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李咏梅等:北京大学工学院新工科个性化人才培养模式探析——基于学生体验的视角


李咏梅等:北京大学工学院新工科个性化人才培养模式探析——基于学生体验的视角

以下文章来源于高等工程教育研究,作者李咏梅 等


| 全文共8268字 |

本文由《高等工程教育研究》授权发布

作者:李咏梅 周虹 章盛祺

摘要

新工科背景下的个性化人才培养离不开学生的参与和反馈,学生对教育质量、成长环境的评价是新工科改革发展的重要依据。本文以北京大学工学院本科生为研究对象,利用问卷调查和半结构化访谈的方法,透过学生体验的视角探析工学院新工科个性化人才培养的现状及效果,明晰新工科个性化人才培养模式的关键举措和未来方向。

关键词:新工科;个性化;培养模式;工学院


一、引言


历史已经证明,每次工业革命的产生都会推动教育的根本性变革,并创建相应的教育体系,以满足新的生产模式与价值模式的需求,因此,新工业革命必将推动工程教育的全面改革。[1]新工科建设是在“卓越计划”已取得的工程教育改革成果的基础上,调整和转变学科专业建设思路,从适应产业需要转向满足产业需要和引领未来发展并重,拓展和提升工程教育改革内涵,将工程教育改革拓展到多学科交叉领域、提升到国家战略和未来发展的高度。[2]


北京大学的工程教育历史悠久,1910年有了工科分科大学,1952年创立全国第一个力学专业,以此为基础,2005年北京大学重建工学院,除了原有力学系的理论与应用力学、工程结构分析2个本科专业外,新增了能源与环境系统工程、航空航天工程、材料科学与工程、生物医学工程、机器人工程5个新工科专业[3],成为探索新工科模式下个性化人才培养的重要试验田。


以学生体验为视角探析北京大学新工科建设的创新内涵与社会影响力,能够将新工科个性化人才培养的目标贯穿工学院学生培养的全过程。因此,本文以北京大学工学院本科生为研究对象,利用问卷调查和半结构化访谈,通过剖析学生的专业、兴趣、毕业意向等个性化发展内容,总结工学院新工科个性化人才培养模式的成就和不足,启迪和优化工学院新工科个性化人才培养的未来方向。


二、研究方法


本文综合采用问卷调查和半结构化访谈的方法。[4]其中,“北京大学工学院新工科个性化人才培养模式调查问卷”共包含了37题项,内容涉及学生基本信息、专业兴趣、课程体系、职业发展、学生评价等方面。部分题项采用李克特五分量表,对于无法量化的题项,附加以单选题、开放题等题型,进行非量化分析。同时,通过半结构化访谈进一步收集数据并深入分析。


北京大学工学院本科4个年级、6个专业(机器人工程专业2019年开始招生,此专业学生未参与问卷调查)的107位学生参与问卷调查,共回收有效问卷107份,问卷回收率100%。参与主体的年级、专业分布如图1所示,通过信度分析,得出定量题的克隆巴赫系数为0.756,表明问卷的信度符合要求。图1展示了参与问卷调查的学生的年级和专业分布,其中参与调查的各专业学生的比例与实际各专业学生的总人数比例较为一致。




三、工学院新工科个性化人才培养的关键举措


1.秉持个性化的培养理念


工学院允许本科生基于个人兴趣自由选择专业。虽然雄厚的数理基础是工学院开展工程教育和新工科建设的核心优势和关键特质,但帮助学生结合自身兴趣形成对工科专业的个性化认知亦是工学院工程教育的着力点之一。工学院将各个专业学生的兴趣划分为数理、工程和生化3个方向,分别代表学生对数理类学科的学习和研究兴趣,对工程应用的研究和实践热情,对生物和化学等实验科学的学习和研究兴趣,三者并非完全独立而是存在交叉。上述3类兴趣方向的划分兼顾学生的学科探索兴趣和工程应用兴趣,反映学生探索高深知识和应用高深知识的旨趣,体现当前工学院多学科交叉融合、基础与应用研究并重的学科发展现状。此外,3类兴趣方向与当前工学院的6个本科专业密切相关,各个专业均设有工程应用类的培养方向和相关课程,这就意味着,各个专业的培养方案均能够满足上述3类学生中的至少两种。其中,能源与环境系统工程专业在工程应用背景下明确区分了数理和生化两个方向,其他专业虽未明确进行方向区分,但实际上亦有所体现。例如,材料科学与工程专业既有侧重化学实验的方向,也有侧重材料化学数值模拟,需要较强数理基础的方向。


从工学院各专业学生对不同科研方向的兴趣看(如表1所示),除理论与应用力学专业(理科)的学生对数理方向更有兴趣外,其他专业的学生对工程方向的兴趣值均显著高于对数量方向的兴趣值,表明工学院关注学生个体兴趣的个性化培养理念得以贯穿到新工科人才培养全过程。除此之外,生物医学工程专业的学生对生物、化学方向也有比较强的兴趣。


注:括号内为标准差。


从整体上看,工学院大部分学生对数理类和工程类均具有较高的兴趣值,而对生化类的兴趣值总体较低,超过1/3的学生对生化类的兴趣值仅为1(如图2所示)。这一结果表明,在现行工科人才培养模式下,学生对工程教育的理解仍停留在传统工学层面,对新工科的认识不足。因此,走内涵式发展道路是工学院新工科建设的必由之路。注:括号内为标准差。




具体到专业细分和研究方向,基于学生兴趣的个性化培养理念能够为优化不同专业培养方案、推行交叉学科人才培养,落实新工科个性化人才培养指明方向。[5]表1所示的兴趣值方差显示,对于研究方向相对具体的专业,学生在对应方向的兴趣值不仅均值较高,而且较为集中(方差较小)。例如,理论与应用力学专业学生对数理方向的兴趣和航空航天工程专业学生对工程方向的兴趣。相较而言,在能源与环境系统工程这类综合性较强的交叉学科专业中,学生对数理、工程及生化三类不同研究方向的兴趣值显示出较大的个体差异,表明以学生兴趣为导向明确交叉学科专业的培养方向是新工科专业建设的有效途径之一。目前,工学院能源与环境系统工程专业培养方案的形成正是基于这一思路,将培养方向细分为数理方向(面向石油工程、动力工程等)和生化方向(面向生物资源、污染治理等)。


2.构建个性化的课程体系


从学生需求的角度看,个性化课程体系与基于学生兴趣的个性化培养理念密切相关;从学院供给的角度看,工学院将坚持专业教育与通识教育相结合的理念贯穿新工科人才培养始终。[6]综合学生需求和学院供给,工学院得以将上述3类兴趣方向落实到培养方案当中,探索切实可行的新工科个性化人才培养模式。例如,能源与环境系统工程专业在基于学生兴趣划分数理和生化两个大类方向的基础上,在专业必修课程模块中分别开设更高标准的数理类和生化类课程;同时,各个专业在专业选修课程模块中均开设了数学、物理、化学、生物、计算机和工程实践类课程,满足不同学生的兴趣。此外,工学院充分利用北京大学数理等基础学科的优势,给予学生选修其他院系课程的自由,学生因而可以通过选修其他院系相关课程满足自身兴趣,同时完成培养方案中的选修课程要求。


兴趣导向的学习方式直接影响学生的选课及其对不同课程的投入。图3展示了联系学生兴趣值与专注度的结构方程模型的标准化路径图,单向箭头的数字代表标准化路径因子,双向箭头的数字代表变量标准化相关系数。该模型的适配度指数(GFI)为0.941>0.9,调整后适配度指数(AGFI)为0.862,接近0.9,说明模型与数据符合较好。


图3 工学院学生兴趣驱动的专注度模型


兴趣驱动的专注度模型表明,在某一方向具有强烈兴趣的学生将在兴趣驱使下在该方向投入相对较多的时间和精力,这与“学生中心”的工程教育认证理念不谋而合。此外,学生在不同方向的兴趣值存在一定的相关关系。例如,数理方向与工程方向的兴趣、工程方向与生化方向的兴趣之间存在较弱的正相关关系,数理方向与生化方向的兴趣之间存在负相关关系。上述相关关系表明,学生的兴趣并不全面,对某一方向的兴趣可能具有排他性。因此,课程体系的构建需要利用通识课程拓宽学生的知识与视野,弥补专业教育的不足。基于此,工学院推行模块化课程体系(如图4所示),即公共基础课程+核心课程+限选课程+通识与自主选修课程,其中公共基础课程包括全校性公共必修课和学科基础课程,核心课程由不同专业设置,限选课程包括专业基础课程、专业课程、专业实习或实践及毕业论文/设计,通识与自主选修课程包含专业选修课、本专业认可的其它专业选修课及各通识大类的通选课。通常情况下,限选课程和通识与自主选修课程中,学生可依据个人兴趣和专业方向在工学院范围内或工学院外的其他院系选修与自身专业密切相关的课程。


从选课动机看,72.0%的学生将毕业学分要求加入考量,58.0%的学生考虑了具体方向要求,37.4%的学生考虑辅助主修课程学习,15.9%的学生将选修课程作为转专业的预备工作,另外48.6%的学生则为了开拓视野选修课程,还有28.0%的学生选修一些课程是兴趣使然。这就意味着,除了基于专业发展的考虑,还有很大一部分学生为了提升自身能力和综合素养,或者出于兴趣而选修课程。从选课类型看,工学院学生的选课具有多样化的选择。56.1%和40.2%的学生选修专业相关的课程和其他工学课程,43.0%的学生选修理学学部的课程,42.1%的学生选修经济和管理类课程,另有43.9%的学生选修艺术、人文类课程。学生选课类型的多样化反映出工学院课程体系的构建强调通识教育与专业教育有机结合,这一方面与麻省理工学院工学与艺术、人文社科等相融合的模式具有相似性。但另一方面,工学院结合北京大学的优势与特色,充分利用文、理、医学科的综合优势建设新工科,培养具有北大特色的新工科人才。


学生选课的不同动机反映出工学院课程体系构建的个性化特征,在综合考虑专业要求和学生兴趣的情况下明确培养方向和课程设置。


3.营造个性化的培养环境


工学院个性化的培养环境主要体现为对学生个体发展需求和社会发展需求的兼顾,并通过支持学生科研和“业界导师”项目加以落实。


工学院鼓励学生参与科学研究,并为本科生进入实验室接触科研工作、获得科研体验提供便利条件和经费支持。因此,学生可以基于个体兴趣参与数理、生化、应用等不同方向的课题组,选择在基础研究或应用研究领域增进科研体验,且工学院大部分课题组能够兼顾基础与应用研究。目前,工学院大部分专业的学生在数理、生化学科方向上具有较大的选择空间,例如,理论与应用力学专业(理科)学生除了可选择流体力学、固体力学等基础研究方向,还可以选择侧重应用的系统控制、飞行器设计等应用研究方向,以及生物力学、燃烧学等兼具生物和化学背景的方向。需要指出的是,虽然不同专业的学生具有选修不同兴趣方向课程和参与不同兴趣方向研究的自由,但由于部分专业课程体系的限制,可能存在难以进入某一类兴趣方向课题组的现象。例如,工程结构分析专业的学生,尽管可以选修生物、化学方向的课程并计入毕业学分,但由于数理类和生化类专业课程差异较大,学生通常很难适应生物、化学方向的课题组。实际上,工程结构分析专业的学生对数理(3.33)、生化(1.77)和工程(4.05)方向的兴趣值也表明,学生并非盲目选择某一兴趣方向,而是结合其所在专业和个体兴趣的理性选择。


“业界导师”项目是工学院面向产业培养新工科个性化人才的重要举措,即邀请在产业界经验丰富的工程师担任学生的课外导师。访谈中,学生普遍对“业界导师”表示认可和支持并希望项目能够继续推广。“业界导师”项目在关注学生个性化发展的同时帮助学生增进对工程的理解,同时推进工学院人才培养紧贴产业发展,保证新工科个性化人才培养的前沿性和动态性。


透过学生视角审视工学院人才培养模式与社会发展需求的匹配程度,结果显示,26.2%的学生认为工学院培养的人才能引领社会工业的发展,1.87%的学生认为工学院培养的学生与当今工业发展需求完全一致,58.9%的学生认为工学院的学生专业素质很高,只需要稍加适应便可满足工业发展需求。这就意味着,从学生这一主体出发,工学院人才培养模式具有较高的认可度,人才培养模式不仅贯彻了“学生中心”的理念,而且体现出工程教育“回归工程”的趋向,与社会发展需求和产业发展动态具有良好的契合性,具有创新性和前瞻性。


需要指出的是,未来仍需从行业企业和校友角度进一步挖掘“业界导师”项目的潜力。[7]


四、工学院新工科个性化人才培养的未来探索


1.注重创新创业教育的融入


创新创业教育是新工科建设中的重要环节,亦是培养学生创造力和领导力的重要举措。然而,当前新工科建设仍面临着创新创业教育与工程教育分离、工程教育教学与实践一定程度上忽视了将创业作为学生的职业生涯发展的选择之一的问题。


工学院学生毕业意向调研亦表明,将创新创业教育融入工程教育是新工科个性化人才培养亟需解决的重要课题。从工学院学生毕业意向统计看(如图5所示),从事科研工作的平均意愿值为3.50,显著高于进入企事业及政府部门工作(2.94)和创业(2.16)的平均意愿值。虽然工学院学生创业的意愿值较低,但有创业意愿的学生群体的意愿值高达4或5,表明仍有部分学生对创业具有较高的热情。然而,当前工学院新工科人才培养模式中仍缺乏创新创业课程的融入、创新创业政策的支持和业界指导,为工学院优化新工科个性化人才培养模式指明了方向。



2.关注新工科教师的专业发展


新工科交叉融合、紧贴产业行业前沿的特性对教师的多元知识结构、工程实践经历、动态学习能力和教学组织能力等提出了新的要求。[8]因此,关注新工科教师的专业发展是完善工学院新工科个性化人才培养模式的必由之路。


现阶段,工学院各专业对教师的满意度整体较高,但不同专业类型间存在差异(如图6所示)。学生对数理类教师的满意度均值(4.22)高于工程类(3.97)和生化类(3.39),这与不同新工科专业的课程教学内容密切相关。力学专业具有悠久的发展历程和扎实稳固的科研传承,与此相对应,力学专业的教师队伍在数学和力学课程讲授方面积累了丰富经验,学生也得到了数理类课程严格、系统的训练,因而具有较高的满意度。工程类课程汲取了数理类的优势,学生亦获得了较好的学习体验。然而,学生对生物、化学类课程教师的接受程度相对较弱,原因在于,不同于大多数数理类课程,此类课程尚未形成成熟的体系,课程内容繁多冗杂、前沿成果更新较快,因此,授课教师在课程教学过程中拥有较大自由度,学生在学习过程中不容易掌握系统的模式和方法,因而学习效果相对较弱。学生访谈调查结果也表明,生物医学工程、材料科学与工程、能源与环境系统工程的教师在教材选择、课件准备、教学组织形式等方面存在差异。这也就意味着,交叉学科专业的学生培养不同于传统工科专业,更加需要将前沿的科研成果和技术动态持续更新到课程教学内容中。因此,新工科教师不仅需要具有复合型的知识结构,而且要能够对产业前沿保持敏感性,同时需要适当改变传统的工科教学方式,利用基于项目的学习、基于问题的学习、基于案例的学习等研究性学习方法开展教学。[9]这就要求关注新工科教师的专业发展,同时,改变传统重科研、轻教学的教师激励与评价制度,并为新工科教师专业发展提供必要培训。




3.拓展社会实践与国际交流的渠道


社会实践和国际交流是工学院新工科人才培养模式中的关键环节,是激发学生兴趣和潜能、提升学生实践能力、增进学生工程国际视野的重要举措。


目前,工学院学生实践主要依托实习或实践类课程进行。国际交流方面,生物医学工程系采用统一课程安排的形式进行,即学生在三年级时统一前往佐治亚理工进行为期三个月的学术交流,其他专业则尚未形成统一的课程安排。学院层面,工学院为学生提供为期半年的GLOBEX国际交流项目,项目通过不断改进课程内容和时间安排以更加适配学生的培养方案。


从学生反馈看,工学院学生对社会实践丰富程度和国际交流丰富程度的评价值分别为3.11和3.13。这就意味着,拓展社会实践与国际交流渠道是工学院新工科个性化人才培养仍需改进的地方。一方面,通过加强宣传和提升学生获取相关资源的主动性,帮助学生形成对社会实践与国际交流的正确认知。另一方面,将社会实践与国际交流纳入常态化课程教学中,基于学生个体兴趣提供多样化的实践与交流机会。


五、结语


北京大学工学院新工科人才培养模式建立在北京大学办学定位与特色基础上,能够充分利用北京大学文理学科的优势,有其特殊性。从学生体验角度出发,工学院新工科人才培养模式有着较高的学生认同度(如图7所示)。6.54%和9.25%的学生认为工学院的工程教育处于国内顶尖和一流水平,52.3%的学生认为工学院工程教育独具特色,不必与国内其他高校比较;另有25.2%的学生认为工学院具有很鲜明的理科特征,与传统的工科人才培养模式有显著的差异。[10]由此观之,工学院基于自身优势培养新工科个性化人才取得了显著成效,基于学生兴趣的个性化培养理念贯穿课程体系构建和培养环境营造,获得了学生这一培养对象的较高认同。未来工学院新工科个性化人才培养在创新创业教育、教师专业发展、社会实践与国际交流等方面仍有较大的探索空间。



参考文献:
[1]周开发,曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究,2017,5(3):22-35.
[2]林健.新工科建设:强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究,2017(3):7-14.
[3]李咏梅,周虹.北京大学工学院产学研探索思考与发展之路[J].高教学刊,2017(9):12-14.
[4]林健,彭林,Brent Jesiek.普渡大学本科工程教育改革实践及对新工科建设的启示[J].高等工程教育研究,2019(1):15-26.
[5]林健.第四次工业革命浪潮下的传统工科专业转型升级[J].高等工程教育研究,2018(4):1-10+54.
[6]林健.引领高等教育改革的新工科建设[J].中国高等教育,2017(Z2):40-43.
[7]林健.形成具备竞争优势的卓越工程师培养特色[J].高等工程教育研究,2012(6):7-21+30.
[8]林健.面向世界培养卓越工程师[J].高等工程教育研究,2012(2):1-15.
[9]周治金,杨文娇,赵晓川.大学生创造力特征的调查与分析[J].高等教育研究,2006(5):78-82.
[10]陆根书.学习风格与学习成绩的相关分析[J].高等工程教育研究,2005(4):44-48.

作者简介:
李咏梅,北京大学工学院助理院长,创新教育中心主任、副研究员;
周虹,北京大学工学院科技开发办公室副主任、讲师;
章盛祺,北京大学工学院博士研究生。
本期编辑 | 慕编组 顾聚邦
转载自:《高等工程教育研究》2019年第六期24-29页
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