依托工科平台的开放创新式项目实践模式探索_许敬.pdf

项目式实践是高等工程教育中工程训练改革的重要方向之一。开放创新式实践项目能够培养工科学生的综合工程实践能力与创新思维，契合新工科背景下对卓越工程创新人才培养要求。通过分析近两年上海交通大学工程实践教学改革中开放创新式实践教学所呈现出的项目题目来源狭窄，过分强调创新，对设计环节重视不够，重电控、轻结构，重功能性、轻可靠性、过于理想化等各种问题，提出了项目开展前的引导、注重兴趣引导、规范项目开发流程、重视思政教育等教学优化方向，并对实践教学成果进行了总结。关键词:项目式实践;高等工程教育;开放创新;创新思维;教学优化中图分类号:G 642.0文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)02 0249 04Exploration of Open and Innovative Project PracticeMode Based on Engineering PlatformXU Jing，DONG Deli，LENG Chuntao，LI Cuichao(Student Innovation Center，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China)Abstract:Project-based practice is one of the important directions of engineering training reform in higher engineeringeducation Open and innovative practice projects can cultivate engineering studentscomprehensive engineering practiceability and innovative thinking，and meet the educational requirements for outstanding engineering innovation talentsunder the new engineering background By analyzing the various problems presented by the open and innovative practiceteaching in the reform of engineering practice teaching in the past two years，such as the narrow source of projects andtoo idealization;emphasis is placed on innovation rather than foundation，emphasis on electronic control rather thanstructure，and emphasis on functions rather than reliability，in the process of practice The corresponding teachingoptimization directions are proposed，such as doing a good job in project establishment guidance，interest traction，standardization of project development process，and the combination of practice and ideological and political educationFinally，the teaching results achieved by practical teaching are summarizedKeywords:project-basedpractice;higherengineeringeducation;openinnovation;innovativethinking;teaching optimization收稿日期:2022-04-26作者简介:许敬(1984 )，女，山东聊城人，博士，工程师，研究方向为工程实践教学与改革、探测与控制技术。Tel:[phone];E-mail:xuj31 sjtu edu cn0引言工程教育专业认证的核心是以学生为中心，强调学生能力的培养，如自学能力、分析与解决问题的能力、主动学习能力、主动实践能力、团队协作能力、交流与沟通能力等1。进入大学尤其是重点工科院校的学生，学业基础都较好，自主学习能力也普遍较强，但动手能力、劳动意识、实践能力以及创新能力却不尽如人意2。工程训练是高等工程教育的重要实践组成部分，第 42 卷对培养大学生的工程实践能力具有重要作用3。传统的工程训练注重技能实操的教学，存在着缺少系统性、综合性和创新性，不能满足新工科建设背景下对卓越工程创新人才培养教育的发展需求4-5。近年来，各院校纷纷开展工程训练的改革，逐渐从一门课向一个体系发展。在进行教学改革的过程中，很多高校在工程训练实践中逐渐开始采用基于项目的新型实践教学方法6-7，在保留传统金工实习项目的同时，紧跟技术发展前沿，做到传统与现代科技同行，基础技能与创新设计并重8。项目式实践教学方式旨在培养学生在社会环境下对产品系统进行构思、设计、实施、运行的综合能力，在一定程度上较好地解决工程教育中理论与实践脱节的问题;是一种通过解决“问题”过程的反馈，补充和完善原有的知识体系，强调对学生综合能力作全面培养的一种教学方法9-10。目前关于项目式实践教学的研究多从教学理念、教学设计以及项目实施方式等方面展开探讨11-13，对项目实践过程中呈现出的问题甚少提及。本文从指导项目的角度进行分析和总结，尤其是在工程训练改革中，面向低年级的学生开展项目式实践时所呈现出的问题及实践教学改进开展探索。1工程实践项目分类与实施方式在一些高校的工程训练课程改革中，通常将项目式实践训练分为基础训练项目、固定或半固定命题实践项目以及开放创新类实践项目。(1)基础训练项目通过前期经过教学讨论并验证的一个作品作为教学载体，使学生在实践学习中将传统加工制造与现代加工制造方法、多种工种、加工工艺等关联在一起，并深入理解和掌握加工精度、检验方法、各工序间的衔接与配合、装配的概念及相关知识，这样学生获得系统层面的概念与实践14。(2)命题、半命题实践项目，是指围绕着某一给定的主题，限定某些设计条件或者是使用的材料，进行部分系统的自主、创新设计。这种命题式项目通常可与各类竞赛相结合。(3)开放创新类实践项目更加侧重学生综合工程实践能力的培养，学生需要从项目的来源开始着手，再到立项、方案论证、系统设计、详细设计、采购、加工制作、装配、调试，到最后的系统集成与功能性能验证，让学生完整地体验产品开发全过程。本文主要针对开放创新类实践模式展开探索，这类项目是一个从无到有，从想法到最终的实物输出的过程。在这个过程中，若是毫无章法地按照想法实施，经常会出现颠覆性的错误，从而事倍功半。因此在项目实施时还是要遵循工程设计方法，让流程的每一个步骤都有章可依，前后环节衔接合理。项目开发流程在不同的领域会有一些差异，但整体上遵循如图 1 所示的流程。图 1项目开发一般流程开放创新类项目实践对于学生的培养和锻炼是全方位的，鉴于项目的复杂度和难度一般是需要团队合作来完成，通过明确的小组分工，在一些关键问题上探讨、争辩，共同寻求解决问题的方法，最终的成果凝聚着团队的辛苦付出和智慧，在实践中积累知识、在实践中获取工程能力，在实践中建立团队合作规则和意识，锻炼社会意识和人文素养。团队的建立主要有两种方式。一种是选题之前，先建立团队，在互相了解的基础上，一起寻找和探寻立项的题目。另外一种是在项目立项前，每一个参与项目的同学都提出一个关于项目的想法，在一次开题课上，大家将自己的项目想法进行探讨，通过一定的规则，推选出几项有新意、技术方案合理且有一定社会价值的项目，进行立项。立项后，通过自愿、平等等方式完成团队的组建。2开放创新项目实践中存在的问题对我校工程实践课程中近两年的开放创新实践项目进行总结，主要呈现出来的问题有:(1)题目来源较为狭窄。除了一些在中学阶段参加过科创项目或者竞赛的同学外，大多数同学在面对开放式项目实践时，普遍处于非常盲目、毫无头绪、无从下手的状态。于是在选题阶段，尤其是围绕自行车、垃圾桶、寝室门锁、花盆、晾衣架等物品进行项目建议书阐述时占比超过 50%，堪称工程实践项目立项的“五大神器”。(2)过分注重为创新而创新。低年级学生的生活阅历毕竟有限，生活场景、生活方式比较简单，生活中所面临的需要解决的各种“问题”既少又单纯，因此为了突出创新性，在项目建议阶段会把一些根本不造成困扰的“问题”说得很严重，为了解决一系列所谓的052第 2 期许敬，等:依托工科平台的开放创新式项目实践模式探索“问题”，或者是为了有别于现有的常见解决方法，于是提出一些既费时、费力又显“笨拙”的项目建议，于是就出现了“大炮打蚊子”，技术途径复杂、制作成本较高的项目方案。(3)盲目去做，缺少设计环节。很多项目实践中缺少设计环节，不少同学觉得设计浪费时间，设计方案只是几句话描述一下。更有甚者，跳过设计阶段，凭想法直接采购、加工，往往出现采购回来的东西性能无法达到自己的要求，加工出来的零件装配不上等问题。(4)重电控、轻结构。在机电结合的项目中，电路与代码的设计与调试占主要工作量，却忽视了结构设计与制作，最后只能用胶水、热熔胶“糊弄”了事。殊不知，项目成果给人的第一印象就是外观设计与展示带来的。(5)理论与实践脱节，过于理想化。这尤其体现在结构设计上，对按照公式计算的数据不留一点余量，缺少机械配合以及公差的概念，忽视了加工制作中各种因素制约导致的误差带来的影响，加工出来的零件，装配存在问题。比如，轴的外径与孔的内径用一样的数据，螺丝安装孔径与螺丝用一样的数据等诸如此类的问题。(6)重功能性，轻可靠性。项目实践不同于课堂实验，不仅仅要实现功能，还要求可靠性。很多同学把在项目制作过程中为了验证可行性和原理而采取的很多“临时性措施”一直保留到了最后，例如接线使用面包板插接，而不是焊接，装配时使用胶带而不是螺丝，这往往会导致答辩时项目演示失败，或者演示效果不稳定，时好时坏却又查不出问题。(7)遇到困难，不断降低标准。对于低年级的学生来讲，从创意到实现是一个非常难跨越的阶段，由于缺少专业知识、技能的支撑，这个过程走得异常艰辛，常常出现立项时描绘的是一艘“航空母舰”，最后实现出来的却是一只“小渔船”，项目答辩时纯靠口述和想象;更有很多同学，项目实践过程中半途而废，不断更换选题。(8)缺乏“经验”。“经验”不仅仅来自实践，别人的项目实践经验总结也是经验，很多同学缺少项目小组间的主动沟通与交流，对于信息的检索与利用能力较弱，往往闭门造车，被常见问题困扰，造成时间节点推后。(9)需加强工程素养培养。学生在项目制作过程中除了会遇到学习方面的问题，还会遇到一些思政层面的问题:比如小组内分工协作中，个别同学存在浑水摸鱼的现象，组长承担的任务最多、最重，苦不堪言;比如遇到了问题，没有及时解决，由于时间精力的投入与最终项目成果不匹配造成的情绪问题等;比如在实践中缺少独立探索意识，过分地依赖指导老师，一些小问题都要等到指导老师给予解决方法和答案;劳动意识不强，存在眼高手低现象等。3项目实践教学优化针对开放创新项目实践中呈现出的各种问题，我校学生创新中心的教师指导团队展开教学研讨，并有针对性地优化教学设计、项目引导等。3 1做好项目开展前的引导工作以我校工程实践课为例，概论课是学生接触到的第一次课，尤为重要。在概论上课除了要讲清楚这门课的教学内容、教学方式、考核方式和安全教育等内容外，针对项目式教学单独进行讲授，在讲授中融入的内容有:项目式教学的开展方式、项目开发流程、项目结题形式;项目中涉及的质量、时间、成本、团队合作等项目管理的基础知识;如何寻找项目来源，从关注国家发展、社会需求、生活与学习等方面，做好引导;典型项目案例讲解，往届优秀项目成果分享。学生在一开始概论课上就对整个课程的定位、学习目标及内容有一个整体的认知后，对每个模块学习到的技能、知识能够解决项目实践中的什么问题有更加感性和具体的认识。此外，在项目立项开题时，指导老师就要帮助学生分析所选项目要达到项目目标，需要具备哪些技能、知识，让学生在后续的学习过程中带着问题有意识的主动学习，而不是被动地被课程安排推着往前走。同时为了保证项目的进展顺利以及集中的指导，以一个学期为例，至少要在课上设置 2 3 次项目推进课程。针对不同类别的项目主题，建立案例库。通过完整的案例，贯穿工程训练项目式实践的大多数知识点和能力要求。学生通过项目式的完整案例学习到各章节的知识点如何运用到完整的项目中去，也可以将完整的案例进行拆解，融入各个工种的学习中。3.2注重兴趣引导创新主要来源于兴趣驱动、问题驱动、需求驱动、技术驱动等，而当前对于学生“创新项目”的评价体系重“问题驱动、需求驱动”，而轻“兴趣驱动”，这种评价倾向导致学生选题时“实用主义”盛行，局限于解决实际问题、满足实际需求。事实上，“兴趣”才是第一老师，也是最好的老师，“好玩”“有趣”“好奇”才较易产生创意，成为学生创意来源的第一大源泉，而不是绞尽脑汁“想问题”“挖需求”。在“兴趣”的引导下，更有可能自然而然过渡到问题驱动、需求驱动的层次。对于低年级的项目制作，更应注重培养学生的兴趣、开阔视野，建立在“兴趣”基础上的选题，学生才愿意投入更多的课余时间和精力。低年级的学生其明显的特点是专业知识储备不足。若是在学生一进入高校，就给学生制定难度较高、较为复杂的项目以及通过152第 42 卷项目达到的各种能力培养目标，学生会感觉到较大的压力。相反，又不能为了做项目而做项目，降低项目的难度，没有什么挑战性，学生在项目的过程中获取到的知识和能力也不足。因此对项目的评价应该更侧重于项目实践、完成度、技能知识的掌握程度。3.3规范项目开发流程(1)在选题确定之后，要撰写开题报告，开展所立题目的研究现状、调研、价值分析、应用前景等。(2)在实施方案确定之前，要经过方案的论证与筛选工作，在这个过程中，可以采用仿真、建模、快速原型制作等手段，验证方案的优劣，在小组团队的努力下，确立最终的实施方案。(3)在方案设计阶段，要有结构设计图、电路图、程序流程图等，在画图的过程中会引入思考“如何制作”，这样可以避免很多“异想天开”的设计;尤其是对于结构设计，在基本的技能学习之后，学生掌握了CAD 软件可以设计结构的三维图、装配图等，在动态的装配中往往更能发现结构设计中不合理的地方。(4)在项目结束后，要生成相应的设计文档、总结报告等，这种一个对项目整体审视的过程，也是积累经验的过程，也是团队智慧的结晶。3.4工程实践中的思政教育项目实践教学打破了教室的限制与座位的约束，由于小组合作，促进了同学之间的交流与沟通。在项目指导过程中，指导老师投入大量的时间和精力，去了解、跟踪每一个项目，对实践过程中呈现出的问题加以及时解决和疏导，这样也增加指导老师与学生之间的了解。在这种情况下，在老师的精心设计下，更加容易融入思政教育。在寻找项目来源时，要引导学生提高站位和拓展眼界，关注国家发展和社会需求，基于现在的学习阶段，在项目立项时，又要落实于一个具体的点;激发学生的创新思维，在常规中去寻找可变的应用。在项目实施过程中，引导学生加深对严谨、专注、精益、规范等的工匠精神和工程师素养的了解;指导老师要善于发现学生的长处，使他们在团队协作中，能够最大程度地发挥个人的潜能，思辨能力强、口才好的，可以负责项目的汇报;善于设计与调试的，可以负责方案的结构、电控等方面。但是不论是负责什么方面，都要同时参与项目的其他工作，这样才能在发挥个人所长的基础上，补自己的短板，在团队中形成互相学习与促进的良性循环，建立团队自信，提升团队凝聚力和工作效率。4教学成果分析(1)综合工程能力培养。在项目制作的过程需要学生所学的知识加以运用，这里的知识不局限于工程实践课程所学的各工种的技能知识，大多会涉及多领域的知识，甚至需要发挥学生自身的各项技能比如沟通、报告的撰写、展示等;在项目制作过程中也会或多或少地遇到各类问题，这就需要学生主动去寻找解决问题的方法，或小组内探讨，或向老师、学长等寻求指导，或查阅书籍、期刊、网络资源，在这个过程中，学生获得的能力远远超过了解决一个具体的问题。(2)延伸项目实践的边界。为了将技能转化为能力，在基础理论学习-实践操作-项目创作之外，还需要将一部分优秀项目做进一步的深入和延伸。针对有科研价值的项目，可推荐为校级的本科生研究计划项目，培养学生的科研兴趣、科研意识和科研能力;针对创意新颖的项目，可推荐为大学生创新创业计划选题;针对与国内外竞赛方向相契合的项目，可以进一步优化，鼓励学生团队参加竞赛，比如制作智能小车的项目，可引导项目团队参与被列入“教育部评审评估和竞赛清单”的“中国大学生工程实践与创新能力大赛”中的智能物流赛道的校内赛、市赛等。总之，要发现学生实践的闪光点，形成了以课程能力培养为基础、以赛促学、创新设计与开发、创业培养的递进式学生培养模式。(3)教学相长。在项目式实践教学中，老师不再是实践学习的领导者，而是与学生共同合作、相互学习，共同实现教学目标15。项目制作过程，老师要积极参与项目小组的讨论，以平等友好的方式，与学生交流，可以更多、更全面地发现学生在项目制作过程中呈现出的问题，并思考问题产生的根本原因，进一步在教学内容、教学方式方法上进行更新迭代，以促进达到更好的教学效果。5结语项目实践重在过程，对于低年级的学生尤其如此，要从项目实践过程中学习到的东西远远超过最终的项目成果。在进入高等教育之初，大多数学生面对项目都是迷茫的，成长和历练都需要一个积累的过程，只有做得多了、看得多了、思考得多了，才能更加深刻地理解和固化一些知识，从而转变成自身的能力。通过鼓励学生开展项目学习和科技创新，潜移默化地引导其学习的主动性、探索性和前瞻性，可为后面的学习成长奠定基础。参考文献(eferences):1茅健，张美华，程武山 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苗娜译 北京:中国人民大学出版社，20097何善亮 注意力曲线的内涵及其教学意蕴J 教育科学研究，2017(5):44-488曹丹平，印兴耀 加拿大 BOPPPS 教学模式及其对高等教育改革的启示J 实验室研究与探索，2016，35(2):196-2009高洁，邓玉皎，王莉，等 BOPPPS 结合思维导图在内科学临床实践教学的应用J 医学教育研究与实践，2018，26(5):895-898 10周文，李俊，包卫东，等 国内 BOPPPS 模型研究的知识图谱分析 J 高等教育研究学报，2019，42(3):44-52 11刘洋 以学生为中心的本科教学模式改革研究 以国防科技大学网络工程专业为例D 长沙:国防科学技术大学，2016:24-28 12矫媛媛，潘晓刚，马满好 本科线上教学中改进的 BOPPPS 模型教学设计 J 高等教育研究学报，2020，43(4):52-55 13阚媛，郭强，王剑宇，等 基于 OBE-BOPPPS 的大学计算机基础课程教学改革研究 J 软件导刊，2020，19(2):210-213 14杨娇 大学计算机基础课程的 BOPPPS 教学法设计J 计算机科学与工程，2019，41(1):178-181 15范金娜 BOPPPS 教学模式在大学物理实验绪论课中的应用 J 高师理科学刊，2020，40(5):97-99 16杨娜，刘宝华 混合式 BOPPPS 教学模式的提出及在实践教学中的应用效果分析J 山西高等学校社会科学学报，2017，29(4):65-69 17刘苗，成颖，刘道洲，等 BOPPPS 模式下 ST 融入药剂学实验的课程设计与实践J 实验室研究与探索，2020，39(8):210-213 18王宏，王玲玲，韦建明 基于 BOPPPS 教学模式的自动控制原理课程教学研讨 以“自动控制的概念”为例J 海军院校教育，2019，29(5):67-69 19常鸣，雷纯，蔡国军，等 基于教实结合的泥石流实验教学改革模式探讨J 实验室研究与探索，2020，39(5):153-155(上接第 252 页)4顾佩华 新工科与新范式:实践探索和思考J 高等工程教育研究，2020(4):1-195叶回春，倪向贵，朱雨建 工程实训教学的探索与实践 工程科学前沿与实践课程设计与实施J 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