“卓越工程师教育培养计划”中系列化探究式项目教学的设计原则

汪木兰 周明虎 张艳丽

南京工程学院 江苏南京 211167

☆专题☆

“卓越工程师教育培养计划”中系列化探究式项目教学的设计原则

汪木兰 周明虎 张艳丽

南京工程学院 江苏南京 211167

为了满足“卓越工程师教育培养计划”提高学生综合工程实践能力的需要，基于探究式教学思想和CDIO工程教育的先进理念，总结出能力进阶的系列化探究式项目教学的设计思路，结合正在实施和推进的机械设计制造及其自动化专业先进制造技术方向卓越工程师教改试点班工作，给出了探究式项目教学的设计案例，可为相关专业的卓越工程师教育培养提供有益的借鉴。

卓越工程师教育培养计划；探究式教学；项目教学法；CDIO工程教育

我国为了贯彻实施《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》，2009年年底组织开展“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)试点工作，2010年6月23日教育部在天津召开了“卓越计划”正式启动大会。目前，全国第一批教改试点班学生已经升入大学二年级，通过较大幅度改革第一年的基础课程，大家基本达成了继续改革的共识，现在开始进入专业基础课程学习阶段，必须对其综合工程实践能力进行着力培养。

南京工程学院作为全国首批“卓越计划”试点高校之一，参与了整个过程。目前，全校确定在6个专业(机械设计制造及其自动化、自动化、材料成型与控制工程、电气工程及其自动化、计算机科学与技术、热能与动力工程)、7个专业方向、8个2010级指定班级予以试点实施，各专业方向已经制定了切实可行的人才培养方案，并落实了相应的课程教学大纲和教学环节。

“卓越计划”是一项教育教学改革工程，没有现成的教育模式和成熟经验可供借鉴。在实施“卓越计划”过程中需要找到一个行之有效的载体和切入点，从而形成一套有效的运行机制，并验证教改实施的实际效果。吸取多年实施项目教学法的成功经验，结合机械设计制造及其自动化专业先进制造技术方向的教改试点，提出“能力进阶的系列化探究式项目教学法”，以期缓解我国工科高校面临的一系列共性问题。

1 探究式教学基本思想

探究式教学(Inquiry Teaching)是指学生在学习基本概念和基本原理的过程中，教师只为学生提供一些事例和有关问题，让他们自己通过阅读、观察、实验、思考、讨论和交流等途径去独立探究，然后自行发现并掌握相应原理和基本结论的一种教学方法。其基本指导思想是以学生为主体，在教师的全程参与和具体指导下，让学生主动地、自觉地深入探索，从而掌握解决实际工程问题的方法和基本步骤。

“探究式教学”的核心是“问题”，相应的学习过程也是紧紧围绕着指导教师提出的问题展开。教师需要根据所要求的教学目的和教学内容，创设情境，预先设定逻辑合理、难度适当、需要学生解答的基本问题。然后，教师指导学生拟定出合理的解题计划，并选择恰当的解题方案，提供必要的技术资料和基本的实验条件，由学生自己组织项目成员分工合作查阅项目资料和完成相应实验，从而提出某些假设条件，寻求问题的解决方案。通过这种开放课程形式可以激发学生自主探究的强烈欲望，发掘其自主探究的潜能。

学生对交流成果环节中所提出的具体问题以及存在的模糊认识进行深入讨论和广泛交流，大家逐步达成共识，明晰基本概念，营造大胆质疑和互相解惑的良好氛围，使单一性思考和求异性思维相结合，传授知识和解决问题相结合，教师指导和学生自主探究相结合。因此，在探究式教学过程中必须正确地处理好教师“引”和学生“探”之间的辩证关系，指导教师既不能过多地干预，也不能让学生放任自流，漫无边际地探究，最终要达到相得益彰的互相促进效果。

2 系列化项目教学

针对我国应用型人才现状，以工程技术能力培养为主线，以完善实践教学体系和改革实践教学模式为目的，在多年实施传统式项目教学的基础上，通过开展项目教学系列化建设与改革，尝试增加“能力维”，将“能力进阶”与“项目系列”结合起来，并融入“探究式学习”的思想，构建贯穿大学阶段整个人才培养过程，由简单到复杂，由单一到综合，从低级到高级，目的明确、循序渐进、逐层提高、能力进阶的系列化探究式项目教学的工程实践训练体系，即提出“能力进阶的系列化探究式项目教学法”新概念。通过教学项目的规范化和标准化，充分利用现有的丰富网络资源，逐步建成项目教学库，从而构建开放式项目库的网络管理平台，创建一种学生工程实践教学的新型模式。通过对校内和企业两类项目教学资源的充分利用，使学生在校期间能够接受“现场工程师”的完整训练，从而缩短大学生与企业工程师之间的距离，以期达到“零距离”的工程实践衔接，改善实践教学效果，切实提高学生应用专业知识分析问题和解决问题的综合能力，确保应用型人才培养质量，为我国经济建设发展服务。

例如对于机械设计制造及其自动化专业先进制造技术方向，打破了传统的“基础课—专业课—工程实践”三段分割的教学模式，以“专业能力进阶”培养方式对教学计划进行科学合理安排，全过程采用“系列化探究式项目教学法”，多维度、交错融合、螺旋式提升学生的综合工程应用能力，通过项目内容侧重点的差异和目标要求的分级，结合相对比较成熟的探究式教学思想，最终达到因材施教和学生个性化能力培养的目的。

3 系列化探究式项目教学设计思路

(1)充分借鉴先进的CDIO工程教育理念。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。工程技术应用能力进阶的探究式项目教学法，可以借鉴“CDIO工程教育”理念中三级项目教学的思想，构建出课内和课外相结合的项目教学体系，旨在以系列化的项目教学为载体，培养出卓越工程师人才。

在实施CDIO工程教育理念时，依据项目所涉及的专业知识以及项目本身的规模，可为学生团队设置一级项目、二级项目和三级项目。其中，一级项目包含并综合了本专业主要核心课程，体现了本专业主要能力要求；二级项目则引导一组相关核心课程(课程模块)的学习，重点突出了某项能力要求；三级项目则针对单门课程，以期增强学生对该门课程内容的理解。可见，这三级项目的划分主要依据课程内容以及课程所涉及的主要知识点。

为了充分借鉴CDIO工程教育理念，将“卓越计划”能力进阶的系列化探究式教学项目设计成三个层次：基础项目、综合项目和企业项目。基础项目针对大二学生，主要让学生了解一个项目对象的基本构成，体会项目实施的具体流程；综合项目针对大三学生，进入专业课程的学习阶段，一般设计为基础项目的继续深入和水平提升，在完成项目基本构成的前提条件下，主要要求学生实现较高的技术指标，达到实际工程现场能够应用的目标；企业项目针对大四学生，主要要求学生在企业顶岗实习过程中寻找和发现项目，当然也可以和企业指导教师、校内指导教师进行交流和沟通，最好是能够实现企业的技术革新或者技术改造，完成后能够为企业创造相应的效益，这是一次真正的项目体验。

事实上，CDIO是“做中学”和“基于项目教育和学习”(Project based education and learning)的集中概括和具体表达，“卓越工程师”是我国高等工程教育改革“卓越计划”实施的最终目标，在“理念”与“目标”之间可以通过“能力进阶型系列化探究式项目教学”予以内部沟通起来，具体如图1所示。

图1 CDIO工程教育与卓越计划的关系

(2)项目教学的目标要具有可达性。指导教师在设计探究式教学项目时必须充分考虑学生的知识能力和具体情况，设计探究项目的主要内容和预期目标应具有达到的可行性。然后在项目具体实施的过程中，有目的地引导学生通过亲身实践和实际操作来提高解决实际问题的综合能力，并在工程实践与项目研究过程中学习和领会相应的科学方法。特别是基础项目和综合项目任务书规定完成的主要功能和性能指标等方面必须把握好尺度，同时还要兼顾所能提供的条件，除了目标可达以外，还要求能够全面展示出学生的综合素质和基本技能，并留有足够的发挥空间。

事实上，通过采用探究式项目教学的具体形式，选择相应的训练内容，创造条件让学生完整地经历工程项目和科学探究的全过程。在具体设计探究项目的活动过程中，必须站在全局的高度运用系统观进行科学设计，逐级推进，并保证部分探究和全部探究有机结合。

(3)探究式项目教学的主体性原则。主体性原则是指在能力进阶的系列化探究式项目教学的具体实施过程中，必须尊重学生的主体地位，充分发挥学生的主观能动性，并注重学生之间的相互启发，兼顾发展。

学生积极参与项目组的讨论与交流，通过主动学习来构建新知识，并及时地对学习效果进行总结和反思，然后改进相应的学习方法。在探究式项目教学的设计过程中，预先确定具体的教学目标时，必须注重理论知识与操作技能、科学方法与实施过程、情感态度与价值观三个维度的教学要求。虽然面向全体学生，但还应当尊重学生的个体差异，使项目教学过程更能满足其个性发展的需要，从而充分挖掘每一位学生的最大潜能。

(4)探究式项目教学强调教师的诱导作用。在坚持学生主体地位的同时，也要提高对项目指导教师的具体要求。教师应当是项目探究活动的设计者和项目执行过程的组织者与引导者。要求教师全身心地投入和参与，认真研究和分析学生思维方式和解决实际工程问题的思维习惯，努力寻找教育对象与教学内容之间的最佳结合点，善于将自己积累的各种工程经验高效地转化为学生的直接经验，并引导学生将所获得的各种经验与所学课程理论知识相结合，鼓励学生在此基础上进行大胆创新，以培养复合型的工程技术人才。

在系列化探究式项目教学过程中，指导教师要善于诱导学生，密切关注项目实施和执行的进程，认真讨论目前存在的主要问题，及时地进行适当调整和具体指点。指导教师还要善于发现可能出现的多种结论，特别重视和自己备课时预期不同的结果，变“教案”为“学案”。在参与项目组讨论的过程中，要掌控好局面，适当制造情境使学生的观点发生碰撞，从而激发出新的思想，还要敏感捕捉个性学生的“闪光点”，并现场及时地给予鼓励和引导。可见，在探究式项目教学活动中，指导教师是引导者，其主要任务是启发和诱导；学生是探究者，其主要任务是发现新现象和新成果。

(5)探究式教学和项目教学一脉相承。我国较多运用项目教学法的是高等职业技术学院，它们对课程体系和内容进行大胆改革和创新，取得了一定成效，并进一步对本科教学过程中执行的教学项目在理论性、科学性和评价结果等方面予以提升，例如在方案设计、功能拓展、数学建模、虚拟仿真等方面有所侧重和加强，以达到综合训练学生工程实践能力的目的。探究式教学目前在我国基础教育阶段应用得比较广泛，主要是让学生从小养成主动探究的良好习惯，为长大后从事科学研究打下基础。但事实上，探究式教学的基本思想不仅仅局限于基教范围，完全可以引申到各个教育层次，因为工程教育的最终目标都是打造“卓越工程师”。

“探究式教学”和“项目教学”都是以“项目”作为教学活动的实际载体，目标一致，可以说一脉相承。只是前者在项目实施过程中更加强调和贯彻“探究的科学精神”，而后者比较注重“项目实施的结果”。

4 系列化探究式教学项目设计实例

(1)系列化探究式工程训练项目选题。遵循上述原则，结合“卓越计划”人才培养方案设计出能力进阶型系列化探究式项目教学的选题样式见表1(基础项目)和表2(综合项目)。

表1 系列化探究式工程训练项目选题表(基础)

表2 系列化探究式工程训练项目选题表(综合)

(2)系列化探究式工程训练项目内容简介。通过上述表格可以看出，表1所示的基础项目主要让学生了解变频调速系统的组成，并且外部是开环控制形式，如图2所示的虚线方框。表2所示的综合项目继续利用基础项目的开环平台，实现速度闭环控制，如图2所示的整个系统对象，并在空载和负载的条件下对其综合性能指标进行详细考核，同时还要求设计出触摸屏的人机交互功能。

图2 PLC控制的变频调速系统

全国“卓越计划”的教育教学改革工作仍在有条不紊地推进，2011年秋季除第一批61所试点高校招生了第二批本科学生以外，国家教育部在2011年10月19日又评审公布了第二批实施“卓越计划”的133所高校，所以在教学改革和探索的过程中，及时做好教改总结和方案完善工作尤其重要。

推广阶段性的教学成果与教改经验，至少在缓和如下面临的矛盾方面具有非常现实的意义：有限教学资源(师资队伍和教学设备)与较大在校生规模之间的矛盾；教改教学成本增加与追求教学效益之间的矛盾；教师自身较弱工程实践能力与教学改革对工程经验要求较高之间的矛盾；教师责任心与教学改革效果之间的矛盾；理论教学深度准确把握和技能训练较高要求之间的矛盾等。

[1] 汪木兰，周明虎，封世新，等.系列化项目教学法在先进制造技术卓越工程师人才培养中的应用[C].2011年第二届管理科学与工程国际学术会议，成都，2011，6：366～372

[2] 汪木兰，周明虎，李建启.以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案[J].中国现代教育装备，2010，12：15～19

[3] 周明虎，汪木兰，封世新.项目教学法的实施与典型案例分析[J].中国现代教育装备，2010，13：6～8

[4] 刘树青，汪木兰，王坤.基于项目教学理念构建数控机床故障诊断与维修课程教学体系[J].中国现代教育装备，2010，13：9～11

[5] 陈荷燕，汪木兰，刘树青.项目教学法在机床电气与PLC课程教学中的运用[J].中国现代教育装备，2010，13：12～14

[6] 关芳芳，汪木兰，袁勤.数控机床和金属切削原理与刀具课程内容整合与教学改革[J].中国现代教育装备，2010，13：15～17

[7] 侯军明，汪木兰，杨清林.基于能力进阶培养模具设计与制造的综合技能[J].中国现代教育装备，2010，13：18～21

[8] 王令其，左健民，汪木兰.大工程观与应用型工科教学改革[J].理工高教研究，2009，28(2)：130～132

[9] 汪木兰，朱晓春，刘坤，等.案例教学培养自动化专业学生大工程意识[J].中国现代教育装备，2008，12：165～167

[10] 宗亚妹，汪木兰.建构主义教学观与系列化项目教学[J].机电产品开发与创新，2010，23(6)：168～170

Design principles of serial inquiring project-teaching for excellent engineer education and training scheme

Wang Mulan, Zhou Minghu, Zhang Yanli
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

In order to improve the comprehensive engineering ability of the undergraduate in the process of Excellent Engineer Education & Training Scheme (EEETS), the design principles of serial inquiry-based project-teaching method are put forward in detail, based on the thoughts of inquiry teaching and the advanced concepts of CDIO engineering education. The object of teaching reform is the program of advanced manufacturing technology, belong to the discipline of mechanical design & manufacture and its automation. The corresponding project-teaching case is present in this paper. The proposed design principles can provide some useful references to other related disciplines of EEETS.

Excellent Engineer Education & Training Scheme (EEETS); inquiry teaching; project-teaching method; CDIO engineering education

2011-11-21 稿件编号：1111099

汪木兰，博士，教授。周明虎，本科，高级工程师。张艳丽，博士，副教授。

江苏省“十二五”高等教育科学研究规划课题(编号：KT2011186)；江苏省高等教育教学改革研究课题(编号：2011JSJG175)；南京工程学院高等教育研究重大课题(编号：GY201004)；南京工程学院教学改革重大项目(编号：JG201002)。