基于“卓越工程師”計劃的課程設(shè)計教學(xué)探索與實踐

范舟 王杰 楊春風(fēng) 楊眉 黃本生

摘要：“卓越計劃”旨在培養(yǎng)工程能力和創(chuàng)新能力強的高素養(yǎng)工程技術(shù)人才。充分利用校企合作機制，調(diào)整材料成型及控制工程專業(yè)課程設(shè)計的內(nèi)容，探索和構(gòu)建了基于PBL-CDIO設(shè)計教學(xué)體系，并嚴密組織設(shè)計過程。通過實踐，學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程實際問題能力得到提高，取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：卓越計劃；課程設(shè)計；工程能力；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）27-0137-02

一、前言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是實現(xiàn)我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。近年來，新經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級等對工程人才培養(yǎng)提出了新的更高的要求，從適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需要轉(zhuǎn)向滿足產(chǎn)業(yè)需要和引領(lǐng)未來發(fā)展并重建設(shè)“新工科”。無論“卓越計劃”還是“新工科建設(shè)”，旨在培養(yǎng)造就工程能力及創(chuàng)新能力強的高素養(yǎng)工程技術(shù)人才[1]。

實踐教學(xué)作為教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實踐的工程能力和理論技術(shù)創(chuàng)新能力的重要手段。鑒于此，本文以提高工科學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，基于CDIO工程教育理念[2]和PBL教學(xué)方法[3]提出對材料成型及控制工程專業(yè)課程設(shè)計的實踐教學(xué)進行了探索和改革，并取得良好實踐效果。

二、材料成型及控制工程專業(yè)的課程設(shè)計存在的問題

材料成型及控制工程專業(yè)涉及材料、機械、信息及控制學(xué)科，主要研究材料加工過程中材料的結(jié)構(gòu)、性能演變及其控制，這決定了在人才培養(yǎng)模式方面更注重實踐性和應(yīng)用性，課程設(shè)計應(yīng)更貼近生產(chǎn)，滿足社會實際需求[4]。因此課程設(shè)計不僅要傳授專業(yè)理論和技術(shù)知識，更要傳授發(fā)現(xiàn)、分析解決工程實際問題的方法，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，做中學(xué)，提高工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

當(dāng)前，該專業(yè)課程設(shè)計存在一些問題。（1）命題是課程設(shè)計的起點，立題不當(dāng)，影響整個課程設(shè)計的目的性和創(chuàng)新性。目前，教師設(shè)置的命題過于陳舊，和生產(chǎn)實踐脫節(jié)，設(shè)計內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性，不能激發(fā)學(xué)生的興趣。題目較少，較為單一，且多人一題，易造成學(xué)生相互抄襲。命題具有偏材料研究的趨勢，題目偏難。選題不當(dāng)時有發(fā)生，而且原因各異。（2）時間地點不合適。課程設(shè)計通常安排在第七個學(xué)期末，且周期多為2周。這段時間學(xué)生忙于畢業(yè)去向，不能認真對待，精力常有限。另外課程設(shè)計一般在校內(nèi)進行，學(xué)生對設(shè)計對象具體情況欠缺了解，缺乏感性認識，規(guī)范性、創(chuàng)新性難以得到把握。（3）指導(dǎo)教師對課程設(shè)計的順利開展、完成和深度的把握至關(guān)重要。然而課程設(shè)計指導(dǎo)教師人數(shù)往往偏少，生師比超過20，很難在短時間做到針對學(xué)生的情況進行分類指導(dǎo)。青年教師一般學(xué)歷高、理論深厚、創(chuàng)新意識較強，但往往沒有企業(yè)經(jīng)歷，鼓勵學(xué)生進行工藝方案的優(yōu)化時缺乏生產(chǎn)的足夠了解。

三、基于PBL和CDIO的課程設(shè)計教學(xué)模式構(gòu)建

我校材料成型及控制工程專業(yè)經(jīng)四川省教育廳和學(xué)校批準實施“卓越工程師”培養(yǎng)計劃。在分析總結(jié)課程設(shè)計中出現(xiàn)的問題的基礎(chǔ)上，引入CDIO教育理念及問題導(dǎo)向（PBL）的教學(xué)模式，加強校企合作，構(gòu)建了新的課程設(shè)計教學(xué)體系。

（一）課程設(shè)計準備及命題設(shè)計

根據(jù)“卓越計劃”的培養(yǎng)要求，行業(yè)企業(yè)要深度參與。在實施過程中，通過對與材料成型及控制工程專業(yè)相關(guān)企業(yè)的綜合分析，選擇在與焊接專業(yè)關(guān)系密切、生產(chǎn)規(guī)模大、管理規(guī)范的某鍋爐有限責(zé)任公司建立“卓越工程師計劃”培養(yǎng)基地。將課程設(shè)計作為在企業(yè)進行的實踐教學(xué)課程，直接設(shè)置為焊接工程設(shè)計，教學(xué)場地以企業(yè)為主、由學(xué)校和企業(yè)老師聯(lián)合指導(dǎo)。設(shè)計時間也從2周延長至3周。

為了達成課程設(shè)計目標，學(xué)生先期經(jīng)歷《焊接崗位實踐》和《焊接工程師崗位實踐》實踐，然后焊接工程設(shè)計命題以鍋爐系統(tǒng)關(guān)鍵部件—集箱和汽包結(jié)構(gòu)與焊接工藝設(shè)計為作為命題，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材、加工流程以及焊接工藝的關(guān)鍵參數(shù)論證制定，最終按照規(guī)范完成相應(yīng)文檔的編寫。

（二）課程設(shè)計的過程管理

在焊接工程設(shè)計管理上，采用CDIO教育理念和問題導(dǎo)向教學(xué)方法。CDIO理念代表構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作之間有機聯(lián)系，實踐中以集箱或汽包的制造周期為載體，依據(jù)鍋爐行業(yè)和國家標準，系統(tǒng)完成從對集箱或汽包設(shè)計要求的理解和思考、到結(jié)構(gòu)的設(shè)計與強度校核、材料選擇、焊接工藝規(guī)范的論證制定、檢驗等。集箱或汽包結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個學(xué)生難以在3周時間完成全部任務(wù)，為避免學(xué)生的工作量過大、輕重不分，將學(xué)生分成幾個小組，每個小組側(cè)重一個方面的問題。實際管理中學(xué)生3—4人為小組，小組成員分工協(xié)作，部分學(xué)生側(cè)重結(jié)構(gòu)設(shè)計，部分學(xué)生側(cè)重焊接工藝設(shè)計，最后小組通過有機聯(lián)系，獲得相對成熟設(shè)計方案。

焊接工程設(shè)計設(shè)置了針對性問題。從設(shè)計思路上提出了集箱或汽包的總體設(shè)計要求、載荷類型及應(yīng)力的準確計算、所選材料性能、擬采用的焊接方法、現(xiàn)有和擬采用的生產(chǎn)設(shè)備、準確簡明的表達方法、焊接成本、質(zhì)量檢驗等需要注意的問題，同時也提出了坡口如何選擇、對接焊縫的余高不能過多等具體問題。要求學(xué)生從選題、計劃、交流、資源搜尋、決策能力、經(jīng)濟分析、表達等全方位、全過程的實踐，有效地發(fā)展學(xué)生的“創(chuàng)新軟能力”?？傊?，把學(xué)生置于復(fù)雜的、有實際意義的問題情境中，通過讓學(xué)生以小組合作的形式共同解決復(fù)雜的、實際的或真實性問題，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，從工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力形成解決工程實際問題的能力。

（三）課程設(shè)計的成績考核

成績的考核方法采取校內(nèi)與企業(yè)考核結(jié)合、個人與小組考核結(jié)合方式進行。個人考核主要是對學(xué)生平時紀律、學(xué)習(xí)態(tài)度、圖紙質(zhì)量、焊接工藝卡質(zhì)量、說明書規(guī)范及個人答辯情況進行評價，主要在校內(nèi)進行；小組考核主要是對整個設(shè)計方案小組答辯，在企業(yè)現(xiàn)場進行，由企業(yè)焊接工程師和學(xué)校指導(dǎo)教師考察設(shè)計是否符合工程實際及有改進創(chuàng)新。每部分給出成績，乘以權(quán)重，最后給出綜合成績，很好地對學(xué)生設(shè)計的獨立性、協(xié)調(diào)性、創(chuàng)造性及實際解決問題的能力、團隊意識和協(xié)作配合能力等做出較科學(xué)、全面公正的評定。

（四）指導(dǎo)教師的作用

課程設(shè)計教學(xué)模式中教師需要承擔(dān)多重的角色。校內(nèi)指導(dǎo)教師首先是組織者，在選擇設(shè)計對象及制定計劃時需要考慮課程體系的系統(tǒng)性、專業(yè)知識體系的銜接和交叉、課程設(shè)計的教學(xué)目標等，而并非單純?yōu)榻鉀Q問題而設(shè)計問題。其次教師是資源提供者，在課前進行大量的工作，提供學(xué)習(xí)資源的組織，如授課內(nèi)容及次序、教學(xué)場地、教師資源等。教師在教學(xué)過程中還應(yīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)過程的促進者、推動者和引導(dǎo)者，創(chuàng)造和諧的教學(xué)氣氛，適時激發(fā)學(xué)生探索興趣，讓小組成員自主地學(xué)習(xí)和交流。企業(yè)指導(dǎo)教師富有現(xiàn)場實際經(jīng)驗，熟悉產(chǎn)品，更多作為產(chǎn)品設(shè)計的引導(dǎo)者、結(jié)果檢驗者。建立校內(nèi)和企業(yè)指導(dǎo)教師相結(jié)合、既精于教學(xué)又具有很強的工程實踐能力的課程設(shè)計指導(dǎo)教師隊伍，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力是十分有益的。

四、結(jié)束語

針對“卓越計劃”，基于CDIO和問題導(dǎo)向?qū)Σ牧铣尚图翱刂乒こ虒I(yè)課程設(shè)計教學(xué)模式和內(nèi)容進行改革。以焊接產(chǎn)品設(shè)計為導(dǎo)向，在命題、教學(xué)組織、成績考核、指導(dǎo)教師作用各個環(huán)節(jié)中始終貫徹培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生解決工程實際問題的能力。學(xué)生通過完成具體設(shè)計實現(xiàn)能力的提高和相關(guān)知識的構(gòu)建，提升了工程師素養(yǎng)，就業(yè)競爭力顯著增強。

參考文獻：

[1]林健.新工科建設(shè)：強勢打造“卓越計劃”升級版[J].高等工程教育研究，2017，（3）：7-14.

[2]周娟，郭棣彬，張佳，等.CDIO指導(dǎo)下材料成型及控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索[J].教育現(xiàn)代化，2016，（15）：7-8.

[3]杜志云，譚偉，鄭杰，等.課程設(shè)計嵌合生產(chǎn)實習(xí)的PBL教學(xué)模式探討[J].廣東化工，2009，36（11）：188-189.

[4]董瑞華，王俊紅，馮海美.材料成型及控制工程專業(yè)在課程設(shè)計上的改革探索與實踐分析[J].教育教學(xué)論壇，2017，（27）：123-124.