呂營　魏麗娜　鄧勇新　王丹

〔摘要〕 工程科技是改變世界重要力量。我國高校工科人才培養(yǎng)是高等教育的重要組成部分，肩負著為國家重大工程科技攻關(guān)培養(yǎng)建設者和接班人的重任。在全球范圍內(nèi)，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進，以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，正在對傳統(tǒng)工程教育的人才培養(yǎng)理念、課程設計和教學模式產(chǎn)生革命性影響。工程教育改革已成為高等學校教育改革的熱點，各國紛紛出臺政策文件以適應現(xiàn)代化工程科技創(chuàng)新對人才培養(yǎng)的需求。文章采用結(jié)構(gòu)化案例，通過分析全球工程教育“新興領(lǐng)導者”澳大利亞查爾斯特大學工程本科生的培養(yǎng)理念、課程設計和教學模式，為面向工程科技創(chuàng)新的我國高等學校工程人才培養(yǎng)提供了參考。比如要重視產(chǎn)學研資源匯聚，探索服務區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展新模式;構(gòu)建“工程知識三角”嵌入聯(lián)動機制，實現(xiàn)創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng);開發(fā)多維度教育資源，創(chuàng)設開放融合的“線上+線下”學習生態(tài)圈;強化跨學科平臺會聚，連接不同學習場景促進工程知識融通。文章為提出面向新時代我國工程科技創(chuàng)新的工程教育改革和人才培養(yǎng)模式提供了借鑒。

〔關(guān)鍵詞〕 工程科技創(chuàng)新;人才培養(yǎng);課程體系;教學模式

〔中圖分類號〕G642〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-2689（2020）01-0051-06

工程科技是改變世界重要力量[1] 。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革同人類社會發(fā)展形成歷史性交匯，引發(fā)世界各國在科學探索、技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面展開激烈競爭[2]。為應對產(chǎn)業(yè)新特征和人才新要求，世界主要工業(yè)國家發(fā)布了一系列新工程教育改革計劃，旨在推動工程教育的改革，培養(yǎng)出適應新工業(yè)革命特征的新一代工程師[3]。我國高校工科人才培養(yǎng)無疑是高等教育的重要組成部分，肩負著為國家重大工程科技攻關(guān)培養(yǎng)建設者和接班人的重任。教育部辦公廳于2018年3月15日印發(fā)《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》，特別指出要統(tǒng)籌考慮“新的工科專業(yè)、工科的新要求”，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才，改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，主動布局未來戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域人才培養(yǎng)。新工科建設成為了高等工程教育下一個階段發(fā)展的重點領(lǐng)域[4]。主動優(yōu)化學科專業(yè)布局，探索課程內(nèi)容和教學方法的改革，是面向未來我國工程科技創(chuàng)新對人才培養(yǎng)的內(nèi)在需求[5]。同時，新時代工程科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要主動服務國家對外開放戰(zhàn)略，在堅持扎根中國辦教育的前提下，面向世界，融通中外，借鑒國外先進教育經(jīng)驗，發(fā)展具有中國特色、世界水平的現(xiàn)代教育[6]。澳大利亞擁有世界一流的高等教育體系和教學科研水平，在吸引留學生和培養(yǎng)工程科技人才方面成效顯著[7]。根據(jù)麻省理工學院“新工科教育轉(zhuǎn)型” （MIT， New Engineering Education Transformation） 項目組于2018年發(fā)布的《全球工程教育現(xiàn)狀》（The global sate of the ar in egineering eucation）報告[8]，從2001年到2016年，澳大利亞占全球留學生市場的份額從4%增加到11%，已經(jīng)成為全球工程教育的重要力量。特別是澳大利亞查爾斯特大學，作為“工程教育領(lǐng)域新興領(lǐng)導者（‘emerging leaders in engineering education）”之一，其所設立的新工程教育計劃通過實施“以真實項目挑戰(zhàn)為基礎(chǔ)”的主題課程體系和構(gòu)建“以學生為中心”的混合式教學模式，已成為工程卓越領(lǐng)袖培養(yǎng)的典范。

文章以澳大利亞查爾斯特大學新工程教育計劃作為案例，系統(tǒng)分析其在主題課程開發(fā)和教學模式創(chuàng)新方面的特色實踐，總結(jié)工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)路徑，為提出面向新時代我國工程科技創(chuàng)新的工程教育改革和人才培養(yǎng)提供研究基礎(chǔ)，努力為正在進行工程教育變革的中國高校，提供一定的借鑒與啟示。

一、 工程教育人才培養(yǎng)理念

“今天多數(shù)大學正試圖在一個19世紀的學校，用一套20世紀的課程，來培養(yǎng)21世紀的工程師?！盵9]為破解創(chuàng)新型工程師的培養(yǎng)難題，查爾斯特大學通過持續(xù)探索與實踐，創(chuàng)造性地形成其“基于項目、面向工作、在線學習、地區(qū)驅(qū)動”的特色發(fā)展模式，并試圖用一套面向未來的學校發(fā)展戰(zhàn)略、一系列面向未來的課程體系，來培養(yǎng)適應新時代發(fā)展的高素質(zhì)人才。在教學體系方面，查爾斯特大學面向新業(yè)態(tài)的工程實踐，以及新時期工程師能力素質(zhì)要求，探索形成基于項目、面向工作的教學方式，有效保證了學生的專業(yè)素養(yǎng)與就業(yè)能力——其84%的畢業(yè)生能夠在畢業(yè)后六個月內(nèi)找到專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工作，并且畢業(yè)生就業(yè)率多年排列全國第一。在課程形式方面，查爾斯特大學面向社會新情境、能力要素新要求，跟隨時代趨勢積極推進在線教育，革新課程體系和教學模式。在發(fā)展任務方面，查爾斯特大學注重驅(qū)動新南威爾士地區(qū)的經(jīng)濟和社會發(fā)展，圍繞地區(qū)發(fā)展需求建立學科基礎(chǔ)。自建校以來，查爾斯特大學根據(jù)當?shù)匦枨?，多元化地建立了護理、會計、牙醫(yī)、獸醫(yī)學等學科。近些年來，為響應當?shù)卣偷貐^(qū)工業(yè)對工程創(chuàng)新人才質(zhì)量和數(shù)量的強烈需求，學校于2014年10月批準設立“新工程教育計劃（以土木工程專業(yè)為試點）”，并于2016年2月開始招收第一批本科生。

“新工程教育計劃”聚焦工程領(lǐng)域行業(yè)需求、創(chuàng)設基于項目和面向工作的工程師培養(yǎng)情境、開發(fā)在線課程體系，旨在培養(yǎng)具備工程系統(tǒng)思維和前瞻專業(yè)能力的創(chuàng)新型工程師?；谠摾砟?，查爾斯特大學將理論傳授、實踐應用以及課程教育進行緊密協(xié)同融合，系統(tǒng)實踐工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。其中，理論傳授主要體現(xiàn)在對工程科學與技術(shù)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與管理等知識的傳授;實踐應用主要體現(xiàn)在校內(nèi)、校外階段的挑戰(zhàn)項目和帶薪實習崗位;課程設置主要體現(xiàn)在其在線課程教育以及基于項目挑戰(zhàn)的課程教育。此外，在三者的項目融合協(xié)調(diào)方面，查爾斯特大學“創(chuàng)設工程情境”，促進學生深度理解工程理論和課程教學內(nèi)容;強化以“案例為基礎(chǔ)學習方式”，創(chuàng)新理論與實踐結(jié)合的教學方式;同時，利用“基于項目的學習、在線學習等”學習方式將工程理論、工程實踐和課程體系進行緊密結(jié)合，詳見圖1。

二、 工程教育主題課程設計

查爾斯特大學“新工程教育計劃”課程體系分為校內(nèi)、校外兩個階段，以項目為基礎(chǔ)、以工作為導向、以在線課程為主要內(nèi)容，通過“入門引導、拓寬口徑、環(huán)境創(chuàng)設、反饋支撐”等支撐計劃貫穿始終，旨在培養(yǎng)具有工程系統(tǒng)思維和前瞻專業(yè)能力的創(chuàng)新型工程師。具體而言，查爾斯特大學在課程設計方面分為以下兩個階段：

第一階段（0～第18個月），以校內(nèi)為基礎(chǔ)，以挑戰(zhàn)項目與在線課程融合為特征。在這一階段，學生將參與一系列基于團隊合作的挑戰(zhàn)項目。在挑戰(zhàn)項目開始前，學生需要自學完成相關(guān)主題課程。并在參與項目過程中，根據(jù)需求隨時學習相關(guān)知識和技能，以指導挑戰(zhàn)項目的實踐。在這一階段，學生需要學習240個主題的在線課程，其中包括80個必修科目，集中于基礎(chǔ)工程科學、數(shù)學、CAD繪圖等內(nèi)容。

第二階段（第1.5年～第5.5年），以校外為基礎(chǔ)，以帶薪實習與在線課程融合為特征。在這一階段，學生將經(jīng)歷四個一年期的帶薪實習，通過真實工程實踐體驗，更深入理解和內(nèi)化工程知識與技能。在學習時間上，校方與雇主簽訂協(xié)議，保證學生每周有一天時間用于學習;在導師指導上，學生接受查爾斯特大學導師和行業(yè)導師雙導師的指導;在課程學習上，學生以“按需學習”方式進行在線課程學習，即根據(jù)學習興趣及實習中遇到的工程難題，進行有針對性的知識和技能獲取。

（一） 入門引導：實行以項目為基礎(chǔ)的教學課程

通過將教學場景與工作情境有機融合，項目課程注重學生研討和參與，強調(diào)學生的體驗與實踐[8]。相較于傳統(tǒng)以教師授課為中心的講座性課程，以項目為基礎(chǔ)的課程以學生的行動為導向，通過引導學生完成項目，實踐和探究解決問題的方法，著重關(guān)注學生“做什么”而不是“學什么”。[10]查爾斯特大學以項目為基礎(chǔ)的課程設置占據(jù)課程總數(shù)的42%。其中，項目課程分為校內(nèi)、校外兩個階段。在校內(nèi)階段，挑戰(zhàn)項目呈現(xiàn)兩方面特征：一是項目難度將會越來越難，二是項目給予學生的幫助將會逐步減少。在校外階段，學生將會經(jīng)歷四個一年期的帶薪實習，獨立自主解決遇到的真實工程實踐問題。通過工程典型情境的體驗與學習，將理論知識與實踐探索高度對應，不僅提升了生的學習興趣與探索激情，而且使學生在項目課程學習中習得的技能與知識將更豐富、更有效和更易于遷移。[11]

（二） 拓展口徑：開發(fā)在線“主題樹”課程

工程人才以解決工程問題為根本，傳統(tǒng)的分科教學不利于學生工程系統(tǒng)思維的養(yǎng)成。[12]為培養(yǎng)學生的綜合系統(tǒng)思維，查爾斯特大學將知識與技能分解為一系列知識主題（規(guī)劃建設1000個主題，目前已有300個主題可供學習），形成在線“主題樹”為學生學習提供在線課程支持。其中，在線“主題樹”課程占據(jù)課程總量的50%。在課程的呈現(xiàn)上，查爾斯特大學會可視化呈現(xiàn)“主題樹”課程與細分工程知識之間的關(guān)系，方便學生跟蹤、制定學習進度。在主題內(nèi)容的長度上，課程主題呈現(xiàn)“小模塊化”特征，提供具體的學習目標和教學大綱。在學習效果的監(jiān)督上，針對很多學生不及格的主題知識，查爾斯特大學安排老師與學生進行面對面交流或者專職在線輔導，以幫助學生知識的理解。在線“主題樹”課程充分利用跨組織、跨地域、跨學科的資源，實現(xiàn)綜合系統(tǒng)工程知識的傳遞與協(xié)作，快速滿足和引領(lǐng)社會不斷變化的需求，對傳統(tǒng)固定時空的教育教學帶來了一系列的影響。如何借助互聯(lián)網(wǎng)和計算機建立未來的課程體系設計，無疑來智能時代教育發(fā)展需要面對的新課題[13]。

（三） 環(huán)境創(chuàng)設：情景周貫穿課程各個階段

由于在線媒介的固有局限，在線課程不能解決學生遇到的所有工程問題，因此查爾斯特大學設立情景周活動，旨在建立補償機制填補學生的知識空白。情景周活動針對正在帶薪實習的學生，要求他們每年返回學校兩次，進行為期一周的團隊活動。在活動的主題方面，查爾斯特大學選擇需要綜合運用跨學科知識才能解決的主題內(nèi)容。例如，在一次的情景周活動中，活動主題為“為某小鎮(zhèn)設計自行車道”，這為學生們提供了跨學科知識學習和應用的機會。且學生們需要運用跨學科思維，思考很多方面的問題。如道路的人行道如何設置，道路的排水如何設計，自行車道路應該在哪里穿過小鎮(zhèn)，如何設計穿過小溪的自行車道，如何與當?shù)鼐用駞f(xié)商道路的建設等等。在情景周的最后，學生需要提交工作報告，提出他們的設計解決方案。[14]情景周活動的設定，除了是作為在線課程固有局限的補償活動，更是查爾斯特大學設計式課程的體現(xiàn)。情景周活動以設計工程問題為中心，以小組活動為主線，探索跨學科問題的解決，打破學科理論體系的完整性和眾多分散學科的獨立性，直接面向真實工程問題。

（四） 反饋支撐：績效審查與評估

工程教育十分強調(diào)進行反思教育——“注重學生自我反思的教學方法”已成為現(xiàn)今工程教育“新興領(lǐng)導者”的共性特征之一。未來工程教育需要讓學生學會如何思考/反思以及如何進行目標管理，從而實現(xiàn)從注重“記憶”的知識和技能傳授向注重“反思”的能力思維提升的轉(zhuǎn)變[15]。查爾斯特大學注重內(nèi)部質(zhì)量管理，尤其注重學生的自我反思和目標計劃。反饋支撐部分雖只占全部課程的8%，但通過幫助學生進行目標規(guī)劃和反思，能夠有效推動學生在學習和實踐中獲取知識，提升能力。具體而言，每周學生會向?qū)熖峤魂P(guān)于本周目標達成的反思以及下周學習目標的進度安排。同時，學生也將每周自動收到來自主題樹進展的反饋報告，以及導師對其反思與進度的反饋。在實習安排時，學生需要在每年年初進行工作和學習的目標設定，由學生、查爾斯特大學導師、行業(yè)導師共同簽署“學習協(xié)議”，每年進行三次評估，監(jiān)控學生的進度與成果。

三、 工程教育教學模式創(chuàng)新

相較于傳統(tǒng)以教師為主體、以教室和實驗室為主要教學場所的工程教育，查爾斯特大學為本科工程教育提供了一種截然不同的教學模式。其模式特征包括，實行以學生為中心的體驗式教育、提供靈活便捷的在線教育以及創(chuàng)新實行面向工作的教學方式。

（一） 以學生為中心的體驗式教育

世界處于百年未有之大變局，在此大背景下，我國工程人才培養(yǎng)的策略與方法也面臨大變局。中國高等教育包括世界高等教育都進入了一個新時代，都需要再出發(fā)，需要真正的鳳凰涅槃。[18]在堅持扎根中國辦教育的前提下，面向世界，融通中外，借鑒國外先進教育經(jīng)驗，發(fā)展具有中國特色、世界水平的現(xiàn)代教育， 才能保證高校人才的工程科技創(chuàng)新能力適應新時代國家重大工程科技攻關(guān)的需要，支撐建設美麗中國和構(gòu)建人類命運共同體。

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（責任編輯：夏 雪）

Abstract： The innovation of engineering science and technology may lead to a whole new industry and shape or even change the world. The engineering education plays an important role in the colleges and universities of science and technology. Along with a new round of scientific， technological and industrial revolution， the rise of artificial intelligence and big data has brought new challenges to engineering education including the concept of education， course design and teaching model. The reform in engineering education has become the one of the hot spot in higher education reform and many policies have been complimented to meet the requirement of modern education around the world. In this paper， based on the structured analysis， we report the concept of education， course design and teaching model of Charles Sturt University in Australia， one of the “emerging leaders” in engineering education. Four suggestions and measures are provided as references for reform of engineering education in the future.

Key words： innovation of engineering science and technology; engineering education; curriculum system; teaching model