卓越工程師計劃課程設計教學探索

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摘要：“卓越計劃”旨在培養工程能力和創新能力強的高素養工程技術人才。充分利用校企合作機制，調整材料成型及控制工程專業課程設計的內容，探索和構建了基于PBL-CDIO設計教學體系，并嚴密組織設計過程。通過實踐，學生發現和解決工程實際問題能力得到提高，取得了較好效果。

關鍵詞：卓越計劃；課程設計；工程能力；創新能力

一、前言

“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是實現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，新經濟的蓬勃發展、產業轉型升級等對工程人才培養提出了新的更高的要求，從適應產業需要轉向滿足產業需要和引領未來發展并重建設“新工科”。無論“卓越計劃”還是“新工科建設”，旨在培養造就工程能力及創新能力強的高素養工程技術人才[1]。實踐教學作為教學過程的重要環節，是培養學生應用實踐的工程能力和理論技術創新能力的重要手段。鑒于此，本文以提高工科學生的綜合工程素養和創新能力為出發點，基于CDIO工程教育理念[2]和PBL教學方法[3]提出對材料成型及控制工程專業課程設計的實踐教學進行了探索和改革，并取得良好實踐效果。

二、材料成型及控制工程專業的課程設計存在的問題

材料成型及控制工程專業涉及材料、機械、信息及控制學科，主要研究材料加工過程中材料的結構、性能演變及其控制，這決定了在人才培養模式方面更注重實踐性和應用性，課程設計應更貼近生產，滿足社會實際需求[4]。因此課程設計不僅要傳授專業理論和技術知識，更要傳授發現、分析解決工程實際問題的方法，使學生主動學習，做中學，提高工程素養和創新能力。當前，該專業課程設計存在一些問題。（1）命題是課程設計的起點，立題不當，影響整個課程設計的目的性和創新性。目前，教師設置的命題過于陳舊，和生產實踐脫節，設計內容缺乏創新性，不能激發學生的興趣。題目較少，較為單一，且多人一題，易造成學生相互抄襲。命題具有偏材料研究的趨勢，題目偏難。選題不當時有發生，而且原因各異。（2）時間地點不合適。課程設計通常安排在第七個學期末，且周期多為2周。這段時間學生忙于畢業去向，不能認真對待，精力常有限。另外課程設計一般在校內進行，學生對設計對象具體情況欠缺了解，缺乏感性認識，規范性、創新性難以得到把握。（3）指導教師對課程設計的順利開展、完成和深度的把握至關重要。然而課程設計指導教師人數往往偏少，生師比超過20，很難在短時間做到針對學生的情況進行分類指導。青年教師一般學歷高、理論深厚、創新意識較強，但往往沒有企業經歷，鼓勵學生進行工藝方案的優化時缺乏生產的足夠了解。

三、基于PBL和CDIO的課程設計教學模式構建

我校材料成型及控制工程專業經四川省教育廳和學校批準實施“卓越工程師”培養計劃。在分析總結課程設計中出現的問題的基礎上，引入CDIO教育理念及問題導向（PBL）的教學模式，加強校企合作，構建了新的課程設計教學體系。

（一）課程設計準備及命題設計

根據“卓越計劃”的培養要求，行業企業要深度參與。在實施過程中，通過對與材料成型及控制工程專業相關企業的綜合分析，選擇在與焊接專業關系密切、生產規模大、管理規范的某鍋爐有限責任公司建立“卓越工程師計劃”培養基地。將課程設計作為在企業進行的實踐教學課程，直接設置為焊接工程設計，教學場地以企業為主、由學校和企業老師聯合指導。設計時間也從2周延長至3周。為了達成課程設計目標，學生先期經歷《焊接崗位實踐》和《焊接工程師崗位實踐》實踐，然后焊接工程設計命題以鍋爐系統關鍵部件—集箱和汽包結構與焊接工藝設計為作為命題，進行結構設計、選材、加工流程以及焊接工藝的關鍵參數論證制定，最終按照規范完成相應文檔的編寫。

（二）課程設計的過程管理

在焊接工程設計管理上，采用CDIO教育理念和問題導向教學方法。CDIO理念代表構思、設計、實現和運作之間有機聯系，實踐中以集箱或汽包的制造周期為載體，依據鍋爐行業和國家標準，系統完成從對集箱或汽包設計要求的理解和思考、到結構的設計與強度校核、材料選擇、焊接工藝規范的論證制定、檢驗等。集箱或汽包結構復雜，一個學生難以在3周時間完成全部任務，為避免學生的工作量過大、輕重不分，將學生分成幾個小組，每個小組側重一個方面的問題。實際管理中學生3—4人為小組，小組成員分工協作，部分學生側重結構設計，部分學生側重焊接工藝設計，最后小組通過有機聯系，獲得相對成熟設計方案。焊接工程設計設置了針對性問題。從設計思路上提出了集箱或汽包的總體設計要求、載荷類型及應力的準確計算、所選材料性能、擬采用的焊接方法、現有和擬采用的生產設備、準確簡明的表達方法、焊接成本、質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。要求學生從選題、計劃、交流、資源搜尋、決策能力、經濟分析、表達等全方位、全過程的實踐，有效地發展學生的“創新軟能力”。總之，把學生置于復雜的、有實際意義的問題情境中，通過讓學生以小組合作的形式共同解決復雜的、實際的或真實性問題，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，從工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力形成解決工程實際問題的能力。

（三）課程設計的成績考核

成績的考核方法采取校內與企業考核結合、個人與小組考核結合方式進行。個人考核主要是對學生平時紀律、學習態度、圖紙質量、焊接工藝卡質量、說明書規范及個人答辯情況進行評價，主要在校內進行；小組考核主要是對整個設計方案小組答辯，在企業現場進行，由企業焊接工程師和學校指導教師考察設計是否符合工程實際及有改進創新。每部分給出成績，乘以權重，最后給出綜合成績，很好地對學生設計的獨立性、協調性、創造性及實際解決問題的能力、團隊意識和協作配合能力等做出較科學、全面公正的評定。

（四）指導教師的作用

課程設計教學模式中教師需要承擔多重的角色。校內指導教師首先是組織者，在選擇設計對象及制定計劃時需要考慮課程體系的系統性、專業知識體系的銜接和交叉、課程設計的教學目標等，而并非單純為解決問題而設計問題。其次教師是資源提供者，在課前進行大量的工作，提供學習資源的組織，如授課內容及次序、教學場地、教師資源等。教師在教學過程中還應成為學生學習過程的促進者、推動者和引導者，創造和諧的教學氣氛，適時激發學生探索興趣，讓小組成員自主地學習和交流。企業指導教師富有現場實際經驗，熟悉產品，更多作為產品設計的引導者、結果檢驗者。建立校內和企業指導教師相結合、既精于教學又具有很強的工程實踐能力的課程設計指導教師隊伍，培養學生的工程能力和創新能力是十分有益的。

四、結束語

針對“卓越計劃”，基于CDIO和問題導向對材料成型及控制工程專業課程設計教學模式和內容進行改革。以焊接產品設計為導向，在命題、教學組織、成績考核、指導教師作用各個環節中始終貫徹培養學生的工程能力和創新能力，提高學生解決工程實際問題的能力。學生通過完成具體設計實現能力的提高和相關知識的構建，提升了工程師素養，就業競爭力顯著增強。

參考文獻：

[1]林健.新工科建設: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指導下材料成型及控制工程專業人才培養模式探索[J].教育現代化,2016,(15):7-8.

[3]杜志云,譚偉,鄭杰,等.課程設計嵌合生產實習的PBL教學模式探討[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在課程設計上的改革探索與實踐分析[J].教育教學論壇,2017,(27):123-124.

作者：范舟 王杰 楊春風 楊眉 黃本生 單位：西南石油大學材料科學與工程學 西南石油大學學報中心