工程教育專業(yè)認證背景下材料成型及控制工程專業(yè)課程研究

徐志超，王 迪，黃 丹

(1.河南理工大學(xué) 材料與科學(xué)工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2.河南理工大學(xué) 工商管理學(xué)院，河南 焦作 454003)

高等院校作為人才的重要培養(yǎng)場所，工程教育的質(zhì)量至關(guān)重要。基于成果的教育(OBE)理念也逐漸被廣大院校所采納，如何理解認證標準，將地方、學(xué)校、專業(yè)特色與專業(yè)認證結(jié)合起來，發(fā)揮專業(yè)認證的定位和作用，將對我國工程教育專業(yè)教學(xué)改革起著重要的作用。

我國認證協(xié)會經(jīng)歷了漫長的探索、發(fā)現(xiàn)，形成了一個較為完善的標準和程序。以學(xué)生為中心，從培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求等方面制定了認證的通用標準和專業(yè)補充標準。專業(yè)認證其核心思想是以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導(dǎo)向的合格性評價[1]。專業(yè)認證通用標準7個大項中，培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求起的是高屋建瓴的作用，只有根據(jù)專業(yè)特點合理設(shè)置畢業(yè)要求以及培養(yǎng)目標，才能真正體現(xiàn)以學(xué)生為中心這一核心要素。對于專業(yè)認證，課程體系起著承上啟下的作用，是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要一環(huán)。

1 課程體系設(shè)計思路

根據(jù)上述關(guān)于課程體系與畢業(yè)要求、培養(yǎng)目標之間相互關(guān)系的闡釋可以得出，課程及其組織形式即課程體系，在專業(yè)人才培養(yǎng)中占據(jù)著極其重要的地位。專業(yè)課程體系的設(shè)計應(yīng)圍繞人才培養(yǎng)這一關(guān)鍵進行構(gòu)建，一方面需結(jié)合學(xué)校定位、專業(yè)特色、區(qū)域優(yōu)勢，廣泛調(diào)研行業(yè)對人才的需求，另一方面要適應(yīng)社會發(fā)展和學(xué)生個性化訴求，在工程專業(yè)認證標準要求下，構(gòu)建專業(yè)課程體系，以保證課程設(shè)置能支持畢業(yè)要求達成[2]。

河南理工大學(xué)材料成型及控制專業(yè)的前身是焦作路礦學(xué)堂1921年創(chuàng)辦的采礦冶金科，后歷經(jīng)礦冶系、金工教研室，于1999年設(shè)立材料成型及控制工程本科專業(yè)，下設(shè)鑄造、鍛壓和焊接三個方向。

2 課程體系設(shè)置

在進行專業(yè)認證課程體系的設(shè)定時，通用標準已經(jīng)做了明確的要求，如表1所示。

表1 課程體系設(shè)置

根據(jù)工程教育專業(yè)認證要求，本專業(yè)課程體系設(shè)置如下：

2.1 數(shù)學(xué)自然類課程

本專業(yè)課程體系設(shè)置上強調(diào)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)的重要性，在課程體系設(shè)計上數(shù)學(xué)和自然科學(xué)作為工程基礎(chǔ)課程的前續(xù)課程。在后續(xù)學(xué)科基礎(chǔ)類課程中，理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)等課程內(nèi)容中都應(yīng)用到高等數(shù)學(xué)知識；材料分析測試技術(shù)等課程內(nèi)容中應(yīng)用到計算方法和高等數(shù)學(xué)中微積分和級數(shù)等相關(guān)數(shù)學(xué)知識；理論力學(xué)、材料力學(xué)、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)等課程內(nèi)容中應(yīng)用到物理方面的知識；充分體現(xiàn)了數(shù)學(xué)和自然科學(xué)在本專業(yè)的應(yīng)用。上述“數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類”的課程目標與課程內(nèi)容與專業(yè)畢業(yè)要求相匹配。通過這些課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠運用“數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類”課程的基本知識和理論，識別、判斷和表述復(fù)雜材料成型及控制工程問題，具有對復(fù)雜材料成型及控制工程問題進行建模和分析的能力。本專業(yè)數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類課程共計27學(xué)分，占總學(xué)分比例15.88%。

2.2 工程基礎(chǔ)類課程、專業(yè)基礎(chǔ)類課程與專業(yè)類課程

工程基礎(chǔ)類能體現(xiàn)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)在本專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)。以材料科學(xué)基礎(chǔ)為例，其主要內(nèi)容包括材料的晶體結(jié)構(gòu)、相圖熱力學(xué)、擴散、回復(fù)再結(jié)晶、位錯理論、固態(tài)相變等與數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)相關(guān)的知識。而材料成型及控制工程中所涉及的成型工藝對成型件的性能影響的控制原理、性能表征、工藝優(yōu)化等均要用到材料科學(xué)知識。

專業(yè)基礎(chǔ)類能體現(xiàn)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)在本專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)。以材料成型原理為例，其內(nèi)容主要包括凝固技術(shù)及控制，如凝固結(jié)晶的物理學(xué)基礎(chǔ)、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)、凝固基本理論、鑄件的凝固、偏析、氣孔、凝固收縮，以及各類凝固缺陷的控制；焊接冶金學(xué)，如焊接材料的組成及作用、焊接化學(xué)冶金、焊接接頭的組織和性能、焊接缺陷及控制；塑性成型原理，如張量基礎(chǔ)、應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、屈服準則與本構(gòu)、主應(yīng)力法及其應(yīng)用，塑性成形過程控制等方面。該課程廣泛應(yīng)用到線性代數(shù)、微積分、概率論、化學(xué)等數(shù)學(xué)和自然科學(xué)知識，以及熱力學(xué)、工程力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)等工程科學(xué)知識。以材料凝固成型工藝設(shè)計為例，其設(shè)計內(nèi)容涉及到液態(tài)金屬冷卻過程中的凝固結(jié)晶及缺陷控制問題，會廣泛應(yīng)用到材料成型原理方面的知識。

專業(yè)類課程能體現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)能力的培養(yǎng)。本專業(yè)最典型、最基本的系統(tǒng)工程問題就是機械毛坯件的成型及后處理工藝設(shè)計。從方案設(shè)計、計算到繪制圖紙所需技術(shù)對應(yīng)課程角度來看都需要應(yīng)用材料力學(xué)、畫法幾何與工程制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、極限配合與測量技術(shù)基礎(chǔ)、材料成型原理、材料成型工藝學(xué)(方向選修模塊中的鑄造工藝學(xué)/焊接冶金學(xué)-材料焊接性/鍛造工藝學(xué)/沖壓工藝學(xué))等直接相關(guān)的課程。以輪轂鑄件工藝設(shè)計為例，首先根據(jù)鑄造工藝學(xué)、鑄造合金及熔煉、鑄造設(shè)備等專業(yè)類課程知識，運用所學(xué)的材料科學(xué)基礎(chǔ)、物理化學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、電工與電子技術(shù)等工程基礎(chǔ)課知識以及機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制造工藝學(xué)、材料成型原理等專業(yè)基礎(chǔ)課，進行輪轂鑄造工藝總體方案設(shè)計，包括鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計和鑄造工裝設(shè)計等。總體方案設(shè)計時必須考慮輪轂零件特性和工藝性，采用基礎(chǔ)及專業(yè)課程的理論方確定設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)及校核，以滿足設(shè)計和性能要求。系統(tǒng)方案確定后，應(yīng)用相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)類和專業(yè)類課程的知識(如鑄造工藝學(xué)、鑄造合金及熔煉等)開展工藝設(shè)計和規(guī)程確定等，從而實現(xiàn)系統(tǒng)方案。總體而言，工程基礎(chǔ)類課程、專業(yè)基礎(chǔ)類課程與專業(yè)類課程學(xué)分占總學(xué)分的35.88%。

2.3 工程實踐與畢業(yè)設(shè)計(論文)

工程實踐類課程要緊緊抓住理論聯(lián)系實踐這一核心思想。在課程設(shè)計過程中，基于成果導(dǎo)向教育的反向設(shè)計原則，依據(jù)課程對應(yīng)于畢業(yè)要求中達成的指標點的需求來配置課程實踐環(huán)節(jié)，確保課程達到相應(yīng)的培養(yǎng)目標。

基礎(chǔ)實踐環(huán)節(jié)使學(xué)生理解工程技術(shù)領(lǐng)域的基本知識、方法，了解機械工程領(lǐng)域的現(xiàn)狀、前景，能夠從實際工程角度看待實踐中遇到的問題，并進行分析、求解。理解工程師的職業(yè)性質(zhì)與責(zé)任，培養(yǎng)基本職業(yè)道德。

專業(yè)實踐環(huán)節(jié)分為專業(yè)基礎(chǔ)實踐和專業(yè)綜合實踐。專業(yè)基礎(chǔ)實踐側(cè)重通過基本工程訓(xùn)練、電工電子實訓(xùn)、工程綜合實訓(xùn)、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計，以及各類工程基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)類課程實驗。使學(xué)生了解一般工程的基本運行流程，掌握機械加工基本方法、電工電子技術(shù)、計算機等軟硬件的基本功能的實現(xiàn)、設(shè)計、調(diào)試，基礎(chǔ)材料性能測試與表征的試驗技術(shù)，能運用基本的理論知識解決實踐問題。專業(yè)綜合實踐使學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)的機械專業(yè)知識解決工程問題，掌握與機械產(chǎn)品設(shè)計、制造、控制相關(guān)的內(nèi)容及所涉及的專業(yè)技術(shù)。學(xué)校、院系加強同企業(yè)的合作，以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮教師，企業(yè)一線工程師的優(yōu)勢，并將兩者結(jié)合，老師到企業(yè)中去，一線工程師到課堂中來，將理論教學(xué)與實際工程案例相結(jié)合，將會有效強化實踐教學(xué)的質(zhì)量[3]。

綜合實踐側(cè)重通過認識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、專業(yè)課程設(shè)計等綜合性的課程，學(xué)生需將已有知識進行匯總、梳理。通過綜合實踐將進一步培養(yǎng)學(xué)生認識、了解企業(yè)實際運行過程，相關(guān)的技術(shù)趨勢、法律法規(guī)政策。工程實踐與畢業(yè)設(shè)計(論文)(41.25學(xué)分，含課內(nèi)實驗8.25學(xué)分)占總學(xué)分(170學(xué)分)的24.26%。

2.4 人文社會科學(xué)通識教育課程

人文社會科學(xué)類通識教育課程的中心思想是以提高思想道德素質(zhì)為根本，以提高文化素質(zhì)為基礎(chǔ)，進而提高大學(xué)生的全面素質(zhì)。大學(xué)體育的開設(shè)旨在通過參與足球、籃球等體育運動，培養(yǎng)頑強的意志品質(zhì)，使學(xué)生掌握基本技術(shù)、技能、提升學(xué)生的身體素質(zhì)，提高學(xué)生體質(zhì)健康水平；通過團隊練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識，提升學(xué)生的團結(jié)協(xié)作能力。綜上所述，通過通識選修類課程，使學(xué)生了解不同學(xué)科的一般性知識，提升學(xué)生的人文、科學(xué)、藝術(shù)修養(yǎng)，而開設(shè)的公共選修類課程可培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，尤其是培養(yǎng)學(xué)生能在國際化和多元化的社會工作環(huán)境下生存的能力，提高協(xié)調(diào)各種矛盾的能力。但是當前面臨的問題是人文類課程種類繁多，學(xué)生在選課的時候往往掌握不到重點，無法根據(jù)自己的需要進行選課。另一方面就是人文社科類課程主要關(guān)系到學(xué)生世界觀、人生觀、價值觀的形成，關(guān)系到學(xué)生對文學(xué)、歷史、哲學(xué)、藝術(shù)等人文社會科學(xué)方面的教育，如何設(shè)置能使學(xué)生在選課時包含這些是面臨的一個重要問題。這里采取的方法是模塊化課程，如圖1所示。每門模塊包含相應(yīng)的課程，目標明確，從更大范圍和層面上增強多學(xué)科專業(yè)的交叉融合。

圖1 課程模塊

通過人文社會科學(xué)類通識課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對專業(yè)領(lǐng)域所涉及的經(jīng)濟、環(huán)境、法律和倫理等相關(guān)知識有了進一步理解。例如在畢業(yè)設(shè)計(論文)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，針對具體的材料成型及控制工程問題，在進行實驗方案的設(shè)計或環(huán)保工藝設(shè)計過程中，均能對所提出的方案進行技術(shù)經(jīng)濟分析，是否違背了法律規(guī)定和環(huán)境倫理學(xué)的相關(guān)理念，通過這些制約因素的考慮，保證學(xué)生提出了合理可行的研究/設(shè)計方案。本專業(yè)的人文社會科學(xué)類通識教育課程共計42 學(xué)分，占總學(xué)分的24.71%。

3 課程體系持續(xù)改進

專業(yè)本科教學(xué)管理監(jiān)控體系由校、院、專業(yè)三個層次組成，學(xué)校層面設(shè)有教學(xué)指導(dǎo)委員會、教學(xué)督導(dǎo)組、教務(wù)處等。學(xué)院層面設(shè)有學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)分委員會，下設(shè)培養(yǎng)方案工作組、OBE工作組、校內(nèi)外聯(lián)絡(luò)工作組、質(zhì)量保障工作組等。每個管理機構(gòu)有明確的分工，負責(zé)對課程體系進行監(jiān)督，反饋與改進。根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)目標需求，依據(jù)工程教育專業(yè)認證標準，充分考慮社會發(fā)展對人才需求的變化，學(xué)科專業(yè)建設(shè)發(fā)展等情況，根據(jù)畢業(yè)要求達成情況及課程體系合理性評價結(jié)果，每4年進行一次整體修訂，但每2年對課程體系可進行一次局部調(diào)整。如上級教育主管部門的行政要求或行業(yè)技術(shù)的重大發(fā)展需要。

評價過程主要依據(jù)畢業(yè)要求達成評價分析情況，采用調(diào)查問卷結(jié)合訪談的形式，吸收教師、在校生、畢業(yè)生、外校同行專家、用人單位、行業(yè)企業(yè)專家等對畢業(yè)生知識、能力和素質(zhì)評價的建議，以及應(yīng)屆畢業(yè)生的反饋意見，對現(xiàn)行課程體系進行合理性評價并提出修訂方案。合理性調(diào)查問卷由培養(yǎng)方案工作組設(shè)計，在設(shè)計過程中，由校內(nèi)外聯(lián)絡(luò)工作組向教師、外校同行專家、在校學(xué)生、行業(yè)企業(yè)專家、畢業(yè)校友等發(fā)放調(diào)查問卷或組織上述人員代表參加的座談會，收集并整理調(diào)查信息與數(shù)據(jù)，形成課程體系合理性評價調(diào)查報告，送培養(yǎng)方案工作組修訂培養(yǎng)方案時使用。培養(yǎng)方案工作組根據(jù)培養(yǎng)方案的課程體系初稿的調(diào)查報告，修改完善，形成培養(yǎng)方案的課程體系建議稿，納入培養(yǎng)方案建議稿，報送學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)分委員審議，學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)分委員會審議后，報學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會審議，學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會審議后，形成新版培養(yǎng)方案課程體系。2018年3月向畢業(yè)生發(fā)放調(diào)查問卷91份，收回69份，調(diào)查結(jié)果如表2所示。

表2 畢業(yè)生對課程體系的合理性評價

從畢業(yè)生返回的調(diào)查問卷情況來看，每項評價內(nèi)容均有超過84%的學(xué)生認為較好，說明本專業(yè)畢業(yè)生對課程體系合理性評價較好。2018年3月向本專業(yè)25位教師發(fā)放調(diào)查問卷，收回25份，調(diào)查結(jié)果如表3所示。

表3 教師對課程體系的合理性評價

近年來，根據(jù)畢業(yè)生座談，任課教師反映﹑用人單位反饋以及企業(yè)專家反饋等手段，在課程體系方面進行了一些修訂。如增加三維CAD和有限元技術(shù)等課程，增加科技文獻查詢和檢索等課程，所有課程體系的修訂在充分聽取企業(yè)和行業(yè)專家對課程體系的意見基礎(chǔ)上，組織本專業(yè)全體教師進行討論，經(jīng)學(xué)院本科教學(xué)指導(dǎo)委員會討論﹑審議形成定稿，并提交校教務(wù)處審批。

4 結(jié)語

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，對于各高校來說，是專業(yè)認證的順利開展，將會有效地促進學(xué)校工程教育質(zhì)量的提高，尤其是對于學(xué)生綜合素質(zhì)和解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)和實踐動手能力的提升具有重要意義。在工程教育專業(yè)認證背景下，對河南理工大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)課程體系建設(shè)的問題進行了探討，在專業(yè)課程的分類、專業(yè)課程對畢業(yè)要求指標點的支撐等方面進行了有益的探討。這不僅有利于建立符合工程教育專業(yè)認證要求的材料成型及控制工程專業(yè)課程體系建設(shè)，同時也有利于整個專業(yè)的進一步提升。隨著時代的發(fā)展，各高校會根據(jù)自己的辦學(xué)理念與辦學(xué)特色不斷進行人才培養(yǎng)模式的探索，對于教學(xué)理念，培養(yǎng)方式還需長期不懈地努力，持續(xù)不斷地改進。