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

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)的實踐教學(xué)進行了深度改革。金屬材料專項技能訓(xùn)練課程是學(xué)生綜合運用所學(xué)專業(yè)知識和技能的重要實踐教學(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特優(yōu)勢。文章根據(jù)課程的教學(xué)實踐，介紹了包括課程教學(xué)內(nèi)容改革、達成度評價體系構(gòu)建、課程持續(xù)改進等方面的教學(xué)實踐經(jīng)驗。

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，對金屬材料專項技能訓(xùn)練等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進行了深度改革，給出包括課程教學(xué)內(nèi)容改革、達成度評價體系構(gòu)建、課程持續(xù)改進等方面的教學(xué)實踐。

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，專業(yè)制定了12條畢業(yè)要求指標(biāo)點群，構(gòu)建了支持畢業(yè)要求指標(biāo)點的課程體系，其中，金屬材料專項技能訓(xùn)練課程支持的畢業(yè)要求指標(biāo)點如下：

指標(biāo)點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)計任務(wù)清晰描述，制定方案。（0.3）;指標(biāo)點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。（0.3）;指標(biāo)點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4-3：能夠運用自然科學(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)計實驗，并對實驗結(jié)果及其不確定性數(shù)據(jù)產(chǎn)生原因進行分析和解釋，獲得合理有效實驗結(jié)論。（0.3）;指標(biāo)點9-1：能夠理解團隊合作中角色含義、團隊狀態(tài)和核心目標(biāo)意義，能夠在團隊合作中增進身心健康水平和終身體育意識。（0.2）

為了定量化評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果并持續(xù)改進課程教學(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)合金屬材料專項技能訓(xùn)練課程的特點和教學(xué)內(nèi)容，參考該課程支持的畢業(yè)要求指標(biāo)點及其權(quán)重，課程教學(xué)團隊制定了如下教學(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)來進行工藝設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力;目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)焊接設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行方案設(shè)計的能力，并在設(shè)計環(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)計實驗方案，選擇儀器設(shè)備收集數(shù)據(jù)并對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，獲得合理有效結(jié)論的能力;目標(biāo)5：培養(yǎng)學(xué)生團隊合作能力和組織協(xié)調(diào)能力。

為了達成課程教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合上一輪教學(xué)質(zhì)量改進效果，以企業(yè)實際焊接產(chǎn)品作為案例，針對學(xué)生的特點，課程教學(xué)團隊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”特點的金屬材料焊接工藝和熱處理工藝等項目訓(xùn)練，使學(xué)生掌握項目方案設(shè)計、儀器設(shè)備選擇和規(guī)范使用等專業(yè)實踐技能。同時，在訓(xùn)練過程中培養(yǎng)學(xué)生團隊合作意識、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)運行過程中，要求學(xué)生采取分組的團隊合作形式完成訓(xùn)練內(nèi)容，每一個小組選取一個項目案例，學(xué)生獨立編制實訓(xùn)報告、繪制圖紙，指導(dǎo)教師全過程指導(dǎo)學(xué)生并給出學(xué)生的實訓(xùn)表現(xiàn)成績。給定的項目案例包括技術(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)與工程實驗中心，結(jié)合已授專業(yè)課程及實驗課程，學(xué)生強化專業(yè)相關(guān)儀器設(shè)備的操作流程，然后根據(jù)金屬材料專項技能訓(xùn)練課程的項目案例要求，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。

團隊合作過程中，注意考察學(xué)生的團隊合作意識及在項目完成過程中成員有效參與團隊合作的能力，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隊合作形式主義。

依據(jù)實訓(xùn)表現(xiàn)、答辯、實訓(xùn)報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標(biāo)準(zhǔn)。實訓(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。其中，實訓(xùn)報告包括焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，焊接工藝設(shè)計、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)建達成度評價體系

為了提高教學(xué)質(zhì)量，有效地支持畢業(yè)要求達成，課程教學(xué)團隊構(gòu)建了包括定量化學(xué)習(xí)成果評價方法、上一輪改進效果分析、下一輪教學(xué)持續(xù)改進措施的教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進體系。依據(jù)定量化學(xué)習(xí)成果評價數(shù)據(jù)支持教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進。

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

強課程持續(xù)改進

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)計算教學(xué)目標(biāo)達成度，結(jié)合上一輪改進效果給出實訓(xùn)過程中存在問題，制定出下一輪課程教學(xué)持續(xù)改進措施，構(gòu)成具有閉合式內(nèi)循環(huán)特點的教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進體系。通過持續(xù)改進措施重構(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)生金屬材料專項技能訓(xùn)練課程教學(xué)目標(biāo)達成度如表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。考核環(huán)節(jié)包括實訓(xùn)報告（40%）、結(jié)構(gòu)圖紙（10%）、答辯（20%）、過程表現(xiàn)（30%）。其中，實訓(xùn)報告考核環(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)生的金屬材料專項技能訓(xùn)練課程的平均達到79分，全部教學(xué)目標(biāo)達成度大于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)計的理解、標(biāo)準(zhǔn)運用等方面掌握程度相對較弱，而且學(xué)生的團隊合作意識有待提高。給出的改進措施為：在課程體系的相關(guān)課程中增加焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論講授，同時聘請相關(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，細化團隊合作任務(wù)分工，指導(dǎo)教師增加指導(dǎo)頻次來跟蹤團隊合作情況。該持續(xù)改進措施將進入下一輪課程教學(xué)內(nèi)容，進而提升該課程的教學(xué)質(zhì)量。

總之，課程教學(xué)管理與評價體系的構(gòu)建實踐能夠為加快工程教育改革創(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，進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”特點的新工科實踐。