李 濤，陶 晶，修 云

(湖北理工學院 機電工程學院,湖北 黃石 435003)

培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)是當前工程教育改革的一個重要方向。教育部在“卓越工程師”培養(yǎng)計劃和工程教育專業(yè)認證中都把培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)作為專業(yè)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)和考核點[1]。目前，工程素養(yǎng)的內(nèi)涵尚未得到工程教育理論和實踐界的統(tǒng)一界定[2]。仝美娟等[3]學者認為，工程素養(yǎng)指的是工程師應具備的基本知識、基本理論和基本技能，一定的工程實踐訓練和嚴格有素的工程習慣及綜合能力。

高校作為工程教育的主戰(zhàn)場，在工程素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中起著不可替代的作用，構(gòu)建科學合理的培養(yǎng)體系成為了各高校迫切需要解決的問題[4]。具備高工程素養(yǎng)的學生能敏捷地發(fā)現(xiàn)問題，并將理論應用于實踐，能夠綜合運用各種資源，將思維構(gòu)思變成實際產(chǎn)物。工程素養(yǎng)的形成和提高是一個漸進的過程，僅通過知識學習或者簡單的知識綜合是無法實現(xiàn)的。它需要有扎實的知識基礎(chǔ)，并在應用工程實踐活動中反復錘煉，在應用實踐過程中將不同學科的知識和素質(zhì)要素融會貫通，逐漸升華提高。因此，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)也是一個系統(tǒng)工程，不是僅僅通過一兩門課程就能實現(xiàn)的。結(jié)合OBE教育理念，針對工程素養(yǎng)所包含的組成要素，構(gòu)建一種由淺入深、潛移默化、逐漸提升的培養(yǎng)體系是一種行之有效的方法[5-6]。

1 工程素養(yǎng)培養(yǎng)體系

1.1 培養(yǎng)環(huán)節(jié)

工程素養(yǎng)應該包含4個基本組成要素, 即工程知識、工程能力、工程意識、工程倫理，更進一步可以細分為工程常識等9個子要素[2]。不同的要素需要由不同的培養(yǎng)環(huán)節(jié)來完成培養(yǎng)，每個細分要素至少由3個培養(yǎng)環(huán)節(jié)來完成培養(yǎng)，各培養(yǎng)環(huán)節(jié)既相互依存、相互支撐又相對獨立。工程素養(yǎng)要素分解及培養(yǎng)環(huán)節(jié)安排見表1。

表1 工程素養(yǎng)要素分解及培養(yǎng)環(huán)節(jié)安排

1.2 培養(yǎng)過程

各培養(yǎng)環(huán)節(jié)的實施是一個循序漸進的過程，大體上可以分為理論知識的傳授、工程實踐與應用、實習及講座等其他輔助環(huán)節(jié)三類。不同的環(huán)節(jié)有著各自的特點，采用的實施方法也有所差別。

1.2.1理論知識的傳授

理論知識是基礎(chǔ)，所有的工程訓練都應該在理論知識的支持和指導下進行，忽視理論知識而一味強調(diào)實踐是一種不可取的方法。工程素養(yǎng)的基本要素A和B的培養(yǎng)離不開理論知識的學習。理論知識主要可以分為專業(yè)認知、公共基礎(chǔ)知識、專業(yè)基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識4個部分，不同類型的知識采用不同的教學方式完成。例如，在機械電子工程專業(yè)的課程教學中，一個實際的機電應用系統(tǒng)包含了“傳感器”“控制單元”“執(zhí)行單元”“總線與通信單元”“電源與抗干擾單元”等多門課程的內(nèi)容。如果將這些課程一門門單獨學習，會導致學生為了應付考試而被動的記憶知識，缺乏學習的動力和興趣，學習效率低。同時，單門課程涉及到的知識無法形成一個完整的機電系統(tǒng)，不利于實施項目式、任務驅(qū)動式教學方法，也不利于開展綜合實驗、創(chuàng)新實驗等實踐性教學活動。因此，對于與專業(yè)結(jié)合非常緊密的多門課程，可以將知識點打散，融合形成課程群來完成教學。理論知識體系如圖1所示。

圖1 理論知識體系

1.2.2工程實踐與應用

工程意識是人們對客觀工程實踐的主觀反映。工程意識來源于工程實踐, 工程實踐是工程人才形成工程意識的必要條件, 只有具備工程意識才可能主動地、創(chuàng)造性地建構(gòu)一個新事物。在高等工程教育階段，學生參與工程實踐，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生設(shè)計靈感，進而付諸實踐等是工程意識的重要方面[2]。因此，工程實踐與應用是高校工程類專業(yè)培養(yǎng)過程中必不可缺的環(huán)節(jié)。工程素養(yǎng)的基本要素B，C，D的培養(yǎng)都必須要有充足的工程實踐與應用。工程實踐與應用能力的培養(yǎng)過程從最初的工程體驗到最終的畢業(yè)設(shè)計，逐漸融入專業(yè)知識，逐步提高應用性和創(chuàng)新性。

大學生剛?cè)胄r對今后所學內(nèi)容往往是處于懵懂狀態(tài)，可以先通過一門工程體驗課程讓其對工程實踐有一個初步的感性認識，然后通過工程實踐課程讓學生完成一件與專業(yè)相關(guān)但不要求過多專業(yè)知識的作品。例如，土建類專業(yè)可以用木頭或者石膏完成一個建筑模型，機械類專業(yè)可以用木頭完成一個風車或四輪小車等作品。這樣既可以激發(fā)學生學習興趣，也可以讓學生對工程實踐有個初步的體驗，提升對專業(yè)的認可度。工程實踐應用能力的培養(yǎng)體系如圖2所示。

圖2 工程實踐應用能力培養(yǎng)體系

1.2.3其他輔助類環(huán)節(jié)

各類實習、講座、學科競賽等輔助類教學環(huán)節(jié)是培養(yǎng)體系中不可缺少的補充環(huán)節(jié)。由于課時、實驗室條件、經(jīng)費等各種限制，在課程內(nèi)往往無法大量的進行各種實踐應用。通過各種實習、講座可以讓學生真正接觸企業(yè)生產(chǎn)實際，了解最新科技動態(tài)，開闊眼界，增加知識儲備。通過各種與專業(yè)相關(guān)的學科競賽，可以鼓勵學生利用課外業(yè)余時間進行各種實踐應用。為了保證所有學生主動參與學科競賽，可以在國家、省級競賽之外增設(shè)教學院級的競賽項目，并要求所有學生畢業(yè)前在各級學科競賽中至少獲得過1項獎項。

2 新教學模式的應用

隨著社會的進步和技術(shù)的發(fā)展,各種先進的現(xiàn)代化教學工具逐步應用于教學。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進步，線上(網(wǎng)絡(luò)教學)+線下(面授教學)混合式教學模式應運而生。該模式將學習的中心由教師轉(zhuǎn)變成了學生, 既能提高學生自主學習的能力和興趣，又能鍛煉學生獨立思考的能力,同時還有利于項目式、討論式等教學活動的展開。

2.1 理論知識的培養(yǎng)

對于理論知識的培養(yǎng)，各課程在教學過程中可以對教學內(nèi)容進行重新梳理，打破原有章節(jié)體系，將課程教學內(nèi)容劃分成若干個知識點，有些信息量比較大的知識點細分為若干個更小的知識點，便于學生小步快走式學習。根據(jù)難易程度，將知識點更進一步地細分成1，2，3三個難度等級。對于難度等級最低的1級知識點，可以充分利用線上資源，采用學生課外自主學習的形式，通過線上自測與線下老師課堂檢查的形式督促學生自學。對于難度等級為2級的知識點可以采用翻轉(zhuǎn)課堂學生互學的方式，學生課外自學后在課堂上以組為單位分別介紹學習的內(nèi)容，學生講、學生聽、學生質(zhì)疑與答辯，教師只在必要時干預，結(jié)束時總評。對于難度等級為3級的知識點，還是采用傳統(tǒng)的教學方法，教師推導、演算、講解，學生不懂就問，課后復習。

2.2 工程實踐與應用的培養(yǎng)

工程實踐與應用的培養(yǎng)以線下項目式教學為主。線下教學以2～3人組成的小組為單位，以一個工程應用項目為主線，將項目分解成為多個子項目分階段實施。每一個階段的子項目完成后，再進入下一階段，最后將各子項目成果組合完成整個項目。對于學時充足的課程，整個項目的完成都在課內(nèi)完成；對于學時不充足的課程，可以充分利用課程設(shè)計、綜合實驗等實踐性學時來完成。各階段子項目的實施均采用各小組設(shè)計介紹方案、小組間質(zhì)疑提問與答辯、教師點評指導、小組修改實施、結(jié)題匯報5個實施步驟。實施的過程中所有內(nèi)容的完成均以小組為單位，培養(yǎng)學生的團隊精神和協(xié)同能力。每個子項目完成后均評選出最優(yōu)小組，將優(yōu)秀作品放入實驗室陳列柜展示，并通過冠名、獎勵等方式提升學生興趣，讓學生獲得成就感。

2.3 應用案例

湖北理工學院機械電子工程專業(yè)“單片機原理及接口技術(shù)”課程的教學，采用了線上線下混合式教學模式。知識型內(nèi)容以線上教學為主，將教學內(nèi)容按照內(nèi)在邏輯關(guān)系分解成34個知識點，制作成MOOC上傳到課程中心網(wǎng)站，配合線上測試題供學生自學。根據(jù)難易程度將知識點細分成1，2，3三個難度等級，其中1級知識點19個，2級知識點11個，3級知識點4個。應用能力的培養(yǎng)以線下項目式教學為主，圍繞“直流電動機調(diào)速”項目展開。將該項目分解為“單片機認識與IO控制”“定時與中斷”“單片機通信”“傳感器信號采集”“常用執(zhí)行元件控制”5個子項目分階段實施。在相應知識型內(nèi)容學習完成之后，便實施對應子項目。通過項目實施，使學生能運用所學知識來解決實際問題，同時加深對知識的理解。在課程最后將各子項目成果集成，完成整個項目。課程設(shè)計在此項目基礎(chǔ)上進行擴展和延伸或進行新項目的設(shè)計。

3 過程與結(jié)果并重的考核

考核是促進學生學習、檢驗教學效果的重要環(huán)節(jié)。學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，離不開有效、科學的考核手段。在考核上應堅持知識與能力并重、過程與結(jié)果并重。過程考核和結(jié)果考核的成績各占總成績的50%。過程考核的內(nèi)容包括：每個知識點的線上測驗、線下課堂檢查情況、各小組子項目方案介紹與實施情況。對于學生課外自主學習的知識點，可以通過一課一測等形式進行線上考核，考核成績的平均值按一定的權(quán)重計入總成績。教師在線下課堂上可以對學生課外自主學習的內(nèi)容進行抽查，抽查的結(jié)果以及當堂練習等結(jié)果作為線下課堂檢查情況的成績，按一定的權(quán)重計入總成績。對于線下項目式教學內(nèi)容的考核，以項目實施的過程為主，綜合考慮學生的設(shè)計方案、答辯情況、實施情況、最終成果等多項內(nèi)容，不單一的以學生是否完成項目或項目作品功能如何作為考核標準。結(jié)果考核分為期中考試和期末考試2種，期中考核以知識性內(nèi)容為主，期末考核以應用能力為主。

仍以“單片機原理與接口技術(shù)”課程為例，2016級機械電子專業(yè)2個班，其中1班采用傳統(tǒng)教學模式，2班采用線上線下混合新模式教學。通過對考核結(jié)果的定量評價，以及對學生問卷調(diào)查、座談等反饋的定性分析，發(fā)現(xiàn)采用新模式教學的課程達成度和學生滿意度更高。通過對學生后續(xù)發(fā)展的跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，采用新模式教學的學生在參加學科競賽時，有著明顯的優(yōu)勢，獲獎的人數(shù)占該專業(yè)總?cè)藬?shù)的40%以上，明顯高于其他班級，在后續(xù)實踐教學環(huán)節(jié)中也表現(xiàn)出更高的工程素養(yǎng)和能力。

4 結(jié)束語

對于應用型高校，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)是各工科專業(yè)必不可缺的一項內(nèi)容。通過以成果為導向的培養(yǎng)模式能夠有針對性地對工程素養(yǎng)的各要素進行有效的培養(yǎng)，各教學環(huán)節(jié)的設(shè)置以達成培養(yǎng)工程素養(yǎng)9個細分要素為目的，各教學環(huán)節(jié)的實施以達成目的為中心，培養(yǎng)學生的工程思維，提高學生的工程素養(yǎng)。