1、植入 “ 复 杂工 程 问 题 ” 的 教 学 体 系改 革 探索 周克宁 罗朝 盛 康敏 浙 江 科技 学 院自 动 化与 电 气工 程 学院 电 气系 浙江科 技 学 院教 务 处 浙 江 科技 学 院自 动 化与 电 气工 程 学院 摘 要： 工程教育专业认证毕业要求标准中引入了 “ 复杂工程问题”的概念, 培养学生具 有解决本专业领域 “ 复杂工程问题”能力是工科专业教育的基本要求。 本文以电 气工程及其自动化专业为例,介绍了“复杂工程问题 ”的特征把握要点、 “复杂 工程问题 ”指标点的分解方法以及如何将培养学生解决 “复杂工程问题 ”的教 学环节植入专业教学体系。 关键词 ： 专业
2、认证; 复杂工程问题; 毕业要求; 教学体系; 近年来, 工程教育专业认证工作在中国工程教育认证协会的主持下已在全国高等 院校中展开,该项工作对引入先进的工程教育理念,推进工程教育专业的教学改 革,提高教育质量有着十分重要的意义。 作为应用型本科院校,浙江科技学院电气 工程及其自动化专业在 2015 年 6 月接受了专业认证现场考察,并通过了专业认 证。 与前期版本不同,2013 年由国际工程联盟公布的 “毕业要求和专业能力 ”第 3 版华盛顿协议部分,明确了毕业要求标准必须涉及 “复杂工程问题 ”,即以培 养工程师为目标的本科教育须将学生具备解决复杂工程问题的能力作为培养要 求。这也是对专业
3、 工程师人才培养的基本教育要求,是区别于职业技术人才培养 要求的重要标志。为了满足认证标准,本专业对植入 “复杂工程问题 ”的教学体 系进行了改革探索, 主要做法是在理论教学和实践教学体系中,确定触及 “复杂 工程问题 ”的课程教学及实践教学门类,以及通过教学大纲文献形式将支撑 “复 杂工程问题 ”的知识结构、 教学内容、 教学方 法及教学评价方式等教学要求明确 化,指导教师在教学过程中贯彻执行。 一、准确把握 “复杂工程问题 ” 的特征 华盛顿协议赋予了复杂工程问题 “知识需求深度 ”“宽范围相冲突的工程技 术 ”“工程问题深度 ”“问题罕见度”“非本 学科的知识问题”“多方和矛盾 的利益协
4、调问题 ”“ 相互依赖的高水准问题 ”等七项属性,并明确了关于复杂工程问题的七个特征(WP1 WP7)。 这七个特征是:(1)必须运用深入的工程原理经过 分析才能得到解决;(2) 需求涉及多方面的技术、工程和其他因素,并可能相互有 冲突;(3) 需要建立合适的抽象模型才能解决,在建模过程中需要体现出创造 性;(4)不是仅靠常用方法即可解决;(5)问题中涉及的因素可能没有完全包含在 专业标准和规范中;(6) 问题相关的各方利益不完全一致;(7)具有较高的综合性, 包含多个相互关联的子问题。 就专业 围绕 “复杂工程问题 ”的教学体系改革而言,首先是要准确把握七个特征 的内涵。复杂工程问题是从工程
5、知识、学科(专业)范畴、综合因素( 包括社会问 题)及解决手段的四个工程问题要素中提炼出来的。例如:特征(1)指出复杂工程 问题 “必须运用深入的工程原理经过分析才能得到解决 ”,这就意味着该问题可 能涉及数学、自然科学及专业知识的综合运用,体现了知识需求深度属性。特征 (3)“ 需要建立合适的抽象模型才能解决,在建模过程中需要体现出创造性 ”,则 说明该类复杂问题仅靠一般的公式计算和实验方法是无法解决的,解决手段与一 般方法不同,体现了 问题深度的属性。其他的复杂工程问题特征都有类似关系, 七个特征也完全覆盖了现实的工程实践问题。显然,准确理解和把握复杂工程问 题特征才能有的放矢地改革教学体
6、系。 二、毕业要求中的 “复杂工程问题” 工程教育专业认证实行的是一种成果导向教育理念,其核心是教育实施过程采用 反向设计方式,类似于企业产品的生产是从用户需求的角度来设计生产过程。大 学工程教育从社会对大学教育的需求确定培养目标,毕业要求则由培养目标来决 定。 工程教育专业认证标准中关于技术类的毕业要求(第一条至第七条及第十条) 都涉及 “ 复杂工程问题 ”,而教学体系(包括课程和实践教学)是用于支撑毕业要 求的。因而 “复杂工程问题 ”最终都要落实于相关的课程环节和实践环节。 根据认证标准要求, 毕业要求必须分解成可考核的指标点,每项指标点则由相关 课程和实践环节支撑。指标点的分解方法本身
7、也是一个探索的过程, 目前并没有 统一的做法,可以从毕业要求涉及的知识范畴、教学属性、认知规律、能力要求 等方面考虑。实际上 ,“复杂工程问题”也是落实在毕业要求的指标点上。这是 很有意义的做法,其原因在于指标点是毕业要求的具体细化。在指标点上可以界 定 “复杂工程问题 ” 的层次,并确定相关教学活动及考核方式,同时有利于毕业 要求的达成评价。 由此可见,合理分解支撑 “复杂工程问题”指标点是关键一步。分解体现 “复杂 工程问题 ”的指标点应遵循 3 个原则:(1)对应原则,指标点与相关毕业要求标准 是否吻合对应。 毕业要求共有 12 条,其中有八条技术类的毕业要求具备复杂工程 问题。 在某条
8、标准中,并非每项指标点都要体现 “复杂工程问题”,只要与该条毕 业要求有对应关系即可。(2)层次原则,“复杂工程问题 ”应具有层次。 层次主要 体现在一个 “复杂工程问题 ”所包含特征的程度,如特征所表现问题的深浅程度 及综合程度。虽然层次高低在具体指标点上并非能直接说明,但在由大纲决定的 教学环节支持力度上可以体现。(3)支撑原则。能选择恰当的课程或实践教学活动(环节)来支撑指标点。选择的教学活动的门类根据 “复杂工程问题 ”的层次, 合理支撑相关指标点,并且是面向全体专业学生可实施、方便评价的教学活动。 三、本专业的教学体系改革探索 本专业从三个方面对 “复杂工程问题”贯穿于教学过程进行探
9、索:确定毕业要求 哪几项指标点包含 “ 复杂工程问题”;选择相关的教学活动(理论课程及实践环 节);在课程教学大纲中明确 “复杂工程问题 ”的教学内容、教学方法等教学要 求。 1. 分 解指 标点及 选择相 关教 学活 动 按上述的3 个分解原则,以毕业要求1 的指标 点 “工程知识”分解为例,表1 是毕 业要求1 的分解结果。该分解法是按照工程涉及的知识范畴进行分解(即华盛顿 协议所确定的WK1WK4 知识范畴),并不在每项指标点上都触及 “复杂工程问 题 ”,因为在 1.1 等指标点中仅靠对应的教学活动难以让学生触摸到 “复杂工程 问题 ”。但在 1.4 指标点上则涉及 “复杂工程问题 ”
10、,不过仅限于学生了解复杂 工程问题和分析、 解决较低层次复杂问题的能力。 而支撑的教学活动为电气专业 基础课程的教学,如 “电力电子技术”“电机与电力拖动基础 ”等。 在毕业要求指标点 3.4 中也包含“复杂工程问题 ”,见表2 的毕业要求 3 指标点 分解,该指标点对应毕业要求 3 中能够设计“ 复杂工程问题解决方案 ”的能力要 求,因而其涉及 “复杂工程问题 ”的层次比 1.4 要高,体现特征也比较多,对应的 教学活动也更为复杂。 表1 毕业要求 1 指标点分解 下载原表 表2 毕业要求 3 指标点分解 下载原表 上述的做法构建了一种新型教学体系,其亮点就在于明确了教学体系中所有教学 活动
11、(课程及实践等环节)服务于何种能力培养要求,包括对学生解决 “复杂工程 问题 ”的能力培养要求。 这对科学合理地评价教学质量 、 寻求持续改进的路径都 具有重要意义。 2. 相 关课 程及实 践教学 大纲 的拟定 毕业要求的各项指标点都必须有对应的教学活动支撑,其教学大纲是指导教学活 动的 “纲领性 ”文件。本专业有 7 项指标点包含了对 “复杂工程问题 ”的观测 (限于篇幅不再详列),而相关的教学活动依据对 “复杂工程问题”支撑程度,其 包含的课程教学和实践环节并不同一,教学内容的知识复杂度也有高有低。例如 指标点1.4,由专业基础课程的教学活动支撑,因而在这些课程的教学大纲中,应 具有明确
12、的支撑关系。 修改大纲时首先要厘清下述关系:(1)本课程支持哪些指标 点,其中包 括是否含有 “复杂工程问题”指标点;(2)各项教学内容和基本要求重 点支持哪些指标点;(3) 教学方法上重点服务于哪些指标点;(4)考核内容和方式 考核哪些指标点。 对于较高层次或包含多种特征的复杂工程问题,本专业则以专业综合实验环节为 教学载体,较全面地培养学生对 “复杂工程问题 ”的解决能力。专业具有三个专 业方向模块课程,综合实验对应也有三个模块。 与理论课程教学大纲类似,实验教 学大纲要明确三类关系:(1)实验具备哪些“ 复杂工程问题”的特征及体现形 式;(2)实验如何支撑具有技术类 “复杂工程问题 ”的
13、指标点;(3)实验的考 核方 式。 以综合实验 1“无刷直流电机控制系统实验(电机与电气自动化技术方向 )”为 例,其教学体系见表 3。 专业认证将 “复杂工程问题 ”贯穿于毕业要求技术类标准中,从问题发现、 分析、 交流、 解决等不同的能力获取角度提出了相应要求。 上述做法是从教学体系中课 程教学及实验教学环节着手植入 “复杂工程问题 ”的示例。实际上, 要满足标准 要求,在教学体系的其他环节如课程设计、 毕业设计等都需做相应改革,从不同的 支撑角度达到学生处理 “复杂工程问题”的能力培养要求。 表3 支撑高层次 “ 复杂工程问题”的综合实验大纲体系 下载原表 四、改革教学体系应注意的问题
14、一是合理分解具备 “ 复杂工程问题”特征的指标点至关重要,这关系到能否有合 适的、可考核的教学活动予以支撑,并且考核结果最终能作为毕业要求达成评价 的依据。特别注意的是,以学科竞赛或其他类课外创新科技活动等不能作为支撑 的教学活动。 二是标准要求必须要有教学活动能支撑包含2 个特征以上(其中特征1 是必备的) 复杂工程问题,这意味着教学体系中必须选择 1 项或1 项以上的教学活动满足这 个要求。 三是复杂工程问题可来源于工程实际问题,尽量避免凭空臆想的问题。例如本专 业综合实验项目都具有实际的应用背 景。 四是 “复杂工程问题 ”的层次定位应结合学校人才培养目标的定位, 作为应用型 本科院校,以培养应用型人才为目标,应选择以应用技术为背景的复杂工程问题。 复杂工程问题的7 个特征虽没有贴上应用型复杂工程或研究型复杂工程问题的 标签,但在可从专业培养计划、 教学层次出发,从反映“复杂工程问题 ”特征的问 题深浅度和综合度方面把握好教学内容的设计。 五是依据课程大纲, 教学环节的具体设计应着眼于学生对复杂工程问题的发现、 分析、 综合、 方案、 执 行、 评估 6 个方面能力训练。 这需要教师采取比较先进的 教学方法,比如基于问题的启发式教学法等, 帮助学生获得解决“复杂工程问 题 ”的能力提升。
