从专业认证角度谈工科课程三级项目设计

胡正平+许成谦+李英伟+李刚

[摘要]工科教学中三级项目的设计不仅实现学生从书本知识向解决实际问题的转变，更是学生提高解决复杂工程问题能力的重要途径，通过三级项目教学过程中的查阅资料、分析问题、设计方案、讨论、动手实验、报告，有助于培养学生理论联系实践的能力。从专业认证中毕业要求能力达成度角度讨论三级项目教学的必要性，充分调动教师和学生参与课程改革的积极性，实现三级项目的有效管理，逐步提高学生解决系统复杂工程问题的能力。

[关键词]专业认证； 毕业要求；三级项目；复杂工程； 团队协作

[中图分类号]G642.40[文献标识码]A[文章编号]10054634（2017）01009604

0引言

专业认证核心是以学生的培养为中心，所有教学环节体现出强烈的出口导向思路，目的是引导全世界专业教育教学观念的转变。它要求所在专业首先需要根据自身办学定位，制订出本专业具体的毕业生要求，并将这些毕业要求（知识、能力、素质）通过分解指标点落实到各门课程与各个培养环节中，最终以全体毕业生的产出结果来证明教学是否达到专业原来预设的培养目标。这样的评价准则，一方面聚焦于学生，更重要的是聚焦于毕业生的培养结果，要求所在专业的相关教学活动都能为毕业生的产出（outcome based education，简称OBE）服务。显而易见，这是教育评估以及专业认证的思想上的一个巨大转变：从过去重视投入向现在重视产出的转变；从只关注名师与拔尖学生的精英教育与研究成果向全体毕业生的整体产出结果转变。具体包括：专业必须具有明确的培养目标、公开的毕业要求，推行能力导向的教育，倡导通过提高教育的针对性来提高教育质量和效率，达到提高学生能力之目的。专业认证特别强调体现以学生（全体合格毕业生）为本的追求，重点关注学生“学会”，把过去关注“教”落实到目前支持更好的“学”上[1]。笔者认为：这样的教与学观念上的巨大转变如果不能体现在课程改革上面，将永远只是形似，而不会是神似。

2015版专业认证特别强调：本科工程教育的教学过程需要面向“复杂工程问题”[2]。这是目前世界工程教育中的“短板”，但培养复杂工程问题的能力不能一蹴而就，需要逐步锻炼和提高。而三级项目是在本科期间的课程教学中设置的项目式教学环节，它以项目研发设计、实验、生产为目标，实现学生以主动、实践、运用知识、加强课程之间有机联系的方式来学习解决工程项目问题，培养学生的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。基于此，2014年度笔者单位开展三级项目课程改革计划，增设以项目为主线的三级项目课程环节。教师根据课程内容设计不同项目，以3～5人的小组为单位为学生分配项目课题，学生小组成员共同构思、设计、实现和运作项目，最终进行小组汇报验收，根据学生以及小组整体表现给出考核结果。通过本科期间课程三级项目训练，逐步培养学生运用知识的能力，这是解决复杂工程问题的核心基础，并为学生进入二级项目、毕业设计、最终走上工作岗位打下基础。因此，只有充分调动指导教师和学生的参与积极性，通过对三级项目的各个环节进行高效管理和设计，才能逐步提高学生解决系统复杂问题的能力[1]。

通过课程三级项目的开展，学生可以对在校期间所学课程的基本原理、基本知识和基本技能进行梳理，通过深入进行工程原理分析建立合适的抽象模型[2]。工科专业毕业生大多从事解决实际工程问题的工作，充分梳理书本所学原理、理论、方法，将复杂多因素的现实工程问题合理简化为具备数学模型的科学问题，这不但可以通过三级项目学习到利用课程知识解决工程问题的基本流程和方法，而且也有利于培养学生的团队意识和学术交流能力。

1专业认证中的毕业要求

1.1复杂工程问题

工程教育认证中，毕业要求简单地说就是对学生毕业时该掌握的知识目标和能力目标的描述，如包括学生通过本专业学习所掌握的知识、技能和素养。2015年工程認证专门提出复杂问题的描述，必须具备下述特征（1），同时具备特征（2）～（7）中的部分或全部[3]：（1）必须运用深入的工程原理分析，运用所学知识与原理学生才可能解决；（2）问题具有较高的综合性，一般包括多个相互关联的子问题；（3）问题涉及多方面的技术，需要考虑工程和其他因素，相互之间可能有一定冲突；（4）针对问题，首先需要建立合适的抽象模型简化问题后才能解决，并且在建模过程中需要体现出一定的创新性；（5）不只是靠常用方法就可以完全解决，需要学习和利用新知识；（6）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中，需要有针对性的提出自己的思路；（7）问题相关各利益方不完全一致，存在利益平衡与矛盾。

1.2专业认证毕业要求通用标准

认证中要求专业必须有明确、公开的毕业要求，且毕业要求应能支撑学生5年后培养目标的达成。专业能通过评价证明毕业要求的达成，并将评价结果用于教学持续改进中。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容[2]，见表1。

从表1可以看出：专业认证中的毕业要求需要在课程体系中涉及三级项目、课程设计（二级项目）、毕业设计（一级项目）才能完成培养要求，解决复杂问题的能力不能仅仅在最后的毕业设计中体现出来，而是要在课程教学中逐步灌输与锻炼提高，即解决复杂问题的能力不是一蹴而就，而是在逐渐锻炼中提高的。

1.3专业认证对于工科项目式教学的要求

依照工程教育认证的理念，认证专业必须有公开、明确的毕业要求，并且毕业要求应能支撑学生培养目标的达成。专业通过自我评价证明毕业要求的达成，专业制订的毕业要求最关键的环节就是解决复杂工程的能力 ，这需要通过项目式教学来体现。为了讨论方便，这里将项目分为三个层次等级：课程教学项目为三级项目，专业课程设计为二级项目，毕业设计定义为一级项目。

这里的复杂工程问题并没有要求覆盖全部7个特征，以便于不同专业、不同本科学校确立不同要求层次，依据笔者个人对于专业认证的理解、对于项目环节的要求，必须具备下述特征（1）～（3），同时具备下述特征（4）～（6）中的部分或全部。

（1） 解决的问题必须是新问题， 否则就不需要运用深入的工程原理经过分析才能解决，通过查阅资料、参考学习就可以解决；（2） 需要建立合适的抽象模型才能解决，这是设计环节；（3） 必须要动手进行实验，必须在一定约束条件下给出实验结果；（4） 项目涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突；（5） 项目具有较高的综合性，包括多个相互关联的子问题；（6） 项目中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中，还需要考虑工程和社会、环境可持续发展、职业规范等因素；（7） 项目完成过程中必须使用现代工具，并能理解其局限性。

2三级项目设计

1） 课程三级项目如何产生？首先，课程三级项目立足于运用课程知识解决与课程密切关联的某一个具体问题，解决具体问题包含运用课程中涉及的原理知识。通过完成三级项目，可以让学生带着问题进行自主学习，达到激发学生运用知识的目的，针对其中不熟悉的问题，学生需要主动学习、查阅资料。另外，通过自我主动学习的方式，将课程中所学知识相互关联起来，并能灵活运用这些知识。在三级项目完成过程中，可以逐渐熟悉最新信息工具、编程工具、仿真工具、仪器设备等。 表1专业认证中毕业要求、判定依据以及如何支撑

毕业要求通用标准认证中判定合格的依据 三级项目如何支撑（1）工程知识课程设置涵盖相关内容，其广度与深度，包括考试要求能达到本专业的要求。有意识地在专业课程中体现相关知识在解决复杂工程问题中的应用能力培养。 课程三级项目（体现相关知识在解决复杂工程问题中的应用能力培养）（2）问题分析在相关课程中有明确的环节要求学生针对复杂工程问题做到标准项所表述的相关训练，并在考试中得到适当体现。三级项目（针对问题、数学建模）（3）设计/开发

解决方案对于学生的设计能力培养在整个教学计划中有明确的系统性和相对完整性，相关教师均能在各自的课程中对学生提出符合整体系统性的明确要求。使得学生设计能力培养分阶段、分层次得到落实，并能在集中的复杂工程问题解决中得到综合体现。教学过程覆盖了工程设计中与本项标准中列出的相关非技术因素，并能在学生的综合性作业中得到体现。三级项目（设计方案能力）（4）研究这里对复杂工程进行研究主要是指为完成特定工程任务而需要进行的研究，特别是模拟分析等。在教学过程中有明确的环节训练学生根据需要设计相关模拟等实验，并能够对实验数据有效分析，得出针对相关复杂工程问题解决的有效结论。

三级项目（成本核算能力）（12）终身学习有明确的针对性环节使得学生达到本指标项要求。有适当的教学设计能让学生表现出其自主学习能力并进行适当的考核。三级项目（不断进步能力）2） 三级项目培养模式。三级项目要求学生利用课余时间，以小组为单位来完成，为完成任务，小组成员之间需要相互协作，最终团队以PPT 汇报答辩的方式进行验收。通过这种团队合作，发挥学生自主学习的能力，摆脱依赖老师的心理。另外，三级项目仅仅依靠小组某一个成员的个人力量难以完成，杜绝“一人干活、多人偷懒”的现象。三级项目的培养方式对学生团队合作精神起到积极的锻炼作用，PPT 汇报、答辩考核方式也锻炼了学生的表达、沟通、思考能力。

3从专业认证谈三级项目对于课堂教学的改变课堂教学是重要教学环节，是学生能够达到专业认证中的毕业要求的基础。目前，虽然中国各个学校的教学改革看起来轰轰烈烈，但真正有价值的课堂改革却很少落到实处，分析主要原因是“主导改革的领导不教书，教书一线的老师不希望改革”[3]。如果将课堂教学改革变成一线教师与学生的自觉行动，其实难度非常大，甚至永远也不可能实现。假设希望攻破课堂教学改革这一难点，实现中国教学改革新突破，适应世界工程教育专业认证要求，需要推進以下几个思想上的转变。

3.1从灌输知识向讨论对话转变

众所周知，课堂灌输对传授陈述性知识和掌握基本概念、基本原理是合理的，大学以前的教学都是采用这种形式。但是大学教育中只有这些是不够的，它有碍学生运用知识能力的培养。如果在大学阶段仍然采用灌输课堂，就会像高中时的“填鸭式”课堂一样。只注重知识传授，老师看起来是知识的“权威”，学生则是知识的“容器”，教学过程就是知识“复制”的过程[3]。鉴于此，笔者所在专业引入三级项目讨论课环节，期望能将课堂改造为对话课堂，达到知识的对话、思维的对话。如此一来，知识对话将单向灌输转变为多向交流，大家都是知识的主体参与者。学生从原先课堂上的“观众”转变为“演员”，老师从课堂上的“演员”转变为“导演”，将课堂从“老师讲”变成“学习共同体”，使知识在老师与学生、学生与学生之间流动。

3.2从封闭向开放转变

经典的课堂教学是在固定的地方、时间，甚至用固定的方法完成固定的教学内容。这种模式，教学活动围着教师、教材和教室展开。开放课堂目的就是要改变这个模式，从空间、时间、方式和内容上实现开放。时间上从课内向课外延伸，空间上从教室向图书馆和实验室延伸，方式上从知识讲解向知识运用上转变，内容上从教材向文献资料扩充。开放课堂需要转变教学方式，三级项目教学就是方式之一，可以部分达到上述目的，因为在完成三级项目过程中，学生可以利用开放方式完成运用知识的能力提升。

3.3从知识向能力转变

传统的基于知识的课堂以掌握知识为目标，学生掌握的是原始知识，形成的是原始思维。而能力课堂以知识的化学反应为目标，通过高层次的教学活动，学生掌握的是运用知识深入分析的能力，形成的是高阶思维。目的是实现从知识积累向知识运用、知识化学反应的转变，这需要在教学方式、教学目标、学习方式和评价方式等方面进行一系列变革。

筆者所在的电子信息工程专业是卓越工程试点专业，近年一直在进行项目式课程改革探索工作，具体专业课程改革如表2所示，目前已经完成2105年电子信息工程教育认证，并得到华盛顿国际观察团专家的认可，在撰写专业认证自评报告、收集相关证据材料的过程中，逐步加深了对于毕业要求中复杂工程问题的理解，发现通过专业课程三级项目以及讨论课环节教学改革，不但探索出一些提高本科教学质量的新思路，而且核心实质与专业认证相吻合。

参考文献

[1] 李志义. 解析工程教育专业认证的学生中心理念[J].教育教学，2014（21）：1822.

[2] 中国工程教育专业认证协会.工程教育认证工作指南[EB/OL].（201303）[20151217].http：//www.doc88.com/p0028542610963.html.

[3] 李志义.适应认证要求——推进工程教育教学改革[J].中国大学教学，2014（6）：816.

AbstractOwing to gain abilities in solving practical problem and complex engineering problem， course project is becoming important study step in university. By the processing of searching technical literature， parsing problem， designing devise， doing experiments and writing report， the student can be helpful in linking theory with practice and curious spirit. In this paper several problems and the root exist in current education are discussed in detail， at the same time， several strategies for how to improve course quality are proposed. The goal is to mobilize students and teacher together to improve ability of student solving complex engineering problem， because it is the core of engineering accreditation.

Key wordsengineering education accreditation； graduation requirements；course project； complex engineering； team cooperation