新工科背景下全寿命周期项目驱动教学模式应用研究

阮雪景 刘妍

摘  要：教学改革作为新工科建设的落脚点具有重要意义。工科传统教学模式存在教学方法落后、课程缺乏交叉、内容缺少联系、考核方式单一等弊端。新工科建设在新理念、新思路、新平台、新内容、新方法、新体验方面对教学提出了更高要求。全寿命周期项目驱动教学模式以一个典型项目贯穿大学工科教育，注重学生能力培养和知识体系构建，实现大工程观引领下以学生为中心的全周期工程教育改革。

关键词：新工科;全寿命周期;项目驱动;教学模式;应用研究

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）22-0081-03

Abstract： As the foothold of the construction of emerging engineering， teaching reform is of great significance. The traditional teaching mode of engineering has some disadvantages， such as backward teaching methods， lack of crossover of courses， lack of contact with content， single assessment method and so on. The construction of emerging engineering puts forward higher requirements for teaching in the aspects of new ideas， new platforms， new contents， new methods and new experiences. The whole life cycle project-driven teaching mode runs through the engineering education with a typical project， focuses on the cultivation of students' ability and the construction of knowledge system， and realizes the reform of student-centered engineering education under the guidance of the concept of large-scale engineering.

Keywords： the program of emerging engineering education; the whole life cycle; project driven; teaching mode; application research

全球范围内工业4.0席卷而来、新一轮科技革命升级、产业变革加速，各国间综合国力的竞争愈加激烈[1]。为适应国际形势变化，我国实施了“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等重大战略，对大量科学基础厚、工程能力强、综合素质高人才培养的需求推动着现有工程教育的改革创新[2]。截止2018年全国共有1100多所学校举办工程教育，1.9万余个工科专业，在校生约550万人，毕业生120多万人，普通高校工科专业招生数、在校生数、毕业生数稳居世界首位，超过位列二三的俄罗斯、美国3-5倍。如何从教育大国走向教育强国成为我国新工科建设亟待解决的问题。

2016年6月，中国正式加入注重“学生中心”的国际工程联盟大会《华盛顿协议》，标志着世界对我国工程教育质量认证体系的认可。2017年，教育部启动实施“新工科”建设，多所高校共同達成的“复旦共识”强调树立创新型、综合化、全周期工程教育新理念;“天大行动”致力于增强师生互动和提高课程兴趣度，改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心的工程教育模式;“北京行动”进一步落实全周期工程教育的改革思路。使学生置身于全寿命周期工程项目中，构建以学习者为中心的教育环境，创造有意义的学习经历，是课堂“新工科”教育改革的落脚点。

一、新工科背景下传统教学模式的瓶颈

（一）教学方法落后，难以激发学生兴趣

传统的工科课堂教学主要采用讲授式和案例式教学方法。讲授式由老师根据课本内容逐节讲解，学生被动听讲并完成课后作业，满堂灌的方法完全无法吸引学生的注意力。案例式由老师将重点难点内容融入到具体工程案例当中，帮助学生在案例背景下更好地掌握理论。两种方法共同的问题都是以教师为中心，学生被动参与课堂学习，不利于实践型、创新性卓越工程师培养。

（二）课程缺乏交叉，难以培养综合素质

工科教育专业课程较多且课程的实践性强，需要学生很好地理解理论知识，进而转化为过硬的专业能力并应用到实际工程项目中。新技术导致课程内容扩展延伸的现状与不断压缩的课堂教学时间之间的矛盾促使教师增加课程之间的交叉综合，学生充分利用课上课下的时间和资源主动学习。目前，每门专业课程各自为政，互不联络，学生在学完各门知识后无法将不同课程知识融会贯通到一起，打造个人综合素质。

（三）内容缺少联系，难以建立全过程概念

不仅同专业不同课程之间缺乏交叉，即使同一门课程各个章节的内容也是依次讲解，前后之间缺少联系。学生在上完一门课程后往往感觉学到了很多独立的方法和知识，但难以将这些零散的知识牢牢地掌握和应用。问题的根源在于老师填鸭式讲授解题步骤，而没有从课程甚至专业的高度将知识点打通糅合，学生只会做老师讲过的题目，而没有建立工程全过程理念并阻碍了将新掌握的知识补充到自己全过程知识体系中。

（四）考核方式单一，难以体现学生能力

针对传统教学方法，工科专业课程一般采用闭卷考试的方式进行评价。试卷成绩只能反映学生对理论知识的掌握程度，甚至有些学生上课不听、期末突击死记硬背同样可以考试及格，难以衡量学生通过本门课程对工程问题分析解决能力、项目协作能力、交流沟通能力的培养状况。注重期末考核而忽视学生过程参与，难以促使学生在教学全程保持热情和主动。

二、新工科建设对教学的要求

（一）从教师为中心到学生为中心的新教学理念

《华盛顿协议》倡导的三大国际工程教育核心理念分别为以学生为中心、产出导向和持续改进，我国的工程教育实现创新性改革的根源即转变固有多年的教师为中心理念，使学生成为课堂的主人。教师不再主宰整个教学过程，教师的主要任务在于启发、引导、帮助学生解决问题。只有首先从观念上将学生放在教学的中心位置，才能从教学方法、教学内容等多方面、多角度围绕学生这个中心展开。

（二）从小工程观到大工程观的新教学思路

麻省理工学院工学院院长乔尔·莫西斯于1994年首次提出更加重视工程本身系统性和实践性的“大工程观”。2001年CDIO工程教育体系强调人才培养应贯穿产品的全生命周期。2017年 “NEET计划”强调工程教育改革要以学生为中心改变学习方式和提高学习的实践性和交叉性。25年以来美国在“大工程观”下的工程教育改革与我国现行的“新工科”改革类似[3]。课程学习最终服务于人才培养的目标，工程项目本身具有自己的生命周期和系统性流程。学生工作后也是在工程项目中应用所学知识，何不在教学期间就使学生置身于工程实际，改变目前大多数学生迷失于杂乱知识点的现状，从全寿命周期的宏观角度去学习零散的课程知识，建立完善的知识体系。

（三）从课堂课本到课下网络的新教学平台

内容量大、課时紧的情况下学生如何更好理解掌握知识成为教学的关键问题。仅依靠课堂上被动的几十分钟听讲和要求学生课后复习课本、完成作业无法达到良好的教学效果，使学生将课堂和课后无缝对接是解决方法。教师通过巧妙的课程设计、充分利用课上时间激起学生对工程实际问题的好奇心，引发学生课后主动查阅资料的积极性，教师将教学资源、工程各项资料、相关辅助视频上传至网络教学平台[4]，学生在手机、电脑上借助老师提供的资料展开小组讨论，既培养了学生的团队合作精神，又锻炼了其自主查阅文献解决问题的能力。

（四） 从一成不变到动态更新的新教学内容

目前的工科教学都以教材为出发点展开，教师围绕教材备课和授课，学生利用教材预习和复习，有的教师上课期间挤出宝贵时间让学生阅读教材然后讲解。教科书也存在自身的局限性，一是内容简化且主要阐述理论知识，学生读起来感觉枯燥乏味，难以深入其中;二是教材内容不能时时更新，学生在课本上学到的知识与工作实际接触的工程项目严重脱节。

为满足新工科改革中创新型人才的需求，行业最前沿的讯息要马上进入课堂，为教学注入新鲜血液。时时更新教材是不现实的，只有通过教师将最新的工程项目、技术方法及科研课题引入课堂中，制作适合学生的学习材料，打破“一本教材打天下”的现状，利用多元化“学材”达到行业前沿进课堂的目标。

（五）从单一知识教育到综合能力培养的新教学方法

工科专业普遍具有应用性和实践性强的特点，工科教学理科化的现状使得每门课程单打独斗，每位老师只讲授某一门课程内的知识，零散的知识在学生的脑海中如同众多颗珍珠，怎样将珍珠用一个主线串连起来变成项链。这就是以综合能力培养为核心、以项目为主线，将教学突破课程的限制壁垒，完全为新工科人才培养目标服务。

综合能力培养包括底层的理解和掌握专业知识的基本能力，中间层的解决工程实际问题的业务能力、沟通表达能力、团队协作能力、管理控制能力，最高层的站在“大工程观”的全寿命周期角度终生学习行业前沿和创新发展的能力。综合能力的培养要求教师采用最有利于能力培养的教学方法和模式，把对学习效果的评价从试卷成绩向过程能力的提高程度上转移，丰富考核形式。

（六）从被动听课到主动参与的新教学体验

新工科建设的最终目标是通过工程教学改革培养适应时代发展的创新型人才，人才是根本。从教学理念、思路、方法、内容等全方位多角度变革，使得学生获得主动参与的教学新体验，带着完善的知识体系和综合能力信心百倍地走上工作岗位。

三、全寿命周期项目驱动教学模式

项目驱动教学法的核心是以项目为主线，学生为主体，教师为主导，将教学内容巧妙设计到每一个项目中，学生以小组为单位通过对项目进行分析和探索研究，不仅能掌握理论知识和提高解决实践问题的能力，还能在实现自我价值中获得满足感进而激发学习的主动性和积极性，是鼓励学生积极参与、协作创新的一种教学模式。德国、英国在职业教育中大力推广项目驱动式教学法，注重学生综合素质的全面培养，实现高校到企业的零距离跨越。2005年后项目驱动法在我国高校计算机相关课程中有一定的探索和应用，如管理信息系统、C程序设计等课程[5]，由于其增加师生互动效果明显，近几年高校其他专业和课程也逐渐引入该教学法[6]。项目驱动式教学的学生中心理念正是新工科建设所强调的。

针对传统教学模式存在的问题和新工科建设对教学的新要求，本文提出全寿命周期项目驱动教学模式，在高校对入学新生进行专业教育时为学生引入一个大型工程项目的案例背景，按工程建设过程分为决策阶段、设计阶段、招投标阶段、施工阶段、竣工验收阶段和运行维护阶段，为学生创建情景，构建项目全寿命周期概念和学习主线。每门课程都围绕典型全寿命案例这条专业主线，使学生的角色从课堂听讲者变为项目参与方。全寿命周期项目驱动教学模式既能实现每门课程知识前后联系，又能使得各门课程交叉融合，在课堂上形成知识体系主动脉，激发学习兴趣，增加师生间和同学间协作互动，在课后促使学生自主查阅资料，使知识主线羽翼丰满。同时解决了考试形式单一问题，学生参与度成为课程考核的主要评价指标。该模式融知识、能力、素质教育于一体，探索全周期工程教育新方法，致力于培养扛得起国家复兴发展使命的新时代卓越工程师。

四、全寿命周期项目驱动教学模式应用

（一）调查研究，设计全寿命周期项目

在新生入学前召集专业课教师结合当前行业前沿、领先技术及社会企业需求展开全面调研，并确定一个贯穿学生四年专业课教学的全寿命周期项目。收集该项目的图纸、可行性研究报告、施工组织设计、招投标文件、造价管理文件、施工过程技术文档、竣工验收报告、后评估报告、运行维护状况等详细资料。提炼全寿命周期项目主线，扩大教师课程教学设计的视野。每位老师不仅关注一堂课、一门课的设计，而是以创新型人才培养为目标放眼大学四年综合教学设计，然后由专业课教师围绕全寿命周期项目进行教学内容设计。

（二）构建网络教学平台，为学生提供“学材”

将全寿命周期案例背景、课程大纲、授课计划、讲义、相关公开课视频、上节课的总结、下节课的任务等资料上传网络教学平台，形成一个动态且实时更新的开放式教学资源库。作为课堂的延伸，网络教学平台内容应该丰富多彩，吸引学生主动学习。学生可以通过平台资料，清楚了解到课程进展及自己应该完成的任务。在平台内开通师生间和同学间的交流功能，学生查阅平台教学资源时遇到问题随时可在平台内与老师请教，借助平台实现本小组同学内部、小组之间的讨论。“学材”形式不拘一格，种类更加多元化，目的是站在学生为中心角度提供辅助材料。

（三）设置情景角色，启发学生分析项目

学生从项目的旁观者转化为项目的参与者，才能使学生更好地理解项目所包含的理论知识并在此基础上灵活应用到实际中。以《工程造价管理》课程为例，將5-8名学生分成一组，为小组分别设置建设单位、设计院、造价咨询公司、施工总承包单位、分包单位造价人员和政府建设管理部门等项目角色。以全寿命周期项目为情景，启发学生站在不同参与者的角色主动思考和分析项目决策阶段、设计阶段、招投标阶段、施工阶段、竣工验收阶段和运行维护阶段，自己会面临哪些实际项目造价问题，应该完成哪些具体工作内容，又当采用哪些方法和手段去解决问题和实现任务目标。

（四）融合课堂课下，鼓励学生完成项目任务

课堂上，老师全面介绍全寿命周期项目概况，并分解为多个子项目，向不同角色的参与者小组提出问题、布置任务，重点在于激发学生对项目的好奇心和求知欲。小组成员课下针对子项目任务查阅网络教学平台和科研论文等资料，展开积极讨论，找到解决问题的最佳方法。由于采用调研得到的真实工程项目，老师提出的问题将是学生未来工作后皆会面临的实际困难，完成项目任务与解决工作难题的感受相似，个人价值得以实现使学生产生较大的收获感和自我认同感。

（五）总结点评，促使学生形成知识体系

各小组带着不同的角色身份参与其中，向大家演示完成子项目任务的思路和方法。老师认真聆听并与学生共同讨论，点评解决问题的效果如何、是否实现任务目标。在全寿命周期项目背景下总结该子项目包含的重点难点，从点到面，梳理遇到此类问题的着手点和解决途径。应用能力的培养核心不在于让学生死记硬背某些概念、公式，而是帮助学生掌握解决实际问题的思路，并补充丰富到原有知识体系。

（六）考核过程参与度，建立能力提高评估机制

传统的单一闭卷考试作为考评手段不适用于全寿命周期项目驱动教学模式，平时不参与、期末死记硬背应付考试及格的现象将不复存在。针对该教学模式，建立多角度立体式考评体系，将项目参与程度、任务完成效果作为考核的核心部分，成绩高低体现出学生为项目付出的努力和能力提高情况。

五、结束语

培养应用性创新型人才的新工科建设号角已经吹响，其落脚点在于教学。突破传统教学方法落后、重知识不重能力、缺少内容交叉融合、考核方法单一等壁垒，使我国从教育大国稳步迈向教育强国行列。新工科建设对教学提出了新理念、新思路、新平台、新内容、新方法、新体验等各方面的要求，实现大工程观引领下以学生为中心的全周期工程教育改革。采用全寿命周期项目驱动教学模式，以一个典型项目贯穿大学专业教育，打通各门课程的限制，解决零散知识点易乱易忘易混的问题，帮助学生构建基于项目全寿命周期的知识体系，实现能力提升的目标，将新工科改革落到实处。

参考文献：

[1]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]黄宝忠.从“大工程观”到“大教材观”：“新工科”人才培养与教育出版创新[J].浙江大学学报（人文社会科学版），2018，48（5）：105-117.

[4]郭焕萍，洪亮，刘源.运用混合教学开展任务驱动式教学项目的研究[J].黑龙江高教研究，2017（10）：165-167.

[5]张奇.项目驱动式教学在《管理信息系统》中的应用探讨[J].电脑知识与技术，2007（09）：874-875.

[6]万春.项目驱动式教学法应用于财经类本科专业课程的影响因素研究[J].教育教学论坛，2015（50）：144-146.