基于“主題+案例”式的“卓越計(jì)劃”教材編寫

韓東太 郭楚文 邵衛(wèi)

摘 要： 針對傳統(tǒng)教材編寫時(shí)重理論輕實(shí)踐、缺少與工程人才培養(yǎng)相適應(yīng)的編寫思路等問題，本文以《能源與動(dòng)力工程測試技術(shù)》教材編寫實(shí)踐為例，探討提出建立基于“主題+案例”式的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”教材編寫新模式，將教材內(nèi)容劃分為若干知識點(diǎn)，每個(gè)知識點(diǎn)概括出一個(gè)主題，每個(gè)知識點(diǎn)設(shè)置一個(gè)案例模塊為主題服務(wù)，每個(gè)知識點(diǎn)按照“做什么—為什么—怎么做—看我做—你來做”的思路組織內(nèi)容，與基于問題的項(xiàng)目主題式課堂教學(xué)活動(dòng)相適應(yīng)，突出實(shí)踐性、創(chuàng)新性、綜合性、探究性四個(gè)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃” 教材 主題 案例

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡稱“卓越計(jì)劃”）強(qiáng)調(diào)以學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，行業(yè)企業(yè)深度參與制定行業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；強(qiáng)調(diào)在培養(yǎng)過程中為學(xué)生為工程實(shí)踐提供場所、為科研訓(xùn)練創(chuàng)造條件，以培養(yǎng)出具有工程能力和創(chuàng)新能力的工程人才為目標(biāo)[1]。這使得人才培養(yǎng)理念、課程設(shè)置、教學(xué)手段、培養(yǎng)模式等都需要重新建構(gòu)，教材建設(shè)是“卓越計(jì)劃”順利實(shí)施的重要保障，也是教學(xué)改革的重要環(huán)節(jié)之一。

一、傳統(tǒng)專業(yè)教材不適應(yīng)“卓越計(jì)劃”人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求

傳統(tǒng)教材重視概念表述的嚴(yán)謹(jǐn)與準(zhǔn)確，注重?cái)?shù)學(xué)表達(dá)式和數(shù)學(xué)運(yùn)算的完整，重視分析、推理過程，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的理論功底，相比之下實(shí)踐能力的培養(yǎng)明顯不足，不能適應(yīng)“卓越計(jì)劃”實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)和工程人才的培養(yǎng)要求。

1.重理論、輕實(shí)踐，缺少與工程人才培養(yǎng)相適應(yīng)的編寫思路，缺乏運(yùn)用理論知識解決實(shí)際工程問題的典型案例。傳統(tǒng)教材多采用與以教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)活動(dòng)相對應(yīng)的“概念解析—原理揭示—證明推導(dǎo)—例題—結(jié)論”的思路設(shè)計(jì)章節(jié)內(nèi)容，而不是以學(xué)生為主體建構(gòu)，搭建與實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)相適應(yīng)的基于“提出問題—分析問題—解決問題”的啟發(fā)、參與、討論式的內(nèi)容架構(gòu)；傳統(tǒng)教材中應(yīng)用理論知識解決實(shí)際工程問題的典型實(shí)例較少，而且案例陳舊，與當(dāng)下先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)脫節(jié)，教材配套的習(xí)題脫離生產(chǎn)實(shí)踐，名詞解釋、簡答題、證明題等理論問題居多，工程設(shè)計(jì)等生產(chǎn)實(shí)踐問題偏少[2]。

2.缺乏多學(xué)科交叉知識。傳統(tǒng)教材在編寫時(shí)往往會(huì)把教材名稱的概念內(nèi)涵先界定好，知識體系涵蓋范圍僅以某個(gè)學(xué)科為背景，針對某個(gè)專業(yè)作為專門教材使用，然后以此編制大綱目錄[2]，缺少學(xué)科交叉知識內(nèi)容。然而當(dāng)下各類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢都是在相向而行、交叉耦合的。比如國家近期力推的綜合智慧能源——“智慧能源”（能源互聯(lián)網(wǎng)）+“綜合能源”（多能互補(bǔ)）就是計(jì)算機(jī)、通信、能源動(dòng)力等學(xué)科交叉融合的成果。學(xué)科交叉不僅是科技發(fā)展的必然趨勢，而且是培養(yǎng)復(fù)合型工程人才的必由之路，以能源動(dòng)力工程專業(yè)的課程體系為例，就涉及熱學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科。

3.教材內(nèi)容不接地氣，行業(yè)企業(yè)參與深度不夠。一本好的教材不僅要做到表述嚴(yán)謹(jǐn)、思路清晰、計(jì)算方法正確，還要做到敘述深入淺出、化繁為簡，使學(xué)生樂學(xué)易學(xué)。傳統(tǒng)的教材較多由校內(nèi)的教師編寫，缺少來自行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)一線的專家。教師對概念、基本原理知識理解透徹、把握準(zhǔn)確，但由于缺少工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，教材中的案例多是“編”故事、“舊”故事，可信度不高，缺少說服力，缺乏時(shí)代特征，不接地氣。如果將行業(yè)企業(yè)的一線專家納入編寫隊(duì)伍，和校內(nèi)作者一起既有分工又有協(xié)同，就一定能講好“專業(yè)故事”，使抽象枯燥的理論知識變得生動(dòng)有趣。

二、基于“主題+案例”的“卓越計(jì)劃”教材編寫模式

按照“主題+案例”模式搭建教材主體結(jié)構(gòu)，其目的是對標(biāo)“通用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及高校的專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)”，把知識能力要求落實(shí)到具體教材中[3]，讓讀者既可以掌握“主題”相關(guān)理論基礎(chǔ)知識，又可以通過“案例”熟悉生產(chǎn)實(shí)踐相關(guān)工程知識，其特點(diǎn)是按照學(xué)科知識體系和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)規(guī)范將教材內(nèi)容劃分為若干知識點(diǎn)，每個(gè)知識點(diǎn)概括出一個(gè)主題，每個(gè)知識點(diǎn)設(shè)置一個(gè)案例模塊，包含若干個(gè)小案例，為主題服務(wù)；教材最后一章為一個(gè)大的案例模塊，包含若干個(gè)綜合案例，為全書的主題服務(wù)。以能源與動(dòng)力工程“卓越計(jì)劃”專業(yè)《能源與動(dòng)力工程測試技術(shù)》教材編寫為例，教材將溫度、壓力、流量等能源動(dòng)力工程領(lǐng)域主要熱工參數(shù)作為各個(gè)知識點(diǎn)的主題，將生產(chǎn)過程中具體的測量實(shí)踐作為案例，所有案例都針對各自的主題，為各自的主題服務(wù)，如圖1所示。

教材中每個(gè)知識點(diǎn)按照“做什么—為什么—怎么做—看我做—你來做”的思路組織教材內(nèi)容，與基于問題的項(xiàng)目主題式課堂教學(xué)活動(dòng)五個(gè)階段[4]一一對應(yīng)，即“教師指導(dǎo)的問題情境創(chuàng)設(shè)—小組討論式自主學(xué)習(xí)—教師引導(dǎo)的理論提升—教師激勵(lì)的能力培養(yǎng)和反饋評價(jià)”，如圖2所示，基于問題的項(xiàng)目主題式課堂教學(xué)活動(dòng)精髓是學(xué)生在教師指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探究，把被動(dòng)接受學(xué)習(xí)的過程變成主動(dòng)發(fā)現(xiàn)知識、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的過程。

三、基于“主題+案例”的“卓越計(jì)劃”教材應(yīng)凸顯四個(gè)特點(diǎn)

“卓越計(jì)劃”教材內(nèi)容應(yīng)與實(shí)踐相結(jié)合，符合工程實(shí)踐人才培養(yǎng)認(rèn)知規(guī)律，以現(xiàn)場實(shí)例引入教學(xué)內(nèi)容，以解決工程實(shí)際問題為目標(biāo)，而不僅僅是理論知識的簡單堆砌。教材內(nèi)容的編寫應(yīng)該遵循教育教學(xué)規(guī)律、符合學(xué)生認(rèn)知習(xí)慣、滿足工程人才培養(yǎng)要求，讓學(xué)生準(zhǔn)確地把握本教材的教學(xué)目的，明晰通過本課程學(xué)習(xí)可以學(xué)到哪些知識，對應(yīng)的知識點(diǎn)可以解決工程現(xiàn)場的哪些具體問題。教材的編寫應(yīng)理清思路，突出重、難點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步培養(yǎng)結(jié)合工程實(shí)際、從社會(huì)需求的角度思考、解決問題的能力。教材應(yīng)凸顯四個(gè)特點(diǎn)：

1.實(shí)踐性。“卓越計(jì)劃”教材內(nèi)容應(yīng)大幅增加實(shí)踐知識內(nèi)容比例，突出實(shí)踐特色。教材中每章都應(yīng)有一些典型的案例，這些案例應(yīng)與本章的理論知識緊密聯(lián)系、與未來從事的生產(chǎn)領(lǐng)域遇到的實(shí)際問題相結(jié)合，案例本身應(yīng)包含事件的本身及背景、處理方案、蘊(yùn)含的工程理論、工程開發(fā)、設(shè)計(jì)方法等實(shí)踐知識內(nèi)容[3]。仍以“卓越”采礦工程師教材——《能源與動(dòng)力工程測試技術(shù)》為例，在溫度測量一章列舉的鍋爐爐膛測溫誤差分析案例當(dāng)中，分析誤差產(chǎn)生的原因涉及熱輻射、對流散熱、傳感器等基礎(chǔ)理論知識；提出處理方案可以選擇屏蔽罩、冷端補(bǔ)償、信號屏蔽等，涉及工程理論、工程開發(fā)、設(shè)計(jì)知識；設(shè)計(jì)安裝涉及一些工程經(jīng)驗(yàn)知識。

2.創(chuàng)新性。教材要有時(shí)代特征，創(chuàng)新特色重點(diǎn)體現(xiàn)在“內(nèi)容出新”、“設(shè)計(jì)出新”?！皟?nèi)容出新”是要與時(shí)俱進(jìn)，補(bǔ)充新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)、新材料等“四新”內(nèi)容，能夠代表本領(lǐng)域最新的工程理論、技術(shù)，能夠反映工程領(lǐng)域最新的科研和應(yīng)用成果，與所處行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展前沿“無縫對接”，既可以將拓展內(nèi)容穿插在正文里邊，又可以單獨(dú)設(shè)置章節(jié)，專門論述。另外，要“設(shè)計(jì)出新”。編寫思路、內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)符合工程型人才培養(yǎng)的知識建構(gòu)特點(diǎn)。首先要提出問題，從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而引出需要掌握哪些知識，明確每章的要點(diǎn)、重點(diǎn)；其次是分析問題，運(yùn)用專業(yè)理論知識、數(shù)學(xué)公式揭示問題的本質(zhì)；再回到實(shí)踐中，結(jié)合工程實(shí)踐思考可以解決哪些實(shí)際問題，提出科學(xué)的解決方案。

3.綜合性。教材的設(shè)計(jì)在充分保持本學(xué)科的邏輯和結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮到與其他學(xué)科的銜接、促進(jìn)和滲透，進(jìn)一步開闊學(xué)生的工程視野，發(fā)展工程實(shí)踐思維能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.探究性。通過創(chuàng)設(shè)工程實(shí)踐問題，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生做出猜想和預(yù)判，通過分析、實(shí)驗(yàn)、模擬、小組討論等活動(dòng)對問題給出初步的解釋及可能出現(xiàn)的結(jié)果，進(jìn)而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的解決方案。針對方案實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題，按照“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題—驗(yàn)證結(jié)果”的學(xué)習(xí)思路，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中親身經(jīng)歷工程科學(xué)研究的過程，體驗(yàn)、感受其中的工程思想和解決方法，在學(xué)習(xí)過程中收獲的不僅僅是知識的積累，更重要的是科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升。

四、基于“主題+案例”的“卓越計(jì)劃”專業(yè)教材編寫實(shí)踐

2014年，作為能源與動(dòng)力工程“卓越計(jì)劃”專業(yè)主干課程《動(dòng)力工程測試技術(shù)及儀器》配套教材，《能源與動(dòng)力工程測試技術(shù)》獲得中國礦業(yè)大學(xué)“卓越采礦工程師計(jì)劃”系列教材立項(xiàng)資助。教材在編寫時(shí)采用“主題+案例”式的知識架構(gòu)，注重行業(yè)背景、企業(yè)深度參與、真實(shí)事件討論、問題探究、學(xué)科前沿知識、課后習(xí)題差異化等，與同類教材相比，其特色主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.“主題+案例”內(nèi)容結(jié)構(gòu)。以能源動(dòng)力工程領(lǐng)域主要熱工參數(shù)為主題，作為每章的標(biāo)題，每章列舉若干圍繞主題的若干真實(shí)案例，最后一章為生產(chǎn)實(shí)踐案例，將理論知識應(yīng)用于工程實(shí)踐，引導(dǎo)讀者結(jié)合工程實(shí)際和社會(huì)需求去思考、探討書本內(nèi)容。

2.企業(yè)深度參與。編寫組成員組成既有校內(nèi)教師，又有校外的工程技術(shù)人員，人員組成各占50%，校內(nèi)教師負(fù)責(zé)編寫概念、原理、公式等理論部分，企業(yè)人員負(fù)責(zé)提供實(shí)踐案例內(nèi)容。

3.多角度問題情境設(shè)置。不僅在課后設(shè)計(jì)思考題，在每章的正文內(nèi)容當(dāng)中也插入若干思考題，幫助讀者啟發(fā)式、研討式學(xué)習(xí)。

4.設(shè)置“四新”知識。每章的最后一節(jié)專門介紹一種與本章相關(guān)的先進(jìn)儀器或者國內(nèi)外相關(guān)研究最新進(jìn)展和學(xué)科交叉內(nèi)容。

5.課后習(xí)題層次化設(shè)計(jì)。習(xí)題分A、B、C、D四大類[5]，其中A類題為基本訓(xùn)練，通過大量的熱工基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生快速掌握基本概念和基本規(guī)律；B類題為理論分析題，通過大量具體的工程實(shí)例的具體分析，讓學(xué)生的科學(xué)思維能力和自我評價(jià)能力得到較快提升；C類題為綜合性應(yīng)用題，用于提高學(xué)生綜合素質(zhì)；D類為生產(chǎn)實(shí)踐，學(xué)生通過企業(yè)實(shí)踐，提交一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

教材在內(nèi)容設(shè)置上以工程測量基本知識為基礎(chǔ)，系統(tǒng)闡述了熱工參數(shù)的測量原理、測量方法、常用檢測儀表的結(jié)構(gòu)和使用方法、熱工測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)，以及能源與動(dòng)力工程測量技術(shù)前沿知識。全書共分8章，第1章測量的基本概念、儀表的主要性能指標(biāo)、測量方法和誤差分析的基礎(chǔ)知識，第2、3、4章介紹溫度、壓力、流量等參數(shù)的測量，第5、6章水位測量和氣體成分分析，第7章其他參數(shù)測量，第8章生產(chǎn)實(shí)踐案例，教材內(nèi)容體系如下表所示：

《能源與動(dòng)力工程測試技術(shù)》作為中國礦業(yè)大學(xué)“卓越計(jì)劃”專業(yè)課程《動(dòng)力工程測試技術(shù)及儀器》配套教材已于2016年6月由中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版發(fā)行，作為能源與動(dòng)力工程卓越計(jì)劃專業(yè)《動(dòng)力工程測試技術(shù)及儀器》的配套教材，已在中國礦業(yè)大學(xué)、徐海學(xué)院、銀川學(xué)院連續(xù)使用兩屆。從教材使用的反饋情況來看，普遍得到師生認(rèn)可，但也提出“校外企業(yè)編寫人員雖然經(jīng)驗(yàn)豐富，但語言文字的表述能力需要提高”、“全書以火電廠為背景安排內(nèi)容，針對性強(qiáng)，但存在適用面過窄”等問題和建議，今后在教材的修訂中需要進(jìn)一步改進(jìn)。

五、結(jié)語

2015年4月，“2015年度中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)能源與動(dòng)力工程學(xué)科教學(xué)研討會(huì)”在中國礦業(yè)大學(xué)舉行，來自清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等69所高校200多名代表與會(huì)。作者在會(huì)上以“基于卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的教材建設(shè)”為主題做了專門匯報(bào)，并用調(diào)查問卷的形式征集了46位同行專家的意見，專家對教材的編寫思路普遍予以肯定，認(rèn)為是一次大膽的嘗試和創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：中國礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)課題：“動(dòng)力工程測試技術(shù)及儀器”示范課程建設(shè)（2015FS06），中國礦業(yè)大學(xué)“動(dòng)力工程測試技術(shù)及儀器”精品課程；中國礦業(yè)大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（YJSJG_ 2017_009）：面向“產(chǎn)、學(xué)、研、用”的專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐。