教学学术 | 基于班主任负责制的项目式教学法在“工程实践”课程中的应用效果

2023-04-11 3022

 

文章原载于《教学学术》辑刊,作者:上海交通大学学生创新中心李劲松,陶波。

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摘要:为适应在“新工科”背景下,国家以及行业企业对于实践教学环节的更高要求,整合中心内外部资源,打造了工科大平台课程——“工程实践”,提出了基于班主任负责制的项目式教学法。采用大班上课加小班指导、线上资源加线下实操、知识技能学习加工程项目开发,个人学习加团队协作的实施推进模式。结果证明,这种模式有效提高了学生的基本工程实践能力、工程综合应用能力以及知识与技能交叉融合能力。可以有效解决高校实践类课程在具体实施环节中的短板问题,为实践类课程的开展、项目式教学的实施摸索出了一条值得借鉴和推广的新路。

关键词:工程实践;工程技能训练;项目式教学法;班主任负责制

 

 

 

 

1. 引言

 

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在“新工科”背景下,国家以及行业企业对于学生动手能力、创新实践能力的要求越来 越高,各高校对实践教学环节的要求和定位也随之发生转变,传统的“金工”加“电工”的带教实习模式,已难以践行“价值引领、知识探究、能力建设、人格养成”的四位一体的人才培养理念[1-4],课程改革与实践实训新模式的探索势在必行。为适应大工科平台建设,整合内外部资源,开设了面向大一学生,可以覆盖电信、机动、船建、材料、医学、生医工、航空航天等学院专业,每年受益学生超过1800人的全新大平台课程——“工程实践(ME210/S11210)”。自2020春季学期起,采用基于班主任负责制的项目式教学法推进课程实施,既可以合理统筹所有资源,又可以精细化实施,有效解决了实践教学环节的发展困境。

 

 

2. 项目式教学法

 

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目前,大部分高等院校均把实践类课程作为培养学生动手和创新能力的主要载体。但其中绝大多数实践课程还是沿用传统的教学模式,对于培养学生的动手和创新能力的效果不佳,学科交叉及校企合作不足,不能满足学科融合及产业发展需求,无法真正发挥公共实践平台的作用。

项目式教学法是设置一系列完整的有挑战性的任务或研究项目,使学生在完成的过程中将理论和实践有机结合,它以任务为导向,以培养学生的各种能力为首要教学任务[5-7]。与传统教学方式相比,项目式教学法在教育理念、教学目标、教学环境、教学过程和教学手段等方面都发生了很大变化[8-10]。开设的“工程实践(ME210/SI1210)”课程是高校在人才培养过程中的重要实践教学,它以实际工程环境为背景,以工程项目、产品制造、动手实践为主线通过实物设计、加工、装配、调试、演示等环节的设置给学生以工程实践的真实体验,让学生真实感受到什么是工业制造和工程文化,激发其工程创新能力,提高工程综合素养。基于此,设计了以工程技能训练和工程项目实施为双抓手的项目式教学模式。

 

 

3. 项目式教学法组织与实施

 

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通过工程技能训练使学生掌握基本的仪器、设备、工具等的使用方法以及相关工艺操作的基本技能,让学生在亲自动手体验的过程中,达到提升基本工程实践能力的目的;通过工程项目实施的综合训练使学生熟悉项目开发以及产品对象分析、设计、制造与实际运行的完整过程,培养初步的工程综合问题解决能力;通过与竞赛及“大创”等项目活动的融合,培养多专业领域知识与技能交叉与融合的意识和能力,激发学生的工程创新能力。具体的工程实践课程项目式教学的实施流程如图1所示。

图1 项目式教学实施流程

 

  3.1 课程整体安排 

“工程实践”课程按照概论、工程技能训练,工程项目实施等环节顺序开展。概论课主要为工程学导论及项目式教学介绍;工程技能训练则从传统制造方法(车、钳、铣、磨、饭金)、现代制造方法(CAD、3D打印、激光加工、数车、数铣、线切割)、电计子设方法(Arduino、树苺派、电子元件认识与焊接)、能智控制方法(MATLAB、LabVIEW、机械臂控制)等几方面按照模块化,根据不同专业方向组合实施教学;工程项目实施则主要采取班主任负责制组织推进。

  3.2 项目教学班主任制度 

在工程项目实施阶段,为保证教学质量,实施小班化管理,由班主任全面负责各教学班 的项目指导工作,班主任具有扎实的专业理论知识和丰富的实践教学经验,同时考虑机械类专业与电类专业的老师相互配合进行指导。一般情况,下每两个教学班(约40人)配置1名班主任及1名副班主任,班主任与副班主任通过双向选择进行搭班配合,并由电子抽签决定要指导的(工程技能训练课表)班级。

班主任人选采取全校遴选的机制,为体现对班主任工作付出的认可,出台明确的政策,将班主任工作计入相应的课时工作量。在学期末,结合所指导班级的项目成绩、班主任的评 教结果,进行优秀班主任的评定。班主任的期末评定成绩将作为年度考核优秀的重要参考依据,以鼓励和肯定班主任的工作成果,进而保证“工程实践(ME210/SI1210)”课程项目式实践教学效果。班主任的工作内容主要包括:

(1)过程管理。全面负责班级的教学管理工作,如教学班的开题/立项、项目推进、结题等环节的教学组织和指导;开题前每个学生的项目建议书、各项目团队开题报告、结题材料(结题报告、答辩PPT,组内互评表、例程代码、图片及视频文件)等的收集与整理工作;项目与成绩评定相关的工作包括各给分点的作业审阅、评分、汇总,以及学生采购材料发票的收集汇总等。

(2)项目指导。开题/立项时的项目立意、方案的引导与指导;开题至结题时间段内,督促项目实施,包括技术方案、成本规划等;在项目加工、组装、调试等各个环节给予必要的引导指导和帮助;帮助学生协调好各类加工、制造、FabLab(fabrication laboratory,微观装配实训室)资源在课程项目实施过程中的使用等。

(3)注重学生能力的培养。在项目指导过程中,以学习方法传授和能力培养为重点,引导学生充分利用个人或团队的知识、经验和能力解决项目开发过程中的问题;帮助学生理解工程文化、培养工程意识,提升项目实践综合能力,同时培养和增强学生团队协作、攻坚克难追求卓越的能力和信心。

  3.3 学生项目的组织与实施 

原则上要求学生4人一组(根据实际情况亦可3人或5人一组)为单位进行项目实施推进。班级的每位同学都需提出一个项目方案或项目建议,通过PPT在全班展示;班主任和其他同学共同投票,由班主任结合票数及项目综合因素(特别需要项目具有一定挑战度)确定班级最终立项实施的项目,并由该项目提出者组队,招募其他感兴趣的同学加入,进而选出组长,结合分工推进项目。

1)项目要求

(1)项目基本要求。要求所设计的项目要以工程实践课程所学内容为基础,利用所学的技能进行机械结构和电控系统的设计与制作。其中,机械结构需自行设计并利用设备资源进行加工、制作;电控系统建议使用Arduino或树苺派加外围器件的形式进行设计。

(2)项目成果要求。以完成度作为首要衡量目标,此外应具有一定的功能性和创新创意设计,还要具备一定的欣赏性或趣味性。

(3)项目选题及应用方向。鼓励学生关注社区、教育、环保、健康、源能、交通等可持续发展领域,争取结合创新理念和前沿科技,打造具有社会和产业价值的全新作品。在应用方向上不做限制,学校,居家、医用、工业、农业、航空航天、艺术品、玩具等均可。

2)项目推进流程

项目的推进按计划进行,以一学期16周为例,第1周为概论及项目导引;第2~7周为必修模块的学习和资料收集、项目建议;第8周为项目开题,包括项目的遴选、组队、分工等;第9~12周为补充模块学习,包括项目启动推进、方案细化、材料采购等;第13周为中期检查,包括进展汇报、问题集中和协调解决;第14~15周为组装调试、功能验证,结题材料准备;第1 6周为结项,包括项目汇报、实物与视频展示、提交报告。之后的2周进行材料归档、成绩统计、学生发票汇总等工作。图2为某个学生具体的项目制作开发流程。

图2 学生项目样例制作开发流程

3)补充说明

为保证项目实施,每位学生的材料采购预算为150元人民币,一组项目(以4人为例)的材料采购预算约为600元人民币,用以采购电控类模块元器件、结构类非标组件等。结题报告中应包含项目费用明细,超支部分原则上不予报销。学生亦可通过某些手续免费领取金属、非金属板材、型材、管材等材料。同时,24小时开放所有创新实验室、工坊、FabLab并配备助管值班为项目提供加工、制作、调试服务。为公平起见,选择Arduino作为核心控制的组别与选择树苺派的组别分开进行展示评比。

 

 

4. 学生成绩评定

 

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“工程实践(ME210/SI1210)”课程学生成绩实习成绩和理论成绩构成,其中实习成绩占了90%,具体如图3所示,这会在第一次课就告知学生。

图3 工程实践(ME210/SI1210)

课程学生成绩构成

学生总成绩由工程技能训练模块、安全教育理论以及项目三部分的成绩组成。项目成绩中的个人项目建议、项目开题与结题报告成绩由班主任评定给出;个人贡献度由组内成员按照打分规则互评给出;项目评审成绩在项目结题汇报时,由班主任、全体学生、院系专家、企业导师按照权重打分给出。企业导师一般为获得聘任资格的行业龙头企业公司的工程技术人员,一般每次邀请2~3名。

 

 

5. 效果

 

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 5.1 学生评价  

随着课程改革的不断深入,学生对于课程体系的评价越来越高,评教分数逐年提升。“工程实践”课程学生评教情况如表1所示。

  5.2 项目产出 

为鼓励优秀项目及学生的持续投入和参与,每个班级遴选出2个项目参加学期结束时的项目路演,中心邀请院系专家、企业导师集体为优秀项目把脉,并评出特等及一、二、三等奖,获奖学生将获得额外的材料费报销额度,以及直接申报”大创"的资格。在此基础上,还会从中选拔参加全国大学生工程训练综合能力竞赛以及其他学科竞赛的学生,进行后续培养。优秀项目展示及评选现场如图4所示。

图4 优秀项目展示及评选

经过一段时间的建设,“工程实践”课程获得了“2021年度上海高校市级重点课程”项目立项。此外,在课程项目研究的基础上,学生在其他科创项目和竞赛中也屡获佳绩。据不完全统计,自课程开设以来,学生在项目研究的基础上产生的各类科创项目和参加竞赛的情况如下:①42项获得第37—40期的PRP项目立项,其中获得优秀7项;②39项获得大学生创新实践计划项目立项,其中晋升5项,获得优秀4项;③273项参加2021年第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛,其中获得金奖5项、银奖2项、铜奖3项;④在2021年第十届上海市大学生工程训练综合能力竞赛中,获得特等奖3项、一等奖2项、二等奖3项。

 5.3 后续优化方向 

课程运行近2年来,取得了非常好的效果。学生给予了高度评价,学生在各种竞赛和科创项目中的表现也前所未有的优秀。但项目式的课程形式毕竟是一种探索,还有较大的改进空间,包括:①形成班主任月会(或半月会)制度,可以针对学生的各种问题进行集思广益,群策群力,避免单兵作战的局限;还可以每学期期中、期末,召集学生进行座谈,广泛听取学生对于课程实施的意见建议,及时总结完善;引入第三方进课堂收集学生意见,如中期学生反馈服务,也可以最大限度获得学生的真实想法,一起改进教学。②形成班主任培训制度,对于没有担任过班主任的教师进行岗前培训,通过与经验丰富的班主任进行充分交流以提供带教能力,或者让没有经验的班主任先从副班主任做起。③项目推进过程中形成每周答疑、每半月提交进度报告制度,除QQ与微信群外,还应保待与学生面对面的联系沟通,随时关注项目的动态进展。④充分调动多方资源,包括学长、院系同行、校外优秀企业专家等,对项目进行把关、指导,以培育更多优秀的项目,培养更多优秀的学生。⑤遴选优秀或有潜力的项目和学生,继续以PRP、大创、互联网+等形式进行深入研究,建究立课内与课外联动机制,保证创新的延续性。

 

 

6. 结论

 

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实践证明,通过班主任负责制的工程项目实施,可以实现点对点、一对一的指导要求。既可以合理统筹资源,又可以展开精细化的教学指导,有效解决了实践教学环节的发展困境。学生通过短短一个学期的学习,就获得了初步的工程综合应用能力,具备了对于多专业领域知识与技能交叉融合的意识和能力。经过多轮迭代“工程实践(ME210/SI1210)”课程体系正日趋完善,课程建设与课程改革将向更深层次推进。同时,这些实践经验也为其他高校实践类课程的开展、项目式教学的实施摸索出了一条值得借鉴和推广的新路。

 

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编辑:张兴旭

审校:王力娟

终审:张 瑞