工科學(xué)生工程思維能力培養(yǎng)的研究與實踐*

◆金英愛 高青 李文博

作者：金英愛，教授，吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點實驗室、吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，研究方向為強化傳熱與節(jié)能技術(shù)；高青、李文博，吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點實驗室、吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院（130025）。

1 前言

本教學(xué)團隊中兩位教師到UC（University of Colorado）和OSU（Oklahoma State University）親歷了美國高等教育。美國目前工科教育充分重視實踐教學(xué)，并且對團隊合作尤其注重，對基礎(chǔ)課程的實踐環(huán)節(jié)形式也具有多樣性。根據(jù)課程特色，學(xué)生可以按自己組建的團隊特色制訂實踐計劃，并經(jīng)任課教師的評估開展實踐。很多課程有部分時間用于企業(yè)實踐和調(diào)研，學(xué)生團隊自己與相關(guān)企業(yè)單位進行溝通協(xié)調(diào)，在課后深入企業(yè)開展實踐和調(diào)研。企業(yè)定期通過電子郵件、電話等溝通形式向指導(dǎo)教師做通報。學(xué)生定期向任課教師做匯報，教師將針對學(xué)生的實踐進程對學(xué)生的實踐方向進行把握。這類授課和實踐模式對教師和學(xué)生的要求都大大提高，能力的提高不僅僅局限于知識層面，對學(xué)生團隊合作能力也有極大的提高。

對于相關(guān)驗證性實驗，則主要在學(xué)校實驗室展開，但是在實驗過程中，教師完全處于次要地位，主要由學(xué)生來講述實驗原理，其他學(xué)生進行不斷補充，教師主要闡述安全注意事項，在這個過程中充分展現(xiàn)以學(xué)生為主體的教育理念。

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，培養(yǎng)和造就一大批素質(zhì)優(yōu)良、勇于創(chuàng)新的人才，是建設(shè)創(chuàng)新型國家的迫切需要，也是國家對高校人才培養(yǎng)的基本要求[1]。本項目通過增加實踐環(huán)節(jié)教育來提高學(xué)生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力，以適應(yīng)飛速發(fā)展的經(jīng)濟以及中國經(jīng)濟與國際經(jīng)濟的接軌。

本項目以卓越工程師培養(yǎng)計劃目標為核心，以工科實驗班為載體，通過工科基礎(chǔ)課創(chuàng)新建設(shè)，加強基礎(chǔ)類課程教學(xué)的工程實踐，依托拓展課內(nèi)容和課程國際化，實現(xiàn)課程教學(xué)改革與實踐，探索建立創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)的新途徑，實施工科基礎(chǔ)課程創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)計劃。開展工科基礎(chǔ)課程強化工程實踐的人才培養(yǎng)模式和教學(xué)體系設(shè)置，建設(shè)校企合作辦學(xué)、行業(yè)資深專家、海外學(xué)術(shù)名家和校內(nèi)交叉學(xué)科的工程師培養(yǎng)新模式，帶動和引領(lǐng)工科基礎(chǔ)課程教學(xué)水平的提升和發(fā)展，促進工科教育的發(fā)展與進步。

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)一些高等學(xué)校里面的“尖子生”在參加工作后有一部分會淡出優(yōu)秀者行列，甚至在就業(yè)方面屢屢受挫，而往往學(xué)習成績處于中等的學(xué)生卻會在以后的工作中有出色表現(xiàn)。由此折射出我國教育體制出現(xiàn)的問題。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是我國一貫的“應(yīng)試教育”造成的。此教學(xué)模式重視傳統(tǒng)知識的教育，忽視了對于步入社會后所需的實踐能力的培養(yǎng)。在高校中教學(xué)實踐環(huán)節(jié)少，導(dǎo)致學(xué)生動手能力差、學(xué)生協(xié)作能力差等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，在高等教育尤其是工科院校當中，重視學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)尤其重要，急需改進目前大學(xué)生工程意識差、工程觀念薄弱的現(xiàn)狀。

2 產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的教學(xué)課程體系

建立緊密關(guān)聯(lián)的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合教學(xué)課程體系，全面探索校內(nèi)課堂、企業(yè)課堂、實踐基地、創(chuàng)新平臺等凸顯工科特色的教學(xué)模式，強化課程雙師型教學(xué)模式，突出工科教育的工程化特點。

建設(shè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的教學(xué)課程體系，在原有的一汽集團、哈爾濱動力集團等實踐基地的基礎(chǔ)上，建設(shè)“一汽法雷奧汽車空調(diào)有限公司”吉林大學(xué)教學(xué)實踐基地。

通過增加實踐基地，讓更多的學(xué)生去工廠參加實習、實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生參加工廠的技術(shù)攻關(guān)活動，加強學(xué)生的工程實踐意識。

同時，注重將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)裝置。例如：“地下蓄熱過程傳熱機理及其時變特性規(guī)律與控制”項目的熱泵實驗臺已被教學(xué)利用，作為制冷循環(huán)拓展制熱利用實驗演示；“不同空氣組分進氣下發(fā)動機燃燒機理及其反應(yīng)特征研究”項目開發(fā)的實驗系統(tǒng)，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為工程熱力學(xué)OTTO 循環(huán)熱力過程實驗教學(xué)系統(tǒng)；結(jié)合科研成果開發(fā)研制的實驗裝置“泵與風機綜合性能實驗臺”“熱量表綜合實驗臺”已應(yīng)用于本科生實驗教學(xué)，而“太陽能光熱、光電轉(zhuǎn)換綜合實驗平臺”也即將對學(xué)生開放使用。

3 探索換位教學(xué)的教育理念

轉(zhuǎn)變教師和學(xué)生的傳統(tǒng)觀念，達到“教學(xué)”中教師與學(xué)生的互動，啟發(fā)與思考緊密結(jié)合，使學(xué)生處于教學(xué)的主體地位，教師起引導(dǎo)作用，實行啟發(fā)性、引導(dǎo)性的教學(xué)模式，實行換位教學(xué)，增強學(xué)生創(chuàng)造力。組織機械工程學(xué)院、汽車工程學(xué)院、生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院的學(xué)生在教學(xué)過程中進行換位教學(xué)，讓學(xué)生在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中更好地參與進來，能夠提出工程問題并提出解決的方案。

4 推進國際化課程體系建設(shè)

基礎(chǔ)課程通常比較傳統(tǒng)且內(nèi)容一致性較高，有利于開展國際交流與合作。通過教學(xué)內(nèi)容、方式、環(huán)節(jié)的合作培養(yǎng)模式，拓寬國際視野，充分利用國際教育資源，取長補短，有利于夯實工程理論基礎(chǔ)，實踐課程的融合、學(xué)習和提高，促進教學(xué)質(zhì)量的提升。

聘請英國諾丁漢大學(xué)Y.Y.Yan 教授到本校為卓越工程師培養(yǎng)計劃實施專業(yè)“車輛工程”“機械工程及其自動化”“農(nóng)業(yè)機械化及其自動化”的工科實驗班學(xué)生講述工科基礎(chǔ)課程傳熱學(xué)。課程采用全英文授課模式，教學(xué)方法完全采用諾丁漢大學(xué)的教學(xué)模式。諾丁漢大學(xué)的教學(xué)模式更注重實際工程循環(huán)的分析，如對溴化鋰吸收式制冷循環(huán)進行了詳盡的講解。工科實驗班的學(xué)生在本次教學(xué)活動中得到大量的教學(xué)信息，尤其是增加了工程實踐方面的知識[2-3]。

通過借鑒發(fā)達國家工科大學(xué)生的培養(yǎng)模式，打破目前普遍存在的以教師為主導(dǎo)、課堂教學(xué)為主的教學(xué)方式，組織學(xué)生在課堂上進行討論，引導(dǎo)學(xué)生自己提出工程問題并加以解決，強化學(xué)生的工程實踐意識。課堂討論的內(nèi)容以工程實踐問題為主，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生的表現(xiàn)計入平時成績。

5 大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

指導(dǎo)學(xué)生完成國家級和校級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，制作與工程實際緊密相關(guān)的實驗臺架，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會寫作工科實踐論文，不斷完善現(xiàn)有的能源課程實踐基地建設(shè)平臺。吉林大學(xué)為學(xué)生創(chuàng)造了很多參加創(chuàng)新實驗的機會，學(xué)生只要提出創(chuàng)新實驗方案，都可以得到學(xué)校的資助。

當代學(xué)生科技創(chuàng)新的能力對于社會的發(fā)展與進步相當關(guān)鍵，通過大學(xué)期間進行的一系列實驗，可以大幅度提高學(xué)生的實際操作動手能力，同時加深學(xué)生對所學(xué)知識的認識，進而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

6 工科基礎(chǔ)課程的工程能力訓(xùn)練機制形成

組織機械工程學(xué)院、汽車工程學(xué)院、生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院的學(xué)生在學(xué)習工科基礎(chǔ)必修課程工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)的過程中，通過課程小論文、創(chuàng)新實驗等方式提出工程實踐問題，并提出解決方案。

圍繞基礎(chǔ)課程，開設(shè)拓展課程，提升理性知識的感性認識；擴展基礎(chǔ)課程覆蓋工程知識面，加強工程認知與實際應(yīng)用體會。通過工科基礎(chǔ)課程教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，強化工科基礎(chǔ)課程，凸顯工科特征設(shè)置，建立校企聯(lián)辦機制，強化工程實踐教學(xué)能力和國際融合，研究與實踐新的課程教學(xué)計劃、大綱、教材、講座、實驗與實踐指導(dǎo)書、管理文件等建設(shè)，打造大學(xué)工科基礎(chǔ)課程與實踐教學(xué)平臺，為工科基礎(chǔ)課程的工程能力訓(xùn)練機制形成提供寬厚的課程基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語

通過工程熱力學(xué)工科基礎(chǔ)課程為典型課程，結(jié)合卓越工程師培養(yǎng)計劃實施專業(yè)“車輛工程”“機械工程及其自動化”“農(nóng)業(yè)機械化及其自動化”的工科實驗班教學(xué)，通過拓展課程和講座，依托課外工程實踐教學(xué)基地建設(shè)，采用多種課后工程實踐環(huán)節(jié)，以多種工程實踐相關(guān)的教學(xué)方法改變傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)為主線的單一教學(xué)模式。通過課程企業(yè)實線，加強工程悟性和感知；通過拓展課程內(nèi)容講座，擴展基礎(chǔ)課程覆蓋工程知識面，加強工程認知與實際應(yīng)用體會；通過建立課程實踐基地，開辟基礎(chǔ)理論課程的輔助課堂，實現(xiàn)理性知識和感性知識教學(xué)的融合與互補。同時，以建設(shè)課程基地為依托，作為大學(xué)生創(chuàng)新實踐空間，捆綁課程內(nèi)容，加強大學(xué)生創(chuàng)新實驗等培養(yǎng)模式，提高大學(xué)生再創(chuàng)造的工程實踐能力，實現(xiàn)工科學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提高。

[1]姚文軒,滕召勝.運用大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃培養(yǎng)創(chuàng)新能力的實踐與思考[J].高等教育研究學(xué)報,2010,33(2).

[2]華自強,張忠進,高青.工程熱力學(xué)[M].4 版.北京:高等教育出版社,2009.

[3]陳貴堂,王永珍.工程熱力學(xué)[M].2 版.北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.