基于機械類卓越工程師人才培養(yǎng)的現(xiàn)代設計方法課程改革與創(chuàng)新

朱孫科 李 軍

重慶交通大學機電與車輛工程學院 重慶 400074

卓越工程師培養(yǎng)專題

基于機械類卓越工程師人才培養(yǎng)的現(xiàn)代設計方法課程改革與創(chuàng)新

朱孫科 李 軍

重慶交通大學機電與車輛工程學院 重慶 400074

根據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)計劃要求，針對我?，F(xiàn)代設計方法課程體系中存在的問題，以卓越工程師人才培養(yǎng)為目標，從教學內容、教學模式、考評方式等教學環(huán)節(jié)出發(fā)，進行了課程內容體系構建、科研與科技活動反哺教學、創(chuàng)新能力與工程實踐能力培養(yǎng)等方面的課程改革實踐。教學實施結果表明，學生在掌握理論知識基礎上，獲得了創(chuàng)新能力、實踐能力的提升，是有益的改革嘗試。

卓越工程師；課程改革；創(chuàng)新能力；工程實踐

為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質量工程技術人才，教育部實施了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”[1]，該計劃是針對我國高等工程教育啟動的一項重大教育改革計劃，是教育部貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》精神的舉措[2,3]。全國各高校積極響應這一改革舉措，開展了一系列卓有成效的工作[4,5]。重慶交通大學機械設計制造及其自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)采用“3+1”校企聯(lián)合模式，以面向“工業(yè)界”具有行業(yè)領軍、國際認可的高端創(chuàng)新性工程技術人才為培養(yǎng)目標，以工程機械人才社會需求和學生事業(yè)發(fā)展為導向，培養(yǎng)卓越工程師后備人才。作為我校機械設計制造及其自動化專業(yè)國家卓越工程師計劃的專業(yè)核心課，現(xiàn)代設計方法緊密圍繞我國工程機械行業(yè)，充分利用我校在道路工程機械、交通機械裝備、軌道交通車輛等方面的工程機械研究成果，以“理論聯(lián)系實際”為手段，以培養(yǎng)面向企業(yè)需求的機械產品設計工程為目標。然而，現(xiàn)代設計方法是一門實踐性和綜合性很強的專業(yè)課程，包括教學內容、教學模式、考評方式等在內的現(xiàn)行培養(yǎng)模式，已難以適應本專業(yè)卓越工程人才培養(yǎng)要求。因此，要實現(xiàn)本科卓越工程師人才培養(yǎng)目標，提升機械設計專業(yè)教學質量和教學水平，實施課程改革勢在必行。

1 課程教學中存在的問題

對比國家卓越工程師人才培養(yǎng)標準模式，我校機械設計制造及其自動化專業(yè)現(xiàn)代設計方法課程現(xiàn)有培養(yǎng)模式存在的主要問題有以下幾方面。

(1)專業(yè)課程學時少與國家卓越工程師課程體系中部分專業(yè)課程內容重復的問題。在現(xiàn)行的教學體制下，機械設計制造及其自動化專業(yè)的本科生，雖然接受了較為寬泛的知識教育，但是一些與學生將來所從事行業(yè)相關的課程學時數(shù)被削減，教師需加快教學進度才能完成教學內容，使得學生在課堂上消化專業(yè)知識的時間大為縮短。而部分專業(yè)課程的知識點間又存在重復現(xiàn)象，課程內容之間缺乏有機聯(lián)系，如現(xiàn)代設計方法、有限元方法、機械可靠性設計、虛擬現(xiàn)實技術與設計等專業(yè)課內容就存在這種現(xiàn)象。當前課程教學所采用的統(tǒng)編教材，統(tǒng)一的教學計劃、教學課程，不能有效地解決這一問題。

(2)單一教學模式與國家卓越工程師工程實踐能力培養(yǎng)需求問題。我校機械設計制造及其自動化專業(yè)“國家卓越工程師計劃”培養(yǎng)方案，是以培養(yǎng)創(chuàng)新型的高級工程技術人才為目標，經(jīng)過4年本科培養(yǎng)，本專業(yè)學生除了要有扎實的基礎理論和專業(yè)知識，更重要的是具備工程意識、工程素質、工程實踐能力、工程創(chuàng)新能力。目前的課程教學方式是按照大綱要求采取多媒體、板書的形式講授課程理論知識，這種傳統(tǒng)的教學模式，不利于激發(fā)學生潛能與求知欲望，不利于學生創(chuàng)新能力與工程實踐能力的培養(yǎng)。

(3)考核評價方式與國家卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)需要的問題。為按我校機械設計制造及其自動化專業(yè)“國家卓越工程師計劃”培養(yǎng)方案要求，培養(yǎng)出創(chuàng)新型高級工程技術人才，需在本專業(yè)課程教學過程和考核評價方式中，體現(xiàn)學生創(chuàng)新性思維。而本課程現(xiàn)有期末試卷與平時到課點名相結合的考核形式，難以評價高素質學生的創(chuàng)新能力分值，跟不上國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的工程技術人才步伐。

2 課程改革的目標

針對機械設計制造及其自動化專業(yè)國家卓越工程師現(xiàn)代設計方法課程，通過實施課程改革，解決課程教學在上述教學內容、教學模式和考核評價方式等方面問題，達到三方面目的。

(1)滿足國家卓越工程師機械人才的專業(yè)知識需求。通過合理選擇教學內容，解決課程內容重復問題，使本專業(yè)卓越工程師班學生通過本課程學習，掌握現(xiàn)代設計基本理論方法，掌握機械設計的新理論、新技術、新方法，滿足學生從事機械行業(yè)所需知識要求，從而能夠滿足國家卓越工程師計劃地培養(yǎng)要求，能夠滿足國家工程建設對工程機械人才不斷增長的知識需求。

(2)體現(xiàn)國家卓越工程師培養(yǎng)創(chuàng)新能力與工程實踐能力的需求。通過改革課程教學模式，使學生掌握計算機技術在現(xiàn)代設計領域中的應用情況，認識現(xiàn)代設計方法與生產實際關系，提升工程創(chuàng)新能力和工程實踐能力，體現(xiàn)國家卓越工程師培養(yǎng)的創(chuàng)新性與工程實踐性。

(3)構建考評創(chuàng)新能力和工程實踐能力的有效機制。通過本課程考核評價方式的改革，達到既能考查本專業(yè)卓越班學生對現(xiàn)代設計方法課程理論知識的掌握情況，也能體現(xiàn)學生創(chuàng)新能力與工程能力培養(yǎng)情況的目的。

3 課程改革的實施方案

3.1 課程教學內容

根據(jù)我校本專業(yè)國家卓越工程師培養(yǎng)方案2015版要求，將原機械設計制造及其自動化專業(yè)普通班培養(yǎng)方案中涉及的有限元方法、機械可靠性設計、虛擬現(xiàn)實技術與設計等課程，與原現(xiàn)代設計方法課程教學內容大量重復部分進行了整合、凝練。課程教學內容改革后主要包括：創(chuàng)新設計方法、可靠性設計、有限元方法、優(yōu)化設計方法、虛擬現(xiàn)實技術等幾大部分，課程教學內容全面精煉，符合國家卓越工程師計劃培養(yǎng)創(chuàng)新能力與工程實踐能力強的高級工程技術人員要求。

3.2 課程教學方法

在“3+1”校企聯(lián)合培養(yǎng)模式大背景下，以實際工程為背景，同時結合我校機械設計制造及其自動化專業(yè)的優(yōu)勢與特色，將科研成果、科技活動有機地融入課堂教育與教學之中，豐富教學內容，改變傳統(tǒng)教學模式。通過課堂講授理論知識、專家介紹科研項目、學生參與實踐實習等環(huán)節(jié)，使卓越工程師班級學生獲得課程基本理論知識以及創(chuàng)新意識與工程實踐能力培養(yǎng)。鼓勵學生參加機械創(chuàng)新設計大賽等與課程內容相關的科技競賽，遵循“誰參與，誰受益”的原則，將學生科技活動以工程能力分值形式，增加課程成績分數(shù)，讓學生在創(chuàng)新設計與制作中鍛煉工程實踐能力，提高課程學習興趣?？萍蓟顒印⒖蒲许椖亢蛯嵺`體系相結合，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質提高為一體，使學生全面協(xié)調發(fā)展。改革教學模式如圖1所示。

圖1 教學模式框圖

3.3 課程考評方式

為考查卓越工程師班學生對課程基本理論知識掌握情況、創(chuàng)新能力與工程能力的培養(yǎng)情況，采用課程考試、科技活動制作、答辯等多樣化的考核方式，將平時成績與期末成績相結合，考試成績與科技表現(xiàn)成績?yōu)橐惑w的方式，給出該生本門課程學期最終成績。改革后的考評方式，在保證課程教學內容系統(tǒng)性、完整性和質量的前提下，將課程教學內容與學生的科技活動、科技競賽成果相結合，將學生參與完成且和課程相關的科技活動、科技競賽作品和獲獎成果，作為該生的附加成績，突出“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”強調創(chuàng)新能力與工程技術能力培養(yǎng)的教學環(huán)節(jié)。改革考核評價方式結構如圖2所示。

圖2 考評方式框圖

4 課程改革成效

上述課程改革的教學內容、教學模式、大作業(yè)與工程案例、考評方式等改革措施，已經(jīng)在我校機械設計及其自動專業(yè)國家卓越工程師班2013級的現(xiàn)代設計方法(JD01201)課程教學中得到了實施，取得了一定的改革成果。

4.1 教學內容的成效

通過教學內容改革，使本專業(yè)國家卓越工程師班學生在專業(yè)知識、創(chuàng)新能力、工程實踐能力三方面均得到了改善。按照上述課程目標和卓越工程人才培養(yǎng)要求，將現(xiàn)代設計方法課程體系分為理論教學與實踐教學兩部分。通過課程體系改革，學生能夠較系統(tǒng)全面地掌握現(xiàn)代設計理論與方法以及計算機技術在現(xiàn)代設計領域中的應用情況，認識到現(xiàn)代設計方法與生產實際的關系；初步具備了完成機械產品原理方案設計、優(yōu)化設計、有限元分析、可靠性設計、虛擬現(xiàn)實設計等環(huán)節(jié)的能力。課程體系的實踐教學體系結合機械工程學科發(fā)展進程和我校本專業(yè)特色，設置包含科研項目進課堂、課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)的實踐課程，做到了理論教學與工程實踐地有機結合。

4.2 教學模式的成效

課程改革團隊教師長期從事科學研究、科研項目使教師們積累了豐富的實踐經(jīng)驗，在有限元分析、優(yōu)化設計、虛擬現(xiàn)實技術等方面具有一定的造詣，滿足了現(xiàn)代設計方法多方面知識講授的要求。教學過程中，除講授專業(yè)知識外，還結合科研項目、科研活動、科技競賽等內容的案例教學方式，將實踐經(jīng)驗、學科發(fā)展的前沿知識和自己的科技成果融入本課程專業(yè)教學中，改變了以往“填鴨式”教學模式，既保證了教學內容的先進性，又保證了專業(yè)知識的實用性，使本專業(yè)學生與工程實踐“零接觸”，了解了工程機械發(fā)展的最新前沿趨勢和先進的科學技術，啟發(fā)了學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。課題組邀請了巴蜀學者做專題講座，結合工程問題，從理論到實際、深入淺出地介紹了有限元法，極大地提升了學生的學習積極性，豐富了課程教學方法。

4.3 考核方式的成效

課程考核評價體系，涉及專業(yè)基礎理論知識、平時成績(含上課表現(xiàn)、平時作業(yè)、考勤等)、大作業(yè)形式的創(chuàng)新實踐能力成績、科技活動附加成績等方面的考核內容。通過對各部分考核內容相對合理的考核分值設置，既考核了卓越工程師方向學生課程專業(yè)知識掌握情況，也充分慮及了學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的考核要求。

4.4 創(chuàng)新與實踐能力的提升

通過課程體系中科研項目、科研活動和科技競賽等內容設置，啟發(fā)了學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力與解決工程實際問題能力，充分體現(xiàn)了國家卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。從課程改革實施的兩個班級參加科技競賽統(tǒng)計情況看，參賽學生達到48人次，班級參賽比例達到80%，課程改革的效果良好。

5 結語

根據(jù)國家卓越工程師培養(yǎng)標準模式，課題組對機械設計制造及其自動化專業(yè)現(xiàn)代設計方法課程教學開展了一些改革探索，在教學內容、教學模式、考評方式等方面建立了相對合理的新課程體系，通過課程改革體系的實施，解決了專業(yè)知識多而重復的問題，切實提升了本專業(yè)學生的創(chuàng)新能力、工程實踐能力。這是一次有益的改革嘗試，課題組將以此為契機、總結經(jīng)驗，繼續(xù)致力于本課程的改革創(chuàng)新探索，更好地適應卓越工程師人才培養(yǎng)的發(fā)展需求。

[1]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標準研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[2]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要:2010-2020年[EB/OL].(2017-07-29)[2017-05-12].www.moe.edu.cn/srcsite/A01/s7048/201007/t201007029_171904.html.

[3]吳啟迪.中國工程教育的問題挑戰(zhàn)與工程教育研究[J].清華大學教育研究,2009,30(2):4-8.

[4]陳麗春,毛建衛(wèi),劉淵.卓越工程師成長需要實踐沃土[J].高等工程教育研究,2017(1):44-47.

[5]李克旺,劉靜娜,侯艷軍.面向卓越工程師培養(yǎng)的機械原理課程改革與創(chuàng)新[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2015(15): 52-55.

Reform and Innovation on the Course of Modern Design Method Based on Training Enginery Excellent Engineers

Zhu Sunke, Li Jun
School of Mechatronics and Automotive Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing, 400074, China

According to education and training program of excellent engineers, from teaching content, teaching method and examination method point of view, the course reform of modern design method was implemented, including teaching system, teaching combined with scientific research and competitions, and cultivation of innovation capacity and engineering practice capacity, which focusing on the problems of course system, and aiming at the cultivation of excellent engineers talent. The practice results show that not only theoretical knowledge was mastered, but also innovation capacity and engineering practice capacity was improved. It is an e ff ective reform.

excellent engineer; course reform; innovation capacity; engineering practice

朱孫科，博士，副教授。

重慶交通大學課程改革計劃項目。