基于復雜工程問題的應用型本科機械專業(yè)教學案例剖析

徐廣晨　霍仕武　趙鳳芹

[摘 要]工程教育專業(yè)認證對應用型本科院校的人才培養(yǎng)提出了新的要求。課題組針對應用型人才復雜工程能力培養(yǎng)效果欠佳的問題，以營口理工學院機械設計制造及其自動化專業(yè)為研究對象，分別從教學內(nèi)容構(gòu)建、教學組織實施以及教學考核評價等幾個方面對機械產(chǎn)品綜合實訓進行論述，以期達到培養(yǎng)應用型人才解決復雜工程問題的能力的目標。

[關鍵詞]復雜工程問題;應用型本科;機械產(chǎn)品綜合實訓;教學改革

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）07-0086-03

中國是工程教育大國，工程教育規(guī)模占中國高等教育專業(yè)數(shù)量、畢業(yè)生總量的三分之一[1]，工程教育的質(zhì)量將直接影響我國高等教育和科技水平的發(fā)展。但隨著制造業(yè)全球化和工程教育全球化，中國的工程教育正面臨著雙重挑戰(zhàn)[2]，改革發(fā)展也面臨著很多問題。以《華盛頓協(xié)議》（Washington Accord）為核心的工程教育專業(yè)認證的目的是讓不同教育背景下的人才接受教育的“實質(zhì)等效性”[3]，工程教育專業(yè)認證是我國高等教育改革的必然方向。

隨著我國工程教育專業(yè)認證的逐步推進，新形勢下經(jīng)濟發(fā)展對工程應用型人才工程素養(yǎng)與能力提出了新的要求，迫切地要求地方性應用型大學抓住工程教育專業(yè)認證這一契機，重構(gòu)應用型人才的培養(yǎng)模式，全面推進工程教育改革工作，提升應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量和工科專業(yè)建設水平[4]，充分發(fā)揮更好地服務地方區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展這一辦學目標。

現(xiàn)代工程是跨多專業(yè)、多學科的綜合體，許多傳統(tǒng)工程方法已經(jīng)難以單獨解決融合社會、政治、經(jīng)濟、環(huán)境、法律和文化背景的復雜工程問題。因此，最新的2017版《工程教育專業(yè)認證標準》所給出的12條畢業(yè)要求中9次出現(xiàn)了“復雜工程問題”，足見其重要性。如何將解決“復雜工程問題”的能力培養(yǎng)目標融合到課程體系的教學內(nèi)容、教學方法及教學評價方式中去，是急需解決的問題[5]。

課題組以營口理工學院機械設計制造及自動化專業(yè)為研究對象，首先闡述了對復雜工程問題的理解，然后結(jié)合機械產(chǎn)品綜合實訓的教學目標，討論了本實踐環(huán)節(jié)中涉及的復雜工程問題的內(nèi)容及具體實施途徑，最后對學生的課程學習效果進行評價。

一、復雜工程問題分析

（一）復雜工程問題的分層解析

按照《都柏林協(xié)議》，兩年制專科學歷要求培養(yǎng)學生解決狹義工程問題（Well-defined Problems）的能力，即能夠?qū)⒆匀豢茖W、數(shù)學、工程基礎和專業(yè)知識用于廣泛的實踐操作性流程和實踐工作。按照《悉尼協(xié)議》，三年制的大學學歷要求培養(yǎng)學生解決廣義工程問題（Broadly-defined Problems）的能力，即能夠?qū)⒆匀豢茖W、數(shù)學、工程基礎和專業(yè)知識用于確定及應用工程流程、程序、系統(tǒng)和方法。按照《華盛頓協(xié)議》，四年制大學本科要求培養(yǎng)學生解決復雜工程問題（Complex Problems）的能力，即能夠?qū)⒆匀豢茖W、數(shù)學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題。

“復雜工程問題”的層次定位應符合學校人才培養(yǎng)的定位。作為應用型大學，應以培養(yǎng)應用型人才為目標，選擇以應用技術(shù)為背景的復雜工程問題為教學內(nèi)容[6]。

（二）復雜工程問題的特征

工程教育專業(yè)認證標準涉及的“復雜工程問題”必須具備的特征如表1所示。

從復雜工程問題特征來看，可從“復雜”和“工程”兩個方面來表達?！皬碗s”不僅指技術(shù)上難于理解或分析，更多是指問題沒有規(guī)定的答案或涉及多個范疇，以及多因素混合帶來的沖突，要求培養(yǎng)學生從復雜的問題中找出最佳的解決方案的能力。“工程”首先強調(diào)應用性，其實現(xiàn)的過程是有組織的活動，需要依靠構(gòu)建模型將其內(nèi)外要素聯(lián)系起來，要全面考慮各方需求，同時要兼顧社會、環(huán)境、倫理等因素，需要較多的物力、人力及團隊協(xié)作才能完成[7]。

二、基于復雜工程問題的機械產(chǎn)品綜合實訓研究

機械產(chǎn)品綜合實訓是培養(yǎng)機械設計制造及其自動化專業(yè)學生工程實踐技能、創(chuàng)新意識和解決復雜工程問題能力的綜合實踐環(huán)節(jié)，是本專業(yè)多門專業(yè)課程的綜合應用環(huán)節(jié)，對豐富學生生產(chǎn)實踐知識，鞏固和加深所學理論知識，熟悉現(xiàn)代制造全過程，培養(yǎng)科學、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度起到非常重要的作用。

（一）探索基于產(chǎn)品的綜合實踐內(nèi)容與模式

應用型大學的專業(yè)人才培養(yǎng)也應該聚焦“復雜的工程問題”，“應用型”并不代表“低水平”，更多是解決的問題呈現(xiàn)“應用”的特征，多與“應用系統(tǒng)”相關[8-9]。地方性應用型大學培養(yǎng)的人才是面向企業(yè)、行業(yè)服務的一線應用型人才，需要通過制訂一套科學合理的、具有可操作性的人才培養(yǎng)體系來規(guī)范整個培養(yǎng)過程。我校機械設計制造及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標是：堅持以學生為中心，強調(diào)知識、能力、素質(zhì)全面發(fā)展的教學理念，通過產(chǎn)教融合和校企合作實現(xiàn)教學與企業(yè)用人要求的“無縫銜接”。因此，我們在綜合實踐教學環(huán)節(jié)中，探索了三維數(shù)字化建模、機械設計、機械制造技術(shù)及互換性與測量技術(shù)課程實踐教學的新模式，制訂了以“機械 CAD/CAM”和“工程測量”為特色的專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力為教學重點，以期能夠滿足工程教育專業(yè)認證的現(xiàn)實要求。

機械產(chǎn)品綜合實訓，旨在工程專業(yè)認證理念指導下，以畢業(yè)所要求達到的產(chǎn)出為導向，以更大的覆蓋面、更貼近生產(chǎn)的產(chǎn)品，以及知識學習的延續(xù)性等方面構(gòu)建綜合實訓內(nèi)容。其實訓構(gòu)建流程為：首先是基于出口倒推獲得學生需要掌握的知識、能力和素質(zhì)，確定本專業(yè)培養(yǎng)目標，然后對畢業(yè)要求進行指標點分解，并將指標點與課程對應，最后綜合設計培訓學生綜合技能的實訓環(huán)節(jié)。機械產(chǎn)品綜合實訓的構(gòu)建流程如圖1所示。

（二）教學設計與組織實施

機械產(chǎn)品綜合實訓環(huán)節(jié)模擬產(chǎn)品生產(chǎn)實際的標準進行工程化、生產(chǎn)化的綜合訓練。實訓以專業(yè)班級為單位，每6～8名學生組成合作團隊，由項目組長負責，團隊成員分工合作;以機械產(chǎn)品研發(fā)的過程劃分成三個模塊：產(chǎn)品設計模塊（含工程圖繪制、產(chǎn)品三維建模）、生產(chǎn)制造模塊、測量及質(zhì)量控制模塊。整個實訓過程中，各模塊有不同的學習任務和教學重點，但三個模塊又緊密聯(lián)系，完成對解決復雜工程問題和畢業(yè)要求的實現(xiàn)。機械產(chǎn)品綜合實訓的教學實施如圖2所示。

本專業(yè)從2016年開始在2014級學生中實施機械產(chǎn)品綜合實訓實踐教學環(huán)節(jié)，經(jīng)過兩年教學實施，初步形成了一套行之有效的實踐教學體系。由2018屆畢業(yè)學生問卷調(diào)查可知，通過機械產(chǎn)品綜合實訓的訓練，學生初步掌握了機械產(chǎn)品的研發(fā)流程，學會了如何理解復雜工程問題并用所學的知識加以解決，積累了工程實踐經(jīng)驗和能力，增強了學生畢業(yè)時的求職競爭力。

（三）加強過程管理，創(chuàng)新考核評價標準

本實訓環(huán)節(jié)時間跨度大，實訓內(nèi)容多，其考核評價建設就尤為關鍵。因此，我們采用可量化的評價指標，突出能力的培養(yǎng)，注重實施過程?？荚u過程中引導學生積極參與，成績評定采用自評、互評相結(jié)合的方式，注重團隊成員間的合作交流及在團隊中發(fā)揮作用的情況，注重過程管理，將實訓過程中的素質(zhì)提高、能力培養(yǎng)與考核評價相結(jié)合，將知識的應用程度與考核評價相結(jié)合。機械產(chǎn)品綜合實訓畢業(yè)要求達成評價如表2所示，力爭使參加本環(huán)節(jié)的每位學生得到客觀、公正的評價。

三、結(jié)論

培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力是一項系統(tǒng)工程，貫穿于整個應用型人才培養(yǎng)的教學體系，是工程教育專業(yè)認證背景下所有工科專業(yè)主干課程的重要任務之一。只有準確理解“應用型復雜工程問題”的內(nèi)涵，才能有效地設計和開展各項教學活動以實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)目標。本文結(jié)合機械產(chǎn)品綜合實訓的教學目標，分析了該課程所涉及的復雜工程問題特征，設計了解決復雜工程問題的途徑，并給出了具體的評價方法，對地方性應用型大學培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力起到了較好的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 劉孝保，李鑫，伍星.工程認證教育理念下機械工程一體化案例培養(yǎng)體系構(gòu)建[J].價值工程，2018（5）：187-189.

[2] 張東民，尚慧琳，鄭剛，等.應用型本科專業(yè)工程教育認證探討[J].價值工程，2018（32）：138-140.

[3] 錢振江，龔聲蓉，徐文彬.面向復雜工程問題的應用型本科計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究和實踐[J].計算機教育，2016（6）：10-13.

[4] 關躍奇，魏克湘，彭浩舸.基于復雜工程問題的機械產(chǎn)品設計制造綜合實踐研究[J].科教導刊（下旬），2016（4）：47-49.

[5] 許吉，李培麗，黃勇林，等.“電磁場理論”與解決“復雜工程問題”能力的培養(yǎng)——以南郵光電信息科學與工程專業(yè)為例[J].教育現(xiàn)代化，2018（4）：110-111.

[6] 周克寧，羅朝盛，康敏.植入“復雜工程問題”的教學體系改革探索[J].中國大學教學，2016（10）：51-54.

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[8] 蔣宗禮，姜守旭.發(fā)揮本科教學質(zhì)量國家標準對新工科建設的推動作用[J].中國大學教學，2018（1）：41-45.

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[責任編輯：鐘 嵐]