“過程裝備與控制工程”專業(yè)課外工程教育的探討與實踐

徐　慶　宋繼田

（天津科技大學(xué)，天津300222）

“過程裝備與控制工程”專業(yè)課外工程教育的探討與實踐

徐慶宋繼田

（天津科技大學(xué)，天津300222）

對大學(xué)生自主學(xué)習(xí)教育的培養(yǎng)是工程教育的重要內(nèi)容。本文以天津科技大學(xué)“過程裝備與控制工程”專業(yè)的課外工程教育為范例，探討了課外工程教育的實施方法，著重討論了工程師認知教育、科技創(chuàng)新活動、產(chǎn)學(xué)合作工程實踐等三個方面，并指出了課外工程教育存在的一些問題。實踐表明，該措施可提高工科大學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

課外工程教育；創(chuàng)新；自主學(xué)習(xí)

在全球化背景下，工程教育對于增強國力和未來競爭力日顯重要。本世紀以來，歐美各國特別將加強和改革工程教育作為高等教育發(fā)展的重要內(nèi)容［1］。歐盟委員會資助下構(gòu)建并實施了“歐洲高等工程教育”（H3E）、“加強歐洲工程教育”（E4）、“歐洲工程的教學(xué)與研究”（TREE）等系列主題研究［2-4］。從2000年起，麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究團隊，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念［5］，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，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。我國教育部也提出“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”［6］，旨在全面提高我國工程人才培養(yǎng)質(zhì)量。我國要建設(shè)創(chuàng)新型國家，需要培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。以汕頭大學(xué)為代表，國內(nèi)50多所高校正在開展CDIO教學(xué)實踐［7］。此外，華東理工大學(xué)還提出了“全面工程教育”理念［8］。綜觀各種教育模式，實踐是關(guān)鍵詞之一［9-10］，而課外是學(xué)生學(xué)習(xí)生活非常重要的一部分，也是學(xué)生自主學(xué)習(xí)提高的時間，合理利用課外組織開展工程教育，對于學(xué)生能力、素質(zhì)的培養(yǎng)具有重要的意義。這里，課外工程教育指課內(nèi)教學(xué)計劃規(guī)定之外的學(xué)生工程教育活動，其特征是強調(diào)學(xué)生的自主性和教師的引導(dǎo)作用。

天津科技大學(xué)的“過程裝備與控制工程”專業(yè)是天津市高?！笆濉本C合投資規(guī)劃的品牌專業(yè)建設(shè)項目，有著50多年的辦學(xué)歷史，擁有本科、碩士、博士以及工程碩士培養(yǎng)等完整的人才培養(yǎng)體系，為課外工程教育的實施提供了良好的平臺。落實“輕工過程裝備”人才培養(yǎng)的特色定位，對本科生開展課外工程教育，是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的必要手段，與培養(yǎng)計劃內(nèi)的教學(xué)相輔相成。

目前，工科類為主的普通院校針對本科生教育嘗試實行“3＋1”的培養(yǎng)模式，即“3年專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)+1年實訓(xùn)實踐學(xué)習(xí)”。但是，作為工科學(xué)生，工程教育應(yīng)該努力使之貫穿大學(xué)四年的學(xué)習(xí)始末，模塊化的分段式培養(yǎng)方式某種程度上不能很好地使學(xué)生對知識融會貫通，因此，效果并不明顯。尤其是在大眾化教育背景下，如何能夠讓學(xué)生將專業(yè)知識的“片段”連接組織在一起，是值得研究的內(nèi)容。本文主要從工程師認知教育、科技創(chuàng)新活動、產(chǎn)學(xué)合作工程實踐等三個方面探討對本科生課外工程教育的實踐。

一、工程師認知教育

從大學(xué)一年級入學(xué)開始，為了幫助學(xué)生更好地了解專業(yè)培養(yǎng)體系、發(fā)展方向以及就業(yè)情況等，我們編制了《機械導(dǎo)航》作為學(xué)生了解所學(xué)專業(yè)的入學(xué)手冊。每年定期舉辦“卓越工程師成長之路”、“教授講壇”等活動，邀請學(xué)術(shù)領(lǐng)域的教授和企業(yè)界工程領(lǐng)域的專家，為學(xué)生帶來不同主題的講座。包括針對某一專題內(nèi)容，請工程領(lǐng)域?qū)＜疫M行詳細講授；在本科生進入畢業(yè)設(shè)計之前，請具有豐富工程設(shè)計經(jīng)驗的企業(yè)或設(shè)計院的專家為畢業(yè)生開辟設(shè)計類專題指導(dǎo)講座等；以工程技術(shù)講座的形式，對學(xué)生加強工程修養(yǎng)以及工程師倫理教育。同時，借助學(xué)院的大學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃中心，為學(xué)生提供與工程師們溝通和交流的機會，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，拓展思維空間，提高工程和科研能力。這些認知教育使得學(xué)生明確認識到工程師不但能“造物”，而且能“做事”。

二、科技創(chuàng)新活動

大學(xué)生的科技創(chuàng)新活動有助于營造大學(xué)學(xué)術(shù)氛圍和培養(yǎng)積極向上的學(xué)風(fēng)［11］?？茖W(xué)研究是大學(xué)的基本職能之一，培養(yǎng)卓越工程師必須使之兼?zhèn)淇茖W(xué)家和工程師的雙重素質(zhì)和能力，因此大學(xué)既要注重新技術(shù)的研發(fā)，注重解決工程實際中的科學(xué)技術(shù)問題，又要注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)。此外，現(xiàn)代工程實際應(yīng)用中很大程度上是基于多學(xué)科的科學(xué)和技術(shù)知識的交叉與應(yīng)用，因此，學(xué)生在校期間開展科技創(chuàng)新活動對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力具有重要意義。

1.參與科學(xué)研究

科學(xué)研究是非常有效的實踐訓(xùn)練方法，理論知識與具體實踐結(jié)合，鍛煉了學(xué)生的項目組織實施能力。我們以研究室為科技創(chuàng)新平臺，教師指導(dǎo)，研究生協(xié)助，本科學(xué)生以項目成員的身份參與或者基于某個項目組獨立從事科研工作。

比如在試辦“卓越人才實驗班”過程中，除了課程體系的區(qū)別設(shè)置之外，還重點強化了學(xué)生參與科技活動的內(nèi)容，從大二開始實行導(dǎo)師培養(yǎng)制，類似于研究生導(dǎo)師制，以科研實績好、責(zé)任心強的教師為導(dǎo)師，指導(dǎo)學(xué)生的研究工作。為了達到較好的學(xué)習(xí)效果，一般每名導(dǎo)師指導(dǎo)兩名學(xué)生。再如，“過控”專業(yè)的特色研究室吸收了部分大三、大四的本科生，通過積極參與科研項目，導(dǎo)師指導(dǎo)和與研究生的合作，可以使學(xué)生較早地進入科研狀態(tài)，明確科研的基本方法和思路。在這個過程中，學(xué)生將得到文獻檢索和論文撰寫能力的訓(xùn)練，充分發(fā)揮其創(chuàng)新思維能力，促進了課程體系中知識的掌握，增強了學(xué)術(shù)交流和技術(shù)交流能力，提高了分析問題和解決問題的能力。同時，導(dǎo)師們也可以借此了解學(xué)生的認知及需求，有利于提升課堂教學(xué)效果，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。另外，多年來實施的推薦免試研究生提前進入實驗（研究）室從事科學(xué)研究的計劃，也收到了較好的效果。

2.專業(yè)軟件的學(xué)習(xí)和使用

專業(yè)軟件是將來工程實踐必不可少的工具，同時利用軟件可開展虛擬現(xiàn)實設(shè)計、制造、過程優(yōu)化等虛擬教育。目前，AutoCAD、Matlab、Pro/E等繪圖、科學(xué)計算和工程類軟件已進入本科教學(xué)內(nèi)容，隨著知識的積累和學(xué)習(xí)的深入，通過選修課或指導(dǎo)性推薦，可以讓學(xué)生接觸諸如ANSYS、FLUENT、COMSOL Multiphysics、EDEM等分析計算設(shè)計相關(guān)的軟件。軟件的使用對于調(diào)動同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性很有幫助。比如，要求學(xué)生熟悉ANSYS的分析問題的步驟，掌握ANSYS建模、網(wǎng)格劃分、求解和后處理的基本方法，可以使學(xué)生具備初步的利用有限元軟件求解工程問題的能力。對于過程裝備與控制工程專業(yè)學(xué)生而言，單元操作及過程優(yōu)化是重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，建議學(xué)生使用試驗版Symprosys軟件（http：//www.simprotek.com/），針對干燥、蒸發(fā)等特色課題進行過程分析和優(yōu)化，對于鍛煉學(xué)生的分析抽象能力、知識表達能力和綜合運用所學(xué)知識解決問題的能力有很大幫助。

3.科技競賽

機械工程學(xué)院設(shè)置了大學(xué)生科技創(chuàng)新基金，積極引導(dǎo)學(xué)生參加各類科技競賽活動。比如，鼓勵學(xué)生積極申報“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目”，導(dǎo)師提供條件，學(xué)生自主完成創(chuàng)新性實驗的設(shè)計、實驗條件的準(zhǔn)備、實驗的實施、數(shù)據(jù)處理與分析、報告撰寫、成果（學(xué)術(shù)）交流等。利用天津科技大學(xué)實驗室開放基金項目，加強工程專業(yè)人才培養(yǎng)［12］。經(jīng)歷這些過程后，學(xué)生能夠逐步形成獨立思考問題、解決問題的能力以及組織實施實驗設(shè)計的能力，為今后的工作取得寶貴的實踐經(jīng)驗，同時也可以為畢業(yè)設(shè)計積累素材和資料。

4.學(xué)術(shù)交流

高校是學(xué)術(shù)交流最活躍的地方，可是真正面向本科生的卻比較少見，而本科生也還沒有意識到要主動去參與這些活動。因此，設(shè)計面向本科生的學(xué)術(shù)交流活動對于開闊大學(xué)生視野很有必要。這些年，我們開設(shè)了“博士講壇”，由中青年博士為本科生講授其所屬研究領(lǐng)域的發(fā)展與自己的研究實踐，能夠很好地貼近學(xué)生，使學(xué)生對專業(yè)領(lǐng)域的未來以及自己的職業(yè)規(guī)劃有較好的了解和認識。此外，借助國外來訪學(xué)者，專門開設(shè)面向本科生的學(xué)術(shù)講座，讓學(xué)生了解國外工程教育情況和科研方法，嘗試進行國際型工程人才培養(yǎng)。近年來，來自美國、加拿大、俄羅斯、日本等國家的高校和研究單位的專家為我們做了講座，交流語言為英語，本科生能夠與國外專家互動交流，一定程度上說明了學(xué)生的潛力，因而更應(yīng)該為學(xué)生們提供更多的機會，以滿足不同學(xué)生的不同需求，適應(yīng)工程教育國際化的需要。

三、產(chǎn)學(xué)合作工程實踐

一般來說，大學(xué)課堂課程內(nèi)的學(xué)生仍處在一個假定的實驗環(huán)境中，要拓展到工程實踐的實際體驗還有一定難度。針對過程裝備與控制工程專業(yè)，我們與企業(yè)合作，引進了中試規(guī)模的提取、干燥、蒸發(fā)等多套設(shè)備，這樣學(xué)生的實驗活動就與企業(yè)的實際生產(chǎn)相類似，可以培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)生產(chǎn)及企業(yè)運營管理的大局觀。其實，在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計期間與企業(yè)合作，讓學(xué)生深入企業(yè)，在企業(yè)工程師和學(xué)校教師的共同指導(dǎo)下研發(fā)產(chǎn)品、解決工程實際問題是培養(yǎng)學(xué)生工程能力的最好途徑，但是該途徑的實施因客觀原因仍有一定難度。

產(chǎn)學(xué)合作需要本科生綜合各基礎(chǔ)課程中所學(xué)到的知識，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維能力［13］。一方面，可以以企業(yè)合作或單獨委托項目為抓手，在工程師的指導(dǎo)下開展工程實踐，盡可能涉及到項目的全過程，如工程設(shè)計、加工、組裝、測試等。另一方面，依托本專業(yè)建立的校外實習(xí)基地、工程訓(xùn)練中心等培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。如，過控專業(yè)在天津市津南區(qū)多個企業(yè)建立了校外實習(xí)基地，天津市榮光特種風(fēng)機有限公司、永恒電機廠、天爐科技發(fā)展有限公司、尼特風(fēng)機有限公司、寶成集團等均已成為本專業(yè)學(xué)生進行工程實踐的重要場所。

四、結(jié)束語

本科生的課外工程教育需要有比較大的平臺，才能夠為學(xué)生提供工程實踐的機會，才能在大學(xué)期間切實提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和工程實踐的能力。在實踐過程中，我們還發(fā)現(xiàn)了一些問題需要在今后的工程教育中進行改進。

一是教學(xué)模式需要及時革新。沿用以往的教學(xué)模式，以知識傳授為主，只關(guān)注“做中學(xué)”是不夠的，教師和學(xué)生的工程教育意識仍需要重視和提升，只關(guān)心“規(guī)定內(nèi)的動作”是遠遠不能達到要求的。

二是高校與企業(yè)在人才培養(yǎng)上的合作缺乏更為深入的開展，需要研討“共贏”機制和相關(guān)措施。高校內(nèi)具有工程素養(yǎng)的教師隊伍不足，走出校園的機會不多，缺乏更多的與企業(yè)合作的切合點。

綜上所述，在今后本科生的課外工程教育中，應(yīng)在動手實踐、分工合作、交流研討等能力培養(yǎng)和素質(zhì)養(yǎng)成方面進行提高，并形成對課內(nèi)教學(xué)的有力支撐。同時，為了更好地培養(yǎng)具有國際化視野的畢業(yè)生，學(xué)校仍需要面向?qū)嶋H改革創(chuàng)新教學(xué)模式，開拓并建立更多的與企業(yè)合作共贏的機會和平臺。

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［3］姚威，鄒曉東.歐洲工程教育一體化進程分析及其啟示［J］.高等工程教育研究，2012（3）：41-46.

［4］王梅，亢銘.國際工程教育研究演進路徑與熱點前沿的可視化分析［J］.高等工程教育研究，2016（1）：29-33

［5］查建中.工程教育改革戰(zhàn)略“CDIO”與產(chǎn)學(xué)合作和國際化［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2008（5）：16-19.

［6］林健.注重卓越工程教育本質(zhì)創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)模式［J］.中國高等教育，2011（6）：19-21.

［7］顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO—汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索［J］.高等工程教育研究，2008（1）：12-20.

［8］涂善東.工程教育的未來：寓工于樂，寓教于樂［J］.高等工程教育研究，2010（1）：20-24.

［9］李培根.工程教育需要大工程觀［J］.高等工程教育研究，2011（3）：1-3.

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［11］鮑碧清.高等院校大學(xué)生科技創(chuàng)新活動體系的構(gòu)建與探索［J］.廣東化工，2014（21）：234-236.

［12］胡煜，黃坤，布建威.利用實驗室開放基金項目加強工程專業(yè)人才培養(yǎng)［J］.中國輕工教育，2012（2）：61-62.

［13］浦徐進，黃河，唐建榮.面向區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求的工業(yè)工程人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式構(gòu)建［J］.中國輕工教育，2012（5）：64-67.

（責(zé)任編輯：姚歆燁）

On the Extracurricular Engineering Education for the Process Equipment and Control Engineering Course

XU Qing，SONG Jitian
（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222，China）

Cultivating college students’autonomous learning abilities is an important aspect of engineering education.This paper presented an example of extracurricular engineering education for the major of process equipment and control engineering in Tianjin University of Science and Technology，and discussed the implementationmethodsfromthreeaspects:awarenesseducationofengineers，technologicalinnovation activities，and cooperation between learning and practice.Finally，problems in extracurricular engineering education are discussed.Practice shows that those measures can really improve the students’engineering consciousness and innovation abilities.

extracurricular engineering education；innovation；autonomous learning

G642.0

徐慶（1983—），男，講師，研究方向：過程裝備與技術(shù)。

天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計劃重點項目（B05-0802）。