基于工程教育模式的焊接實驗教學(xué)改革

鄭春雷，楊永強(qiáng)，閆志剛，于金庫

（1.燕山大學(xué) 材料學(xué)院 材料綜合實驗教學(xué)示范中心，河北 秦皇島 066004；2.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北 秦皇島 066205）

0 前言

進(jìn)入21世紀(jì)，用人單位對人才提出了更高的要求，由要求單一的高學(xué)歷型、理論型轉(zhuǎn)向要求復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。而隨著機(jī)械化逐步代替人力以及社會轉(zhuǎn)型，就業(yè)問題日益嚴(yán)重，解決這些問題的根本落腳點在于高校如何培養(yǎng)出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)復(fù)合型人才。學(xué)生具有創(chuàng)新能力，才能幫助企業(yè)發(fā)展，學(xué)生具有創(chuàng)業(yè)意識，才能幫助自身就業(yè)。近年來，我國大力推行OBE教育理念和CDIO工程教育模式，針對我國當(dāng)前教育和企業(yè)用人存在的問題提供一種全新的理念和切實可行的教育模式，培養(yǎng)符合用人單位需求的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)復(fù)合型人才。

20世紀(jì)80、90年代，美國和澳大利亞進(jìn)行了基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，簡稱OBE）的基礎(chǔ)教育改革。該模式是基于實現(xiàn)學(xué)生特定學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育過程，包含定義學(xué)習(xí)產(chǎn)出、實現(xiàn)學(xué)習(xí)產(chǎn)出、評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出和使用學(xué)習(xí)產(chǎn)出四部分[1]。即判斷學(xué)校教育質(zhì)量高低的最主要標(biāo)準(zhǔn)是通過判斷學(xué)生獲得怎樣的技能以及這些技能在未來社會中對自身發(fā)展有何幫助。而CDIO（conceivedesign-implement-operate）模式則是繼承和發(fā)展了歐美等國多年的工程教育改革的理念和OBE教育理念。該模式是由瑞典以及美國的大學(xué)開發(fā)的一個嶄新的工程技術(shù)人才培養(yǎng)的工程教育模式，即構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運(yùn)作。它以培養(yǎng)學(xué)生扎實的專業(yè)知識基礎(chǔ)理論以及工程技術(shù)能力為重點，經(jīng)過該過程的培養(yǎng)和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，培養(yǎng)出既具有基礎(chǔ)扎實的專業(yè)知識，又掌握一定專業(yè)技能的國際化人才[2-3]。

燕山大學(xué)很早便引入CDIO模式，創(chuàng)建了基于項目式的工程教育教學(xué)模式，并契合以O(shè)BE為核心的工程教育理念，也是我國最早一批工程教育模式研究與實踐的高校之一。燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院國家級材料綜合實驗教學(xué)示范中心承擔(dān)著本學(xué)院所有專業(yè)的實驗教學(xué)任務(wù)，在我國大力推行OBE教育理念及CDIO工程教育模式的背景下，對本科所有專業(yè)的實驗教學(xué)進(jìn)行了全面改革，以便培養(yǎng)出符合要求的高技能的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。在此以燕山大學(xué)材料學(xué)院的本科焊接專業(yè)的焊接實驗教學(xué)為例，簡單介紹基于OBE-CDIO模式，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的實驗教學(xué)改革。

1 基于OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)實驗

1.1 焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)介紹

焊接專業(yè)是一個傳統(tǒng)專業(yè)，其傳統(tǒng)的設(shè)備和陳舊的上課方式已不能適應(yīng)當(dāng)前新形勢的要求。用人單位需要焊接專業(yè)的畢業(yè)生動手能力、合作溝通能力以及創(chuàng)新能力強(qiáng)，高等院校的實驗教學(xué)正是培養(yǎng)學(xué)生這些能力的重要環(huán)節(jié)，而實驗教學(xué)所用的設(shè)備陳舊、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方式老舊，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前需求，成為制約新型人才培養(yǎng)的瓶頸。在設(shè)備上，有些高等院校焊接實驗室還僅限于一兩臺手工焊機(jī)、CO2氣體保護(hù)焊機(jī)，焊接設(shè)備少，更沒有電阻焊和焊接機(jī)器人等先進(jìn)焊接設(shè)備；在實驗教學(xué)內(nèi)容上，未將焊接方面的學(xué)術(shù)前沿以及目前重大工程應(yīng)用前沿納入到實驗教學(xué)中。在實驗教學(xué)方式上，傳統(tǒng)的方式往往是讓學(xué)生按部就班地進(jìn)行實驗操作，記錄數(shù)據(jù)，然后提交實驗報告，這種教學(xué)方式下學(xué)生處于被動接受狀態(tài)，而非主動接受，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[4]。

為了滿足用人單位的需求，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，基于OBE教育理念及CDIO工程教育模式，燕山大學(xué)材料學(xué)院設(shè)立了焊接專業(yè)綜合實驗這一實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。綜合實驗為學(xué)生提供一個獨立完成整個項目過程的機(jī)會，以獨立的單個項目形式培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識基礎(chǔ)理論應(yīng)用能力、實踐動手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力[5-7]。然而目前許多高等院校仍然存在重科研輕教學(xué)[8]，看輕實驗教學(xué)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響我國人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。一般對科研投入見效相對較快，對教學(xué)投入見效慢，但是意義重大，有必要進(jìn)行實驗教學(xué)的改革。

近年來，燕山大學(xué)以及材料學(xué)院加大本科實驗教學(xué)的投入，初步改變了以前對教學(xué)投入不足的狀況，尤其是對實驗教學(xué)投入嚴(yán)重不足的局面。建立了設(shè)施比較齊全先進(jìn)的焊接專業(yè)實驗室，購入大量常規(guī)焊機(jī)，并購置了埋弧焊機(jī)、電阻點焊機(jī)、攪拌摩擦焊機(jī)和等離子切割機(jī)等應(yīng)用廣泛的先進(jìn)焊接及切割設(shè)備。同時，資助實驗教師進(jìn)行國際焊接培訓(xùn)和赴香港理工大學(xué)進(jìn)行教師教學(xué)能力及專業(yè)綜合改革能力提升培訓(xùn)，有效提升教師的專業(yè)技術(shù)能力，為焊接專業(yè)綜合實驗的改革鋪平道路[9]，也為人才培養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

1.2 基于OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗的改革探索

燕山大學(xué)材料學(xué)院的焊接實驗教學(xué)包含材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)技能實驗以及專業(yè)綜合實驗。焊接專業(yè)綜合實驗涵蓋所有的焊接方法，涉及絕大部分焊接專業(yè)內(nèi)容，如：焊接變形、焊接評定、焊接熱影響區(qū)模擬、焊接接頭硬度測定、焊縫金相組織、焊接探傷等，焊接專業(yè)綜合實驗較以前的專業(yè)實驗更為靈活，涉及面更廣。焊接專業(yè)綜合實驗沒有設(shè)置固定題目，可以是焊接一個工藝品，焊接一個日常用品，或是修補(bǔ)一個損壞的產(chǎn)品等。對實施方案進(jìn)行全面改變，注重培養(yǎng)解決實際問題、團(tuán)隊協(xié)作及創(chuàng)新思維能力。課時由32學(xué)時增至64學(xué)時（2018年實施），時間持續(xù)兩周，期間無其他課程，實驗室全天開放，小組人數(shù)由以前的5～6人/組降為2～3人/組，增加學(xué)生獨立思考的時間和實際動手的機(jī)會，提供創(chuàng)新空間。

將CDIO模式引入到焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)中后，對應(yīng)的實驗教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時安排及成績百分比分配如表1所示。

表1 基于CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗

構(gòu)思：讓學(xué)生自行尋找感興趣的目標(biāo)，構(gòu)思實現(xiàn)目標(biāo)的方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維的能力以及運(yùn)用理論知識的能力。這是一種主動學(xué)習(xí)方式的培養(yǎng)，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。設(shè)計：通過先前的構(gòu)思，選擇實驗材料及焊接設(shè)備，確定實驗參數(shù)，對制定的目標(biāo)尋求有效的解決方法，能較好地鍛煉學(xué)生縝密思維的能力。實現(xiàn)階段：根據(jù)前期設(shè)計，利用相關(guān)設(shè)備及材料進(jìn)行焊接，通過調(diào)整工藝參數(shù)，解決實際遇到的問題，訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和協(xié)作溝通能力。運(yùn)作階段：測試已經(jīng)制作好的產(chǎn)品，若存在一定的質(zhì)量問題，則調(diào)整焊接參數(shù)再次進(jìn)行焊接，直到產(chǎn)品合格，并對滿意的產(chǎn)品進(jìn)行切割測試，觀察焊縫顯微組織，分析其形成原因并進(jìn)行性能測試等，然后撰寫總結(jié)報告，通過這一階段提升學(xué)生分析解決問題的能力，同時強(qiáng)化專業(yè)能力。

OBE模式則穿插到基于CDIO工程教育模式的專業(yè)實驗教學(xué)中，形成了OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)模式。在定義學(xué)習(xí)產(chǎn)出階段，根據(jù)學(xué)校人才培養(yǎng)的目標(biāo)以及專業(yè)特點制定本課程培養(yǎng)的目標(biāo)，將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力放在首位。在實現(xiàn)學(xué)習(xí)產(chǎn)出階段，學(xué)生通過CDIO模式中的構(gòu)思、設(shè)計及實現(xiàn)等階段，檢驗自己所學(xué)的專業(yè)知識及運(yùn)用能力，即實現(xiàn)學(xué)習(xí)產(chǎn)出。這是學(xué)生由理論基礎(chǔ)知識和技能跨越到綜合應(yīng)用和實踐創(chuàng)新的過程，這一階段學(xué)生可能會觸類旁通，激發(fā)自己的腦細(xì)胞，提出很多新想法，有很多新發(fā)現(xiàn)。在評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出階段，可以是學(xué)生自我的評估或?qū)W校的評估，也可以是社會的評估，評估可反饋到實驗教學(xué)中，提高實驗教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容和教學(xué)方法。在使用學(xué)習(xí)產(chǎn)出階段，也是跨越學(xué)校和社會的階段，學(xué)生將學(xué)到的所有知識和技能加以綜合運(yùn)用和工程實踐，以完成目標(biāo)，或是達(dá)到創(chuàng)新的目的，為自己和社會創(chuàng)造財富。

綜合實驗教學(xué)過程對應(yīng)的OBE-CDIO模式的示意如圖1所示。焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)過程依照CDIO模式進(jìn)行分解后，對應(yīng)不同的階段（見表1）分配學(xué)時和成績分?jǐn)?shù)，改革了先前只考察出勤次數(shù)及最終報告成績的不足。改革后的基于OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)抓住不足之處，產(chǎn)生了較大效應(yīng)，一定程度上提高了學(xué)生們分析解決問題、協(xié)作以及創(chuàng)新的能力。大幅度提升學(xué)生的實踐能力的同時也提升實驗教師的能力。焊接專業(yè)是燕山大學(xué)就業(yè)率最高的專業(yè)之一，達(dá)到99%以上，而且近年來用人單位對材料學(xué)院焊接專業(yè)畢業(yè)生的認(rèn)可度增加，焊接專業(yè)的學(xué)生到其他高校深造很受歡迎，這是對學(xué)生知識掌握水平和動手能力的肯定。

2 基于OBE-CDIO模式的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)

圖1 焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)模式

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育需要從學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新知識、創(chuàng)新實踐以及創(chuàng)業(yè)精神等方面去培養(yǎng)[10]，改革后的OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗正好吻合這幾點。在OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)過程中，實驗教師通過引導(dǎo)使學(xué)生思維創(chuàng)新，提出一個新穎的目標(biāo)，該目標(biāo)能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生主動去查閱資料，綜合各科分散的知識，提煉有用的知識，并對這些知識進(jìn)行再理解、再加工、再交叉，從而形成能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的自我創(chuàng)新的知識，在這些知識基礎(chǔ)上動手實踐，而實踐過程中遇到的問題也需要運(yùn)用創(chuàng)新性思維和創(chuàng)新的知識去解決，學(xué)生自定的目標(biāo)沒有范例可參考，他們的實踐是創(chuàng)新性的。學(xué)生通過自己的創(chuàng)新思想及創(chuàng)新實踐得到的產(chǎn)品具有一定的新意。在課程的教學(xué)過程中，講授運(yùn)用自我的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)業(yè)的理念以及創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)的關(guān)系。例如，利用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新產(chǎn)品可以申請專利，可以生產(chǎn)產(chǎn)品，也可以申請大學(xué)生創(chuàng)新項目，參加大學(xué)生學(xué)科競賽以及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。讓學(xué)生以他們實際焊接的產(chǎn)品為例進(jìn)行講解，指出它的創(chuàng)新點和不足之處以及市場前景。這會對學(xué)生今后的創(chuàng)業(yè)起到引領(lǐng)作用。

每個專業(yè)綜合實驗的項目都是具有一定實際意義的小項目，可以看作是學(xué)生進(jìn)行一個應(yīng)用開發(fā)的小項目，在進(jìn)行該項目的過程中，學(xué)生自我的基礎(chǔ)理論知識在實踐中得以檢驗，可以推薦自己的思想，也可以推銷自己的產(chǎn)品，激發(fā)其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極主動性。

這一OBE-CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)改革很好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并利用專業(yè)知識解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新性思維、實際動手操作能力及團(tuán)隊協(xié)作溝通能力，也給學(xué)生灌輸了創(chuàng)業(yè)的理念。這些都為學(xué)生進(jìn)行本科畢設(shè)、攻讀研究生或是畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。基于OBE-CDIO模式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)改革，是在借鑒其他院校經(jīng)驗的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步優(yōu)化，實施效果良好，也可供其他院校及專業(yè)借鑒并進(jìn)一步優(yōu)化，使之更加符合國家培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的需要。

3 實驗教學(xué)改革的下一步工作

燕山大學(xué)材料學(xué)院焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)改革后，顯著提高了畢業(yè)生的自我創(chuàng)新意識能力和動手能力，使畢業(yè)生滿足用人單位的需求，并且給學(xué)生灌輸了創(chuàng)業(yè)的理念。學(xué)生參加比賽獲獎越來越多，立項的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目也越來越多。但是，在焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)過程中也有一些工作需要繼續(xù)完善，如開課時間與學(xué)生考研時間沖突，無法保障有些學(xué)生的實驗時間，心思較為分散。大學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間創(chuàng)業(yè)過程很艱辛，如何調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)與創(chuàng)業(yè)的關(guān)系，也是需要思考的問題。

4 結(jié)論

基于OBE-CDIO模式的綜合實驗教學(xué)改革，一定程度上改變了傳統(tǒng)的傳授模式，探索出一條培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型工程技術(shù)人才的新路，較大提高了畢業(yè)生的創(chuàng)新思維能力、解決問題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力以及創(chuàng)業(yè)理念，焊接專業(yè)畢業(yè)生的社會認(rèn)可度逐年提高，需求量增加。對于工程教育來說，實驗教學(xué)的分量較重，學(xué)校和社會應(yīng)更加關(guān)注。此外，人才培養(yǎng)應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)校特色和滿足自身發(fā)展，更要服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)。人才培養(yǎng)是個長期過程，需要在不斷教育教學(xué)實踐中探索前進(jìn)。

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