以解決復(fù)雜工程問題為導(dǎo)向的課程改革探討

景文倩 聶金泉 吳華偉

[摘 要] 在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，學(xué)校應(yīng)緊跟工程教育發(fā)展的新趨勢和新動向，培養(yǎng)一批專業(yè)基礎(chǔ)扎實、實踐能力突出、科研思維靈活、能夠解決復(fù)雜工程問題的高素質(zhì)人才。文章以汽車測試技術(shù)課程為例，以培養(yǎng)學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的能力為導(dǎo)向，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、實踐能力培養(yǎng)、考核方式改革等多個方面探討課程優(yōu)化改革問題，為其他課程改革提供借鑒意義。

[關(guān)鍵詞] 工程教育專業(yè)認(rèn)證;復(fù)雜工程問題;汽車測試技術(shù);課程改革

[中圖分類號] G640? ?[文獻標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）03-0093-04? ?[收稿日期] 2020-09-07

一、引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際工程教育界與工程界相互溝通的固定渠道，可促進國際工程人才對國際工程實踐的適應(yīng)性和互認(rèn)性。我國工程教育專業(yè)認(rèn)證旨在通過公平嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控體系，促進工程教育體制改革和建設(shè)，提高工程教育教學(xué)質(zhì)量，促使我國工程專業(yè)教育質(zhì)量得到國際的認(rèn)可[1]。工程教育認(rèn)證基于先進的育人理念，有可操作的目標(biāo)指南，有科學(xué)明確的質(zhì)量監(jiān)控體系，深受國際工程界和工程教育界的推崇[2]。我校車輛工程專業(yè)順應(yīng)時代趨勢，加入申請工程教育專業(yè)認(rèn)證的大軍。工程教育專業(yè)認(rèn)證要求專業(yè)從面向?qū)W科辦學(xué)轉(zhuǎn)向面向社會需求辦學(xué)，要遵循面向行業(yè)、面向企業(yè)開放的新觀念，依社會需求確定培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)具有綜合運用所學(xué)科學(xué)理論和技術(shù)手段分析、解決復(fù)雜工程問題的能力，能適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的綜合型人才[3]。

“汽車測試技術(shù)”是車輛工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程[4]，課程內(nèi)容涉及信號處理、材料科學(xué)、機械力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、物理學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)知識，是一門典型的多學(xué)科交叉課程，具有較強的技術(shù)性和實踐性。由此，對該課程進行改革優(yōu)化，對于探索如何培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力及跨界整合能力，建設(shè)一批體現(xiàn)專業(yè)工程教育特性的核心課程，具有重要的借鑒意義。

二、復(fù)雜工程問題的內(nèi)涵及核心

復(fù)雜工程問題是指具有多樣性、綜合性、跨學(xué)科交融性等特征的現(xiàn)代工程問題[5]。培養(yǎng)學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問題的能力是工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求中的核心內(nèi)涵，有很強的理論意義和現(xiàn)實意義。

工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會對“復(fù)雜工程問題”做出了明確定義，涵蓋七個方面：需要知識的深度、需要分析的深度、沖突需要的范疇、問題的熟悉度、使用準(zhǔn)則程度、利益相關(guān)者參與程度及沖突要求的程度、相互依賴性和高標(biāo)準(zhǔn)性[6，7]。其中，第一個特征“需要知識的深度”是必備的，即必須運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才能夠解決，其他六個特征，部分或全部具備均可。

根據(jù)以上定義可知：首先，復(fù)雜工程問題是一個多因素作用且相互聯(lián)系的待解決的工程技術(shù)問題，那么如何發(fā)現(xiàn)和提出這樣的復(fù)雜工程問題呢？工程技術(shù)問題一般有三個來源：一是生產(chǎn)生活中的實際問題，即生產(chǎn)生活中遇到的實際困難，需要解決的問題;二是別人提出的需要，這種問題在工程專業(yè)認(rèn)證中通常以綜合性或設(shè)計性實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等為典型代表;三是以一定目的為前提的積極主動的思考，由設(shè)計者自主發(fā)現(xiàn)并根據(jù)設(shè)計需要提出的問題。在“汽車測試技術(shù)”課程教學(xué)過程中，通常可以考慮從綜合實驗設(shè)計的角度提出工程技術(shù)問題，或者以產(chǎn)學(xué)研項目為切入點，在生產(chǎn)實際中發(fā)現(xiàn)工程技術(shù)問題或者鼓勵學(xué)生參加學(xué)科競賽，引導(dǎo)學(xué)生主動思考、探索生活中的工程技術(shù)問題。其次，解決復(fù)雜工程問題需要運用深入的工程專業(yè)知識和原理，可能涉及工程、技術(shù)和其他非技術(shù)因素之間的沖突，并且是一個優(yōu)化決策的過程。如何分析和解決復(fù)雜工程問題呢？工程教育認(rèn)證要求能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達復(fù)雜工程問題，并通過文獻研究分析、解決復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。因此，分析和解決復(fù)雜工程問題可概括為以下幾個環(huán)節(jié)：一是信息調(diào)研，針對某個問題，進行文獻搜集和整理，形成對該問題的科學(xué)認(rèn)識;二是剖析本質(zhì)，運用工程原理和科學(xué)原理，將實際問題轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)問題;三是建立模型，深入運用工程原理和數(shù)學(xué)、物理方法，建立工程問題的數(shù)學(xué)或物理模型，并能夠有效表達工程問題;四是關(guān)鍵分析，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵參數(shù)等主要問題，采用定性分析或定量分析、邏輯分析、系統(tǒng)分析等方法，對所建立模型進行深入研究和分析;五是得出結(jié)論，以最小的成本、最快的速度、最好的質(zhì)量、最高的效率解決復(fù)雜工程問題。

三、課程教學(xué)存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性不強

我?！捌嚋y試技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括測試系統(tǒng)和傳感器兩部分。測試系統(tǒng)部分涉及的理論知識及公式推導(dǎo)較多，其中信號的描述及分析中涉及的傅里葉變換、拉普拉斯變換等內(nèi)容，測試系統(tǒng)的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，典型測試系統(tǒng)的動態(tài)特性分析等內(nèi)容更是晦澀難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較吃力，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。第二部分講授傳感器的教學(xué)內(nèi)容略顯凌亂，傳感器種類講解了很多，每一種傳感器都仔細介紹了工作原理、調(diào)理電路等，但各個章節(jié)都僅限于某一類傳感器，相互之間的區(qū)別、聯(lián)系和應(yīng)用環(huán)境的講解與討論明顯不夠。此外，從“汽車測試技術(shù)”課程的名字來講，測試方法、測試過程、數(shù)據(jù)分析研究的方法及過程等環(huán)節(jié)并沒有實際介紹和應(yīng)用?，F(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的前后兩部分相互獨立，要么只介紹理論方法，要么只介紹傳感器，缺少一個系統(tǒng)的綜合測試部分，因此可將二者結(jié)合起來呼應(yīng)課程的“測試技術(shù)”，幫助學(xué)生掌握測試流程、測試方法、數(shù)據(jù)分析方法等。

（二）實驗設(shè)計缺乏分析和思考

雖然“汽車測試技術(shù)”課程設(shè)置了多個實驗，但這些實驗都是驗證性實驗，僅僅對各種傳感器的輸出特性曲線進行簡單的測試和驗證，且實驗指導(dǎo)書對每個實驗的操作流程和步驟都進行了詳細的解釋和說明，學(xué)生基本不需要深入思考和分析，完全體現(xiàn)不出復(fù)雜工程問題的特征，談何培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。

（三）考核方式不能反映綜合能力

目前，“汽車測試技術(shù)”課程的考核方式比較重視結(jié)果，把期中/期末考試作為衡量學(xué)生成績的重要標(biāo)準(zhǔn)，占比高達60%，而考核學(xué)習(xí)過程的平時成績僅占20%，另外20%的比例是實驗成績，而且期中/期末考試的試卷有大量的選擇題、填空題、判斷題、名詞解釋等客觀題，僅有的計算題、分析題等也是課堂講解的類似例題，學(xué)生只需機械掌握課堂講解的知識點即可獲取高分，基本不需要分析解決復(fù)雜的工程問題。不僅如此，平時成績也不能很好地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，因其通常是以學(xué)生的課堂出勤率和平時作業(yè)為依據(jù)來進行評定的，而平時作業(yè)一般都是課堂講解的基礎(chǔ)知識或簡單例題，更算不上復(fù)雜的工程問題。實驗成績主要依賴實驗報告進行評定，而實驗報告也比較機械，如謄抄實驗?zāi)康摹嶒灢襟E，唯一有考核意義的就是畫出傳感器的輸出特性曲線，但這依然算不上復(fù)雜工程問題的范疇。所以，現(xiàn)有的考核方式體現(xiàn)不出學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的綜合素質(zhì)和綜合能力，亟待改革以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的需求。

四、教學(xué)方法的幾點建議

（一）教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化調(diào)整

首先，“汽車測試技術(shù)”課程中有關(guān)測試系統(tǒng)的理論部分應(yīng)適當(dāng)精簡，講解晦澀難懂的公式時，應(yīng)當(dāng)深入淺出，注重引導(dǎo)學(xué)生理解其工程意義，切實讓學(xué)生認(rèn)識到該課程的技術(shù)性和實踐性，而不局限在枯燥、晦澀難懂的理論知識中，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

其次，從傳感器工作原理的角度考慮，重新梳理傳感器的分類。在講解其各自工作原理和工作特性時，要以工程案例舉例說明，并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，真正理解掌握傳感器的工作原理和特性，同時系統(tǒng)性地對比分析各類傳感器的特性和應(yīng)用條件，且重點講解各種傳感器在汽車上的應(yīng)用和區(qū)別。

最后，增加一個綜合測試部分，將理論部分的測試、分析方法與傳感器的原理和特性等有機結(jié)合起來，設(shè)計2～3個常見測試工況，引導(dǎo)學(xué)生一步步地分析，比如測試目標(biāo)是什么、可采用何種測試方法、如何選用合適的傳感器、如何對測試數(shù)據(jù)進行分析研究，以及如何整理總結(jié)測試分析結(jié)果等，讓學(xué)生真切掌握整個測試流程，能夠運用所學(xué)測試方法、數(shù)據(jù)分析方法等對實際工程技術(shù)問題進行研究和分析。

（二）實驗設(shè)計綜合化

解決復(fù)雜工程問題的實質(zhì)是要學(xué)生以工程實際問題為研究對象，通過分析研究問題，從中找出最佳解決方案。現(xiàn)有的無須深入思考分析的驗證性實驗方案顯然不能滿足培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的要求，因此實驗設(shè)計的復(fù)雜化、綜合化勢在必行。除了現(xiàn)有的驗證性實驗，再增設(shè)一個綜合測試實驗，以課堂教學(xué)內(nèi)容增加的綜合測試部分為基礎(chǔ)，比如輪速傳感器的測量，引導(dǎo)學(xué)生自己動手設(shè)計整個實驗流程，包括傳感器選型、測試手段、測試方法、設(shè)備調(diào)試、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等，并撰寫完整的實驗報告，且實驗報告要能體現(xiàn)出學(xué)生個人或團隊在設(shè)計操作實驗的全過程中做到了主動思考、主動發(fā)現(xiàn)問題、主動分析解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

（三）開展項目教學(xué)

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生應(yīng)具備復(fù)雜工程問題的分析能力、設(shè)計/開發(fā)能力、研究能力、理解與評價現(xiàn)代復(fù)雜工程問題對社會影響的能力等。因此，“汽車測試技術(shù)”課程不能僅僅局限于實驗室的教學(xué)實驗，還應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生進入企業(yè)參與一線的實習(xí)工作。目前，學(xué)校有多個產(chǎn)學(xué)研實習(xí)實訓(xùn)基地，但出于安全考慮，學(xué)生只能觀摩學(xué)習(xí)，提交的實習(xí)報告也只是摘抄企業(yè)簡介等，基本流于形式。

在保證學(xué)生安全的前提下，本文給出了三種學(xué)習(xí)企業(yè)一線的工程測試分析方法：一是邀請企業(yè)一線專家進課堂，從企業(yè)的角度講解工程案例，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能加深學(xué)生對工程問題的形象認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生采用所學(xué)的測試知識、傳感器工作原理和特性等，在講解的工程案例中開展測試、分析工作，并總結(jié)整理得出結(jié)論。二是把學(xué)生實習(xí)實訓(xùn)落到實處，進入一線可以只觀摩學(xué)習(xí)，但企業(yè)要安排專家針對某一個測試過程進行系統(tǒng)介紹和闡述，并且以學(xué)習(xí)小組的形式鼓勵學(xué)生參與討論相關(guān)的測試知識，最終撰寫成實習(xí)報告。實習(xí)報告要能體現(xiàn)出學(xué)生個人或團隊在測試過程中做到主動思考、發(fā)現(xiàn)并提出問題，甚至給出解決方案，從而達到培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)。三是讓學(xué)生參與校企產(chǎn)學(xué)研項目，既達到學(xué)生的實習(xí)目標(biāo)，又能促進產(chǎn)學(xué)研合作進一步加深。學(xué)校與一些地方企業(yè)廣泛交流合作，校企產(chǎn)學(xué)研項目眾多，因此可以從中選取若干涉及汽車測試業(yè)務(wù)的企業(yè)，讓學(xué)生進入實習(xí)，真正參與到一線生產(chǎn)中。作為產(chǎn)學(xué)研項目的參與者，學(xué)生應(yīng)當(dāng)緊跟教師的步伐，真正參與到項目中，切身地感受何為工程問題，并結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識，學(xué)習(xí)如何分析解決工程問題，協(xié)助教師一起為企業(yè)生產(chǎn)中遇到的工程問題提供分析解決方案。

此外，學(xué)生可以依托教師的科研項目參與學(xué)術(shù)課題研究。目前雖有本科生參與教師科研項目的現(xiàn)象，但學(xué)生數(shù)量非常少，且他們大多是為了獲取創(chuàng)新學(xué)分，并沒有像研究生一樣真正地參與到科學(xué)研究中，因此建議教師多鼓勵本科生進入科研項目組，并且讓他們切實地參與項目研究工作：一方面，學(xué)生可以向師兄師姐、教師、企業(yè)專家等學(xué)習(xí)如何開展學(xué)術(shù)研究、如何解決工程問題等;另一方面，教師給學(xué)生分配具體的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生獨立的或以團隊協(xié)作的方式分析解決項目進展過程中遇到的各種問題，積累科研經(jīng)驗，提高科學(xué)素養(yǎng)，提升科研素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。

（四）考核方式改革

在專業(yè)認(rèn)證背景下，建立多元化、綜合化的課程考核方式已迫在眉睫。所謂多元化考核，即課程考核可以有多種形式，比如學(xué)術(shù)論文、學(xué)科競賽項目、參與教師科研項目，以及有限開卷考試等。其中，學(xué)術(shù)論文考核指學(xué)生撰寫發(fā)表1篇及以上高水平學(xué)術(shù)論文，且論文與“汽車測試技術(shù)”課程內(nèi)容有一定的相關(guān)性;學(xué)科競賽項目考核指學(xué)生參加涉及汽車測試技術(shù)的學(xué)科競賽，并獲得相關(guān)獎項或榮譽;參與科研項目考核指學(xué)生加入教師的科研團隊，并在教師的指導(dǎo)和幫助下取得一定的科研成果;有限開卷考試考核指學(xué)生能且只能攜帶1頁A4紙的課程筆記進入考場，應(yīng)用自己整理記錄的筆記進行答題，且試題全部是設(shè)計、分析、計算類綜合考題，能全面考核學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的能力。而綜合化考核是指學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備各方面的能力，包括自學(xué)能力、動手能力、分析能力、創(chuàng)新能力等，以保證學(xué)生具備分析解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。

綜上，多元化、綜合化的考核方式打破了傳統(tǒng)的“一刀切”考核模式，不再局限于試卷考試，充分調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，促使學(xué)生充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢特長，比如發(fā)表學(xué)術(shù)論文、參與學(xué)科競賽、參與科研項目等，鼓勵引導(dǎo)學(xué)生提升自己的學(xué)術(shù)能力、創(chuàng)新意識、工程思維、科研素質(zhì)等，培養(yǎng)學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的能力。

五、結(jié)語

本文探討了在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，以解決復(fù)雜工程問題為導(dǎo)向的“汽車測試技術(shù)”課程改革優(yōu)化問題。首先討論了課程教學(xué)中存在的教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性不強、實驗設(shè)計缺乏分析和思考、考核方式不能反映綜合能力等三個方面的問題，然后從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化調(diào)整、實驗設(shè)計綜合化、開展項目教學(xué)、考核方式改革等四個角度給出了思考和建議，以達到培養(yǎng)學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)。

參考文獻

[1]張崟，余華，劉達玉，等.對地方工科院校應(yīng)對工程教育專業(yè)認(rèn)證的思考[J].教育與教學(xué)研究，2016，33（6）：99-104.

[2]張春嬌，陳微，趙亮，等.工程教育認(rèn)證理念指導(dǎo)下的教學(xué)改革[J].計算機教育，2019（2）：123-126.

[3]蔣宗禮.本科工程教育：聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2016（11）：27-30.

[4]吳華偉，聶金泉，景文倩，等.以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為核心的汽車測試技術(shù)教學(xué)改革初探[J].輕工科技，2017（4）：183-184.

[5]張彩麗，楊海波.工程教育專業(yè)認(rèn)證中復(fù)雜工程問題的內(nèi)涵及其分析能力辨析[J].教育探索，2019（11）：143-144.

[6]孟慶民，張立強，龍紅明.基于培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的實驗教學(xué)改革研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，34（3）：78-79.

[7]彭文慶，朱永健，彭剛.基于“培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力”的工程教育專業(yè)認(rèn)證探討[J].當(dāng)代教育理論與實踐，2017，9（6）：14-18.