從專業認證角度談工科課程三級項目設計

胡正平+許成謙+李英偉+李剛

[摘要]工科教學中三級項目的設計不僅實現學生從書本知識向解決實際問題的轉變，更是學生提高解決復雜工程問題能力的重要途徑，通過三級項目教學過程中的查閱資料、分析問題、設計方案、討論、動手實驗、報告，有助于培養學生理論聯系實踐的能力。從專業認證中畢業要求能力達成度角度討論三級項目教學的必要性，充分調動教師和學生參與課程改革的積極性，實現三級項目的有效管理，逐步提高學生解決系統復雜工程問題的能力。

[關鍵詞]專業認證； 畢業要求；三級項目；復雜工程； 團隊協作

[中圖分類號]G642.40[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2017）01009604

0引言

專業認證核心是以學生的培養為中心，所有教學環節體現出強烈的出口導向思路，目的是引導全世界專業教育教學觀念的轉變。它要求所在專業首先需要根據自身辦學定位，制訂出本專業具體的畢業生要求，并將這些畢業要求（知識、能力、素質）通過分解指標點落實到各門課程與各個培養環節中，最終以全體畢業生的產出結果來證明教學是否達到專業原來預設的培養目標。這樣的評價準則，一方面聚焦于學生，更重要的是聚焦于畢業生的培養結果，要求所在專業的相關教學活動都能為畢業生的產出（outcome based education，簡稱OBE）服務。顯而易見，這是教育評估以及專業認證的思想上的一個巨大轉變：從過去重視投入向現在重視產出的轉變；從只關注名師與拔尖學生的精英教育與研究成果向全體畢業生的整體產出結果轉變。具體包括：專業必須具有明確的培養目標、公開的畢業要求，推行能力導向的教育，倡導通過提高教育的針對性來提高教育質量和效率，達到提高學生能力之目的。專業認證特別強調體現以學生（全體合格畢業生）為本的追求，重點關注學生“學會”，把過去關注“教”落實到目前支持更好的“學”上[1]。筆者認為：這樣的教與學觀念上的巨大轉變如果不能體現在課程改革上面，將永遠只是形似，而不會是神似。

2015版專業認證特別強調：本科工程教育的教學過程需要面向“復雜工程問題”[2]。這是目前世界工程教育中的“短板”，但培養復雜工程問題的能力不能一蹴而就，需要逐步鍛煉和提高。而三級項目是在本科期間的課程教學中設置的項目式教學環節，它以項目研發設計、實驗、生產為目標，實現學生以主動、實踐、運用知識、加強課程之間有機聯系的方式來學習解決工程項目問題，培養學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力?；诖?，2014年度筆者單位開展三級項目課程改革計劃，增設以項目為主線的三級項目課程環節。教師根據課程內容設計不同項目，以3～5人的小組為單位為學生分配項目課題，學生小組成員共同構思、設計、實現和運作項目，最終進行小組匯報驗收，根據學生以及小組整體表現給出考核結果。通過本科期間課程三級項目訓練，逐步培養學生運用知識的能力，這是解決復雜工程問題的核心基礎，并為學生進入二級項目、畢業設計、最終走上工作崗位打下基礎。因此，只有充分調動指導教師和學生的參與積極性，通過對三級項目的各個環節進行高效管理和設計，才能逐步提高學生解決系統復雜問題的能力[1]。

通過課程三級項目的開展，學生可以對在校期間所學課程的基本原理、基本知識和基本技能進行梳理，通過深入進行工程原理分析建立合適的抽象模型[2]。工科專業畢業生大多從事解決實際工程問題的工作，充分梳理書本所學原理、理論、方法，將復雜多因素的現實工程問題合理簡化為具備數學模型的科學問題，這不但可以通過三級項目學習到利用課程知識解決工程問題的基本流程和方法，而且也有利于培養學生的團隊意識和學術交流能力。

1專業認證中的畢業要求

1.1復雜工程問題

工程教育認證中，畢業要求簡單地說就是對學生畢業時該掌握的知識目標和能力目標的描述，如包括學生通過本專業學習所掌握的知識、技能和素養。2015年工程認證專門提出復雜問題的描述，必須具備下述特征（1），同時具備特征（2）～（7）中的部分或全部[3]：（1）必須運用深入的工程原理分析，運用所學知識與原理學生才可能解決；（2）問題具有較高的綜合性，一般包括多個相互關聯的子問題；（3）問題涉及多方面的技術，需要考慮工程和其他因素，相互之間可能有一定沖突；（4）針對問題，首先需要建立合適的抽象模型簡化問題后才能解決，并且在建模過程中需要體現出一定的創新性；（5）不只是靠常用方法就可以完全解決，需要學習和利用新知識；（6）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業工程實踐的標準和規范中，需要有針對性的提出自己的思路；（7）問題相關各利益方不完全一致，存在利益平衡與矛盾。

1.2專業認證畢業要求通用標準

認證中要求專業必須有明確、公開的畢業要求，且畢業要求應能支撐學生5年后培養目標的達成。專業能通過評價證明畢業要求的達成，并將評價結果用于教學持續改進中。專業制定的畢業要求應完全覆蓋以下內容[2]，見表1。

從表1可以看出：專業認證中的畢業要求需要在課程體系中涉及三級項目、課程設計（二級項目）、畢業設計（一級項目）才能完成培養要求，解決復雜問題的能力不能僅僅在最后的畢業設計中體現出來，而是要在課程教學中逐步灌輸與鍛煉提高，即解決復雜問題的能力不是一蹴而就，而是在逐漸鍛煉中提高的。

1.3專業認證對于工科項目式教學的要求

依照工程教育認證的理念，認證專業必須有公開、明確的畢業要求，并且畢業要求應能支撐學生培養目標的達成。專業通過自我評價證明畢業要求的達成，專業制訂的畢業要求最關鍵的環節就是解決復雜工程的能力 ，這需要通過項目式教學來體現。為了討論方便，這里將項目分為三個層次等級：課程教學項目為三級項目，專業課程設計為二級項目，畢業設計定義為一級項目。

這里的復雜工程問題并沒有要求覆蓋全部7個特征，以便于不同專業、不同本科學校確立不同要求層次，依據筆者個人對于專業認證的理解、對于項目環節的要求，必須具備下述特征（1）～（3），同時具備下述特征（4）～（6）中的部分或全部。

（1） 解決的問題必須是新問題， 否則就不需要運用深入的工程原理經過分析才能解決，通過查閱資料、參考學習就可以解決；（2） 需要建立合適的抽象模型才能解決，這是設計環節；（3） 必須要動手進行實驗，必須在一定約束條件下給出實驗結果；（4） 項目涉及多方面的技術、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突；（5） 項目具有較高的綜合性，包括多個相互關聯的子問題；（6） 項目中涉及的因素可能沒有完全包含在專業工程實踐的標準和規范中，還需要考慮工程和社會、環境可持續發展、職業規范等因素；（7） 項目完成過程中必須使用現代工具，并能理解其局限性。

2三級項目設計

1） 課程三級項目如何產生？首先，課程三級項目立足于運用課程知識解決與課程密切關聯的某一個具體問題，解決具體問題包含運用課程中涉及的原理知識。通過完成三級項目，可以讓學生帶著問題進行自主學習，達到激發學生運用知識的目的，針對其中不熟悉的問題，學生需要主動學習、查閱資料。另外，通過自我主動學習的方式，將課程中所學知識相互關聯起來，并能靈活運用這些知識。在三級項目完成過程中，可以逐漸熟悉最新信息工具、編程工具、仿真工具、儀器設備等。 表1專業認證中畢業要求、判定依據以及如何支撐

畢業要求通用標準認證中判定合格的依據 三級項目如何支撐（1）工程知識課程設置涵蓋相關內容，其廣度與深度，包括考試要求能達到本專業的要求。有意識地在專業課程中體現相關知識在解決復雜工程問題中的應用能力培養。 課程三級項目（體現相關知識在解決復雜工程問題中的應用能力培養）（2）問題分析在相關課程中有明確的環節要求學生針對復雜工程問題做到標準項所表述的相關訓練，并在考試中得到適當體現。三級項目（針對問題、數學建模）（3）設計/開發

解決方案對于學生的設計能力培養在整個教學計劃中有明確的系統性和相對完整性，相關教師均能在各自的課程中對學生提出符合整體系統性的明確要求。使得學生設計能力培養分階段、分層次得到落實，并能在集中的復雜工程問題解決中得到綜合體現。教學過程覆蓋了工程設計中與本項標準中列出的相關非技術因素，并能在學生的綜合性作業中得到體現。三級項目（設計方案能力）（4）研究這里對復雜工程進行研究主要是指為完成特定工程任務而需要進行的研究，特別是模擬分析等。在教學過程中有明確的環節訓練學生根據需要設計相關模擬等實驗，并能夠對實驗數據有效分析，得出針對相關復雜工程問題解決的有效結論。

三級項目（成本核算能力）（12）終身學習有明確的針對性環節使得學生達到本指標項要求。有適當的教學設計能讓學生表現出其自主學習能力并進行適當的考核。三級項目（不斷進步能力）2） 三級項目培養模式。三級項目要求學生利用課余時間，以小組為單位來完成，為完成任務，小組成員之間需要相互協作，最終團隊以PPT 匯報答辯的方式進行驗收。通過這種團隊合作，發揮學生自主學習的能力，擺脫依賴老師的心理。另外，三級項目僅僅依靠小組某一個成員的個人力量難以完成，杜絕“一人干活、多人偷懶”的現象。三級項目的培養方式對學生團隊合作精神起到積極的鍛煉作用，PPT 匯報、答辯考核方式也鍛煉了學生的表達、溝通、思考能力。

3從專業認證談三級項目對于課堂教學的改變課堂教學是重要教學環節，是學生能夠達到專業認證中的畢業要求的基礎。目前，雖然中國各個學校的教學改革看起來轟轟烈烈，但真正有價值的課堂改革卻很少落到實處，分析主要原因是“主導改革的領導不教書，教書一線的老師不希望改革”[3]。如果將課堂教學改革變成一線教師與學生的自覺行動，其實難度非常大，甚至永遠也不可能實現。假設希望攻破課堂教學改革這一難點，實現中國教學改革新突破，適應世界工程教育專業認證要求，需要推進以下幾個思想上的轉變。

3.1從灌輸知識向討論對話轉變

眾所周知，課堂灌輸對傳授陳述性知識和掌握基本概念、基本原理是合理的，大學以前的教學都是采用這種形式。但是大學教育中只有這些是不夠的，它有礙學生運用知識能力的培養。如果在大學階段仍然采用灌輸課堂，就會像高中時的“填鴨式”課堂一樣。只注重知識傳授，老師看起來是知識的“權威”，學生則是知識的“容器”，教學過程就是知識“復制”的過程[3]。鑒于此，筆者所在專業引入三級項目討論課環節，期望能將課堂改造為對話課堂，達到知識的對話、思維的對話。如此一來，知識對話將單向灌輸轉變為多向交流，大家都是知識的主體參與者。學生從原先課堂上的“觀眾”轉變為“演員”，老師從課堂上的“演員”轉變為“導演”，將課堂從“老師講”變成“學習共同體”，使知識在老師與學生、學生與學生之間流動。

3.2從封閉向開放轉變

經典的課堂教學是在固定的地方、時間，甚至用固定的方法完成固定的教學內容。這種模式，教學活動圍著教師、教材和教室展開。開放課堂目的就是要改變這個模式，從空間、時間、方式和內容上實現開放。時間上從課內向課外延伸，空間上從教室向圖書館和實驗室延伸，方式上從知識講解向知識運用上轉變，內容上從教材向文獻資料擴充。開放課堂需要轉變教學方式，三級項目教學就是方式之一，可以部分達到上述目的，因為在完成三級項目過程中，學生可以利用開放方式完成運用知識的能力提升。

3.3從知識向能力轉變

傳統的基于知識的課堂以掌握知識為目標，學生掌握的是原始知識，形成的是原始思維。而能力課堂以知識的化學反應為目標，通過高層次的教學活動，學生掌握的是運用知識深入分析的能力，形成的是高階思維。目的是實現從知識積累向知識運用、知識化學反應的轉變，這需要在教學方式、教學目標、學習方式和評價方式等方面進行一系列變革。

筆者所在的電子信息工程專業是卓越工程試點專業，近年一直在進行項目式課程改革探索工作，具體專業課程改革如表2所示，目前已經完成2105年電子信息工程教育認證，并得到華盛頓國際觀察團專家的認可，在撰寫專業認證自評報告、收集相關證據材料的過程中，逐步加深了對于畢業要求中復雜工程問題的理解，發現通過專業課程三級項目以及討論課環節教學改革，不但探索出一些提高本科教學質量的新思路，而且核心實質與專業認證相吻合。

參考文獻

[1] 李志義. 解析工程教育專業認證的學生中心理念[J].教育教學，2014（21）：1822.

[2] 中國工程教育專業認證協會.工程教育認證工作指南[EB/OL].（201303）[20151217].http：//www.doc88.com/p0028542610963.html.

[3] 李志義.適應認證要求——推進工程教育教學改革[J].中國大學教學，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