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“大工程觀”作為一種新的教育思潮,是美國工程教育與科學教育進行比較后提出的一個概念。社會作為一個不可分割的整體,要求我們在實現(xiàn)科學技術進步和經(jīng)濟發(fā)展的同時,要充分考慮文化、環(huán)境、道德等多方面因素,實現(xiàn)同步發(fā)展,而大工程觀就是一種以整合、系統(tǒng)、應變、再循環(huán)的視角看待大規(guī)模復雜系統(tǒng)的思想。“大工程觀”的產(chǎn)生順應了時代的變化,具有必要性和歷史發(fā)展的必然性。工程教育的模式經(jīng)歷了三個階段,即工程技術模式、工程科學模式和工程模式。工程技術模式主要是側重于技藝技能與工程經(jīng)驗,側重于工程技術知識的掌握,工程技術本身的研究與運用;工程科學模式,由“技術型”向“科學型”的轉變,主要發(fā)生在歐洲大陸以外的國家和20世紀80年代以后的中國,主要聚焦于理工學科,培養(yǎng)過程中注重教學與研究相結合,“科學性”的工程知識體系以及它所造就的“分析型”工程師,在各國的工業(yè)界始終是受到質(zhì)疑的,這可能就是所謂企業(yè)文化與學術文化的沖突;工程模式,即“大工程觀”,在20世紀80年代,正當中國的工程教育由“技術型”工程學科向“科學型”轉變的時候,美國卻聽從了一大批有識之士的告誡,改變其原有的工程教育發(fā)展方向。《美國工程教育與實踐》和《本科的科學、數(shù)學和工程教育》等一系列教育報告,拉開了整個美國工程教育大改革的序幕。1989年,MIT的報告指出,戰(zhàn)后的工科課程向著工程科學方向演變是不可避免的,也是合理的,但是今天已然是“過度科學化”。1994年,MIT院長喬爾•莫西斯提出了《大工程觀與工程集成教育》的長期規(guī)劃,1995年,《重建工程教育》等一系列報告使得美國的工程教育發(fā)生了重大轉變,但并不是由“科學性”退回到“技術型”,而是“回歸工程”,形成在新的水平上綜合了科學和技術的新范式,即“大工程觀”。
2大工程觀的要求
大工程觀的“大”不能只從簡單的大小來理解,“大”是用來修飾“觀”的,是更加注重工程的整體性和系統(tǒng)性,這個“大”把現(xiàn)代工程的領域擴大、意義增長、使命加強和價值提升突出地表達了出來。工程環(huán)境的豐富性和工程技術的復雜性,對工程師提出了更高的要求,要求21世紀的工程師須是集知識、素質(zhì)和能力于一身的高水平人才,不僅要求他們擁有豐富的學科知識和精湛的技術能力,能創(chuàng)造性地解決有關專業(yè)的技術難題,還要求他們善于合作和協(xié)調(diào),處理好與工程活動相關聯(lián)的各種社會關系。同時,工程活動對社會和環(huán)境的影響越來越大,這就要求工程技術人員應該打破技術眼光的局限,對工程活動的全面社會意義和長遠社會影響有自覺的認識,承擔起應有的社會責任。基于“大工程觀”觀的工程教育,就是要培養(yǎng)學生系統(tǒng)性和整體性的認知方式,不僅僅強調(diào)單個的專業(yè)科學技術知識和實踐能力,更強調(diào)各個知識體系和實踐能力間的關聯(lián)性和整體性。大工程觀指導下的工程教育培養(yǎng)的應該是優(yōu)秀的復合型人才,他們不但具備從事復雜工作的能力,也具備良好的較寬領域的適應能力。
3基于大工程觀的工程教育改革對策
3.1人才培養(yǎng)目標
培養(yǎng)目標是依據(jù)國家的教育目的和社會對人才的需要提出的培養(yǎng)人才的具體要求。不同層次、不同專業(yè)、不同學校的高等工程教育對人才培養(yǎng)的要求都應該是不一樣的,但總體來說我國各高校工程人才具體培養(yǎng)目標趨同,缺乏科學性、規(guī)范性和可操作性,目標模糊,具體定位不清晰,無法充分體現(xiàn)現(xiàn)代工程教育理念,對于“到底應該培養(yǎng)什么樣的人才”這個問題缺乏清晰的認識,基本上憑經(jīng)驗或者模仿別人辦學。我國工程教育的總體培養(yǎng)目標可以概括為,培養(yǎng)適應社會主義現(xiàn)代化建設需要,德、智、體全面發(fā)展,獲得必要的工程師訓練的高級工程科技人才。這個培養(yǎng)目標的特點是突出了“工”,強調(diào)為工業(yè)、工程第一線培養(yǎng)人才。從大工程觀的視角來看,不同類型的高校必須認清自身現(xiàn)階段的主要發(fā)展空間,建立具有自己特色的人才培養(yǎng)目標,但各目標中應該要重視培養(yǎng)學生綜合的知識背景、工程實踐能力以及整體性的思維方式,還要注意學生職業(yè)道德和社會責任感的培養(yǎng),高等工程教育培養(yǎng)的工程師不僅要具備一定深度和廣度的科學知識、精湛的技術能力,還應該注重其他非技術能力的培養(yǎng),包括溝通能力、領導能力、環(huán)境適應能力、商業(yè)能力等。
3.2專業(yè)設置
建國初期,我國在前蘇聯(lián)教育模式的影響下,專業(yè)多是按照崗位進行設置,隨著時間的發(fā)展,專業(yè)的種類逐步減少,專業(yè)口徑不斷拓寬,專業(yè)的設置更加規(guī)范、科學。但是總體上來說專業(yè)設得過多、過細、過窄,行業(yè)色彩過濃局面還是未曾得到很好的改善。學生基礎知識不夠寬,視野比較窄,難以適應大工程環(huán)境下多項技術工作的需要,工程畢業(yè)生對社會適應性不強,缺乏必要的創(chuàng)新的精神與能力。“技術上狹窄”和“狹窄的技術”難以適應現(xiàn)代社會對工程師的要求。高等工程教育應該要樹立“大工程觀”的教育思想,注重工程知識教育、能力教育以及素質(zhì)教育,盡量拓寬學生的知識面,培養(yǎng)新型復合型人才。各工科院校要根據(jù)“大工程觀”的需求,結合自身學校的特點,設置與社會發(fā)展相適應的專業(yè)。
3.3課程設置
“大工程觀”的核心是“工程系統(tǒng)學”,要求培養(yǎng)的學生不僅具備科學與基礎理論修養(yǎng),形成對宏大或復雜工程的系統(tǒng)視野;又能從多學科的視角審視,同時還有具備人文情懷和工程組織素養(yǎng),具備集成的知識結構。在對工程知識的教學過程中,尊重工程教育的特殊性——實踐性、綜合性和創(chuàng)新性,是工程教育改革取得成功的關鍵。明確21世紀工程師的素質(zhì)要求,進行扎實的適合工科的課程改革是工程教育改革取得成功的重要保證。“大工程觀”需要寬的知識面,工程教育應打破學科壁壘,整合教育資源,實現(xiàn)多學科之間的融合,使學生獲得更加廣泛的知識,更好的適應社會對工程人才的不同需求。工程教育的課程設置不僅要注重學生工程理論知識的培養(yǎng),還應該注重培養(yǎng)學生的實踐能力,注重學生創(chuàng)造力、領導力等非技術能力的培養(yǎng)。總之,學校對學生跨學科、綜合化的知識體系和結構的建構負有不可推卸的責任。
3.4教師隊伍建設
交通運輸類專業(yè)的培養(yǎng)計劃要求學生必須掌握交通工程的基本理論和方法。開設交通工程學課程,必須在整個培養(yǎng)計劃的制定背景下,考慮課程之間的銜接。通過學習概率與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、運籌學等基本數(shù)學知識的基礎上,將有助于學生對交通流理論、通行能力計算等基本理論的學習。同時,引導學生學習與交通工程有關的概念、基本方法,對后續(xù)課程的進一步深入又起到紐帶作用。交通規(guī)劃、交通設計、交通控制與管理等課程將對交通工程學的重點內(nèi)容做深入闡述,這就需要學生在此之前牢固掌握概念和基本方法。因此,交通工程學與前修后續(xù)課程存在銜接遞進的關系,建設課程體系時必須要考慮到這一點,在學期的安排上注重時間的合理分配。在課程內(nèi)容上,與前修課程相關的知識點可以適當簡化,注重知識點的應用介紹內(nèi)容。重視新開設課程內(nèi)容的重點難點,有意識地將與后續(xù)課程相關的內(nèi)容做介紹說明。引導學生構思交通工程學的設計流程,掌握交通工程設施設計的基本內(nèi)容,初步學會制定規(guī)劃設計方案報告。在后續(xù)課程如交通規(guī)劃、交通設計等開設之前,引導學生發(fā)現(xiàn)工程設計中可能會遇到的問題,有意識地主動尋找解決辦法,激發(fā)學生學習基本理論的興趣。
2綜合應用多種教學手段,強化工程教育教學方法
CDIO工程教育理念強調(diào)理論課程與工程技術實踐的有機結合。在基本理論公式推導的講授過程中,課堂教學可采用板書的形式,有助于學生思維記憶。但是在講授工程應用案例時,如對某交叉口的設計改造,可以采用多媒體教學的方式,采用課件的形式能夠以圖像、聲音的形式動態(tài)闡述工程實施前后的效果。根據(jù)不同的方案要求,通過修改交通流要素等基本參數(shù),可以實時使學生掌握理論與實踐的分析方法,從而極大激發(fā)學生主動學習的興趣,提高學習效果。為了提高學生工程能力的培養(yǎng),在教學實踐中引入了仿真軟件如vissim、transCAD等,利用軟件的強大功能,系統(tǒng)地讓學生了解人、車、路、交通量、車速以及密度等特點,便于學生分析和設計不同的交通調(diào)查報告、規(guī)劃方案等。強調(diào)以學生為中心的教學手段,采用小組討論、對話演講等形式,鼓勵學生在教材之外主動搜集與交通工程學有關的素材,參與網(wǎng)上微博、微信、論壇等各種現(xiàn)代化交流平臺,開放學生的思維,調(diào)動學生與外界社會的交往能力,在社會環(huán)境的背景下,運用所學的專業(yè)知識,討論交通問題,更有助于學生明確課程的意義和目的。
3培養(yǎng)教師實踐教學能力,提高課程教學效果
為了更好地提高教學效果,教師需要提升自身的基本素養(yǎng),包括理論和實踐素養(yǎng)。新開課教師至少要承擔與本課程相關的實驗教學,每年課程專任教師需要輪換到實驗室從事相關實驗工作。有效利用學校實驗室,教師在帶實驗的過程中,加深對交通工程學的教學理解,有助于在課堂上把握學生的實踐能力,強調(diào)實驗教學內(nèi)容的重點難點。工程教學模式強調(diào)以企業(yè)產(chǎn)品的基本生產(chǎn)流程來培養(yǎng)學生,同樣也就要求教師必須有在企業(yè)事業(yè)單位從事研究生產(chǎn)的相關工作。傳統(tǒng)的課內(nèi)封閉式實驗方式顯然還不能滿足需要。因此,鼓勵授課教師利用課余時間與交通管理部門、規(guī)劃設計院等工作部門建立聯(lián)系,采用產(chǎn)學研合作的方式,幫助相關部門解決交通問題,積累工程實踐經(jīng)驗。同時,也可以采用外聘具有豐富經(jīng)驗的工程師來課堂講授,采取教學相長的方式。交通工程學所涉及的問題牽涉社會各個方面,多學科交叉的性質(zhì)決定了學生掌握課堂知識的同時,必須增強解決現(xiàn)實交通問題的能力。
4采用合理的課程考核方式,提高教學質(zhì)量
學生學習考核結果是課程教學效果最直觀的表現(xiàn)。學習效果除了筆試的方法之外,可以通過觀察平時學生的個人交流能力、設計方案的組織實施能力,采用課內(nèi)外相結合的方式,制定評定量表,通過學生在平時的回顧總結、日記、作業(yè)等形式采用學生互評、自評的方法作為參考。采用多種考核方法更適合多元化的學習教育模式,也能夠增強考核數(shù)據(jù)的可靠性和有效性,最終對學習效果的判定會更具備可信度。
(一)CDIO模式下教學內(nèi)容設計.NET平臺支持多種應用項目的開發(fā),所以.NET程序設計課程的教學內(nèi)容繁多,結合課時要求,除去導論部分,將授課內(nèi)容整理為面向對象程序設計、Win-dows應用程序設計、數(shù)據(jù)庫訪問技術、Web技術開發(fā)四大模塊。每個模塊都以原理、設計和應用為線索組織教學,并按照知識模塊組織專題進行授課內(nèi)容設計:(1)面向對象程序設計部分,涉及C#基本語法、類和對象、繼承、多態(tài)、接口及其實現(xiàn)、委托和事件、異常處理等;(2)Windows應用程序設計部分涉及Windows項目開發(fā)流程、窗體、控件的使用;(3)數(shù)據(jù)庫訪問技術涉及體系結構、.NETFramework數(shù)據(jù)庫提供程序、數(shù)據(jù)綁定技術;(4)Web技術開發(fā)涉及控件及內(nèi)置對象、Web數(shù)據(jù)綁定技術、HTML和CSS樣式等內(nèi)容。通過這樣設計教學內(nèi)容,教師能從較高層次把握課程內(nèi)容的地位和作用以分配不同的課時,學生容易理清不同應用項目開發(fā)所用技術的不同及之間的關系。
(二)“多層次遞進式”項目設計實驗項目設計采用多層次、遞進式方式。以學生為本,從簡單到復雜、從單一到綜合、從驗證型到創(chuàng)新型,循序漸進地把教學內(nèi)容和能力培養(yǎng)體現(xiàn)在項目中。將課程實驗分為基礎驗證型、綜合設計型和實踐創(chuàng)新型三個層次,根據(jù)知識模塊設計相應項目引導課程的教和學,并有側重點地體現(xiàn)CDIO能力的培養(yǎng),項目列表及對應CDIO能力培養(yǎng)如表1所示。凝練優(yōu)秀的教學型工程項目是基于CDIO項目學習模式成功的關鍵之一。因此表1中所列項目都是經(jīng)過教學實踐反復修改完善的。實踐創(chuàng)新型實驗與軟件工程、數(shù)據(jù)庫課程相結合,采用一個完整的項目做載體貫穿始終。這樣設計實驗,首先可以將知識和課程有機結合,有助于學生明確它們在解決復雜工程問題中的關聯(lián)和作用;然后減少了課程之間銜接的重復、冗余;也減少了學生重復完成項目的工作量。在實踐創(chuàng)新型項目的凝練過程中,充分考慮學生熟悉并感興趣的項目,一類是校內(nèi)項目,如網(wǎng)上選課系統(tǒng),校園二手商品交易網(wǎng)站等,這樣不僅能解決教師的實際需求,也能滿足學生通過實際項目開發(fā)Web開發(fā)技能的培養(yǎng);另一類是自主選擇項目,可以提高學生項目的開發(fā)熱情和興趣。
(三)基于CDIO的教學實施在具體教學過程中,按照知識模塊為教學單位進行。32學時的理論授課和作業(yè)結合,并輔以小測試加強理論知識的鞏固。每個模塊的理論授課完畢完成對應的實驗項目,共20學時,加入反思及答辯環(huán)節(jié),最后進行期末考試。理論教學采用多種教學方式。對緒論性內(nèi)容、面向對象程序設計等有一定難度的理論知識,依然采用講授教學方式;對Windows應用開發(fā),采用啟發(fā)式案例教學法,以Windows系統(tǒng)自帶記事本為例,逐漸講解各種控件的應用及開發(fā)流程;對Web技術開發(fā),綜合案例教學和任務驅動教學,對已經(jīng)完成的“工程訓練中心選課系統(tǒng)”的項目進行精練,作為授課案例,詳細講解需求分析過程,然后引導學生概要設計、詳細設計,并以具體模塊為例進行程序編碼及調(diào)試運行。整個授課環(huán)節(jié),板書和多媒體相結合,現(xiàn)場程序編寫及調(diào)試,不僅幫助學生直觀理解概念、原理和方法,也可以提高學生的興趣,形成以教師為主導,學生為主體的教學模式。實驗教學不同層次實驗區(qū)別實施。對驗證型實驗和綜合設計型實驗,每人單獨完成,旨在通過實驗使學生深入掌握基本知識、原理、編程的基本技巧,實驗過程中老師及時解決學生所遇問題并掌握進展情況,每次實驗課的最后半個小時,驗收部分學生的實驗以督促學生學習;并展示往屆有代表性的實驗報告和程序,規(guī)范學生實驗報告的撰寫,激勵學生互相學習,共同進步。對實踐創(chuàng)新型實驗,學生4~6人為單位形成開發(fā)小組,一人任組長,進行角色劃分。團隊按照軟件工程的開發(fā)步驟,進行需求分析、概要設計及詳細設計和測試,撰寫各個階段的開發(fā)文檔,要求團隊共同參與項目答辯。各層次實驗的考核都設有答辯和反思環(huán)節(jié)。反思不僅可以啟發(fā)學生積極進行批判性思考來深化課程學習目標,而且也有助于學生進行深層次的學與問,引導學生主動學習的興趣。
二、結語