根据 2006 年中国工程院对我国工程科技自主创新能力的调查显示,虽然我国在近10 年来工程科技事业取得不断进步,综合国力日益提升,但整体工程科技水平与世界先进水平仍相差 10-15 年.
如今的工程科技人才已不是简单画画图纸,记得一些理论公式就能满足社会需求的了,当代工程高科技化、综合集成化以及深刻社会化的特征对工程科技人才提出了新的要求,对工科学生专业能力及综合素质的重视更加凸显.
但目前工程科技人才培养的工程性与创新性缺位仍是高等工程教育的主要问题.一方面学校的人才培养模式单一,在课程中缺乏实践环节和对创新等能力的引导.另一方面企业也没有参与到人才培养的过程中来,学校对学生的培养重理论知识,轻能力、缺实践.
针对这些问题,不少学校都采取了相应的改革措施,以提高工科人才培养质量.本文以 S 大学机械工程专业的本科生为调查对象,对不同培养模式下的学生学习效果进行分析.
一、研究的背景与目的.
(一)S 大学改革的主要目标与措施.
S 大学机械与动力工程学院具有 100 多年历史,素有“工程师摇篮”的美誉.为了保持学科专业的优势,提高人才培养质量,学校积极借鉴国际经验,引入世界一流大学的人才培养理念,探索人才培养的新路,采取的具体措施如下.
第一,该校与美国密西根大学合作开展机械制造专业的人才培养,通过参照密西根大学的培养标准和运行模式,积极实施一系列改革,包括:课程全面引入、能力培养(包括组织领导能力、创新能力和交流沟通能力等)融入教学全过程、课程质量保障体系的建设以及国际化氛围的营造.第二,该校还开设了机械工程国际化试点班,通过国际接轨的模块化课程设计,在传统优势课程的基础上参照普渡大学的课程设置框架形成六大模块的人才培养课程方案.同时也积极学习国际先进的教学理念与方法,开展多样化的国际合作模式,实施了与世界多区域、多机构、多形式的人才合作培养项目.
经过多年的探索,目前 S 大学的机械工程专业形成了传统班、国际化试点班和密西根学院班(UM 班)三套课程体系,如表 1-1 所示.
(二)研究的主要目的.
本研究希望建立以学生为中心的及时性评价体系,探讨不同课程模式下工科学生的能力(工程设计能力、工程实践能力、集成创新能力、自主学习能力、合作沟通能力、批判性思维以及公民意识)变化及学习行为(图书馆查阅和计算机信息技术、课堂学习、师生互动、科学实验以及课外实践)的变化,并探讨学习能力变化与学习行为变化之间的关系,更好地完善现有的课程体系和人才培养模式.
二、研究方法与工具.
(一)研究方法.
本研究采取准实验研究方法的前测-后测非对等控制组设计(the pretest-posttestnonequivalent group design),[5]
通过对同一专业不同培养模式下的学生进行同样的学习效果评价,以此观测相同与差异,并结合纵向不同时间点的评价,横向、纵向形成交叉的综合测评.同时认为教育价值增值(value-added)是评价学生质量的根本体现,不仅从学生视角关注学生经过大学学习产生的变化,也能通过增量的比较在一定程度上消除学生初始状态的不均等,最大程度排除生源差异对数据结果造成的影响.
研究总共选取了三个组,分别为表 1-1 介绍的传统班、试点班与 UM 班.将传统班视为实验的控制组,试点班以及 UM 班为实验的实验组,将不同的培养方案视为自变量,假设:1. 不同班级学生的培养方案能通过学习经历影响学习效果.2. 学生学习能力的变化可以通过学习行为的变化进行观测.基于此,对三组班级进行学习效果评价的前测(一年级)和后测(四年级).
(二)研究工具.
本研究在借鉴美国全国学习效果评估中心(National Institute of Learning OutcomeAssessment,简称 NILOA)、[7]
合作院校研究项目(Cooperative Institutional ResearchProgram,简称 CIRP)[8]
和全国大学生学习性投入调查(National Survey of StudentEngagement,简称 NSSE)[9]
等调查量表的基础上设计了大学学生学习效果自我报告,利用同质性度方法对量表进行信度分析,采用 R.L. Cronbach 提出的科隆巴赫 α 系数检验本次问卷的信度,评价问卷的两部分信度分别为 0.903 和 0.907,问卷总体信度为0.975,具有较好的信度(表 2-1).
根据因子分析对问卷的结构效度进行论证.选用主成分法抽取和最大方差法旋转,SPSS 针对学习效果提炼出的因子成分为 7 个,解释率为 80.32%,与问卷本身对学习效果的维度分解相吻合.同时,对学习过程的题项同样进行因子分析,提炼出 12 个因子,解释率为 91.64%.根据提炼的因子,并结合已有的分析维度,将学习过程维度合并归总为图书馆查阅与计算机信息技术、课堂学习、师生互动、科学实验以及课外实践5个部分.
本次研究的前测在 2013 年 4 月初展开,对三组班级大一至大四各一个班的学生进行评价问卷的发放与回收.总计发放问卷 420 份,回收 383 份,剔除无效问卷,有效问卷数为 375 份,问卷的有效回收率为 89.3%.
三、研究数据分析.
(一)传统班的学习效果评价结果.
传统班学生在学习效果的7个维度上,一年级到四年级间的总体趋势都是增加的,尤其在工程设计能力、工程实践能力以及集成创新能力三个维度上增长变化明显.合作沟通能力变化幅度不大,学生公民意识出现波动(图 3-1).
利用 SPSS 进行独立样本 T 检验,比较传统班大一到大四学生不同能力维度上的变化差异得到以下结论:
第一,传统班对学生的工程设计能力、工程实践能力、自主学习能力以及批判性思维产生显著性促进作用;第二,在集成创新能力、合作沟通能力以及公民意识 3 个能力维度上,虽然均值有所变化,但是四年级和一年级学生没有明显的差异;第三,在集成创新能力上四年级学生的标准差明显高于一年级学生,可能传统班学生在这项能力的增长上更加依赖于个体的因素.
(二)试点班的学习效果评价结果.
试点班学生在学习效果的 7 个维度上,一年级到四年级间的总体趋势同样也是增加的,但增幅不如传统班学生学习效果的增幅明显.工程设计能力和工程实践能力依然是学习效果维度中变化幅度较大的方面,其他维度均缓慢增长(图 3-2).
利用 SPSS 进行独立样本 T 检验,比较试点班大一到大四不同能力维度上的变化差异得到以下结论.
第一,试点班对学生的工程设计能力、工程实践能力以及集成创新能力产生显著性促进作用;第二,试点班学生在自主学习能力、合作沟通能力、批判性思维以及公民意识 4个能力维度上,虽然均值有所变化,但是四年级和一年级学生没有明显差异;第三,试点班学生的自主学习能力和合作沟通能力变化最小.
(三)UM 班的学习效果评价结果.
UM 班学生在学习效果的 7 个维度上,从一年级到四年级间的变化呈 U 型变化趋势.
在二年级期间,各能力维度均有不同程度的下降,但从三年级开始,总体均出现增长,到四年级后,各能力维度较之前都有不同程度的提升.这样的变化趋势可能与密西根学院特殊的学习模式有关.在密西根学院,大一的学生不分专业混班上课,到大二才根据自己的方向分班授课,学生对 UM 班的学习模式还有一段适应期(图 3-3).
利用 SPSS 进行独立样本 T 检验,比较 UM 班大一到大四不同能力维度上的变化差异得到以下结论:
第一,UM 班对学生的工程设计能力、工程实践能力以及集成创新能力产生显著性促进作用;第二,UM 班学生在自主学习能力、合作沟通能力、批判性思维以及公民意识 4个能力维度上虽然均值有所变化,但是四年级和一年级学生没有明显的差异.
四、研究发现与讨论(一)不同的课程教学模式对学习效果均有促进作用,但在各能力维度上显著性差异不尽相同对传统班、试点班以及 UM 班一年级和四年级学生在各能力维度上的均值做差异性检验,总结数据如表 4-1 所示,各组班级在工程设计能力以及工程实践能力上均有显著性的变化增长,但在集成创新能力上传统班的学生较之试点班和 UM 班没有明显的增值,而其学生在自主学习能力和批判性思维能力上的增长高于试点班和 UM 班.利用 SPSS 进行独立样本 T 检验,比较 UM 班大一到大四不同能力维度上的变化差异得到以下结论:
(二)生源的差异主要体现在合作沟通能力方面.
试点班和 UM 班的学生是从在校生中选拔产生的,因此,三个班的生源质量存在差异,如表 4-2 所示,传统班一年级学生在自主学习能力方面低于试点班和 UM 班的学生,UM 班在合作沟通能力方面明显优于传统班和试点班的学生.三个班的自主学习能力差异随年级的增长而消失,如表 4-3 所示.在一年级入学阶段,传统班学生在自主学习能力方面与试点班和 UM 班学生有显著性差异,然而通过四年级同阶段学生的比较,这一显著性差异消失,进一步说明了传统班学生在自主学习能力上的增长变化.
但是合作沟通能力的差距一直保持到学生毕业,在一年级入学时,各班级的工程实践能力无显著性差异,虽然之前的结论论证了各组班级内部在工程实践能力上具有显著变化,但通过对四年级同阶段各班级学生的差异性检验,UM 班学生的工程实践能力明显高于传统班级学生.这在一定程度上显示了 UM 班学生工程实践能力的优异.
(三)学习效果的变化与学习行为的变化相关.
通过图 4-1 和图 4-2 的对照可以推断出学习行为的变化可以促进学习效果.如 UM班学生师生互动环节的增强导致其合作沟通能力的增幅远高于其他两个班.传统班利用图书馆和计算机信息技术的显著增加导致其自主学习能力与其他班的差距逐步缩小,到四年级则显示不出相互间的显著差距.而根据学习效果中工程设计能力和工程实践能力的明显增值,可以预判学生参与科学实验是影响学习效果获得的重要影响因素.
相比学生参与科学实验的明显增值,各组班级学生参与课堂学习增值几乎相同,且没有明显的变化.
(四)UM 班更加注重学生学习习惯的养成.
通过表 4-4 和表 4-5 可以得出,在一年级入学阶段,传统班与试点班、试点班与UM 班在学习经历各维度均没有显著性差异,而传统班与 UM 班在课堂学习、师生互动、科学实验以及课外实践上存在显著性差异.到四年级阶段,传统班与试点班学生的学习经历维度仍然没有差异的变化,但试点班与 UM 班的差异在课堂学习、师生互动以及科学实验三个维度上显现出来,说明 UM 班学生在学习过程各维度上的投入明显高于传统班和试点班.
五、结论与建议.
第一,人才培养方案可以通过学习过程对学生学习效果的变化产生影响.工程设计能力和工程实践能力一直是中国工程人才培养的短板,S 大学机械制造专业积极借鉴国际相关成功经验,在三个班的课程设计中均十分重视工程设计能力和工程实践能力的培养,并取得了较为显著的效果.不同培养模式下学生能力的变化在其他各维度上的增长也各有特色.
第二,专业课程的改革并不能实现领袖型人才培养的目标,应加强第一课堂和第二课堂的结合,形成综合育人体系.研究发现,三个班级学生在公民意识和批判性思维能力上的表现尚不尽人意,说明专业理论知识的创新并不能完全满足如今对创新型工程科技人才的需求,应大力完善第二课堂.
第三,建立大学生日常学习行为的追踪评价体系,加强对学生能力的培养和重视.学生学习效果的产生和变化与学习行为的参与和投入密切相关,对学生日常学习行为的测评是教育质量评价的有效方式.同时,对学生动态的跟踪评价能及时反馈教育信息,促进培养方案设计的完善.
第四,今后工程教育课程改革的重点应从结构与内容的调整向教学活动过程、教师指导方式以及通识教育与专业教育的有机结合等三个方面转移.注重对学生工程兴趣的培养,实践先行的教学方式以及师生互动、学科交叉的融入等都是对学生学习效果产生影响的重要学习过程,应在进行知识理论调整的同时更加关注教学方式与方法的改革.
注释:
[1] 中国工程院“创新人才”项目组 . 走向创新--创新型工程科技人才培养研究 [J]. 高等工程教育研究 ,2010, (1):1-19.
[2] 刘华 , 邢怀滨 . 工程类专业研究生培养的学科交叉研究 [J]. 学位与研究生教育 , 2008 增刊 , 127-130.
[3] 余寿文 , 王孙禺 . 中国高等工程教育与工程师的培养 [J]. 清华大学教育研究 , 2004, 25(3):1-7.
[4] 牛美芹 , 叶明 . 创新型工程科技人才培养的引导路径研究 [J]. 东南大学学报(哲学社会科学版), 2008,10(12):44-46.
[5] 梅雷迪斯 · 高尔 , 沃尔特 · 博格 , 乔伊斯 · 高尔 . 教育研究方法导论(第六版)[M]. 江苏:江苏教育出版社 , 2002.
[6] Ou Lydia Liu. Value-Added Assessment in Higher Education: a Comparison of Two Methods[J]. HighEducation, 2010, 61:445–461.
[7] National Institute for Learning Outcomes Assessment[EB/OL].websiteoverview.html.
[8] National Survey of Student Engagement[EB/OL].
[9] Higher Education Research Institute[EB/OL].
