基于復(fù)雜工程問題的金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程的教學(xué)實(shí)踐

齊海群 王曉琳 許建平

摘要：黑龍江工程學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)根據(jù)工程教育認(rèn)證的要求，持續(xù)推進(jìn)專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)?；趶?fù)雜工程問題基本要求，對專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了深度改革。金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識和技能的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和解決復(fù)雜工程問題能力具有獨(dú)特優(yōu)勢。文章根據(jù)課程的教學(xué)實(shí)踐，介紹了包括課程教學(xué)內(nèi)容改革、達(dá)成度評價(jià)體系構(gòu)建、課程持續(xù)改進(jìn)等方面的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證; 材料科學(xué)與工程專業(yè); 實(shí)踐教學(xué); 復(fù)雜工程問題

2018年1月，黑龍江工程學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)順利通過了中國工程教育專業(yè)認(rèn)證。專業(yè)根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證理念不斷加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)，基于解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的基本要求，對金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深度改革，給出包括課程教學(xué)內(nèi)容改革、達(dá)成度評價(jià)體系構(gòu)建、課程持續(xù)改進(jìn)等方面的教學(xué)實(shí)踐。

一、課程改革基本內(nèi)容

2015年3月，中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會修訂了工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，并給出“復(fù)雜工程問題”特征，強(qiáng)調(diào)工程類本科專業(yè)對“解決復(fù)雜工程問題”的要求，全部畢業(yè)要求需要圍繞解決復(fù)雜工程問題展開教育教學(xué)。依據(jù)材料科學(xué)與工程專業(yè)特點(diǎn)，專業(yè)制定了12條畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)群，構(gòu)建了支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的課程體系，其中，金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程支持的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)如下：

指標(biāo)點(diǎn)3-2：能夠?qū)Σ牧峡茖W(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的設(shè)計(jì)任務(wù)清晰描述，制定方案。（0.3）;指標(biāo)點(diǎn)3-3：考慮材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝、服役條件等因素，完成工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（0.3）;指標(biāo)點(diǎn)3-4：能夠應(yīng)用材料科學(xué)與工程專業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。（0.2）;指標(biāo)點(diǎn)4-3：能夠運(yùn)用自然科學(xué)和材料科學(xué)與工程專業(yè)原理和方法，對材料的成分、結(jié)構(gòu)、工藝、性能及相互關(guān)系設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其不確定性數(shù)據(jù)產(chǎn)生原因進(jìn)行分析和解釋，獲得合理有效實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（0.3）;指標(biāo)點(diǎn)9-1：能夠理解團(tuán)隊(duì)合作中角色含義、團(tuán)隊(duì)狀態(tài)和核心目標(biāo)意義，能夠在團(tuán)隊(duì)合作中增進(jìn)身心健康水平和終身體育意識。（0.2）

為了定量化評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果并持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)效果，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證理念和復(fù)雜工程問題內(nèi)涵，結(jié)合金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程的特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，參考該課程支持的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)及其權(quán)重，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)制定了如下教學(xué)目標(biāo)：

目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，合理分析金屬材料特性和工藝設(shè)計(jì)過程中遇到的問題的能力;目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生綜合分析各種制約因素和使用要求后所獲得可行性方案所涉及的指標(biāo)來進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力;目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)焊接設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的能力，并在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素;目標(biāo)4：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用金屬材料熱處理與焊接基本原理和方法，針對具體工程問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇儀器設(shè)備收集數(shù)據(jù)并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得合理有效結(jié)論的能力;目標(biāo)5：培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和組織協(xié)調(diào)能力。

為了達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合上一輪教學(xué)質(zhì)量改進(jìn)效果，以企業(yè)實(shí)際焊接產(chǎn)品作為案例，針對學(xué)生的特點(diǎn)，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)制定新一輪課程教學(xué)內(nèi)容。

基于復(fù)雜工程問題，本專業(yè)構(gòu)建金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程教學(xué)管理體系，開展具有“復(fù)雜工程問題”特點(diǎn)的金屬材料焊接工藝和熱處理工藝等項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生掌握項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備選擇和規(guī)范使用等專業(yè)實(shí)踐技能。同時(shí)，在訓(xùn)練過程中培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識、溝通交流能力和自主學(xué)習(xí)能力，初步具備解決復(fù)雜工程問題的能力。

在教學(xué)運(yùn)行過程中，要求學(xué)生采取分組的團(tuán)隊(duì)合作形式完成訓(xùn)練內(nèi)容，每一個(gè)小組選取一個(gè)項(xiàng)目案例，學(xué)生獨(dú)立編制實(shí)訓(xùn)報(bào)告、繪制圖紙，指導(dǎo)教師全過程指導(dǎo)學(xué)生并給出學(xué)生的實(shí)訓(xùn)表現(xiàn)成績。給定的項(xiàng)目案例包括技術(shù)因素和非技術(shù)因素，并且問題相關(guān)各方利益不完全一致。

在材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心，結(jié)合已授專業(yè)課程及實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生強(qiáng)化專業(yè)相關(guān)儀器設(shè)備的操作流程，然后根據(jù)金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程的項(xiàng)目案例要求，選擇并正確使用焊接方法、材料力學(xué)性能測試及金相顯微鏡等儀器設(shè)備完成焊接工藝評定。

團(tuán)隊(duì)合作過程中，注意考察學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識及在項(xiàng)目完成過程中成員有效參與團(tuán)隊(duì)合作的能力，通過指導(dǎo)教師給定的任務(wù)驅(qū)動和最終成績評定的方式避免團(tuán)隊(duì)合作形式主義。

依據(jù)實(shí)訓(xùn)表現(xiàn)、答辯、實(shí)訓(xùn)報(bào)告及圖紙等情況綜合評定學(xué)生成績，成績分為優(yōu)、良、中等、及格、不及格，并且給出每一部分的評分項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)訓(xùn)中出現(xiàn)嚴(yán)重違紀(jì)或無故缺席三次或以上者，不允許參加考查，成績按不及格計(jì)。其中，實(shí)訓(xùn)報(bào)告包括焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，焊接工藝設(shè)計(jì)、簡單焊縫焊接及數(shù)據(jù)分析及心得，結(jié)構(gòu)圖紙作為附件提供。

二、構(gòu)建達(dá)成度評價(jià)體系

為了提高教學(xué)質(zhì)量，有效地支持畢業(yè)要求達(dá)成，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了包括定量化學(xué)習(xí)成果評價(jià)方法、上一輪改進(jìn)效果分析、下一輪教學(xué)持續(xù)改進(jìn)措施的教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)體系。依據(jù)定量化學(xué)習(xí)成果評價(jià)數(shù)據(jù)支持教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)。

在這一閉環(huán)的持續(xù)改進(jìn)體系中，能夠結(jié)合多種因素來保證課程教學(xué)質(zhì)量。其中，金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程的實(shí)訓(xùn)報(bào)告評分項(xiàng)如表1所示。

強(qiáng)課程持續(xù)改進(jìn)

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)考核環(huán)節(jié)要求，以學(xué)生成績數(shù)據(jù)計(jì)算教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，結(jié)合上一輪改進(jìn)效果給出實(shí)訓(xùn)過程中存在問題，制定出下一輪課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)措施，構(gòu)成具有閉合式內(nèi)循環(huán)特點(diǎn)的教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)體系。通過持續(xù)改進(jìn)措施重構(gòu)復(fù)雜工程問題教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)方法、優(yōu)化學(xué)習(xí)成果評價(jià)方法等方式，不斷提升專業(yè)教學(xué)質(zhì)量。材料科學(xué)與工程專業(yè)2014級學(xué)生金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，考核環(huán)節(jié)的比例及其支持的教學(xué)目標(biāo)情況?？己谁h(huán)節(jié)包括實(shí)訓(xùn)報(bào)告（40%）、結(jié)構(gòu)圖紙（10%）、答辯（20%）、過程表現(xiàn)（30%）。其中，實(shí)訓(xùn)報(bào)告考核環(huán)節(jié)支持教學(xué)目標(biāo)1、2、3、4，結(jié)構(gòu)圖紙考核環(huán)節(jié)支持教學(xué)目標(biāo)2，答辯考核環(huán)節(jié)支持教學(xué)目標(biāo)1、2、3、4，過程表現(xiàn)考核環(huán)節(jié)支持教學(xué)目標(biāo)4、5。材料科學(xué)與工程專業(yè)2014級學(xué)生的金屬材料專項(xiàng)技能訓(xùn)練課程的平均達(dá)到79分，全部教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度大于70%，滿足教學(xué)目標(biāo)要求。

但是，學(xué)生在教學(xué)目標(biāo)2、3、5方面的成績偏低，分析原因是：學(xué)生關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理解、標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用等方面掌握程度相對較弱，而且學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識有待提高。給出的改進(jìn)措施為：在課程體系的相關(guān)課程中增加焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論講授，同時(shí)聘請相關(guān)企業(yè)高級工程師作為該課程的指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生。同時(shí)，細(xì)化團(tuán)隊(duì)合作任務(wù)分工，指導(dǎo)教師增加指導(dǎo)頻次來跟蹤團(tuán)隊(duì)合作情況。該持續(xù)改進(jìn)措施將進(jìn)入下一輪課程教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而提升該課程的教學(xué)質(zhì)量。

總之，課程教學(xué)管理與評價(jià)體系的構(gòu)建實(shí)踐能夠?yàn)榧涌旃こ探逃母飫?chuàng)新，培養(yǎng)造就創(chuàng)新性卓越工程科技人才提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而推動具有工程教育人才培養(yǎng)“新模式”“新質(zhì)量”中國特色工程教育“新體系”特點(diǎn)的新工科實(shí)踐。