新工科背景下教学模式改革探索与实践

    李小周 费良军 张言禾 王涛 朱满林

    摘 要：目前，传统工程教育人才培养模式已不能适应当前社会发展需求。在新工科背景下，为了满足未来不同行业发展的不同需求，我们需要培养出不同层次和不同类型的高素质人才，传统工程人才培养模式亟須改进，因此，新工科人才培养模式应运而生。本文以农业水利工程专业中的《水泵与水泵站》课程为例，探讨在新工科背景下的教学模式改革。以解决问题为中心、多重学习目标为导向、工程实践与课堂教学紧密结合为特点的教学方法，来提高学生学习兴趣，加深学生对知识的理解程度，培养学生快速学习、终身学习和批判性思维的能力和素质，从而达到人才培育目的，同时为其他课程教学提供参考。

    关键词：新工科;人才培养模式;教学方法;能力培养

    一、绪论

    高等教育在为社会发展需要培养不同层次和不同类型的高素质人才方面，为国家创新发展方面发挥着重要作用[1]。自党的十八大以来，国家非常重视国家治理能力和治理体系的现代化建设，高等教育人才培养模式也迫切需要人才培养能力和培养体系的现代化[2]。我国的教育改革和发展纲要已经把教育强国列入重要发展方向[3]。如何培养学生是目前高等教育暴露出的最大问题，所以新工科的建设和发展应将重点聚焦在人才培养的专业建设及培养模式方面。

    我国的工程教育规模虽大，但教育质量却和欧美等工业发达国家存在较大差距，人才培养模式也相对比较传统保守，主要表现为重讲授轻互动，重考试轻能力，重认知轻情感等方面。这种教育模式使学生在学习过程中对课程学习提不起兴趣，对专业知识缺乏深刻理解[4]。培养的学生普遍缺乏创新性和实践动手能力，缺乏快速学习、终身学习的能力，缺乏批判性思维，学科基础薄弱，后续发展乏力，面对复杂工程和重大工程问题时解决问题的能力不足，这种“人才”不能满足未来工程发展的新需求。要想改变目前的状况，应将重点集中在新工科人才培养方式的改革上[5]。在新工科背景下，为了培养满足未来不同行业发展的需求的全方位、高素质和可持续发展的人才，不能仅重视对学生科学知识的培养，还应该注重对学生的品格、知识、能力等全方位素质进行提升[6]。

    在新工科背景下，为了满足社会的发展的需要，高校的人才培养模式改革一直在进行探索与实践，当前正在从传统的只注重科学知识培养的教学模式转向重视学习能力和综合素质的教学模式。2015年，中国工程教育专业认证协会[7]制定的《工程教育认证标准》中提出了工程教育的三大核心理念为：“成果导向教育（OBE）”“以学生（学习者）为中心”“持续改进”，这为教育工作者进行课程改革指明了方向，提供了基本遵循。2018年初，教育部发布我国第一个高等教育教学质量国家标准——《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》[8]，其内容紧紧围绕“成果导向教育（OBE）”“以学生（学习者）为中心”以及“持续改进”的先进理念，要求高等学校本科教育模式要突出以学生为中心，产业导向，持续改进为改革的重要方向，主动适应经济社会发展需要，注重改革教育方法，强化实践环节，创新培育形式，激发学生的学习兴趣和潜能。一些教育工作者也进行了课改研究，从教学目标入手，提出了革新教学理念、调整教学方法、重塑教学内容的方法。以工程教育专业认证中对学生的毕业要求为依据，强调“以学生为中心”，以“知识、能力、品格”为目的的教育理念。

    在新工科背景下，要培养学生理论知识学习能力、复杂工程问题解决能力和创新能力[9]。大学人才培养的目的不在于“教”，而在于激发每一位同学的学习兴趣，积极主动的“学”到东西。大学的角色应该从传统的教学提供者转向为学生自主发现和建构学问的环境创造者，使学生从被动接受知识转变为能够主动发现和解决问题的学者[4，10]。

    二、《水泵与水泵站》课程特点及教学目标

    （一）课程特点

    《水泵与水泵站》是农业水利工程专业的一门专业必修课。学生通过对本课程的学习，将为今后从事水泵站设计、施工、建设及管理打下良好的基础。与本课程相关的专业基础课有《工程水文及水利计算》《水力学》《材料力学》《结构力学》《土力学》《钢筋混凝土结构学》《电工学及电气设备》《水工建筑物》《水利工程施工》等。该课程包括水泵和水泵站两部分的基础理论知识，研究对象是水泵的应用技术、泵站工程规划与运行管理等问题。本课程的特点是理论与实践结合密切，实践性、逻辑性较强，需要通过数学的建模和推导分析科学问题和解决复杂工程问题，具有极强的逻辑推理。

    （二）教学目标

    本课程旨在使学生掌握叶片泵的基础知识、基本理论与叶片泵的性能曲线，熟悉水泵工况点与水泵安装高程的确定方法，以及水泵机组选型方法，并掌握泵站工程规划，泵房、管道及进出水建筑物的设计方法。培养学生正确选用水泵、优化泵站工程设计能力，以及综合运用课程理论知识解决泵站工程复杂问题的能力、团队合作能力，初步建立学生的创新与设计能力。

    三、传统教学模式现状分析

    相比于新工科背景，《水泵与水泵站》传统教学模式主要存在以下典型问题。

    （一）教学理念陈旧

    传统的教学理念，教学过程中仅注重知识的讲授，而忽视激发学生对知识的兴趣和自主探索，往往是教师孤立地、单调地讲授知识，学生被动地、没有目标地学习，教师很少提问或者不提问，与学生之间缺乏互动，忽视课堂教学的含金量和学生通过这门课能学到哪些能力，课堂教学缺少先进性和时代性，缺少挑战性和趣味性。

    （二）教学方法缺乏创新

    尽管现在大部分教师采用PPT教学，但是和以前的课本+黑板教学相比并没有从根本上解决学生上课缺乏主动性的问题。教师只是在规定的教学时间讲授完理论知识，不对理论知识进行分析讨论、总结概括，不通过互动方式让学生对理论知识进行质疑，不通过训练环节引导学生灵活运用理论知识解决实际问题，这样单纯讲授理论知识的方式使学生掌握理论知识的效果并不理想[11]。实际上，通过分析讨论、练习实践、知识应用等教学方法，可以使学生掌握知识的效果更好。通过调查，单纯讲授的教学方式，学生掌握知识的程度只有5%，而通过小组讨论和练习实践教学方式，学生掌握知识的程度可以分别达到50%和75%，如果通过向他人讲授知识、并将知识即时应用的教学方式，学生掌握知识的程度可达到90%[12]。

    （三）教学内容不丰富

    课堂内容仅将课本上的知识原封不动地搬到黑板上或PPT上，没有增加与时俱进的前沿知识，课程中涉及的知识多为枯燥的理论知识，而且仅停留在基本概念上。这样的课程内容不能吸引学生的注意力，更不能激发学生主动学习的积极性，导致学生对学习缺乏兴趣，缺乏主动性，缺乏热情，最终导致课堂气氛枯燥、单调，出现学生学习效果差、出勤率降低等问题。

    四、教学模式改革探索与实践

    （一）更新教学理念

    一个老师的课程教学理念决定着一节或一门课是“金课”还是“水课”。因此，培养和帮助工科教师树立和具备正确的教学理念和课堂价值观至关重要[13]。《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》对教学理念提出了一下建议：（1）提升高阶性，是要培养学生运用理论知识解决复杂工程问题的综合能力和高级思維能力，培养学生大胆质疑、勇于创新、深度分析问题的精神和能力;（2）突出创新性，是要将与教学内容相关的科学研究和工程技术发展前沿成果引入课程，教学内容要体现前沿性与时代性，并在教学方法上体现先进性与互动性，引导学生进行探究式与个性化学习;（3）增加挑战度，是要在课程设计或课程实验中增加研究性、创新性、综合性、设计性内容，根据不同分组设置不同题目，增加了难度，防止出现成果“千篇一律”的现象，严格考核考试评价，增强学生成就感。这些实施意见为广大教师树立正确的教学理念指明了方向。

    在讲授《水泵与水泵站》课程时，要特别注意以下几点：

    （1）教师应以学生为中心，这就要求教师把课本中的难点问题进行梳理，按照从简单到复杂的层次，讲授内容要条理清晰，逻辑性强，符合学生的认知规律，保证学生一听就懂，最后把课堂中讲授的大量知识信息进行总结归纳，便于学生理解和记忆。

    （2）坚持成果导向教育，就是要按照学习目标确定教学策略，设计教学方案，制订详细的教学计划，最大程度达到学习目标。

    （二）创新教学方法

    一个老师的课程教学方法决定着学生对这门课程是否有浓厚的学习兴趣和充足的学习动力，决定着学生对这门课程的实际工程感悟和对理论知识的理解深度，决定着学生是否能在这门课程中提高其专业素质和能力。因此教师要摈弃传统的教学方法，采用符合新工科人才培养模式需求的教学方法。《水泵与水泵站》课程教学方法可以进行以下三方面创新。

    （1）教学过程中可以加入实际工程案例。比如以一个实际泵站工程设计为典型案例向学生讲解泵站方面的理论知识。通过案例教学可以让学生准确地掌握和理解理论知识，让学生清楚本节课程理论知识可以解决哪些实际工程问题，如何解决实际工程问题，通过案例教学可以帮助学生理解和应用理论知识，把理论知识转化为解决实际工程问题的意识和能力。

    （2）充分利用实验环节，在实验中尽量让学生亲自动手去做，培养学生动手能力和团队合作意识。另外，可以增加创新性、设计性实验项目供学生自主选择，充分利用实验环节锻炼学生的动手能力、创新能力和解决实际工程问题的能力，从而提高工科人才能力和素质。

    （3）教学过程中可采用启发式、探究式、讨论式混合教学法。老师可以提前布置需要学生查阅相关的书籍资料和规范才能完成的课后作业，上课时让学生分享自己的成果，这样既可以很好地训练学生自主学习和独立工作能力，也可以激发学生的学习兴趣。老师在讲授过程中可以设置一些问题让学生思考，和学生讨论，并在讨论过程中有意识地启发学生，组织和引导学生去探究知识来解决所面临的问题，这种教学方法可以有效地培养学生的批判性思维能力、独立思考能力、自学能力、创新能力和运用理论知识解决工程问题的能力。

    （三）丰富教学内容

    在新工科背景下，一个老师不仅需要丰厚、系统的专业知识储备外，还必须储备和更新适应新工科发展繁荣知识结构。随着现代科学技术的快速发展，要求工科教师必须跟上时代的步伐，同时具备快速学习和及时更新知识的意识和能力，掌握本学科、本专业的新知识、新技术、新发展、新应用。只有具备丰厚专业储备知识，才能给学生教授丰富的内容，才能吸引学生的注意力，成为学生欢迎的老师。在讲授《水泵与水泵站》课程时，教师可以加入一些与课程相关的背景的介绍和前沿知识的扩展。比如给学生介绍我国的超级水利工程—南水北调工程和本课程相关知识在南水北调工程中的应用，这样既可以让学生理解所学知识在实际工程中的应用价值，又可以激发学生对本课程的学习兴趣。

    五、结语

    新工科人才培养目标必须面向工程发展所需，其本质要求就是改变传统的教学方式，培养出“品格+知识+能力”全方位素质的新工科人才。这种人才不仅拥有丰富的全方位应对工程问题的知识与能力，而且具有良好的道德品格和人文素养，不仅能够运用所学的理论知识解决现有工程问题，还能通过创新思维能力思考未来可能的工程问题，并能对未来工程发展方向起到引领作用。

    作为高校教师，应该顺应教育发展的趋势，同时具备丰厚的专业知识、较强的专业实践能力与社会服务能力，热爱教学，具备钻研并掌握先进的教学技术的能力和素养。

    参考文献：

    [1]陈慧，陈敏.关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19-23，47.

    [2]王松婵，林杰.论高等教育治理商数——基于高等教育治理体系、治理能力、治理成本的分析[J].大学教育科学，2018，01：69-75，127.

    [3]眭依凡.高等教育现代化的理性思考[J].高等教育研究，2014，35（10）：1-10.

    [4]王月梅.由“教得好”向“学得好”转变的教学改革背景下的教学方法探讨[J].教育教学论坛，2019（28）：146-148.

    [5]陈国铁.“卓越计划”背景下工程类高校人才培养模式探讨[J].产业与科技论坛，2011，10（10）：119-121.

    [6]姜晓坤，朱泓，李志义.新工科人才培养新模式[J].高教发展与评估，2018，34（2）：17-24，103.

    [7]中国工程教育专业认证协会.工程教育认证标准（2015版）[Z].2015.

    [8]教育部高等学校教学指导委员会.普通高等学校本科专业类教学质量国家标准[M].北京：高等教育出版社，2018.

    [9]陈威.关于能源与动力工程专业培养新工科人才的思考与探索[J].教育现代化，2018，5（49）：35-36，61.

    [10]周光礼，黄容霞.教学改革如何制度化——“以学生为中心”的教育改革与创新人才培养特区在中国的兴起[J].高等工程教育研究，2013（5）：47-56.

    [11]余文森.关于教学改革的原点思考[J].全球教育展望，2015，44（5）：3-13.

    [12]陆昉.推进课程共享与教学改革 全面提升大学教学质量[J].中国大学教学，2014（1）：8-11.

    [13]曹丽琼，程芳琴.浅议高校工科课堂教学的标准要素[J].高教学刊，2019（22）：93-95.