工程教育認(rèn)證背景下“復(fù)雜工程問題”的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革與實(shí)施

馬桂軍 李連志 李德海

摘要：文章在工程教育認(rèn)證背景下，以土木工程專業(yè)（巖土與地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，圍繞著畢業(yè)設(shè)計(jì)如何培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力這一關(guān)鍵問題，闡述了本專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)在選題、設(shè)計(jì)模式、設(shè)計(jì)內(nèi)容上的改革與實(shí)施，探索并實(shí)施了解決復(fù)雜工程問題的畢業(yè)設(shè)計(jì)的有效做法。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;畢業(yè)設(shè)計(jì);復(fù)雜工程問題;土木工程;改革與實(shí)施

畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等工科院校完成教學(xué)計(jì)劃達(dá)到本科生培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)主要目的就是培養(yǎng)學(xué)生解決土木工程技術(shù)問題的能力。在工程教育認(rèn)證背景下，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，關(guān)于解決復(fù)雜工程問題在畢業(yè)要求中被多次提到，目的就是要求學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問題能夠依據(jù)科學(xué)原理，設(shè)計(jì)解決方案，并采用科學(xué)方法進(jìn)行研究?？梢娽槍?duì)復(fù)雜工程問題的特征，土木工程專業(yè)傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題和模式已經(jīng)不能滿足畢業(yè)要求，在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，必須向創(chuàng)新模式發(fā)展，才能真正做到對(duì)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)。

一、在工程教育認(rèn)證背景下對(duì)復(fù)雜工程問題的釋義

基于《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》（2017年11月修訂）的指導(dǎo)說明和對(duì)畢業(yè)要求的解讀，現(xiàn)已明確了復(fù)雜工程問題的要求和涵義。所謂“復(fù)雜工程問題”，就是難以用簡單的原理和常用的方法直接能夠完全解決，而必須運(yùn)用深入的工程原理進(jìn)行分析，學(xué)生在掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用的知識(shí)。在初步確定方案時(shí)，學(xué)生不能僅局限于專業(yè)工程技術(shù)因素，還需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、社會(huì)或環(huán)境等多方面因素影響，涉及的技術(shù)、工程和其他因素越多，復(fù)雜程度就越高。一個(gè)工程項(xiàng)目的建設(shè)和實(shí)施會(huì)遇到許多復(fù)雜的工程問題，學(xué)生需要將這些復(fù)雜的工程問題進(jìn)行定義、提煉、分析、建模，需要在技術(shù)、權(quán)益等方面不一致的時(shí)候，充分把握好平衡和沖突。為了解決復(fù)雜工程問題，學(xué)生應(yīng)具有創(chuàng)造性，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范沒有完全涵蓋的問題，能夠靈活應(yīng)用已有的原理和閱讀文獻(xiàn)來解決。往往對(duì)于復(fù)雜工程問題，單獨(dú)一個(gè)學(xué)科或?qū)I(yè)是無法解決的，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)應(yīng)面向跨專業(yè)，應(yīng)有新思路和新方法，能夠提出多個(gè)解決方案，并進(jìn)行選擇和決策?！皬?fù)雜工程問題”不是工程問題本身，而是解決問題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)就是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生這項(xiàng)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)就是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

二、土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問題

我校土木工程專業(yè)分為三個(gè)方向：道路與橋梁工程方向、房屋與建筑工程方向和巖土與地下工程方向?，F(xiàn)有畢業(yè)設(shè)計(jì)的模式是根據(jù)學(xué)生的專業(yè)各自完成三個(gè)專業(yè)模塊的畢業(yè)設(shè)計(jì)，做到一人一題。本次研究以土木工程專業(yè)（巖土與地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì)為調(diào)研對(duì)象，對(duì)該專業(yè)方向近三年的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)存在以下幾方面問題：

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)選題比較單一，不具備復(fù)雜工程問題的特征

土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)通常是由指導(dǎo)教師定題目，以公路隧道設(shè)計(jì)為例，畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生獨(dú)立完成隧道的選址、線型方案、襯砌結(jié)構(gòu)和施工方案等設(shè)計(jì)任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容比較全面，但是選題相對(duì)單一，不具備一個(gè)復(fù)雜工程問題的特征，設(shè)計(jì)內(nèi)容沒有超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，沒有涉及多方面因素，更沒有涉及到多個(gè)利益，不能真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)。例如，由于實(shí)際鉆探地質(zhì)資料欠缺，公路隧道所處位置地質(zhì)條件主要依據(jù)隧道選址處的《某某省地質(zhì)誌》等資料進(jìn)行查閱和推演，導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造簡單，圍巖等級(jí)單一，另外隧道襯砌設(shè)計(jì)僅局限于特殊圍巖分界截面，沒有考慮更多如偏壓、較多圍巖等級(jí)分布等符合實(shí)際工程的內(nèi)容，基本不具備復(fù)雜工程問題的特征。這導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中理論計(jì)算脫離實(shí)際工程，做不到培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的能力的訓(xùn)練。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)模式比較傳統(tǒng)，不具備復(fù)雜工程問題的特征

土木工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，以往的畢業(yè)設(shè)計(jì)都是沿用“一生一題、一師多導(dǎo)”的傳統(tǒng)模式，設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法都是嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)規(guī)范和工程設(shè)計(jì)原理，有一套完整的設(shè)計(jì)方法和單一的模式。例如：往年畢業(yè)設(shè)計(jì)的模式是指導(dǎo)教師給學(xué)生下發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書中的設(shè)計(jì)資料和地形圖確定隧道位置的控制點(diǎn)，然后進(jìn)行千篇一律的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這就導(dǎo)致學(xué)生完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)大同小異。而公路隧道選址方案一定是遵從公路路線方案綜合必選的結(jié)果，控制點(diǎn)的位置涉及到如環(huán)境、工程造價(jià)等因素，不是單一根據(jù)地形等技術(shù)工程因素來確定的。這樣的畢業(yè)設(shè)計(jì)僅考慮工程技術(shù)因素，沒有考慮其他非技術(shù)因素，模式單一，缺乏創(chuàng)造性，不具備復(fù)雜工程問題的特征。

（三）畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容局限于本專業(yè)，不具備復(fù)雜工程問題的特征

公路隧道畢業(yè)設(shè)計(jì)主要包括隧道線型設(shè)計(jì)、洞門設(shè)計(jì)、明洞設(shè)計(jì)、襯砌設(shè)計(jì)、支護(hù)設(shè)計(jì)、施工方案設(shè)計(jì)等主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋公路隧道工程主體結(jié)構(gòu)。但是公路隧道是一項(xiàng)綜合復(fù)雜的工程，它不僅涉及到地質(zhì)、土木、防排水、工管等多個(gè)專業(yè)，而且還與機(jī)電、環(huán)境保護(hù)等是緊密聯(lián)系的，公路隧道設(shè)計(jì)不僅涉及主體結(jié)構(gòu)，包括通風(fēng)、照明等附屬設(shè)施設(shè)計(jì)內(nèi)容也不容忽視，只有主體結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施完全結(jié)合起來才能保證整個(gè)公路隧道設(shè)計(jì)內(nèi)容的完整。這種做法使畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)單一，設(shè)計(jì)內(nèi)容僅局限在公路隧道工程的常規(guī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，對(duì)復(fù)雜工程問題中的各個(gè)因素沒有進(jìn)行綜合考慮，不具備復(fù)雜工程問題的特征。

三、畢業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問題的改革與實(shí)施

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的改革與實(shí)施

通過對(duì)復(fù)雜工程問題的理解，土木工程專業(yè)（巖土與地下工程方向）的畢業(yè)設(shè)計(jì)在選題方面進(jìn)行了改革。首先，該專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題分了三個(gè)方向：隧道設(shè)計(jì)方向、基坑設(shè)計(jì)方向和地鐵車站設(shè)計(jì)方向。其次，指導(dǎo)教師結(jié)合實(shí)際工程對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)方向涉及到復(fù)雜工程問題在任務(wù)書中要進(jìn)行說明。例如，畢業(yè)設(shè)計(jì)中的地質(zhì)條件都是指導(dǎo)教師從各個(gè)地區(qū)實(shí)際工程中的實(shí)際地質(zhì)勘察報(bào)告中收集的實(shí)際資料，并依據(jù)實(shí)際地形地質(zhì)條件確定公路隧道洞門和明洞方案等。這些都需要學(xué)生能夠綜合考慮多方面因素，突破現(xiàn)有條框，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中真正做到理論實(shí)際工程，經(jīng)過深入分析才能解決復(fù)雜的工程方案問題，從而達(dá)到了專業(yè)認(rèn)證的要求。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的改革與實(shí)施

通過對(duì)復(fù)雜工程問題的釋義，土木工程專業(yè)（巖土與地下工程方向）的畢業(yè)設(shè)計(jì)在模式方面進(jìn)行了改革。以某一地區(qū)實(shí)際公路工程需求出發(fā)，將路線、橋梁、隧道等土木工程專業(yè)三個(gè)方向結(jié)合起來進(jìn)行團(tuán)隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)，改變了單一的“一生一題、一師多導(dǎo)”畢業(yè)設(shè)計(jì)模式。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)由路、橋、隧三組學(xué)生組成，每組學(xué)生由專門的一名指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過該地區(qū)實(shí)際地形圖的分析、方案對(duì)比選擇確定設(shè)計(jì)方案，實(shí)施分工，相互溝通，互相協(xié)調(diào)，共同面對(duì)設(shè)計(jì)中復(fù)雜工程問題。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)不僅使學(xué)生能夠熟悉相關(guān)專業(yè)的交叉內(nèi)容，還能積極主動(dòng)地協(xié)調(diào)處理設(shè)計(jì)過程中有分歧的技術(shù)問題，在交流過程中產(chǎn)生新思路和新方法，并針對(duì)復(fù)雜工程問題提出多個(gè)解決方案，之后再進(jìn)行選擇和決策，以達(dá)到專業(yè)認(rèn)證的要求。

（三）畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的改革與實(shí)施

通過對(duì)復(fù)雜工程問題的解讀，土木工程專業(yè)（巖土與地下工程方向）的畢業(yè)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)內(nèi)容方面進(jìn)行了改革。公路隧道設(shè)計(jì)和地鐵車站設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容增加了照明設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、環(huán)境評(píng)價(jià)等內(nèi)容，設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及到其他專業(yè)多方面的技術(shù)、工程和非技術(shù)因素。設(shè)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模大，設(shè)計(jì)問題多，復(fù)雜程度就高，僅依靠現(xiàn)有土木工程專業(yè)的知識(shí)不能完全解決。學(xué)生首先應(yīng)該結(jié)合工程實(shí)踐，依據(jù)專業(yè)基本工程原理，針對(duì)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜工程問題初步確定設(shè)計(jì)方案，然后在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析初步確定的設(shè)計(jì)方案對(duì)社會(huì)效益、環(huán)境以及安全等非技術(shù)因素的影響。學(xué)生可以通過查閱文獻(xiàn)開闊思路，學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)、方法尋找新的突破點(diǎn)，解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜工程問題，達(dá)到專業(yè)認(rèn)證的要求。

四、結(jié)論

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了高標(biāo)準(zhǔn)要求，為了培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)選題、設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)內(nèi)容等方面都要進(jìn)行改革，探索有效的實(shí)施辦法，真正做到對(duì)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。在工程教育認(rèn)證背景下，黑龍江工程學(xué)院土木工程專業(yè)在近幾年的畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，多方位地進(jìn)行了改革與建設(shè)，提升了土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的整體水平，保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量達(dá)到畢業(yè)要求。

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編輯∕李夢迪