黃偉莉 　章國慶　裴東芳　宋憲臣

［摘 要］根據(jù)新工科建設(shè)的需求，東華理工大學(xué)機械工程專業(yè)構(gòu)建了“分層次遞進(jìn)、項目多元化”的工程實踐教學(xué)模式，并在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)實施了項目式教學(xué)。課程實驗教學(xué)采用微型項目式教學(xué)，旨在夯實專業(yè)基礎(chǔ)，培養(yǎng)工程素養(yǎng)及認(rèn)知能力；專業(yè)課程設(shè)計以常用機電產(chǎn)品為載體實施項目式教學(xué)，打通相關(guān)專業(yè)課程之間的壁壘，培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力；創(chuàng)新拓展實踐以“項目+競賽”形式促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生合作溝通能力和創(chuàng)新能力。分層次遞進(jìn)項目式實踐教學(xué)使學(xué)生獲得了充分的專業(yè)體驗，知識、能力和素質(zhì)水平都得到了有效提升。

［關(guān)鍵詞］新工科；分層次遞進(jìn)；項目式教學(xué)；機械工程；實踐教學(xué)

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）04-0059-04

近年來，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革風(fēng)生水起，工程在社會中的作用發(fā)生了深刻的變化，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才成為我國高等工程教育的關(guān)注點[1]。為主動應(yīng)對新經(jīng)濟(jì)形態(tài)的挑戰(zhàn)，服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，滿足產(chǎn)業(yè)的升級需求，2017年教育部提出要建設(shè)和發(fā)展新工科，為高等工程教育的改革探索提供了全新視角[2]。

實踐教學(xué)是培養(yǎng)和提升學(xué)生工程能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]，是高等工程教育的核心組成。但長期以來，我國本科教育仍然延續(xù)12年基礎(chǔ)教育的慣性，應(yīng)試教育思維根深蒂固，存在重理論輕實踐、重結(jié)果輕過程、重知識輕能力等問題，學(xué)生實踐動手能力、綜合分析能力、創(chuàng)新能力有待加強。在教學(xué)模式上，傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)模式?jīng)]有得到根本改變。教師“傳道、授業(yè)、解惑”的“單聲道”模式忽視學(xué)生的“悟道、求業(yè)、生惑”[4]，導(dǎo)致學(xué)生被動接受知識，學(xué)習(xí)主動性不足，缺乏獨立思考和解決復(fù)雜工程問題的能力。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，學(xué)生的工程實踐能力與社會需求不相適應(yīng)的矛盾凸顯。為使畢業(yè)生更好地滿足社會和企業(yè)的用人要求，高等工程教育改革勢在必行?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中明確指出，高等教育要堅持能力為重，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[5]。項目式教學(xué)作為一種“以學(xué)習(xí)者為中心”的教學(xué)方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、團(tuán)隊合作能力和溝通交流能力，在工程教育中得到了廣泛應(yīng)用[1]。燕山大學(xué)[6]、汕頭大學(xué)工學(xué)院[7]實施了基于CDIO模式的項目式教學(xué)改革，上海交通大學(xué)實施了多層次閉環(huán)反饋項目式教學(xué)模式[8]，王成勇等提出了基于科研項目驅(qū)動的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新途徑[9]，楊元慧等探索了通過校企合作項目推進(jìn)課程教學(xué)改革[10]。同時，項目式教學(xué)也是德國應(yīng)用科技大學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)工程型人才的成功經(jīng)驗 [11]。本研究以東華理工大學(xué)機械工程專業(yè)（含中愛國際合作教學(xué)班）的實踐教學(xué)改革為例，提出基于項目的實踐教學(xué)模式，通過構(gòu)建“分層次遞進(jìn)、項目多元化”的實踐教學(xué)體系，培育學(xué)生適應(yīng)當(dāng)前和未來社會所需的核心素養(yǎng)，提高其工程創(chuàng)新實踐能力 [12]。

一、項目式教學(xué)模式的本質(zhì)

項目式教學(xué)理論是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的研究成果。其核心思想是倡導(dǎo)以學(xué)生為中心，借助現(xiàn)實世界中的真實問題來捕捉學(xué)生的興趣[6]，強調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)[13]。項目式教學(xué)重視培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)也是歐美發(fā)達(dá)國家工程教育典型的特征之一，因此，其受教育者分析問題和解決實際問題的能力相對較強。

項目式教學(xué)以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，有效構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體，強調(diào)學(xué)生之間的合作交流與討論學(xué)習(xí)[14]，通過項目設(shè)計（導(dǎo)入）、項目分析與實施、項目評價、項目拓展與項目總結(jié)等環(huán)節(jié)實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

（一）項目的頂層設(shè)計與導(dǎo)入

興趣是激發(fā)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，因此項目的合理設(shè)計與導(dǎo)入不可忽視。教師應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點，從日常點滴中捕捉搜集項目素材，盤活看似生硬而零散的知識點，創(chuàng)設(shè)具體生動的專業(yè)教學(xué)情境，搭建開放的交流平臺，尋找?guī)熒餐脑掝}，建立共振共鳴點。

（二）項目的分析與實施

此環(huán)節(jié)是項目式教學(xué)的關(guān)鍵。教師對學(xué)生進(jìn)行分組，逐一分解項目，分配任務(wù)，逐步引導(dǎo)學(xué)生討論分析項目的可行性方案，整理項目實施過程中的重難點，有意識地培養(yǎng)學(xué)生圍繞項目及問題查閱資料的能力，并引導(dǎo)學(xué)生通過各種渠道主動探索和解決遇到的問題、貫徹落實項目計劃，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，同時培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識和溝通合作能力。

（三）項目評價

“項目現(xiàn)場問辯”等環(huán)節(jié)的引入，可引導(dǎo)并督促學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中親歷項目實踐，主動探究，人人有目標(biāo)，人人有事做，人人有壓力，人人有進(jìn)步，實現(xiàn)從過去“學(xué)習(xí)—考試—遺忘”的被動型學(xué)習(xí)向“思考—探究—創(chuàng)新”的主動型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，同時有效完善能力考核評價制度。

（四）項目拓展延伸與反思

通過項目式教學(xué)，教師不僅應(yīng)完成課程體系的知識架構(gòu)，還應(yīng)深入挖掘顯性項目之外的隱性知識，將項目延伸下去，順利打通相關(guān)專業(yè)課程之間的壁壘，實現(xiàn)課程之間的專業(yè)知識無縫對接，完善學(xué)生的專業(yè)知識體系。此外，對整個項目實施過程的整理、總結(jié)和反思也非常重要，經(jīng)過項目延伸、拓展和沉淀，可實現(xiàn)學(xué)習(xí)有效積累和可持續(xù)發(fā)展，形成學(xué)習(xí)良性循環(huán)。

二、“分層次遞進(jìn)、項目多元化”實踐教學(xué)體系構(gòu)建

機械學(xué)科是一門理論嚴(yán)謹(jǐn)、實踐性和應(yīng)用性都較強的學(xué)科[11]。東華理工大學(xué)機械工程專業(yè)根據(jù)本科人才培養(yǎng)方案對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)三個層次的培養(yǎng)要求，將專業(yè)課程知識體系劃分為“課內(nèi)學(xué)知識、課外強拓展、科學(xué)重探究”三個層次，按照項目驅(qū)動設(shè)計思路構(gòu)建 “分層次遞進(jìn)、項目多元化”的實踐教學(xué)體系（見圖1），在保持教學(xué)內(nèi)容的實用性和先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，以課程實驗和專業(yè)課程設(shè)計為突破口，合理選擇項目，優(yōu)化課程知識結(jié)構(gòu)，創(chuàng)設(shè)真實的工作環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生從課堂理論知識自然過渡到工程項目實踐，解決學(xué)生面對具體問題時的困惑，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力，切實推進(jìn)知識、能力與素質(zhì)并重的創(chuàng)新人才培養(yǎng)進(jìn)程[15]。

第一層次是以制圖大作業(yè)、計算機繪圖、認(rèn)知實習(xí)、工程訓(xùn)練項目及課程實驗項目等為主的工程基礎(chǔ)實踐模塊，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程基本技能和工程素養(yǎng)；第二層次是以課程設(shè)計、數(shù)控綜合訓(xùn)練、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等為核心內(nèi)容的專業(yè)綜合實踐模塊，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計與實踐能力；第三層次是以學(xué)科競賽、綜合競賽、課外實踐及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等為主，以“項目+競賽”模式為實現(xiàn)途徑的創(chuàng)新拓展實踐模塊，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。三個層次的項目貫穿始終，逐階遞進(jìn)，環(huán)環(huán)緊扣，相互滲透，將“基本技能、專業(yè)綜合以及創(chuàng)新拓展” 環(huán)節(jié)有機融為一體，依托“江西省新能源工藝及裝備工程技術(shù)研究中心”重點實驗室等平臺，通過開放實驗室、校企合作等良性互動，強化學(xué)生的工程意識，突出學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力培養(yǎng)的核心地位，實現(xiàn)學(xué)生由掌握基本技能到理論與實踐相結(jié)合、再到實踐中創(chuàng)新突破的循序漸進(jìn)式發(fā)展。

三、分層次遞進(jìn)項目式實踐教學(xué)的實施

結(jié)合行業(yè)特點及學(xué)校機械工程專業(yè)實際教學(xué)需求，在“分層次遞進(jìn)、項目多元化”實踐教學(xué)體系的每個層次中選取相關(guān)課程樣本實施項目式教學(xué)實踐。

（一）工程基礎(chǔ)實踐層次的“微型項目”教學(xué)實踐——互換性與技術(shù)測量課程實驗

互換性與技術(shù)測量是機械專業(yè)一門重要的應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)課程，該課程以如何實現(xiàn)互換性為主線，闡述了“國家標(biāo)準(zhǔn)”和“零件幾何參數(shù)檢測”兩大關(guān)鍵詞。實驗教學(xué)目標(biāo)是依托實驗項目將課程中零散的知識點凝結(jié)串成一個有機整體，幫助學(xué)生加深對實現(xiàn)互換性要求的理解，實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合，學(xué)以致用。

依據(jù)課程特點，提出以“測量微項目”為導(dǎo)向的專業(yè)綜合實驗改革。將傳統(tǒng)的相互獨立的驗證性實驗化零為整，優(yōu)化整合成綜合性微型測量項目。項目雖小，但內(nèi)容完整，符合系統(tǒng)性原則。教師事先發(fā)布零件幾何參數(shù)檢測微項目，給定相關(guān)零件圖，讓學(xué)生以實驗小組為單位進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，通過查閱文獻(xiàn)資料，組內(nèi)討論圖紙相關(guān)技術(shù)要求，確定測量方法，現(xiàn)場根據(jù)設(shè)計方案選用適當(dāng)?shù)挠嬃科骶哌M(jìn)行測量操作，處理完成主要實驗數(shù)據(jù)并當(dāng)場隨堂答辯。按工程技術(shù)要求培養(yǎng)學(xué)生幾何誤差檢測方案設(shè)計能力，并使學(xué)生具備基本的測量操作技能。

在課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實施“微項目”教學(xué)，實現(xiàn)了兩個改變。一是學(xué)生實驗習(xí)慣改變：從“點名簽到走過場，復(fù)制粘貼抄數(shù)據(jù)”的形式實驗向“人人需思考，人人有壓力，人人要做事” 轉(zhuǎn)變，有效提高實驗參與度，混實驗現(xiàn)象明顯改觀。二是實驗評價機制改變：實驗成績評定增設(shè)答辯環(huán)節(jié)，倒逼學(xué)生主動參與實驗，實驗投機現(xiàn)象減少，實驗過程得到控制與落實，從過去的“簽到+實驗報告”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩嶒炦^程表現(xiàn)+實驗報告+現(xiàn)場答辯”，提高了實驗評價機制的科學(xué)性及合理性，提升了學(xué)生的思考能力。

（二）專業(yè)綜合實踐層次的項目式教學(xué)實踐——機械原理課程設(shè)計

機械原理課程設(shè)計是機械專業(yè)學(xué)生進(jìn)入專業(yè)學(xué)習(xí)后第一次進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在使學(xué)生初步具備設(shè)計和分析機械運動方案的能力，并得到一定的創(chuàng)新設(shè)計能力訓(xùn)練。項目須考慮如何實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實踐的自然過渡，實現(xiàn)有效銜接。根據(jù)教學(xué)要求展開討論，導(dǎo)入實際產(chǎn)品項目——家用電風(fēng)扇的運動分析與設(shè)計，從產(chǎn)品功能需求分析出發(fā)，先要求學(xué)生讀懂產(chǎn)品設(shè)計者的思想，進(jìn)行真實產(chǎn)品機構(gòu)運動方案的分析，再要求學(xué)生從設(shè)計者角度根據(jù)參數(shù)進(jìn)行反向設(shè)計，改變了傳統(tǒng)課程設(shè)計中只針對機構(gòu)運動方案進(jìn)行純理論設(shè)計和計算的思路。電風(fēng)扇是大家非常熟悉的一款日常家用機電產(chǎn)品，因此，學(xué)生不容易產(chǎn)生抵觸情緒。此外，從機械產(chǎn)品的設(shè)計角度來看，該項目不僅涉及運動方案，還包含電路、工程材料、力學(xué)原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多門課程知識的綜合應(yīng)用，看似簡單實則不易，要想做扎實并非易事，是機械專業(yè)知識綜合應(yīng)用的典型體現(xiàn)。課程設(shè)計以“機械原理”為載體向多門課程輻射融合，通過項目的實施，實現(xiàn)了三個改變。一是學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度改變：從最初的輕視不在意轉(zhuǎn)變?yōu)樽屑?xì)觀察并認(rèn)真思考，從“只計算會做題”的空中樓閣式學(xué)習(xí)向“真做事會做事”的落地式實踐轉(zhuǎn)變。二是學(xué)生角色（身份）改變：從用戶（單純的產(chǎn)品使用者）轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的設(shè)計者，通過雙重身份學(xué)會換位思考，基于用戶需求分析的產(chǎn)品設(shè)計思想初步形成。三是教學(xué)項目內(nèi)容與形式改變：從單一的課程內(nèi)實驗轉(zhuǎn)變?yōu)閷Χ嚅T課程進(jìn)行綜合，初步實現(xiàn)了項目層次遞進(jìn)。

（三）創(chuàng)新拓展實踐層次的項目式教學(xué)實踐——大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽項目實踐

競賽是檢驗教學(xué)效果和學(xué)生能力的重要途徑之一。通過參賽，師生將“賽、練、教、學(xué)、研”有效融為一體。全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽旨在提升大學(xué)生工程創(chuàng)新意識、實踐能力和團(tuán)隊合作精神等，促進(jìn)理論與實踐的有機結(jié)合、基礎(chǔ)知識與綜合能力水平的共同提升[16]。

“無碳小車”項目是工程訓(xùn)練綜合能力競賽的經(jīng)典項目之一，其實施過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括方案確定、圖紙設(shè)計、加工制造、小車裝配、整體調(diào)試和現(xiàn)場競技等諸多環(huán)節(jié)，需要綜合運用多門專業(yè)課程知識及人文通識，項目實施過程中會不斷出現(xiàn)許多無法預(yù)測的問題和困難，且項目實施沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)答案或方案，只有更優(yōu)方案，需要師生共同參與溝通、分析討論，問題的解決過程就是對專業(yè)知識的解讀、領(lǐng)悟和詮釋過程。學(xué)生在真實的項目訓(xùn)練中體驗，真正實現(xiàn)“做中學(xué)，做中思，研中學(xué)，研中樂，學(xué)中做，研中做”。經(jīng)歷無數(shù)次失敗，經(jīng)受住挫折，能夠頑強堅持下來才能走到最后。參賽的全過程不僅是對學(xué)生智慧的考量，更是對其心智的考驗。通過參加學(xué)科競賽，無論比賽結(jié)果如何，學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)都能得到明顯提升。在2018年的工程訓(xùn)練大賽“無碳小車”項目賽中，東華理工大學(xué)機械工程專業(yè)學(xué)生獲取環(huán)S賽道的省賽第一名，成功晉級國賽并終獲全國一等獎，實現(xiàn)了在該項目上的突破。

學(xué)生通過參加各類學(xué)科競賽項目活動，經(jīng)歷大賽的磨煉，實現(xiàn)了三個改變。一是學(xué)生學(xué)習(xí)地位改變：由學(xué)習(xí)客體向?qū)W習(xí)主體轉(zhuǎn)變。二是學(xué)生學(xué)習(xí)方式改變：由過去的被動接受灌輸向主動探究轉(zhuǎn)變，從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變，從“學(xué)會知識”向“會學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變。三是學(xué)生心理狀態(tài)發(fā)生根本性改變：由最初的消極自卑向積極自信轉(zhuǎn)變。

四、分層次遞進(jìn)項目式實踐教學(xué)的實施效果

通過實施分層次遞進(jìn)項目式實踐教學(xué)，東華理工大學(xué)機械工程專業(yè)的專業(yè)建設(shè)及人才培養(yǎng)均取得了較好的成效。機械工程專業(yè)獲批國家一流專業(yè)建設(shè)項目，近年來，以“競賽+項目”形式，獲批并完成大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目40余項；參加全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽及美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽等各類競賽獲獎100余項；考研升學(xué)率連年提升，一次就業(yè)率超過90%。同時，通過項目式實踐教學(xué)改革，教師科研教研業(yè)務(wù)水平、項目應(yīng)用和綜合開發(fā)能力也得到了有效提高，有效推動了“雙師型”師資隊伍的建設(shè)，實現(xiàn)了教與學(xué)同向同行，創(chuàng)新教育成果顯著。

五、結(jié)語

新工科背景下，進(jìn)一步加強實踐環(huán)節(jié)、回歸工程實踐已然成為高等教育機械類專業(yè)發(fā)展趨勢。本文以“夯實基礎(chǔ)，強化實踐，追求創(chuàng)新”的新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)理念為指導(dǎo)，以機械工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)為抓手，按“工程基礎(chǔ)實踐、專業(yè)綜合實踐、創(chuàng)新拓展實踐”分層次遞進(jìn)式開展項目式實踐教學(xué)活動，并貫穿學(xué)生本科學(xué)習(xí)全過程。學(xué)生在項目情境中獲得充分的專業(yè)體驗，知識、能力和素質(zhì)水平都有了質(zhì)的飛躍，實現(xiàn)了提升綜合能力的工程教育培養(yǎng)目標(biāo)。

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