新工科视域下情境化工程实践教育教学探索

作者简介：王飞（1977—），男，硕士，天津职业技术师范大学副教授，研究方向为工程实践教学、实训室建设。

基金项目：2023年天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划重点项目“基于‘三全育人’的工程实践教学育人体系的研究与实践”（编号：A231006602）；2021年教育部第二批国家级职业教育教师教学创新团队研究项目“新时代职业院校高端装备专业领域团队教师教育教学改革创新与实践”（编号：ZH2021020201）

摘要：在新工科视域下，从工程实践教育教学内涵出发，以工程实践创新项目（EPIP）为基础，构建基于学习情境、实践情境、挑战性情境的多层次情境化工程实践教育教学体系，设计情境化工程实践教育教学项目，解决了教学情境设计缺乏系统性、教学内容需求错位、实践教学挑战度低等问题。通过教学实施的探索，人才培养取得显著成效，为高端应用型人才的培养提供参考价值。

关键词：新工科；情境化；工程实践教育

中图分类号：G710    文献标识码：A    文章编号：1672-5727（2024）05-0077-06

党的二十大报告提出要加快建设国家战略人才力量，努力培养造就更多大师、一流科技领军人才和创新团队、青年科技人才、卓越工程师、大国工匠、高技能人才。为响应新一轮科技革命与产业变革的挑战，满足创新驱动发展等国家战略目标的需求，高等教育提出了“新工科”建设理念，为新时代工程教育改革提供了新视角。工程实践教育作为高等教育的重要内容，是提高大学生工程实践能力的关键，也是培养急需应用型人才的着力点。当前，新工科在育人方面已取得了一定成效，但如何有效构建面向高素质应用型人才培养的教育理念及教学模式，仍是改革的难题。尽管高等教育已逐渐以教师为中心转向以学生为中心，并且采用实验探究式、案例研究式等教学模式促进学生实践能力、工程素养和劳动精神的培养，但在工程实践教育中，这些教学模式仍存在一些问题，例如，固化的传统教学理念、孤立封闭的实践教学情境、低阶同质化的教学项目和流于形式的学习评价。这些问题使得现代工程实践教育无法全面满足高端应用型人才素质能力的培养需求，也无法应对工程教育升级转型的需求。

为解决这些问题，天津职业技术师范大学在工程实践教育教学中，建立了基于新工科教育理念、以EPIP（Engineering， Practice， Innovation and Project）教学模式为引领的情境化工程实践教育教学模式。通过重塑教学体系，引入更系统且贴近实际工程情境的教学方法，增强学生对复杂工程概念的理解和把握，为课程改革提供参考。

一、新工科视域下工程实践教育教学内涵的演变

新工科为高等工程教育的改革探索提供了全新的视角和中国方案。其理念为，以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设宗旨，主张继承与创新、交叉与融合、协调与共享的原则，培养未来多元化的创新型人才。因此，新工科背景下的工程人才培养目标应面向未来，适应变化[1]。相比传统工科人才，高素质应用型人才不仅需要具备工程实践能力和创新能力，还应具备解决复杂工程问题及跨学科融合的能力。新的人才培养目标的变化，决定了工程实践教育的内涵也发生显著的变化。

一是培养跨学科合作能力。新工科注重跨学科的融合与合作，要求应用型人才具备与其他学科领域进行有效合作的能力。因此，工程实践教育要打破学科知识的自我隔离，鼓励学生参与跨学科合作项目，培养学生的跨学科思维和团队协作能力，拓宽知识视野。

二是提升解决复杂工程问题的能力。新工科强调要回应复杂多样的现实问题，培养具备综合能力和全局观的应用型人才[2]。为此，工程实践应融合学科、技术、创新创业要素，以提升学生的综合能力和思维，加深学生对技术的理解与应用，以应对复杂工程问题情境并解决实际问题。

三是增加人文要素的考量。新工科亦强调社会责任感的培养、关注社会可持续发展和道德伦理的问题。因此，工程实践教育需要重视培养学生的社会责任感，鼓励学生利用技术协助解决社会问题，满足快速变化的社会需求。

二、工程实践教育教学模式面临的问题与挑战

工程实践教育教学的目标是通过实践操作让学生理解产品制造全过程[3]，建立工程概念，培养工程意识和实践能力，同时具备多学科知识融合的能力[4]，为后续课程、毕业设计、学科与创新竞赛奠定基础。然而，我国高等院校的工程训练中心（实训中心）多数由金工实习工厂转变而成，组织结构和运作模式大多存在固化现象。特别是在新工科背景下，工程实践教育教学的内涵建设缺乏主动革新，导致出现人才培养同质化、与行业关联度低、项目缺乏系统性和工程性、教学情境功能狭窄等问题[5]。显然，这种运行理念和路径难以满足培养解决复杂工程问题和具备综合素质的现代工程人才的需求。

（一）教学情境设计缺乏系统性，知识传授与技能、素质培养呈碎片化

在我国大部分高等院校中，工程实践教育教学课程（例如金工实习）往往以加工鸭嘴榔头作为主要项目。此项目对车工、钳工知识和技能的学习有良好促进作用，但是实践内容较为独立，系统性不强。此类课程并未实现由简单的学习情境到学科拓展、行业融合、知识迭代等全面发展的学习情境转变，难以承载工程的复杂性和整体性，导致学生解决真实工程问题的能力不足。

此外，还存在教学实践时间和空间过于封闭、问题情境关联不足的问题。在固定时间、固定场地（车工、钳工实训场地）进行加工实践训练，两种训练以垂直关系存在，缺乏横向关联。这使得学生在完成实践项目时难以建立有效的问题情境，难以激发学生优化解决问题的方法，导致知识传授、能力培养和价值塑造三者之间的协调发展难以实现。

（二）教学内容需求错位，知识与技能的整合和进阶发展不足

1.教学内容与企业生产实际需求的脱节

高等工程实践教育的价值是向社会输送高端应用型人才。然而，部分高校尚未秉承这一培养原则，导致与工程实践课程相伴的教学内容和教学形式长期未改变。以至于传统课程内容创新性不足，难以与现代企业发展紧密关联，与智能信息化的生产加工工艺也难以对接，教学资源与实际工程需求和科技发展出现严重脱节。这样的结果使得大量“同质化人才”无法全面满足现代企业发展需求，从而削弱人才培养的竞争力。

2.教学内容缺乏深度探究情境设置

目前，基础知识学习与实践操作的时间比重过高，大部分学生在模仿教师的操作进行实践，但在独立思考、自主解决问题的能力及团队协作能力方面表现不佳。另外，课程体系中关于人文、管理等内容体现不足，工匠意识、环境意识、工程伦理和管理知识等综合素质培养同样欠缺，致使技能和情感的同步发展难以达成[6]。

（三）实践教学挑战度低，缺乏对实际问题有效分析和反思训练

由于教学内容设置的难度较低，学生往往将工程实践课程简单地视作理论与实践相结合的课程。实践教学内容没有凸显出新工科背景下实践课程任务的复杂性，特别是忽略了真实工程问题、项目管理、成本核算等教学内容，导致学生缺乏解决真实工程问题所需要的能力。同时，教学内容也未能塑造全局性的大工程视野，学生的工程实践综合能力的培养有待提高。尽管教学评价已将过程性评价和终结性评价相结合，但由于缺乏成型的闭环设计，导致学生在目标设计、实施、评价到改进的全过程中难以形成整体意识。也就是说，学生在实际问题的分析、实施和反思方面的系统训练不足，使得知识转化能力过程的成效有限[7]。

三、情境化工程实践教育教学体系的重塑

EPIP教学模式，融合了工程化、实践性、创新型、项目式的特性，是中国特色职业教育的理论研究和教学实践成果，以解决工程问题为指向，旨在培养学生对知识的实际应用能力和创新思维。EPIP国际教育联盟自2017年成立以来，已经吸引了60多所职业院校加入。EPIP模式以工程项目任务为主线，强调学生在实践中主动获取知识，帮助学生提升解决实际问题的能力。

在新工科理念和工程教育专业认证思想的指导下，天津职业技术师范大学工程实训中心在深入研究EPIP教学模式的基础上，建立了“情境化工程实践教育教学体系”。该体系在工程实践教育教学中已形成一套稳定的教育教学活动策略方法、结构框架和活动程序，旨在改善当前工程实践教育教学的痛点，深度探讨新工科“情境化”对学生学习效果的影响，致力于提升学生的工程实践综合能力和素质。

（一）情境化工程实践教育教学体系

工程实践教育教学中的综合性应用知识、多元化物理环境空间和多阶段实践活动决定了工程实践情境必然是多层次和结构化的复杂情境。新工科教育要求学生应用跨领域的知识、技能、方法和思维解决复杂工程问题。因此，现代工程实践情境设计必须转向结构关联的、跨领域的知识和方法，而非简单垂直堆砌的多个情境。为此，为了把学生培养成具有交叉学科知识和综合能力的人才，设计了由学习情境、实践情境和挑战性情境组成的情境化工程实践育人平台（见图1）。通过多层次、多场域的教学情境共同体建设和教学活动设计，遵循资源共享和信息交流的原则，形成一个完整的、交叉互通的工程实践教学体系。

1.学习情境

学习情境强调基于实践的工程环境，培养学生的基础理论、技术和技能。通过工程现场教室、通用机床设施、加工工具及技术互动环境等资源，深化学生对理论与实践的融合理解。在参与和互动的过程中，学生通过理论学习、实践操作，接触实际工程问题，掌握工程项目的运作机制，提高工程素养和解决问题的能力。

2.实践情境

实践情境旨在根据学科的主要观念和核心问题构建实践环境，强调学生团队的主体性及跨领域合作的工程实践场景。通过提供必要的物理环境、导师指导、项目评价标准等资源，培养学生的合作精神、跨领域知识学习能力和综合能力。同时，重视工程实践的社会价值和影响，以培养学生的社会责任感和道德意识[8]。

3.挑战性情境

挑战性情境是注重构建富有挑战性、创新性和综合性的工程情境，主体为学生团队，包括学科竞赛或校企融合生产情境（项目）。通过设定具有挑战性的学科竞赛或校企融合的实践项目，提供必要的物理环境、比赛场景、评价标准等资源。参与综合性实践项目能激发学生整合多领域知识，增强跨学科协作，提升综合素养，培养创新思维和协作能力。其中，具有挑战性情境包括岗位工作场景模拟、生产工作过程再现和学科竞赛实施。

（二）情境化工程实践教育教学项目设计

情境化学习的实施以教学项目为载体，主要关注两个关键任务：一是使学生体验复杂情境，以促进能力素质的建构；二是实现学生与工程情境的多元互动，以促进学生主动参与。为实现此目标，需构建科学的项目实施流程，对流程模块进行结构化处理，确保情境有序展开和演化，以促进学习者与情境的深度互动。

1.工程实践教育教学项目实施流程

以新工科理念和EPIP模式为引导，设计基于情境化工程实践项目式的闭环流程（见图2）。首先，根据行业需求、学生层次和同等院校的培养经验，明确定位和需求，建立人才培养方案。然后，选择实际工程情境，制定项目任务计划和评估方法，根据结果反思并调整教学策略。需要强调的是，在学生学习的全过程中，应“最大化地利用”情境中的信息和因素来推动学习，因为学习是在具体情境中进行的。在这样的情境下，学生通过多种途径拓宽视野和提升素养，并转向更加广阔的情境场域进行探索。

2.创设以学生参与为中心的问题情境

为了充分激发学生的学习潜力，如表1所示，创设了具有层次性、系统性和综合性的问题情境（项目），并设置了激发学生关联情境的兴趣探索点。在此环境下，学生需联系已获得的知识和能力，处理潜在的冲突。通过不同场景的学习，以应对多样的挑战和情境，进而推进其综合能力的发展，实现最大程度的学习效益。