高等工程教育與工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

羅印升 俞洋 陶為戈 劉曉杰 宋偉

摘 要：以高等工程教育中工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)為核心，明晰了高等工程教育培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的目標(biāo)，闡述了工程設(shè)計(jì)能力是現(xiàn)代工程師必須具備的核心能力。在確立工程設(shè)計(jì)及其內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，論述總結(jié)了工程設(shè)計(jì)教育中學(xué)生必須掌握的工程設(shè)計(jì)方法。最后提出了院校工程教育階段工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的實(shí)施環(huán)節(jié)、途徑和方法，并討論分析了各環(huán)節(jié)的內(nèi)容與目標(biāo)。實(shí)踐表明這些環(huán)節(jié)、途徑和方法的實(shí)施對(duì)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和提升效果明顯。

關(guān)鍵詞：工程教育 ； 現(xiàn)代工程師 ； 工程設(shè)計(jì)教育；工程設(shè)計(jì)能力

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-7394（2016）06-0078-06

當(dāng)前我國(guó)正在加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)型、升級(jí)產(chǎn)業(yè)，走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，到2020年，全面建成小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)目標(biāo)。實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略是我國(guó)的必然選擇，創(chuàng)新特別是技術(shù)創(chuàng)新，主體是企業(yè)，關(guān)鍵靠人才。高等工程教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)各種類型的創(chuàng)新型“工程師”和生產(chǎn)服務(wù)一線高素質(zhì)的技術(shù)技能型人才的重任。以工程設(shè)計(jì)能力為核心的工程實(shí)踐能力訓(xùn)練是高等工程教育的本質(zhì)所在，強(qiáng)調(diào)通過現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法教育，通過工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和工程實(shí)踐訓(xùn)練，使工科本科學(xué)生在校期間獲得現(xiàn)代工程師的基本訓(xùn)練。因此，本文主要討論在轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的經(jīng)濟(jì)背景下，工程教育中本科學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的途徑和方法。主要包括高等工程教育及其目標(biāo)，現(xiàn)代工程師的能力要求，工程設(shè)計(jì)及其方法，院校工程教育階段（工程設(shè)計(jì)教育）的工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)等四個(gè)方面的內(nèi)容。通過分析討論使工程教育中更加突出工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，更加科學(xué)合理、規(guī)范有效地設(shè)置和實(shí)施工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)以創(chuàng)新為特征的時(shí)代所需要的工程技術(shù)人才。

1 高等工程教育及其目標(biāo)

教育承擔(dān)著培養(yǎng)什么樣的人和怎樣培養(yǎng)人的重大社會(huì)使命。高等工程教育是教育科學(xué)與工程技術(shù)的交叉與融合，是專業(yè)教育。它的顯著特點(diǎn)有三個(gè)：一是以技術(shù)科學(xué)作為主要學(xué)科基礎(chǔ)；二是以工程技術(shù)應(yīng)用作為主要研究?jī)?nèi)容；三是以培養(yǎng)能將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的工程師為人才培養(yǎng)目標(biāo)。[1]，技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)與工程技術(shù)應(yīng)用之間的矛盾運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了高等工程教育區(qū)別于其它類高等教育的特殊性。技術(shù)科學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)之間聯(lián)系的橋梁，其內(nèi)涵是“研究相鄰幾門工程技術(shù)方面普遍出現(xiàn)的問題---共同性自然規(guī)律，把工程實(shí)際中所用的許多設(shè)計(jì)原則加以提煉、整理和總結(jié)，使之上升成為理論，因而就能夠把各個(gè)不同領(lǐng)域的工程實(shí)際的共同性顯示出來，并服務(wù)于工程技術(shù)”[1]?；诟叩裙こ探逃奶卣?、內(nèi)涵，院校工程教育階段的主要任務(wù)是使受教育者獲得較為系統(tǒng)的理工學(xué)科的理論知識(shí)、基本技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，使其在畢業(yè)時(shí)具備成為合格現(xiàn)代工程師的基本素質(zhì)和條件，或者稱為現(xiàn)代工程師的毛坯。

2 現(xiàn)代工程師的能力目標(biāo)

高等工程教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)是工程師，中國(guó)特色現(xiàn)代化建設(shè)需要大量的多層次、多類型的現(xiàn)代工程師。因此，必須用符合時(shí)代要求的先進(jìn)的現(xiàn)代工程教育觀指導(dǎo)現(xiàn)代工程師培養(yǎng)。理論知識(shí)、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)、工程實(shí)踐訓(xùn)練之間的關(guān)系、地位與內(nèi)容融合問題一直是高等工程教育討論的核心問題，因而其改革的重點(diǎn)和策略一直圍繞著核心問題而展開。長(zhǎng)期的工程教育實(shí)踐使教育者深刻反思、認(rèn)識(shí)到：培養(yǎng)現(xiàn)代工程師，必須堅(jiān)持科學(xué)教育與工程實(shí)踐訓(xùn)練并重的核心理念。二者并重并統(tǒng)一于工程師培養(yǎng)過程的工程教育觀是現(xiàn)代工程教育觀的核心內(nèi)容?，F(xiàn)代工程對(duì)現(xiàn)代工程師的基本素養(yǎng)和能力要求也證明了現(xiàn)代工程教育觀的科學(xué)合理性?，F(xiàn)代工程已經(jīng)形成了以市場(chǎng)需求為源驅(qū)動(dòng)力，以研究開發(fā)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制造運(yùn)行、營(yíng)銷管理和咨詢服務(wù)等為主要服務(wù)環(huán)節(jié)，以有效供給市場(chǎng)、提高供給質(zhì)量為目的，以綠色技術(shù)、綠色制造、綠色產(chǎn)品和資源循環(huán)為工程理念的工程生命周期，如圖1所示。其中，最基本的是研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和營(yíng)銷，而設(shè)計(jì)處于中心地位，是聯(lián)系他們的紐帶。

設(shè)計(jì)活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輸入是基于主體需求和研發(fā)的初步試驗(yàn)品，其輸出結(jié)果是明晰和規(guī)范的紙質(zhì)和電子圖式（圖示、圖形）模型、程序及操作流程和相應(yīng)的技術(shù)說明文檔，也包括在不同的設(shè)計(jì)階段試制的樣機(jī)或?qū)嵨锬Ｐ?。制造（建造）的?qū)動(dòng)輸入是設(shè)計(jì)輸出的結(jié)果，其輸出是投放市場(chǎng)或服務(wù)社會(huì)的工業(yè)產(chǎn)品（軟件、硬件）與服務(wù)。在經(jīng)營(yíng)銷售與服務(wù)活動(dòng)過程中，工業(yè)產(chǎn)品完成自己的壽命（主要是產(chǎn)品或者設(shè)備的技術(shù)壽命和經(jīng)濟(jì)壽命），從而為下一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供新的需求和技術(shù)信息。這就要求現(xiàn)代工程師必須掌握扎實(shí)的自然、人文社會(huì)和管理科學(xué)基礎(chǔ)，掌握以技術(shù)科學(xué)為主要學(xué)科基礎(chǔ)、工程技術(shù)專業(yè)知識(shí)與技能，并能夠綜合應(yīng)用科學(xué)的知識(shí)、方法和技術(shù)手段分析和解決各種工程實(shí)際問題。 [2]美國(guó)經(jīng)過大量研究論證，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品成本的70%由設(shè)計(jì)階段決定，有效的設(shè)計(jì)能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少成本、縮短生產(chǎn)周期，更好的滿足客戶的需求。[3]因此，工程設(shè)計(jì)能力，包括工程創(chuàng)意創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力是現(xiàn)代工程師必須具備的核心能力，它決定著國(guó)家工業(yè)化水平和創(chuàng)新能力能否走在世界前列。必須將工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)包括科學(xué)知識(shí)、工程設(shè)計(jì)理論方法、工具手段和創(chuàng)新意識(shí)、能力等貫穿于工程教育全過程。

3 工程設(shè)計(jì)及其方法

設(shè)計(jì)是基于某種需求的有目的性的創(chuàng)造活動(dòng)，設(shè)計(jì)需要有創(chuàng)意構(gòu)思和設(shè)想計(jì)劃。在我國(guó)2012年公布的學(xué)位授予和人才培養(yǎng)學(xué)科門類設(shè)置中，設(shè)計(jì)學(xué)第一次獨(dú)立以一級(jí)學(xué)科的形式出現(xiàn)，設(shè)計(jì)學(xué)的主要研究領(lǐng)域有工程設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、視覺傳達(dá)與媒體設(shè)計(jì)、信息與交互設(shè)計(jì)和手工藝設(shè)計(jì)等。

3.1 工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與發(fā)展

辭海[4]中關(guān)于工程設(shè)計(jì)概念的外延側(cè)重于建造性工程設(shè)計(jì)，實(shí)際上除建造性工程設(shè)計(jì)外，還有大量的不斷延伸和拓展的制造性工程設(shè)計(jì)。本文主要討論制造性工程設(shè)計(jì)，就是將多種材料經(jīng)過多個(gè)復(fù)雜的加工處理過程，做出一種新的復(fù)合材料或者、產(chǎn)品、設(shè)備、裝置、裝備和系統(tǒng)來的工程設(shè)計(jì)方法。工程設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容注重于功能、性能、結(jié)構(gòu)、材料、環(huán)境、成本、程序、工藝和流程等。文獻(xiàn)[5]將工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵概括為：工程設(shè)計(jì)實(shí)際上是求解一個(gè)工程問題的思維和實(shí)踐過程。進(jìn)一步說，也就是在給定的初始狀態(tài)和各種約束條件下，經(jīng)過構(gòu)思和創(chuàng)造，解決有關(guān)參數(shù)的選擇與優(yōu)化問題、設(shè)備工具與工序的選擇、各種界面的銜接與匹配問題、工程組織管理問題，效率、效力和功能的提升與優(yōu)化問題，形成一個(gè)能夠從初始狀態(tài)經(jīng)過一系列中間環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)目標(biāo)狀態(tài)的設(shè)計(jì)結(jié)果的活動(dòng)過程。該設(shè)計(jì)結(jié)果可以是工程設(shè)計(jì)圖紙、運(yùn)作方案、工程規(guī)劃（計(jì)劃）、工程規(guī)范和工程標(biāo)準(zhǔn)等，更為顯著的特征是，在工程實(shí)踐中依據(jù)這些工程設(shè)計(jì)結(jié)果，可以建造或者制造出人造物來。

伴隨著科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計(jì)的演化大體可分為傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)三個(gè)階段。[6]傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，指工業(yè)革命之前的工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，是基于個(gè)體和手工作坊制的師徒口頭傳授經(jīng)驗(yàn)和技藝的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作主要在于產(chǎn)品或系統(tǒng)功能的構(gòu)造。工匠既是設(shè)計(jì)者、制造者也是銷售者，制造過程主要依靠手工完成?，F(xiàn)代工程設(shè)計(jì)開始于工業(yè)革命之后，特別是電氣化時(shí)代的出現(xiàn)，社會(huì)化機(jī)器大生產(chǎn)的分工，設(shè)計(jì)逐漸和制造分離開來，逐步形成了專業(yè)的設(shè)計(jì)工程師。這時(shí)，大學(xué)也將工程設(shè)計(jì)作為課程教學(xué)的內(nèi)容，1852年，德國(guó)Reuleaux教授的《機(jī)械原理》教材問世，工程設(shè)計(jì)主要基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)，創(chuàng)造應(yīng)用價(jià)值，通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與選擇創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)品牌價(jià)值。在此階段，工程設(shè)計(jì)理論與方法學(xué)，工程設(shè)計(jì)方法與技術(shù)，設(shè)計(jì)自動(dòng)化方法和技術(shù)，設(shè)計(jì)工具等逐步建立、形成和發(fā)展。工程設(shè)計(jì)作為廣義制造中的核心和靈魂等到確立。20世紀(jì)60年代，美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)發(fā)起了一系列的有關(guān)工程設(shè)計(jì)的研究活動(dòng)。德國(guó)提出了“提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵在設(shè)計(jì)”的口號(hào)，對(duì)工業(yè)中獲得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提升和理論概括，1976年，Pahl和Beiti教授的《工程設(shè)計(jì)學(xué)問世》，隨后被譯成了包括中文在內(nèi)的七種語言，成為指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的經(jīng)典著作。[7]美國(guó)主要通過從外部觀察對(duì)工程設(shè)計(jì)過程進(jìn)行歸納概括，目的在于建立工程設(shè)計(jì)理論和支持工具。目前我們國(guó)內(nèi)流行的仿真、工程設(shè)計(jì)支持軟件幾乎全部是美國(guó)公司的產(chǎn)品?；趥鹘y(tǒng)工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)而成長(zhǎng)起來的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的過程、方法、對(duì)象、制造和經(jīng)營(yíng)服務(wù)都依賴于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、知識(shí)信息大數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)更具有個(gè)性化、定制式和系統(tǒng)創(chuàng)新的特征，設(shè)計(jì)以綠色化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為未來發(fā)展方向。在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，以系統(tǒng)建模與優(yōu)化計(jì)算等先進(jìn)工程設(shè)計(jì)技術(shù)為支撐，建立具有豐富設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)和模擬仿真的數(shù)字化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并能夠在不同地域的虛擬數(shù)字化環(huán)境里并行、協(xié)同地完成全數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)、功能和性能的計(jì)算、優(yōu)化仿真和整體裝配運(yùn)行。[8]創(chuàng)新設(shè)計(jì)是我們當(dāng)前和后續(xù)努力達(dá)到和實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)引領(lǐng)我國(guó)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)、現(xiàn)代化國(guó)家的實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)施需要大批的掌握創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、技術(shù)和方法的人才支撐，以工程設(shè)計(jì)的教授與學(xué)習(xí)為核心的工程設(shè)計(jì)教育，就成為了高等工程教育培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的第一位的核心的內(nèi)容。

3.2 工程設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)

世界著名空氣動(dòng)力學(xué)大師馮·卡門說：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)（discover）已經(jīng)存在的世界；工程師創(chuàng)造（create）一個(gè)過去從來沒有的世界。后來有人補(bǔ)充說，藝術(shù)家想象（imagine）一個(gè)過去和將來都“不存在”的世界。因此，“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”“技術(shù)發(fā)明”“技術(shù)創(chuàng)新”和“工程設(shè)計(jì)”成了固定搭配詞語。工程設(shè)計(jì)把工程和科學(xué)明顯的區(qū)分開來了?？茖W(xué)研究只有第一，沒有第二；工程問題的解答具有非唯一性，是在多項(xiàng)約束和矛盾沖突中協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的。因此，工程設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)包括：創(chuàng)造性、復(fù)雜性、選擇性和妥協(xié)性。工程設(shè)計(jì)要求工程師以工程可實(shí)現(xiàn)性為必須前提條件，針對(duì)實(shí)際的工程問題給出可行的、可操作的實(shí)施方案。

3.3 工程設(shè)計(jì)基本方法

國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門，特別是細(xì)分的各工程領(lǐng)域在其單元（部件）、設(shè)備、系統(tǒng)及其產(chǎn)品或者工藝流程的設(shè)計(jì)方法上各有特點(diǎn)，綜合各方共性，討論一般工程設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)、內(nèi)容要求，對(duì)提高工程設(shè)計(jì)教育質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的工程技術(shù)人才是有重要意義的。一個(gè)基本的設(shè)計(jì)過程通常包括：需求調(diào)查與分析，制定設(shè)計(jì)方案，模型制作，方案測(cè)試評(píng)估與優(yōu)化和編制用戶手冊(cè)等主要環(huán)節(jié)，是一個(gè)具有反饋和循環(huán)的動(dòng)態(tài)過程。設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

（1）需求分析。以需求為源驅(qū)動(dòng)力，發(fā)現(xiàn)與明晰工程設(shè)計(jì)問題，以形成設(shè)計(jì)要求說明書文檔為標(biāo)志。設(shè)計(jì)要求說明書的主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)對(duì)象的總體目標(biāo)，功能要求，性能指標(biāo)（技術(shù)指標(biāo)或總體技術(shù)水平的要求），結(jié)構(gòu)外觀要求，環(huán)境目標(biāo)要求，安全性，可靠性要求，成本要求和時(shí)限要求，等等。

（2）方案設(shè)計(jì)。以所形成的設(shè)計(jì)要求說明書內(nèi)容為目標(biāo)，收集設(shè)計(jì)所需要的信息完成設(shè)計(jì)分析；以工程設(shè)計(jì)的主要因素為主線，提出盡可能多的設(shè)計(jì)構(gòu)思，將最能取得希望效果的構(gòu)思以功能結(jié)構(gòu)圖、模型、語言和文字等方式呈現(xiàn)出來；進(jìn)而對(duì)各種構(gòu)思進(jìn)行篩選，從而獲得實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的比較滿意的設(shè)計(jì)方案。

（3）模型（原型）制作。以獲得的滿意設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)，以模型（原型）制作或者開發(fā)原型機(jī)為主要任務(wù)，發(fā)展構(gòu)思、檢驗(yàn)產(chǎn)品的造型結(jié)構(gòu)以及零部件的裝配關(guān)系，進(jìn)一步完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。該環(huán)節(jié)包括圖樣繪制和制作模型兩個(gè)階段，產(chǎn)生工作原理圖、整體和局部結(jié)構(gòu)圖（包括加工要求）、裝配圖和不同的模型制作。現(xiàn)代設(shè)計(jì)過程中廣泛使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)，模型或原型連接、裝配和試驗(yàn)，全部在計(jì)算機(jī)支持的可視化系統(tǒng)中可以完成。

（4）方案測(cè)試、評(píng)估與優(yōu)化。測(cè)試的目的是檢驗(yàn)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能和技術(shù)性能等方面是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求說明書的指標(biāo)要求，同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)方案和產(chǎn)品進(jìn)行全面的評(píng)估，以便進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（5）編寫用戶手冊(cè)。用戶手冊(cè)也稱為產(chǎn)品說明書，它可以幫助消費(fèi)者正確使用、保養(yǎng)產(chǎn)品，有效發(fā)揮產(chǎn)品使用價(jià)值。產(chǎn)品說明書一般由標(biāo)題，正文和標(biāo)記等組成，要求語言準(zhǔn)確、通俗、簡(jiǎn)潔、內(nèi)容條理清楚。

4 工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

工程設(shè)計(jì)教育的主要任務(wù)是培養(yǎng)工科學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)必須以掌握和運(yùn)用工程設(shè)計(jì)方法為主要內(nèi)容。院校工程教育中的工程實(shí)踐訓(xùn)練擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、特別是創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的重任，通過工程實(shí)踐教育、訓(xùn)練，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)必須分層次循序漸進(jìn)，由基礎(chǔ)的初步設(shè)計(jì)、綜合到創(chuàng)新，由相對(duì)獨(dú)立到交叉融合。相應(yīng)的環(huán)節(jié)包括：設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，課程設(shè)計(jì)，綜合實(shí)訓(xùn)，科技創(chuàng)新和學(xué)科競(jìng)賽，畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)。其中，設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)過程是在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)任務(wù)與要求的基礎(chǔ)上（需求），由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（設(shè)計(jì)方案）、選擇儀器設(shè)備、自行搭接實(shí)驗(yàn)線路（模型制作）、擬定實(shí)驗(yàn)步驟、完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)（方案測(cè)試）、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告與交流等階段組成。這是工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的起步，必須把工程設(shè)計(jì)的基本思想和方法融入其中，指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用。從基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課到專業(yè)課，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量應(yīng)依次增加。以項(xiàng)目數(shù)計(jì)，總的設(shè)計(jì)性、綜合性的項(xiàng)目數(shù)應(yīng)在60%以上。

課程設(shè)計(jì)：該環(huán)節(jié)是在工程基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程之后設(shè)置，與課程學(xué)習(xí)內(nèi)容緊密相關(guān)的具有綜合性的小系統(tǒng)、產(chǎn)品或者設(shè)備、單元（部件）等的設(shè)計(jì)/開發(fā)任務(wù)。主要包括任務(wù)確立、市場(chǎng)分析、方案設(shè)計(jì)、加工制作、調(diào)試運(yùn)行、分析測(cè)試和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的全過程?？傮w課程設(shè)計(jì)設(shè)置數(shù)目不少于3個(gè)。通過訓(xùn)練，使學(xué)生能夠鞏固和提升工程設(shè)計(jì)能力，將所學(xué)習(xí)的工程設(shè)計(jì)理論和方法、專門領(lǐng)域的設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)支持工具（CAD、CAE、EDA）等方法和工具與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合起來，解決工程實(shí)際問題。同時(shí)，能夠考慮各種約束關(guān)系。

綜合實(shí)訓(xùn)：為提升工科大學(xué)生工程技術(shù)設(shè)計(jì)能力而設(shè)置工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)以各專業(yè)工程技術(shù)專題為基礎(chǔ)、實(shí)施“實(shí)踐（習(xí)）+培訓(xùn)”的工程實(shí)踐訓(xùn)練。真實(shí)的企業(yè)環(huán)境，嚴(yán)格的企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理制度和市場(chǎng)化的設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)是達(dá)到綜合實(shí)訓(xùn)目標(biāo)的三大必備要素。

科技創(chuàng)新和學(xué)科競(jìng)賽：是工程設(shè)計(jì)能力和個(gè)性化培養(yǎng)的重要途徑。根據(jù)興趣和特長(zhǎng)，學(xué)生自由選擇項(xiàng)目，撰寫提交項(xiàng)目申請(qǐng)書（包括項(xiàng)目的依據(jù)和需求，實(shí)施方案，儀器設(shè)備和工具，項(xiàng)目計(jì)劃與經(jīng)費(fèi)預(yù)算等），自行組織3人左右的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生選題進(jìn)行答辯，確定資助項(xiàng)目與經(jīng)費(fèi)，項(xiàng)目完成時(shí)必須提供設(shè)計(jì)作品，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯。此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選拔部分學(xué)生參加如電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“飛思卡爾”杯智能汽車和機(jī)器人競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目。實(shí)踐證明，這些科技創(chuàng)新活動(dòng)能夠充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，有效提高學(xué)生設(shè)計(jì)、綜合能力，運(yùn)用新型設(shè)計(jì)/開發(fā)工具的能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

畢業(yè)設(shè)計(jì)：是工科各專業(yè)本科生在院校工程教育階段工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的最后一個(gè)全面的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是針對(duì)某一課題任務(wù)（企業(yè)實(shí)際問題）綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)、技術(shù)和設(shè)計(jì)開發(fā)工具來構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，并予以實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新過程。具體需要完成調(diào)研選題、需求分析、文獻(xiàn)綜述、方案論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析測(cè)試、性能分析與交流和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告等工程設(shè)計(jì)方法的基本步驟。畢業(yè)設(shè)計(jì)題目類型可分為工程設(shè)計(jì)型、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究型和軟件設(shè)計(jì)/開發(fā)型等。此環(huán)節(jié)采取校內(nèi)外相結(jié)合，以校外企業(yè)實(shí)踐基地為主來實(shí)施。

依照上述思想，作者及其團(tuán)隊(duì)在江蘇理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施了多年，學(xué)生普遍掌握了基本的工程設(shè)計(jì)方法，具備了工程設(shè)計(jì)的初步能力。近10年電氣信息工程學(xué)院學(xué)生獲得了全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽省級(jí)三等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng)85項(xiàng)，近6年獲江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目44項(xiàng)，近4年的全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”智能車競(jìng)賽獲得賽區(qū)二等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng)15項(xiàng)、全國(guó)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，近3年的全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽區(qū)特等獎(jiǎng)2項(xiàng)、全國(guó)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

5 結(jié)語

綜上所述，緊緊圍繞院高等工程教育中工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)問題，從高等工程教育及其目標(biāo)、現(xiàn)代工程師的能力要求、工程設(shè)計(jì)及其方法、院校工程教育階段（工程設(shè)計(jì)教育）的工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)等四個(gè)方面進(jìn)行了論述和探討。目的使得工程教育中更加突出工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，更加科學(xué)合理、規(guī)范高效地設(shè)置和實(shí)施工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)適應(yīng)以創(chuàng)新設(shè)計(jì)為時(shí)代特征的工程技術(shù)人才，為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)百年的奮斗目標(biāo)提供強(qiáng)大的人才支撐。

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Higher Engineering Education and Training of Engineering Design Ability

LUO Yin-sheng， YU Yang， TAO Wei-ge， LIU Xiao-jie， SONG Wei

（School of Electrical Information Engineering， Jiangsu University of Technology， Changzhou 213001， China）

Abstract： Taking the training of engineering design ability in higher engineering education as the core， this paper clarifies the higher engineering educations objection， and explains that the engineering design ability is the core ability for modern engineers. On the basis of establishing the meaning of engineering design， the paper summarizes the engineering design method that the students must master. Finally， the approaches and methods of the training of engineering design ability in higher engineering education are proposed， and its contents and objections are discussed. The practices show that the approaches and methods are valid for the training of engineering design ability.

Key words： engineering education； modern engineer； engineering design education； engineering design ability

責(zé)任編輯 祁秀春