2021-09-20
一、引言
课程是人才培养的基础，基础课是人才培养的基石。低年级学生成长过程急需养成自主学习的能力、实践动手的能力、创新的能力，解决复杂工程问题的能力和优良品质。学生渴望新的学习方法和更加自由的学习空间。但是传统课程形态、功能单一，相互之间联系松散。教师主导下的教，更多体现为知识的死记硬背，知识向能力转化效率不高，由单一课程为单元组成的专业课程体系，虽然体现了专业人才培养整体框架设计，但内部相互协同不够，体系局部缺少凝练强化和精细设计，约束了新的教学与学习方法的形成，对育人的目标导向和支撑力度不足。所以，新工科人才培养需要从源头抓起，要解决低年级学生发展过程中存在的主要问题，为学生奠定必要的基础能力。通过调研，我们发现，低年级学生目前存在的主要问题包括：
(1)学生学习过程被动、束缚性大，只适合教师主导下的学习，不利于自主学习。正像学生所说“是在被动地学习知识，书本上的知识有很多都是学完不久就忘记，是要我学习，不是我要学习”，偏离了以学生为中心的教学思想。
(2)知识向能力转化效率低，课程形式单一、陈旧，相关课程之间缺少深层次联系，学生学习以获取知识为主，重考试，轻能力和素质培养。育人形式更多浮于表面，知识对能力和素质的培养缺少深层次的引领和触动。
(3)学生学习目的性差，就学习而学习，缺少目标引领，学习境界不高。学习方式更适合单打独斗，过于追求考试成绩，缺少相互学习、互相启发、团队协作体验，甚至有些同学明确表示“发现自己除了会学习知识外什么也不会”。无法快速实现从高中生向大学生本质性的转变，不利优良品格和素质的养成。
(4)学生实践动手能力差，对实践的重要性认识不足。知识学习与实践训练脱节，相互之间缺少同频共振，形不成激励效应，知行不能合一，影响学生做事自信和挑战困难的信心。
(5)低年级学生创新更多来自课外，缺少必修约束，往往就创新而创新，使创新脱离实际，脱离实践，脱离课程，流于形式。
(6)学生缺少整体分析问题解决问题的训练，学习按部就班，追求标准答案，缺少挑战性。不能用联系发展的观点看待问题解决问题，缺少应有的变通能力和克服困难的勇气，尤其是持续克服困难的抗压能力差，滞后了学生发展最佳时期。
显然，低年级大学生培养需要新的教学模式和学习方法，但传统的课程体系、教学模式和学习方式不能满足上述要求。
二、新教改思路
为解决上述问题，本文提出微课程体系与新形态课程教学理念，微课程体系是基于育人目标要求优化设计而成的微课程群（该体系也可以包含特定育人要素），新形态课程是由项目串接微课程体系而形成的多功能课程（如图1所示）。教改的目的是通过新形态课程与微课程体系局部优化和微生态化课程环境，巩固专业课程体系，有效培养学生自主学习的能力、实践动手的能力、创新的能力，解决复杂工程问题的能力，最终系统解决上述6个问题。其中，改革的整体思路是首先依据育人目标构建具有强烈目标导向的集成式微课程体系，使微课程体系代替部分单一课程成为新的专业课程体系的重要组成部分（注：微课程体系不同于传统意义上的课程模块）；第二，微课程体系具有可设计性，不仅含有特定课程，还含有课程思政或立德树人的基本要素，可有针对性地解决单一课程对育人目标导向和支撑力度不足、课程之间相互关联不紧密的问题；第三，微课程体系通过特殊设计的教学项目（KAPIV项目）将不同性质的有关课程的核心知识点或基本教学要素串接成一个整体，形成（多功能）新形态课程，通过引入项目化教学，让新形态课程替代传统课程，使学习更高效，方法更加丰富多彩、更有趣味性和挑战度，从而有效解决传统课程育人功能单一的问题；第四，新形态课程教学方式灵活多样，可采用线上线下、翻转课堂相结合，课内课外相结合，理论与实践相结合，创新与竞赛相结合等多种形式进行，有利于教学方法的创新，解决了教学方法陈旧的问题；第五，新形态课程是必修课程，具有知识获取、能力培养、创新训练、品行磨炼等多种功能，可以为学生奠定自主学习、实践动手、创新训练，以及解决复杂工程问题的能力。
6个具体问题的解决办法是，通过集成式微课程体系将不同性质的课程有机融合为一体，发挥微课程体系协同作用，以有效解决问题2；通过项目串接微课程体系构建多功能新形态课程，利用项目化教学和团队化学习以有效解决问题1和3；通过项目化教学和工程训练有机结合以解决问题4；通过项目化教学与创新训练相结合以解决问题5；通过在项目化教学中设置复杂工程问题以解决问题6。总之，新形态课程和多重问题的解决需要新的教学方法，为此，我们提出了KA-PIV一体化培养教学方法。
图1 微课程体系、新形态课程和KAPIV教学方法示意图
三、关于KAPIV一体化培养教学方法
知识（Knowledge）、能力（Ability）、实践（Practice）、创新（Innovation）和品行（Virtue）一体化培养简称KAPI（或KAPIV）教学方法，是作者承担的2018年教育部新工科KAPI项目核心研究内容，也是微课程体系和新形态课程教学理念下的一种新的教学方式和有效载体。在项目运行初期，它是将工程材料与机械制造基础课程、工程训练（或机械制造实习）课程、创新训练课程和立德树人基本要素通过特别设计的教学项目（或作品）有机串接于一体，形成一个目标导向的微体系，以加速实现知识向能力的转化。其特点是以课程核心知识点（不可或缺的知识点）、工程训练基本环节和创新训练基本要求为要素等设计而成的教学项目（或作品）。项目由国内资深教师和企业专家按照新工科人才培养要求联合精心设计而成（目前可供使用的项目达到26项，遴选出满足新工科要求的课程核心知识点93个，工程训练课程核心知识点80个）。然后以项目为载体和抓手，以学生为中心，将知识、能力、实践、创新、立德树人要素有机结合。通过知识获取，实践、创新、创业、竞赛等基本能力的叠加训练，推进课程教学质量的提升。该课程由理论课、工程训练课与创新课程联合编排教学计划，形成一种新形态课程。这种课程将课堂教学、现场教学、MOOC和翻转课堂、项目化教学、创新创业训练、竞赛等教学方式融为一体。为避免一考定终身，考核将MOOC成绩、知识获取和运用、工程实践能力和创新能力、产品研制报告、平时考核、项目答辩、竞赛等多方面考核相结合，综合考察学生自主学习能力、动手能力、创新能力和解决复杂工程问题的能力。该项目实施时，在项目牵引下，通过MOOC和翻转课堂训练学生自主学习的能力和创新意识。通过工程训练锻炼学生的实践动手能力，通过项目的创新设计和创新制作锻炼学生的创新能力和运用知识的能力。通过项目（作品）整体研制训练学生解决复杂工程问题的能力、团队协作能力，同时磨炼学生的意志品质。通过作品竞赛，锻炼学生创新创业的竞争能力和挑战精神。学习及训练方式涉及慕课、翻转课堂、工程训练、产品创新制作、竞赛等。该课程充分体现了高阶型、挑战性、创新性和立德树人的引领性，具有多功能性。
四、KAPI项目实践
微课程体系和新形态课程改革需要通过KA-PI项目实践才能确保落地。目前，KAPI项目已经过多所高校实践。以山东大学为例：完整实践周期为16周（9学分），实验班级包括山东大学机械、材料两个学院的4个班级（无机非金属材料工程18班、机械卓越18班、材料成形卓越18（1、2）班等），3个专业，120名学生。学习开始前，学生自由组合选择KAPI项目（或称作品），3～5人为一组，学习目标是通过项目学习自主获取微课程体系中相关课程的核心知识点、锻炼工程实践动手能力，通过解决复杂工程问题磨炼自己的意志品质，通过作品的创新并实现其特定功能，最终完成作品研制。其中，功能实现不限路径，过程可充分自由。实施过程以项目（或作品）为牵引，以项目学习指南为参考，整个实践过程的实现主要通过慕课或翻转课堂自主获取课程核心知识和项目涉及的拓展知识，通过基础工程训练锻炼学生的实践动手能力，通过产品的创新设计和制作锻炼学生的创新和挑战能力，通过产品整体研制训练学生应用知识的能力，以及解决复杂工程问题的能力。然后通过持续克服各种困难和解决复杂工程问题，提升综合素质，磨炼意志品质，培养团队精神。
经过2年实践，KAPI项目已获得学生充分肯定，例如，有的学生认为“KAPI最能令人着迷的地方就是它带给我们一种‘自由’的感觉，一个个难题在大家不断地灵感迸发的过程中被解决。一路走来，收获很多，不曾后悔KAPI带给我的‘折磨’，反而越挫越勇，乐在其中”。还有的同学认为“它代表了一种更加高效的学习方式，一种更积极的生活态度”，这也充分体现了本文以学生为中心的教学实践。表1是山东大学KAPI实践效果调查表及学生对KAPI的评价。
表1 山东大学KAPI实践效果调查表及学生对KAPI的评价
分析表1数据可知，学生通过自主学习不仅很好地获取了微课程体系涉及的核心知识（≥98％），而且在项目研制中还通过自主学习拓展了相关知识。更重要的是通过MOOC（学习）、翻转课堂（巩固）和项目研制（使用）三阶段强化学习，不断巩固提升了所学知识，真正做到了学以致用（认可人数达到100％）和培养学生自主学习的目的。从表1我们还可以看到，学生综合能力得到有效提升，不仅自主学习的能力得到显著提升（认为提升幅度强的达到91％），通过项目的自主制作和工程训练，实践动手能力提升也非常明显（认为提升幅度强的达到95％）；通过项目的研制，学生创新能力提升显著（认为提升幅度强的达到82％，没有变化的只有2％）；大部分学生解决复杂工程问题的能力在项目整体研制中得到大幅提高（认为提升幅度强和较强的达到93％）；表达能力是通过翻转课堂和学生竞赛训练中获得的，认为提升幅度大和较大的人数合计达到100％。此外，项目化教学和复杂问题的设置也显著磨练了学生的意志品质，起到了立德树人的作用，其中，团队合作精神提升幅度大和较大的人数合计达到100％；承受困难的能力提升幅度大和较大的人数也达到100％；做事的担当精神提升幅度大和较大的人数则达到98％。
显然，由微课程体系设计而成的新形态课程目标明确，不仅达到了获取知识的基本要求，同时有效提升了低年级学生的综合基础能力，更难能可贵的是起到了很好的立德树人的效果。五、对微课程体系和新形态课程教改的总结与反思
低年级是奠定基础的关键时期，这些基础不仅涉及扎实的基础知识，也涉及构建坚实的基础能力和培养正确的价值观。坚实的基础能力应该包括学生自主学习的能力、工程实践能力、创新能力和解决复杂工程问题的能力等。优良的品行则包括坚韧不拔、克服困难的勇气、团队精神、社会责任感和良好的职业道德等。为学生奠定上述基础是构建微课程体系的重要目标，达成上述目标更是新形态课程建设的基本要求。为此，作者认为整个改革必须坚持育人目标、微课程体系、新形态课程和KAPIV教学方法四位一体（见图1）。育人目标是微课程体系构建的依据，具有导向性，微课程体系不是课程的简单堆积，微课程体系的构建要体现可设计性和一加一大于二的叠加效应。新形态课程是微课程体系的有型体现，体现了微课程体系的设计功能，是实现育人目标的外在保证，而KAPIV是实现育人目标的具体方法。以产品基础设计制造为核心的微课程体系为例，目标导向的微课程体系和新形态课程改革要想达成预期成效，有必要采取以下举措。
1.明确微课 程体系和新形态课程建设目标。
通过研究不同专业低年级大学生学习和成长特定过程存在的主要问题，基于新工科人才培养和专业要求，提出微课程体系设计方案，明确微课程体系性质和任务，形成新形态课程建设目标。
2.汇集微课程体 系和新形态课程所需基本资源，优化课程微生态环境。
通过研究构建微课程体系和新形态课程所需要的基本课程资源，分析这些基本课程资源相互之间的协同作用和增强机制，以及能与微课程体系和新形态课程相互支撑的关联因素，确保形成强化效应。
3.形成新的教学方式和学习方式。
新形态课程教学方式不同于传统课程，其特点是立体化教学方式（课堂教学、现场教学、线上教学、项目化教学等协同教学方式），需要重点研究在项目牵引下，目标导向的线上、线下、翻转课堂教学方式，以及学生的自主学习方式。形成灵活的教学与学习方式，可以最大程度上释放学习空间，调动学习积极性，提升教学质量。
4.设计一批服务于新形态课程和微课程体系的KAPIV教学项目。
KAPIV教学项目（或作品）是新形态课程和微课程体系的教学载体，项目必须来自于真实生产、生活，能涵盖课程核心知识点，具有挑战性、趣味性和创新性。可供学生按兴趣选择。
5.KAPIV教学项目设计要有机嵌入立德树人要素，以培养学生优良品格。
立德树人不能独立于知识学习和能力培养过程。需要认真研究立德树人、解决复杂工程问题、持续克服困难三者之间的关系，在KAPIV项目中有机嵌入立德树人要素，通过KAPIV项目的实践，体现新形态课程和微课程体系在立德树人中起到的润物无声作用。
6.研究微课程体系的微生态化环境作用。
良好的微课程体系内部，课程之间一定存在协同强化机制，对专业课程体系也有强化和支撑作用。一个设计完好的微课程体系不仅对前期课程（比如：制图课、力学课等）有良好的强化作用，对同期课程和后期课程（比如：电工电子、计算机、机械原理及设计、机械制造等）也有良好的支撑作用。
7.要深入研究新形态课程和微课程体系的普适性。
不同专业人才培养有不同的要求，但专业认证有共性要求，所以，不同专业的微课程体系和新形态课程构建既有特殊性也有普适性。虽然有些课程知识体系能力要求不同、课程性质各异，但为低年级大学生奠定自主学习、实践、创新、解决复杂工程问题的基础能力是一致的，立德树人的要求是不变的。因此研究构建微课程体系和新形态课程的普适性，对新形态课程和微课程体系的推广应用具有重要意义。
8.要理清新形态课程属性。
项目牵引下的新形态课程，由于有意识地嵌入了很多知识、能力、创新、实践、复杂工程问题、立德树人基本要素，使得课程具有了高阶性、挑战性、创新性。从这个意义上看，新形态课程属于目前所定义的金课范畴。同时，新形态课程还有属于自己的特性，比如：立德树人的引领性、育人的多功能性、课程自身的基础性、课程之间的协同性、微课程体系的可设计性，能力培养的叠加性等等。所以理清新形态课程属性意义重大，可以有目的地形成很多组合，使新形态课程有足够的设计发展空间，有更强、更广泛的适应性。
六、结论
在新工科建设中，微课程体系、新形态课程和KAPIV一体化教学方法已经过成功的教学尝试，主要结论包括：
(1)微课程体系可以成为专业课程体系中新的组成部分，是一种具有强烈目标导向的微课程群，也是一种具有特定功能的、可设计性的集成式课程群。
(2)新形态课程具有多功能性，具有课堂教学、现场教学、线上教学、项目化教学等多种形态，具有立体化课程特点，教学形式更加丰富多彩、更有趣味性和挑战性。
(3)知识、能力、实践、创新、立德树人要素一体化培养方法为项目化教学融入更多内涵，能实现知识加速向能力转化，具有能力叠加效应。
作者简介：孙康宁，山东大学教授、博士生导师；
刘会霞，江苏大学工业中心主任、教授、博士生导师；
杨平，电子科技大学教授；徐向纮，中国计量大学教授。
通讯作者：刘会霞。
本文原载于《高等工程教育研究》2021年第3期