面向产学研工科人才培养的融合式课堂教学研究

詹 路，许振明

（上海交通大学，上海 200240）

2019 年9 月29 日，教育部发布的《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》指出，严格教育教学管理，全面提高课程质量，加强课程体系整体设计，提高课程建设规划性和系统性，打造创新型线上线下混合金课，发展“互联网+教育”，并对高校提升学生培养质量提出了高标准严要求[1]。

在工科人才培养中，中国工程教育专业认证（China Engineering Education Accreditation Association，CEEAA）致力于提高我国工程教育质量，提升对产业发展的适应性，以保障我国工程教育人才培养的质量,截至2021年12 月，已有2473 个专业通过认证[2-3]。美国工程专业认证（Accreditation Board for Engineering Technology,ABET）针对应用与自然科学、计算机、工程、工程技术等领域开展认证，评估学生学习，已经为41 个国家或地区850 所大学的4361 个专业提供认证[4]。“华盛顿协议”是负责认证工程学位课程机构之间的一项国际协定。签署协议的协会具有同质等效性[5]。我国于2016年6 月加入协议，通过认证的工科专业毕业生学位可以得到签署协议28 个组织的认可，实现认证结果互认。

认证标准的毕业要求覆盖工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展等12 项指标。其中，课程体系要求数学与自然科学课程、工程基础类与专业课程、工程实践与毕业设计（论文）、通识教育课程占总学分比例至少为15%、30%、20%、15%[6]。工程专业认证对环境类专业的补充标准：要求学生在毕业时能够运用数学、自然科学、工程科学原理、实验方法、经济决策和工程管理等知识及工具；掌握工程相关的安全、健康、环境可持续发展等知识；具备开展生态与环境保护、污染防治的识别、表达、规划、管理、模拟、分析、评价、研究、开发、设计与优化的能力。另外，在实践教学环节中有足够的专业实践训练[7]。

专业认证的核心是将人才培养质量作为最终目标，评估学校的准备工作须从传统的评教逐渐转换为评学，通过“评价—反馈—改进”的流程闭环促进高质量人才培养[8]。

一、融合式课堂教学体系研究

在课程体系的规划和构建中，需要重点研究课程目标的达成情况，包括教学内容、教学方式、考核方式和课程评价，具体拓展为知识点的掌握程度、学生的能力培养、课程拓展度、课程评价的可信度。融合式体系构建涵盖传统教育和在线教育的融合，定性评价和定量评价的结合，全流程的反馈和改进，旨在实现课程体系满足专业学科的前沿发展，带领学生完成对专业的整体把握，提升学生解决复杂工程问题的能力，培养专业性强的技术人才。

（一）传统教育和在线教育的融合

传统教育中的“传统”，一方面是指线下课堂，另一方面是指国家教育部认可的线上课程。在线教育的不断发展为课程变革提供了一个方向[9]。慕课（MOOC）目前已经有781 所国内合作高校，其中热门排行位居前3的课程是北京理工大学的“Python 语言程序设计”、南京大学的“心理学与生活”和浙江大学的“程序设计入门——C语言”；网易公开课提供了哈佛大学、耶鲁大学、牛津大学、麻省理工学院、巴黎高等商学院等7 所国际名校的173 个公开课程，涵盖“幸福课”“潜意识记忆”和“多变量微积分”等课程。由于在线授课需要学校投入更多的基础支持，需要教师付出更多的精力，因此高校在线教育的发展往往受多方面的制约。2019 年10月30 日，教育部发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》提出双万计划，认定万门国家级一流本科课程和万门左右省级一流本科课程，国家级课程包括线上、线下、线上线下混合式、虚拟仿真实验教学、社会实践等类别[10]。2020 年突发新冠肺炎疫情，为保障高校教学活动的正常进行，在教育部指导下，高校在新冠肺炎疫情期间全面推出在线授课，授课模式的改变对师生的教与学带来了挑战。

（二）优化教学方式与教学内容

教师应基于课程大纲制订教学计划，选择适合的教材，通过板书、PPT 等形式进行授课，整体过程更多的是教师的现场传授和学生的课堂学习。在融合式课堂体系下，课程教学内容与学生的毕业要求紧密衔接，注重将课程解构为不同的知识单元，细分至每一节课，并根据课程进展提出不同的要求。除教材外，教师需要提供与课程相关的图书、文献、专利等多种类型的教学参考资料，并允许学生推荐和分享资源。

运用CANVAS 教学平台、EV 录播软件、ZOOM 授课等多种软件工具，通过录屏、直播、在线研讨与答疑、传统授课相结合的模式，构建线上授课、学生预习、思考问题、直播教师解答、作业布置、学生完成、作业点评的授课模式，有利于学生进行深度思考和培养学习能力。在工程专业的人才培养中，引入企业导师，将理论学习与应用实践紧密融合，加强原理应用于工程实践的案例讲授，并开展实地学习，将课程从课堂拓展至实地应用。

（三）定性评价和定量评价的结合

在第一堂课时，教师须向学生介绍该门课程考评的各项环节和具体内容。在学生的评价体系中，为每一节课设置考评环节，综合考虑学生课前预习、课前测评、课中参与程度、课后作业完成情况以及课后测评并进行课程学习过程的全流程综合评价。对期中、期末考试采用闭卷测试、报告撰写、小组汇报等多种形式。工程实践将结合实验完成情况、工程导师的意见等，将学生学习过程、考试和实践等各环节赋予不同权重，进行全面考评。

（四）全流程的反馈和改进

学生对授课教师的课程评价不局限于常规的课后评分，而是融入到课程整个学期的各阶段，学生可随时提出对线上线下课程内容、形式、考核、互动等方面的改进建议，教师将积极采纳有益建设性意见，并不断优化教学过程，达到课程体系最优化的框架设计及实践教学。

二、产学研融合式课堂教学模式构建及案例

基于线上线下教学的融合、教学内容和教学方式的改变、定性评价和定量评价相结合以及全流程反馈改进的教学框架体系构建，本文选取上海交通大学“环境工程原理”课程开展案例研究，进一步深入构建产学研融合式课堂教学模式。

（一）课前筹备

笔者对各高校“环境工程原理”课程具体做法开展调研，在教育部第四轮学科评估中，环境科学与工程专业参评的高校共155 所，包括具有“博士授权”的57 所高校和部分“硕士授权”高校[11]。评估结果为A+的清华大学、哈尔滨工业大学，A 的北京师范大学、南开大学、上海交通大学等高校均开设“环境工程原理”[12-17]；基于国际ARWU 学科排名，排名靠前的密西根州立大学开设了该课程[18]，该门专业课程在各高校环境领域人才培养中具有重要作用。各高校环境科学与工程专业将“环境工程原理”课程定为专业必修课，并采取了日常考核和专业考核相结合的方式。上海交通大学“环境工程原理”课程紧密结合环境工程类的专业特点，以“隔离技术”“分离技术”和“转化技术”三大类环境污染控制技术和应用为主题，以动量传递、热量传递、质量传递过程为基础，系统介绍流体输送、沉降与过滤、传热、吸收及干燥等各单元操作的基本原理、基本计算方法和工程应用，以及化学与生物反应的计量学、动力学和各类化学与生物反应器的基本解析与设计理论，并要求学生掌握流体流动、流体输送、传热、蒸馏、吸收等单元操作与反应工程的基本原理及典型设备的设计计算方法，为今后学习专业课程及从事工程实践奠定理论基础。通过各个教学环节培养学生的工程意识，使他们理解流体流动、传热与传质的共性与特殊性，提高学生分析和解决环境工程实际问题的能力。采用“录播+直播”的教学模式，构建“课前视频学习+预习报告”“课中例题讲解+在线答疑”“课后习题练习+视频回顾”“全过程改进”的全方位教学模式，帮助学生在认知阶段、学习阶段、巩固阶段和改进阶段对知识点螺旋式的理解和掌握。

（二）认知阶段

在认知阶段，教师筹备课程相关资料，包括行业发展历程、当前发展现状以及前沿热点等，形式包括图书、论文、专利、标准、课件讲授视频与工业化生产短视频等，并提出研究和产业问题，激发学生自主思考、自我评测。学生需要在课前预习并提交报告，报告内容包括对该章节内容的思考与见解、个人笔记与知识网络的构建、课程思考题的解答及个人疑难点等。预习报告是学生对知识点梳理的重要过程，可采用多种形式完成，如绘制知识体系逻辑图、记录对知识点的理解、问题引导式学习及探究等。课程开始前，教师批阅学生预习报告，了解学生对知识的理解与掌握情况。在认知阶段，教师通过问题引导的方式带领学生开启课程。

（三）学习阶段

在学习阶段，首先，针对产业发展中遇到的问题和科学研究中重点关注的方向，进行融合教学，重点讲解如何应用课程基本概念和理论解决实际生产中的难题，激发学生科研兴趣。其次，汇总上节课的课后习题并讲解易错点和知识盲点，帮助学生查漏补缺、纠正知识误区、教授分析思路与方法。再次，针对学生在预习报告中提出的疑难点进行重点解答，并引导学生展开讨论。最后，选择典型的例题进行讲解，引导学生逐步推导，达到学以致用的目的。如讲授工业化生产中的复杂物料分离部分，通过视频或参观的模式使学生了解工厂中的磁选、高压静电分选、多级蒸馏等多工艺流程及设备。基于工程课程基本理论、学习实际产业应用，引导学生思考讨论。

（四）巩固阶段

课后习题的设置不仅仅局限于知识点，还可以结合现有的应用实践及研究进展进行拓展与拔高，巩固所学知识，解决实际应用问题。如将质量传递拓展到电化学过程，并与电极反应速率相耦合，这既是电化学研究中扩散与界面电化学反应的关系，又与分子传质相对应；又如在生产分离环节，给出结构复杂、成分多样的电子废弃物，引导学生结合课堂所介绍的各个分离单元，设计或改进一套工艺流程。

（五）改进阶段

改进贯穿于课程的整个阶段，也将促进下一年度课程的进一步提升。通过CANVAS 平台答疑、线上直播过程中的讨论、微信群组交流，以及课后习题的易错点、阶段性测验结果，为教师提升讲授模式和内容以及了解学生学习进度提供指导。课程框架体系中涉及到的课堂参与、预习报告、课后习题、三期阶段性测验、考试，分别赋予5%、15%、20%、20%、40%的权重，进行学生的学习成效考核。考核结果及课程结束后学生的主观评价，获取学生对课程整体的掌握情况，及授课模式的成效，对未来年度的课程提供了改进的思路。

三、结论

科研、教育和生产三者深入融合和发展，在大学的工科人才培养中具有重要的引导作用。面向工科人才高质量培养的要求，本文构建了产学研融合式课堂教学模式，并开展案例实证研究。该教学模式实现了目标导向，在了解全球培养模式的基础上，重点要求学生掌握自然科学、数学、工程科学原理等基础理论，同时具备追踪行业发展领域前沿的思想，并具有解决工程领域实际问题的能力，培育面向产学研的高质量人才。