基于“全人”教育理念的新工科项目化课程教学改革

黄玉梅

（南通大学，江苏南通226019）

0 引言

随着工业4.0时代的到来，新一轮科技革命与产业变革正在不断深化，人工智能与机器学习、物联网与智能制造等新技术迅速发展。在跨学科、跨领域的深度融合中，高等工程教育也迎来了新的挑战。

自2017年起，教育部推出“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等系列指导性文件，凝聚了新工科建设的广泛共识，引导各高校积极开展新工科建设的多元探索。新工科倡导学科交叉和跨界融合，目标是培养具有“家国情怀、国际视野和创新精神”的卓越工程人才。在人才培养中，课程是其核心要素，学生在大学阶段获得最根本、最直接的受益来源于课程，因此突破传统工程教育特点，对新工科课程教学进行改革显得尤为迫切和重要。

1 推行“全人”教育理念，加大新工科建设力度

新工科建设是一项复杂的系统性工程，运用先进的教育理念，作为贯穿系统工程始终的“主线”，全面有序推进新工科建设才能得以保障。源于20世纪70年代的“全人”教育理念，现已成为推动高等教育改革的重要思潮。积极推行“全人”教育理念，以此加大新工科建设力度。

1.1 “全人”教育的内涵及特点

美国著名人本主义心理学家罗杰斯于20世纪70年代提出：“全人”教育（holistic education）是以促进学生认知素质、情意素质全面发展和自我实现为教学目标的教育，它以使受教育者通过个性的充分发展而获得运用科学知识和技能为社会进行价值创造的能力［1］。“全人”即指完整的个人，“全人”教育的教学观以学生为中心，学生的情感或是意志都得到极大的关注，有利于学生发展，向着“全人”的目标前进。

“全人”教育整合了“以社会为本”与“以人为本”两种教育观点，形成既重视社会价值，又重视人的价值的教育新理念。“全人”教育更重视学生软技能的培养，如独立思考能力、团队协作和沟通能力、创新实践能力、家国情怀和国际视野以及个人内驱力的挖掘。

1.2 新工科建设的人才培养特点

相较于传统工程教育特点，新工科建设对人才培养提出了更高的要求。传统工程教育为社会输入了大量的基层技术人员，由于他们知识结构单一，解决复杂问题能力有限，职业通道存在瓶颈。新工科具有综合性、交叉性、跨学科等特点，要求本科教育培养的人才成为创新实践能力强、工程专业素养高、具有国际视野的高素质复合型领军人才，以适应未来新兴产业和新经济发展的需要。

2 重塑知识结构体系，培养复合型领军人才

新工科建设对高等教育人才培养提出了新要求，为了实现高素质复合型领军人才这一培养目标，传统工程教育专业知识单一的特点亟待变革。重塑知识结构体系，强化人才核心素养成为推进新工科建设的重要内容之一。

2.1 “压强理论”知识结构体系构建

根据物理学中的“压强”（P=F/S）理论，其中F为压力，S为受力面积，P即为压强。在压力一定的条件下，受力面积越大，压强即越小。在新工科人才培养的知识结构体系（见图1）构建中，突出的专业特长即“一专”作为F，宽广的学科知识面即“多学科”作为S，复杂综合性工程问题的难度系数为P。在此可解读为，新工科相关专业的学生，在掌握一门专业特长后，注重跨学科知识的学习和积累，学科知识面广，其感知的复杂综合性工程问题难度系数就越小，即解决实际问题的能力就越强。多学科知识储备是未来工程师迎接科技挑战的必要能力，“全人”教育注重学科交叉，需要受教育者掌握多学科知识，这与新工科“压强理论”知识结构体系中重视均衡宽广的工程知识基础相呼应。

图1 新工科“压强理论”知识结构体系

2.2 新工科复合型领军人才的核心素养

在新近召开的党的十九届五中全会中，习近平总书记发表重要讲话多次提及“创新”一词，坚持创新核心地位。无论是科教兴国战略，还是人才强国战略，“创新”无不放在首位来强调。要成为适应新时代发展特征、契合新经济社会发展需求的新工科复合型领军人才，创新精神和创新实践能力至关重要，这也是新工科卓越工程人才的核心素养。创新的基本要素由知识视野、创新意识和创新思维构成，创新的知识视野要求具有综合性、广博性，这与新工科“压强理论”知识结构体系中要求具有多学科知识面其内涵是一致的。

3 坚持以学生为中心，推进新工科项目化课程教学改革

“全人”教育理念强调坚持以学生为中心，重视应用情境的创设和对学生有益学习经历的创造［2］。“全人”教育重视的是教学的过程而不是教学的内容，重视的是教学的方法而不是教学的结果。基于这一教育理念，新工科建设中积极推进项目化课程教学改革势在必行。项目化课程教学具有跨学科学习、注重过程性评价、综合运用多元化教学方法等特点，在教学过程中坚持以学生为主体，同时以提升学生自主学习能力、解决实际问题能力、实践创新能力、团队协作能力等综合素养和能力作为新工科人才培养的重要组成部分。

3.1 知识获取与能力提升的同步性

传统的工程教育体系在专业课程体系设计中，其理论学习与实践能力培养存在明显的先后顺序，理论知识与实验实践环节相对独立。在实际的教学过程中，有时因课程设置相对独立，甚至会造成理论知识学习与实践应用的脱节。

新工科的项目化课程教学中，在传授专业知识之时，同步培养学生的实践能力。以“唤起学生好奇心，激发学生潜能”为目标，面向新工科专业学生，构建逐级提升的新工科项目化课程体系，即从新生基础性项目化课程至大二阶段的提升性项目化课程，最终大三、大四阶段进入创新性、研究性项目化课程。学生在项目实践过程中边学边做，运用知识、解决问题的综合能力逐步加强，知识获取与能力提升得以同步。

3.2 多学科知识的交叉融合性

“全人”教育倡导实施工具理性和价值理性融合的工程教育，注重学科交叉和课程整合。在理顺知识体系的基础上，项目化课程体系遵循新工科教育倡导的知识获取与能力提升同步的理念，利用学习引导项目“穿针引线”作为多学科知识模块的连接链条，融合机械工程、电气工程及自动化、计算机科学、电子信息科学与技术、交通设备与控制工程等多学科知识模块，形成模块化的课程体系，旨在突破传统工程教育课程教学专业知识单一的模式，促进学生对多学科知识进行交叉融合，为解决复杂综合性工程问题打好基础。

多学科知识的交叉融合性不仅体现在课程体系模块化设计，还包括将不同课程和不同时间所学知识进行关联［3］，设计系列竞赛或项目的子项目。如项目化课程教师团队根据某个大学生创新训练项目或学科竞赛设计相应的子项目，通过发布短期项目任务，组织团队协作，学生团队集中在一周或两周内完成。此任务作品不一定作为大创项目或学科竞赛的阶段性成果，而是重点帮助学生探索、整合和加强他们正在进行的相关专业课程学习。

3.3 学生为主体的教学方法多元化

“全人”教育其真正现实的教学目标，是“促进变化的学习，培养能够适应变化和知道如何学习的人”。身处知识大爆炸时代，无法预知更多颠覆性新工科领域的出现，未来社会对人才的需求是动态的，即面对未知的未来，只有学会如何学习和学会如何适应变化的人，才是真正意义上的人才。新工科项目化课程教学体系通过在不同阶段设计符合学生能力发展特点的基础性、提升性、创新性及研究性项目化课程，让学生以多元化学习方式参与到各类项目化课程中。

3.3.1 项目引导式教学

以“机器人小车的设计与制作”为例，这个项目化课程包含了设计思维与工程、机械设计与制造、模拟电路系统设计等多学科知识，不同专业背景的资深专业教师组成教学团队联合指导、分别授课，每个项目可安排一名高年级学生作为项目助教。项目化课程教学团队根据教学大纲要求将相关资料提前发布给学生，包括：专业学习内容清单、自学过程中可能遇到的问题清单、供以自学的资源清单及课程学习考核方法等，这些资料有效引导学生如何进行自主学习。

项目化课程教学中，项目助教组织学生讨论学习中遇到的困难，引导学生充分互动，探究问题的答案。对于涉及较深专业知识领域及具有多学科交叉融合特点的综合性难题，教师团队结合各自专业背景在团队内部先进行讨论，梳理解题思路，进而给学生做出详细解答。通过项目“穿针引线”，促进学科交叉融合，同时在教与学的两个维度分别激发教师或学生群体内的互动交流，最终实现双向的积极互动和反馈。

3.3.2 体验式教学

体验式教学是一种情境化教学，包括案例分析、实验操作、企业调研等，这是基于“全人”教育理念的具体实践，“全人”教育理念重视应用情景的创设。在企业经典案例的分析学习过程中，项目化课程教学团队可借助现代信息技术条件创设案例场景，引导学生模拟进入案例情境，帮助他们更好地理解如何运用专业知识有效解决工程领域各种综合性问题。通过虚拟仿真实验操作，学生能“身临其境”跨时空参与一些具有较大危险性、现场操作成本较大的工程项目，激发学习的好奇心。在企业实地考察调研中，邀请企业高级技术人员进行现场教学，课堂从学校搬到企业，学生在生动的工程实践环节强化了学习兴趣。在体验式教学中，学生知识的获取与能力的提升也得以同步，学生的情感方面得到较大关注，遵循了“人本”教育理念。

3.3.3 混合式教学

通过线上线下混合式学习模式，学生学会利用各种渠道和资源获取知识的自学能力。在混合式教学过程中，应打破传统教育的时空界限和学校围墙，促进虚拟现实、人工智能等信息技术与教育教学深度融合，促进教师跨时空、跨专业地开展知识传授和创新研究；同时实现学生学习资源供给的多元化，为其提供满足个性化需求的定制化教育。即使不在课堂，没有教师，学生也能自主“获取知识”“寻找答案”及“解决问题”。

4 结语

新工科项目化课程教学考核注重过程性评价，评价标准包括：自学努力程度及自学工具运用能力、书面及口头表达能力、跨学科知识涉及和运用、分析及解决问题能力、时间管理及效率等。项目化课程教学团队和项目助教分别被赋予对各环节打分的不同权重，学生的课程成绩不再由一纸试卷决定，而是充分考核学生的各种综合素养和能力。基于“全人”教育理念的新工科项目化课程教学坚持以学生为中心，关注学生学习过程，重视师生双向反馈，充分培养学生自主学习能力、实践创新能力及团队协作沟通能力等，积极推进新工科复合型领军人才培养目标的实现。