)理念是頂峰體驗課程的重要特征［11］。將項目導(dǎo)引教學(xué)方法貫穿在工程訓(xùn)練課程的每個教學(xué)環(huán)節(jié)中，體現(xiàn)CDIO的各個階段。

在基本工藝訓(xùn)練階段各個工種訓(xùn)練中，采用簡單項目引導(dǎo)的教學(xué)方法，這些項目僅僅用到單一工種即可完成，因此屬于簡單項目。如鉗工采用小錘、車工訓(xùn)練中采用小錘柄、銑工采用塔、焊接采用方盒等簡單訓(xùn)練項目。在每個工種的項目訓(xùn)練中，學(xué)生都要經(jīng)過CDIO的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行等4個階段。

在復(fù)雜項目訓(xùn)練階段，采用機(jī)器人、3D打印機(jī)等復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)項目。在訓(xùn)練過程中，學(xué)生也需要經(jīng)過CDIO的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行等4個階段，最終完成整個復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)。

2.3 采用多學(xué)科交叉的復(fù)雜教學(xué)項目

項目難度和知識廣度是頂峰體驗課程的重要特征。只有讓學(xué)生在完成項目的過程中感受到壓力，才能使他們有頂峰體驗的心理過程。在工程訓(xùn)練課程探索中，采用包含機(jī)械、電子、測量、控制、管理、計算機(jī)等多學(xué)科交叉的綜合性復(fù)雜項目，體現(xiàn)項目的難度和應(yīng)用知識的廣度，不但能促進(jìn)學(xué)生知識的整合和知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，還能擴(kuò)展學(xué)生視野，使學(xué)生用不同的思維方式思考問題，激發(fā)更大的創(chuàng)造性。

2.4 采用“做中學(xué)”的教學(xué)理念

清華大學(xué)本科生工程訓(xùn)練課程安排在一年級和二年級，這個階段的學(xué)生還沒有接觸或很少接觸專業(yè)課程。在工程訓(xùn)練中采用多學(xué)科交叉的復(fù)雜項目，需要學(xué)生在完成項目過程中學(xué)習(xí)所涉及的各學(xué)科知識，如機(jī)械、電子、單片機(jī)、計算機(jī)軟件（C語言、Android開發(fā)）等學(xué)科。在每一個學(xué)科中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)原理、設(shè)計、工藝等方面的知識。在工程訓(xùn)練課程探索中，學(xué)生完成復(fù)雜項目需要的所有知識都通過導(dǎo)引式課程，讓學(xué)生在“做中學(xué)”。

2.5 采用學(xué)生團(tuán)隊合作形式組織教學(xué)

團(tuán)隊合作完成學(xué)習(xí)是頂峰體驗課程的另一個特征［12］。在工程訓(xùn)練課程探索中，采用學(xué)生團(tuán)隊學(xué)習(xí)的方式完成復(fù)雜項目。每6個學(xué)生組成一個團(tuán)隊，推選一名隊長。每一個團(tuán)隊配置1～2名指導(dǎo)教師，課程中稱為教練，引導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊的學(xué)習(xí)過程。基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心還建有團(tuán)隊訓(xùn)練室，作為學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊學(xué)習(xí)的空間支持。

2.6 采用體現(xiàn)工程文化的賽-課結(jié)合的形式

在工程訓(xùn)練課程中，學(xué)生團(tuán)隊通過完成宣傳畫、宣傳視頻等活動建設(shè)團(tuán)隊文化，增強(qiáng)團(tuán)隊凝聚力。在完成項目過程中，學(xué)生理解工程項目解決方案的非唯一性、藝術(shù)性等工程文化。

工程訓(xùn)練課程采用賽-課結(jié)合的形式，學(xué)生通過競賽完成課程學(xué)習(xí)和總結(jié)。學(xué)生團(tuán)隊除了提交完成的機(jī)電系統(tǒng)作品用于競賽外，還須提交項目開發(fā)報告、項目管理報告、項目技術(shù)報告等文檔資料。通過報告的撰寫，訓(xùn)練學(xué)生分析、總結(jié)問題的能力和應(yīng)用文寫作能力。設(shè)置競賽之后的答辯環(huán)節(jié)，要求學(xué)生借助PPT宣講項目，并回答專家評委的提問，以此鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。

3 頂峰體驗課程中學(xué)生的心理過程

我國近代著名學(xué)者王國維在《人間詞話》說：“古今之成大事業(yè)、大學(xué)問者，必經(jīng)過三種之境界：‘昨夜西風(fēng)凋碧樹。獨上高樓，望盡天涯路?！说谝痪骋病！聨u寬終不悔，為伊消得人憔悴?！说诙骋?。‘眾里尋她千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處?！说谌骋??！边@三種境界也正是對工程訓(xùn)練中頂峰體驗課程的恰當(dāng)描述。

學(xué)生普遍習(xí)慣于灌輸式的教學(xué)，不習(xí)慣主動的學(xué)習(xí)模式。當(dāng)學(xué)生接到復(fù)雜項目時，普遍感到茫然，不知所措。因此學(xué)生必須站得高、看得遠(yuǎn)，選定自己的奮斗目標(biāo)，這是王國維描述的第一境界。

在教練引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過仔細(xì)分析、思考項目以后，通過頭腦風(fēng)暴等活動逐漸有了自己團(tuán)隊的思路，通過繪制思維導(dǎo)圖完成了CDIO的構(gòu)思階段。這是進(jìn)入王國維描述的第二境界的開始。之后，學(xué)生開始進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，并繪制零件和裝配體設(shè)計圖，完成了CDIO的設(shè)計階段。然后，學(xué)生根據(jù)設(shè)計圖紙完成零件加工，完成CDIO的實施階段。此時學(xué)生的情緒會很高，也是最高興的時候。但是，當(dāng)將所有加工的零件進(jìn)行組裝調(diào)試時，會發(fā)現(xiàn)因為尺寸和公差考慮不足，造成零件不能裝配。這時候?qū)W生的情緒跌入低谷，感覺到的壓力非常大。然后學(xué)生會在教練的引導(dǎo)下分析每一個問題并尋找解決方案，解決一個個難題，完成機(jī)構(gòu)的裝配。根據(jù)競賽任務(wù)進(jìn)行調(diào)試的過程也是非常艱苦的過程，學(xué)生依然有非常多的壓力。

當(dāng)一切難題都解決了之后，學(xué)生能體會到王國維描述的第三境界，這時學(xué)生的心理感受就會達(dá)到頂峰體驗的程度，表現(xiàn)為激動、興奮、震撼、感動、高興等積極情緒；爽、放松、疲憊感消失、自我意識喪失、放下思想包袱等舒適感；實現(xiàn)、驕傲、自豪、成功等成就感。成就感是超越性自我實現(xiàn)者感悟到利他（個人、團(tuán)體和社會）性成就的必然反映，是頂峰體驗的標(biāo)志性維度。

4 教學(xué)結(jié)果分析

能否在完成工程訓(xùn)練課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上引入頂峰體驗課程，是清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心近兩年教學(xué)研究的內(nèi)容。從2012年秋季學(xué)期至今，已有210余名學(xué)生參加了工程訓(xùn)練課程新模式的學(xué)習(xí)。

筆者通過教學(xué)實踐認(rèn)識到，在工程訓(xùn)練課程中引入頂峰體驗，可以在傳授給學(xué)生工藝知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的工程技能、塑造學(xué)生的價值觀，激發(fā)學(xué)生探求知識、探索真理的內(nèi)在動力，使學(xué)生不僅在知識、能力的層面，而且在精神、思想的層面有所追求、有所提高。從教學(xué)結(jié)果可以看出：

（1）將頂峰體驗引入工程訓(xùn)練課程，學(xué)生可以接受并能獲得好的學(xué)習(xí)效果，說明將頂峰體驗引入工程訓(xùn)練課程是適宜的；

（2）在新的工程訓(xùn)練模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，能夠主動探索知識，解決問題的技能得到提高；

（3）在新的工程訓(xùn)練模式下，學(xué)生團(tuán)隊合作、交流溝通能力等非專業(yè)素質(zhì)也得到增強(qiáng)。

在教學(xué)實踐中還發(fā)現(xiàn)：新的工程訓(xùn)練模式仍有待于進(jìn)一步研究，例如學(xué)生以團(tuán)隊形式進(jìn)行項目學(xué)習(xí)，對團(tuán)隊內(nèi)單個學(xué)生學(xué)習(xí)的評價難以公正。與傳統(tǒng)實習(xí)相比，在新的教學(xué)模式下教師需要投入的工作量增大很多，需要更加科學(xué)地安排師資力量。

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