基于工程认证的复杂工程问题能力的提升路径探析

尤玉静,王家荣

（宁波工程学院 材料与化学工程学院,浙江 宁波 315211）

0 引言

高等工程教育作为提供国家经济建设工程技术人员的主渠道，对国民经济社会发展的决定性作用更为突出[1]。因此高等工程教育改革和工程人才培养一直备受世界各国重视[2]。在双一流的专业建设背景下，作为国际互认协议“华盛顿协议”工程教育的成员国[3]，我国工程教育特别是对现代工程师培养需要开辟出与我国现代工程技术与理念以及未来工程技术相匹配的独特道路[4]。目前工程教育专业认证标准中对学生的毕业要求的描述给出了12条要求[5]，关于“复杂工程问题”的相关能力/素养的培养出现在8条毕业要求里面，充分肯定了关于“分析和解决复杂工程问题（ASCEP）”这一核心能力/素养的形成对于达到毕业要求的重要性[6]。在一些高校对人才培养过程中，关于ASCEP能力的培养，存在认识上和能力培养上的部分误区[7]。针对高等教育的产出评价，面向复杂工程问题，在学生的毕业要求达成上要注重其分析和解决这一复杂工程问题能力的培养[8,9]。而当前的教学评价方式和实施方法在衡量学生的ASCEP毕业要求达成上存在一定的缺失。当今全球经济社会的快速发展，我国经济建设过程面临的现代工程问题越来越复杂、很难用传统的工程技术手段解决，更无法满足未来复杂工程问题的多因素性。因此，培养学生具有ASCEP能力与素养已逐渐成为我国所有本科工程专业毕业生所面临的挑战[10]。

现代工程问题已经不是一个简单的工程技术问题，对工程专业学生的ASCEP能力与素养的培养提出了更高的要求。本文在深入理解“复杂工程问题”的内涵的基础上，以化学工程与工艺专业为例，阐述了复杂工程问题在教学中存在的问题，并进一步探讨人才培养过程中学生能力与素养培养与达成、实施过程、实施模式和实施结果考核评价的设计与改进实施路径，以期为提高工程专业学生的ASCEP能力与素养的培养提供一定参考。

1 复杂工程问题在人才培养中遇到的问题

1.1 传统的教学对复杂工程问题认识不足

复杂性是现代工程问题的显著特点，这也使得解决现代工程问题必须要从交叉的学科、领域和专业寻找方法和技术。在解决现代工程问题过程中要考虑越来越多的生存环境、安全伦理和可持续发展等。解决复杂工程问题的工具、方法和技术也不一定是现存的。用传统的工程标准、方法路线和技术规范来处理现代工程问题，逐渐显现出一些局限性甚至工程隐患。解决现代工程问题将越来越离不开其他学科或交叉学科的方法、技术的支持和运用。

1.2 人才培养过程全局意识不完善

专业教育过程通过学习各种专业知识，逐渐培养学生形成一定的专业意识，进而塑造学生解决问题的专业能力。专业教育过程一般分为通识教育阶段和专业教育阶段，专业人才能力的培养不是简单的直线提升，如何在人才培养的过程中使得学生能力素养稳步经历螺旋式上升、集成复杂工程设计和开发的综合能力，决定了工程教育的质量。通过在“数学与自然科学”课程模块“人文社科类通识教育”课程模块等传统的教学过程中获得的初级知识、技能和能力已不能有效地衔接解决复杂工程问题的专业能力与素养，很大程度上限制了人才培养的产出效果。只有做好通识教育与“工程基础类”课程模块、“专业类”课程模块和工程实践环节等的衔接，才能有效地体现通识教育是学生能力和素养塑造的基础和支撑。专业教育是专业知识、能力、意识的提升和综合，养成专业人才培养的全局意识对ASCEP能力/素养的培养起着重要作用。

1.3 人才培养模式不能有效对接ASCEP能力的培养

工程专业采用传统的专业人才培养模式存在教学内容和当前现代工程实际中的实践案例方法或技术脱节的问题，在培养学生ASCEP能力/素养方面效果不佳。为了更好地培养学生ASCEP能力/素养，必须着重做好复杂工程能力导向的课程体系、教学组织形式和教学方式改革。课程体系模块之间的前后衔接和优化组合必须有利于学生ASCEP能力/素养的培养和提升。明确复杂工程问题涉及的不同能力素养之间的内在逻辑关系，合理有效地发挥相应教学模块课程的作用，合理调控学生复杂工程问题能力启蒙、形成和集成。

1.4 ASCEP能力的考核评价针对性不强

评估ASCEP能力与素养的达成情况的不能简单地使用传统考核方式进行。例如采用试卷考试形式，即通过试卷让学生作答的方式已很难对ASCEP能力/素养的各子能力和素养的实现程度进行衡量。对教学课程中可能涉及到多个能力素养要求的课程目标、毕业要求达成，就需要考虑各子能力素养的衡量和评价的途径和方法。而要衡量这些考核和评价的途径和方法是否合理，就要以它们是否有利于引导学生的参与和是否能有针对性地甄别学生各能力素养的实现情况来确定。

2 提升ASCEP能力和素养的路径

ASCEP能力是由多个相互关联、相互作用的子能力素养构成的，各子能力素养实现是依靠不同的通识课程、专业课程或实践课程目标的达成逐步形成并提高的。学生ASCEP能力的培养是一项系统性、全局性的工作。本论文研究从各模块课程教学的实施目标、实施过程、实施模式和结果评价四个角度出发，提出未来工程师ASCEP培养的能力素养的分解落实、人才培养的过程、人才培养模式、培养结果评价与考核四个方面进行研究与实践。

2.1 ASCEP能力素养指标点达成的分解和落实

ASCEP能力素养要求的分解落实就是要将工程专业制定的每条子能力要求分解细化成为对知识、能力或素养的明确要求，简称指标点。根据专业认证标准的阐述，学生培养的毕业要求的达成情况涵盖12个一级指标点，根据各自专业的特点具体细化二级及二级以上指标点。指标点的达成值成为相关课程或教学环节的教学目标和衡量教学效果的标准，各课程教学目标要能正确对接ASCEP能力分解的指标点，共建学生能力素养的“智慧树模型”，如图1所示。

图1 课程目标与能力素养指标点达成的示意图

2.2 “四平台”“五结合”的人才培养的全过程

学生ASCEP能力的培养是一个逐渐形成、不断上升的过程。每一项能力素养的培养都不能简单地通过一个或两个的教学课程或教学活动完成，必须将ASCEP各子能力素养的培养贯穿于学生四年学习和实践的始终。各项教学活动稳定有序地开展对实践平台的建设提出了更高的要求。本研究探索性提出以基础实验教学平台、工程基础训练平台、综合运用实践平台和素质拓展创新平台四大实践平台为基础，开展分期实践模块，配合理论实践相结合、课内外相结合、校内外相结合、仿真虚实结合以及产学研结合五结合教学方针，有序培养塑造学生多学科知识应用能力、复杂工程问题分析能力、复杂工程系统设计与开发能力、文献研究与实验分析能力、现代工具使用能力、工程师的社会责任意识、环境与可持续发展意识和沟通交流能力等，如图2所示。在学生四年学习期间，鼓励学生参加科研助手、企业实践等不断使学生各项ASCEP子能力素养在综合性的学习和实践活动中得到融合、集成和升华。

图2 ASCEP能力提升的“四平台”“五结合”人才培养过程

2.3 “五融合”人才培养模式提升ASCEP能力

从人才培养模式的视角，需要重点做好课程体系的整合重组、教学组织形式和教学方式改革。本研究提出课程模块融合、教学内容与工程问题融合、教师团队校企融合、工程训练与竞赛融合和实习模块虚实融合五大方针。通过课程融合，组建专业教师团队；根据融合后的教学内容模块安排主讲教师。适时将工程问题引入课堂，聘请企业专家走进课堂开展专题讲座；注重采取小组学习，将复杂工程设计开发训练以团队竞赛的形式开展；虚拟仿真实践和基地实践相结合等。这些举措有效提升了学生学习兴趣，更大程度地提升了他们的ASCEP能力。以化工专业开展的校级工程设计竞赛为例，与各项子复杂工程能力相关的设计环节和学习内容，如图3所示。通过组建校企教师团队指导学生团队参与逐步完善各学科知识应用提升，逐步集成学生各项复杂工程能力与素养。

图3 工程训练与竞赛融合案例示意图

2.4 “五转变”的ASCEP能力的考核和评价

对以化工工程师能力素养培养为主的工科教育而言，如何合理地评价在教学过程中学生ASCEP能力素养的达成情况是一项重要的工作，合理的评价有助于学生主体积极参与教学过程。本研究提出传统的“重理论考核、一次性考核与评价、单一考核方式、学校教师单方考核、考试成绩学校任课”考核与评价，应向“重能力考核与评价、过程化多次考核与评价、多元化考核与评价、校企双方共同考核、考核成绩社会认可”五个方面转变，以更加有效、多样化地评价学生各项能力素养的达成情况，如图4所示。考核评价的方式要与拟定课程或实践环节的课程目标的实现程度匹配，应尽量考虑多样化的考核评价，如进行课程小论文、综合性作业、小组研讨、团队化答辩等。

图4 学生能力素养考核与评价的五个转变

3 教学实施效果评价

基于国际工程教育理念，在“四平台”的支撑下构建了“五结合、五融合、五转变”化学工程师人才培养新模式，强化学生知识能力和素质的培养，助推学生工程能力与素养的提升，完善工程师的复杂工程能力的培育。成果的推广应用使得学校化工专业学生工程实践和科研创新能力显著增强，学生省部级、国家级奖励成果丰硕。近五年，全国化工设计大赛获国家级奖项180人次，省部级奖项395人次。以本科学生第一作者发表核心以上论文46篇，其中SCI论文25篇；授权国家专利29项；学生科创成果被宁波日报、宁波晚报等多家媒体报道。近年来，社会与企业对毕业生总体认可度大幅提高，尽管疫情影响，平均就业率仍达90%以上。企业对学生实践动手能力、专业水平、创业能力、合作协调能力和人际沟通能力等给出了满意评价，先后与周边化工园区、企业等14家单位签订应用型人才培养协议。

4 结语

本研究以认证标准为引领，在深入理解“复杂工程问题”的内涵的基础上，将复杂工程能力/素养进行细化分解为8个子能力与素养。针对复杂工程问题在教学中存在的实际问题，在教学中从对学生能力/素养培养、实施过程、实施模式和实施结果考核评价四个不同角度出发，分解和落实各项能力/素养指标点达成。以注重人才培养全过程的四大实践平台为基础，开展分期实践模块，配合理论实践相结合、课内外相结合、校内外相结合、仿真虚实结合以及产学研结合的教学方针，优化人才培养的课程模块融合、教学内容与工程问题融合、教师团队校企融合、工程训练与竞赛融合和实习模块虚实融合模式；建立重能力考核与评价、过程化多次考核与评价、多元化考核与评价、校企双方共同考核和考核成绩社会认可的工程能力的评价考核机制，为培育学生应对复杂工程问题的能力提供了行之有效实施路径。希望本研究能够为高等院校的相关工程专业在学生分析和解决复杂工程问题能力培养方面提供借鉴，更希望相关的教师和专家能够进一步研究，使之与现代工程社会发展同步。