OBE视角下应用型高校大学生的工程素养培养模式

李 涛，陶 晶，修 云

(湖北理工学院 机电工程学院,湖北 黄石 435003)

培养学生的工程素养是当前工程教育改革的一个重要方向。教育部在“卓越工程师”培养计划和工程教育专业认证中都把培养学生的工程素养作为专业培养的重要环节和考核点[1]。目前，工程素养的内涵尚未得到工程教育理论和实践界的统一界定[2]。仝美娟等[3]学者认为，工程素养指的是工程师应具备的基本知识、基本理论和基本技能，一定的工程实践训练和严格有素的工程习惯及综合能力。

高校作为工程教育的主战场，在工程素养的培养过程中起着不可替代的作用，构建科学合理的培养体系成为了各高校迫切需要解决的问题[4]。具备高工程素养的学生能敏捷地发现问题，并将理论应用于实践，能够综合运用各种资源，将思维构思变成实际产物。工程素养的形成和提高是一个渐进的过程，仅通过知识学习或者简单的知识综合是无法实现的。它需要有扎实的知识基础，并在应用工程实践活动中反复锤炼，在应用实践过程中将不同学科的知识和素质要素融会贯通，逐渐升华提高。因此，工程素养的培养也是一个系统工程，不是仅仅通过一两门课程就能实现的。结合OBE教育理念，针对工程素养所包含的组成要素，构建一种由浅入深、潜移默化、逐渐提升的培养体系是一种行之有效的方法[5-6]。

1 工程素养培养体系

1.1 培养环节

工程素养应该包含4个基本组成要素, 即工程知识、工程能力、工程意识、工程伦理，更进一步可以细分为工程常识等9个子要素[2]。不同的要素需要由不同的培养环节来完成培养，每个细分要素至少由3个培养环节来完成培养，各培养环节既相互依存、相互支撑又相对独立。工程素养要素分解及培养环节安排见表1。

表1 工程素养要素分解及培养环节安排

1.2 培养过程

各培养环节的实施是一个循序渐进的过程，大体上可以分为理论知识的传授、工程实践与应用、实习及讲座等其他辅助环节三类。不同的环节有着各自的特点，采用的实施方法也有所差别。

1.2.1理论知识的传授

理论知识是基础，所有的工程训练都应该在理论知识的支持和指导下进行，忽视理论知识而一味强调实践是一种不可取的方法。工程素养的基本要素A和B的培养离不开理论知识的学习。理论知识主要可以分为专业认知、公共基础知识、专业基础知识、专业知识4个部分，不同类型的知识采用不同的教学方式完成。例如，在机械电子工程专业的课程教学中，一个实际的机电应用系统包含了“传感器”“控制单元”“执行单元”“总线与通信单元”“电源与抗干扰单元”等多门课程的内容。如果将这些课程一门门单独学习，会导致学生为了应付考试而被动的记忆知识，缺乏学习的动力和兴趣，学习效率低。同时，单门课程涉及到的知识无法形成一个完整的机电系统，不利于实施项目式、任务驱动式教学方法，也不利于开展综合实验、创新实验等实践性教学活动。因此，对于与专业结合非常紧密的多门课程，可以将知识点打散，融合形成课程群来完成教学。理论知识体系如图1所示。

图1 理论知识体系

1.2.2工程实践与应用

工程意识是人们对客观工程实践的主观反映。工程意识来源于工程实践, 工程实践是工程人才形成工程意识的必要条件, 只有具备工程意识才可能主动地、创造性地建构一个新事物。在高等工程教育阶段，学生参与工程实践，在工程实践中发现问题、产生设计灵感，进而付诸实践等是工程意识的重要方面[2]。因此，工程实践与应用是高校工程类专业培养过程中必不可缺的环节。工程素养的基本要素B，C，D的培养都必须要有充足的工程实践与应用。工程实践与应用能力的培养过程从最初的工程体验到最终的毕业设计，逐渐融入专业知识，逐步提高应用性和创新性。

大学生刚入校时对今后所学内容往往是处于懵懂状态，可以先通过一门工程体验课程让其对工程实践有一个初步的感性认识，然后通过工程实践课程让学生完成一件与专业相关但不要求过多专业知识的作品。例如，土建类专业可以用木头或者石膏完成一个建筑模型，机械类专业可以用木头完成一个风车或四轮小车等作品。这样既可以激发学生学习兴趣，也可以让学生对工程实践有个初步的体验，提升对专业的认可度。工程实践应用能力的培养体系如图2所示。

图2 工程实践应用能力培养体系

1.2.3其他辅助类环节

各类实习、讲座、学科竞赛等辅助类教学环节是培养体系中不可缺少的补充环节。由于课时、实验室条件、经费等各种限制，在课程内往往无法大量的进行各种实践应用。通过各种实习、讲座可以让学生真正接触企业生产实际，了解最新科技动态，开阔眼界，增加知识储备。通过各种与专业相关的学科竞赛，可以鼓励学生利用课外业余时间进行各种实践应用。为了保证所有学生主动参与学科竞赛，可以在国家、省级竞赛之外增设教学院级的竞赛项目，并要求所有学生毕业前在各级学科竞赛中至少获得过1项奖项。

2 新教学模式的应用

随着社会的进步和技术的发展,各种先进的现代化教学工具逐步应用于教学。特别是随着互联网技术进步，线上(网络教学)+线下(面授教学)混合式教学模式应运而生。该模式将学习的中心由教师转变成了学生, 既能提高学生自主学习的能力和兴趣，又能锻炼学生独立思考的能力,同时还有利于项目式、讨论式等教学活动的展开。

2.1 理论知识的培养

对于理论知识的培养，各课程在教学过程中可以对教学内容进行重新梳理，打破原有章节体系，将课程教学内容划分成若干个知识点，有些信息量比较大的知识点细分为若干个更小的知识点，便于学生小步快走式学习。根据难易程度，将知识点更进一步地细分成1，2，3三个难度等级。对于难度等级最低的1级知识点，可以充分利用线上资源，采用学生课外自主学习的形式，通过线上自测与线下老师课堂检查的形式督促学生自学。对于难度等级为2级的知识点可以采用翻转课堂学生互学的方式，学生课外自学后在课堂上以组为单位分别介绍学习的内容，学生讲、学生听、学生质疑与答辩，教师只在必要时干预，结束时总评。对于难度等级为3级的知识点，还是采用传统的教学方法，教师推导、演算、讲解，学生不懂就问，课后复习。

2.2 工程实践与应用的培养

工程实践与应用的培养以线下项目式教学为主。线下教学以2～3人组成的小组为单位，以一个工程应用项目为主线，将项目分解成为多个子项目分阶段实施。每一个阶段的子项目完成后，再进入下一阶段，最后将各子项目成果组合完成整个项目。对于学时充足的课程，整个项目的完成都在课内完成；对于学时不充足的课程，可以充分利用课程设计、综合实验等实践性学时来完成。各阶段子项目的实施均采用各小组设计介绍方案、小组间质疑提问与答辩、教师点评指导、小组修改实施、结题汇报5个实施步骤。实施的过程中所有内容的完成均以小组为单位，培养学生的团队精神和协同能力。每个子项目完成后均评选出最优小组，将优秀作品放入实验室陈列柜展示，并通过冠名、奖励等方式提升学生兴趣，让学生获得成就感。

2.3 应用案例

湖北理工学院机械电子工程专业“单片机原理及接口技术”课程的教学，采用了线上线下混合式教学模式。知识型内容以线上教学为主，将教学内容按照内在逻辑关系分解成34个知识点，制作成MOOC上传到课程中心网站，配合线上测试题供学生自学。根据难易程度将知识点细分成1，2，3三个难度等级，其中1级知识点19个，2级知识点11个，3级知识点4个。应用能力的培养以线下项目式教学为主，围绕“直流电动机调速”项目展开。将该项目分解为“单片机认识与IO控制”“定时与中断”“单片机通信”“传感器信号采集”“常用执行元件控制”5个子项目分阶段实施。在相应知识型内容学习完成之后，便实施对应子项目。通过项目实施，使学生能运用所学知识来解决实际问题，同时加深对知识的理解。在课程最后将各子项目成果集成，完成整个项目。课程设计在此项目基础上进行扩展和延伸或进行新项目的设计。

3 过程与结果并重的考核

考核是促进学生学习、检验教学效果的重要环节。学生工程素养的培养，离不开有效、科学的考核手段。在考核上应坚持知识与能力并重、过程与结果并重。过程考核和结果考核的成绩各占总成绩的50%。过程考核的内容包括：每个知识点的线上测验、线下课堂检查情况、各小组子项目方案介绍与实施情况。对于学生课外自主学习的知识点，可以通过一课一测等形式进行线上考核，考核成绩的平均值按一定的权重计入总成绩。教师在线下课堂上可以对学生课外自主学习的内容进行抽查，抽查的结果以及当堂练习等结果作为线下课堂检查情况的成绩，按一定的权重计入总成绩。对于线下项目式教学内容的考核，以项目实施的过程为主，综合考虑学生的设计方案、答辩情况、实施情况、最终成果等多项内容，不单一的以学生是否完成项目或项目作品功能如何作为考核标准。结果考核分为期中考试和期末考试2种，期中考核以知识性内容为主，期末考核以应用能力为主。

仍以“单片机原理与接口技术”课程为例，2016级机械电子专业2个班，其中1班采用传统教学模式，2班采用线上线下混合新模式教学。通过对考核结果的定量评价，以及对学生问卷调查、座谈等反馈的定性分析，发现采用新模式教学的课程达成度和学生满意度更高。通过对学生后续发展的跟踪观察发现，采用新模式教学的学生在参加学科竞赛时，有着明显的优势，获奖的人数占该专业总人数的40%以上，明显高于其他班级，在后续实践教学环节中也表现出更高的工程素养和能力。

4 结束语

对于应用型高校，工程素养的培养是各工科专业必不可缺的一项内容。通过以成果为导向的培养模式能够有针对性地对工程素养的各要素进行有效的培养，各教学环节的设置以达成培养工程素养9个细分要素为目的，各教学环节的实施以达成目的为中心，培养学生的工程思维，提高学生的工程素养。