卓越工程师计划课程设计教学探索

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摘要：“卓越计划”旨在培养工程能力和创新能力强的高素养工程技术人才。充分利用校企合作机制，调整材料成型及控制工程专业课程设计的内容，探索和构建了基于PBL-CDIO设计教学体系，并严密组织设计过程。通过实践，学生发现和解决工程实际问题能力得到提高，取得了较好效果。

关键词：卓越计划；课程设计；工程能力；创新能力

一、前言

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是实现我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。近年来，新经济的蓬勃发展、产业转型升级等对工程人才培养提出了新的更高的要求，从适应产业需要转向满足产业需要和引领未来发展并重建设“新工科”。无论“卓越计划”还是“新工科建设”，旨在培养造就工程能力及创新能力强的高素养工程技术人才[1]。实践教学作为教学过程的重要环节，是培养学生应用实践的工程能力和理论技术创新能力的重要手段。鉴于此，本文以提高工科学生的综合工程素养和创新能力为出发点，基于CDIO工程教育理念[2]和PBL教学方法[3]提出对材料成型及控制工程专业课程设计的实践教学进行了探索和改革，并取得良好实践效果。

二、材料成型及控制工程专业的课程设计存在的问题

材料成型及控制工程专业涉及材料、机械、信息及控制学科，主要研究材料加工过程中材料的结构、性能演变及其控制，这决定了在人才培养模式方面更注重实践性和应用性，课程设计应更贴近生产，满足社会实际需求[4]。因此课程设计不仅要传授专业理论和技术知识，更要传授发现、分析解决工程实际问题的方法，使学生主动学习，做中学，提高工程素养和创新能力。当前，该专业课程设计存在一些问题。（1）命题是课程设计的起点，立题不当，影响整个课程设计的目的性和创新性。目前，教师设置的命题过于陈旧，和生产实践脱节，设计内容缺乏创新性，不能激发学生的兴趣。题目较少，较为单一，且多人一题，易造成学生相互抄袭。命题具有偏材料研究的趋势，题目偏难。选题不当时有发生，而且原因各异。（2）时间地点不合适。课程设计通常安排在第七个学期末，且周期多为2周。这段时间学生忙于毕业去向，不能认真对待，精力常有限。另外课程设计一般在校内进行，学生对设计对象具体情况欠缺了解，缺乏感性认识，规范性、创新性难以得到把握。（3）指导教师对课程设计的顺利开展、完成和深度的把握至关重要。然而课程设计指导教师人数往往偏少，生师比超过20，很难在短时间做到针对学生的情况进行分类指导。青年教师一般学历高、理论深厚、创新意识较强，但往往没有企业经历，鼓励学生进行工艺方案的优化时缺乏生产的足够了解。

三、基于PBL和CDIO的课程设计教学模式构建

我校材料成型及控制工程专业经四川省教育厅和学校批准实施“卓越工程师”培养计划。在分析总结课程设计中出现的问题的基础上，引入CDIO教育理念及问题导向（PBL）的教学模式，加强校企合作，构建了新的课程设计教学体系。

（一）课程设计准备及命题设计

根据“卓越计划”的培养要求，行业企业要深度参与。在实施过程中，通过对与材料成型及控制工程专业相关企业的综合分析，选择在与焊接专业关系密切、生产规模大、管理规范的某锅炉有限责任公司建立“卓越工程师计划”培养基地。将课程设计作为在企业进行的实践教学课程，直接设置为焊接工程设计，教学场地以企业为主、由学校和企业老师联合指导。设计时间也从2周延长至3周。为了达成课程设计目标，学生先期经历《焊接岗位实践》和《焊接工程师岗位实践》实践，然后焊接工程设计命题以锅炉系统关键部件—集箱和汽包结构与焊接工艺设计为作为命题，进行结构设计、选材、加工流程以及焊接工艺的关键参数论证制定，最终按照规范完成相应文档的编写。

（二）课程设计的过程管理

在焊接工程设计管理上，采用CDIO教育理念和问题导向教学方法。CDIO理念代表构思、设计、实现和运作之间有机联系，实践中以集箱或汽包的制造周期为载体，依据锅炉行业和国家标准，系统完成从对集箱或汽包设计要求的理解和思考、到结构的设计与强度校核、材料选择、焊接工艺规范的论证制定、检验等。集箱或汽包结构复杂，一个学生难以在3周时间完成全部任务，为避免学生的工作量过大、轻重不分，将学生分成几个小组，每个小组侧重一个方面的问题。实际管理中学生3—4人为小组，小组成员分工协作，部分学生侧重结构设计，部分学生侧重焊接工艺设计，最后小组通过有机联系，获得相对成熟设计方案。焊接工程设计设置了针对性问题。从设计思路上提出了集箱或汽包的总体设计要求、载荷类型及应力的准确计算、所选材料性能、拟采用的焊接方法、现有和拟采用的生产设备、准确简明的表达方法、焊接成本、质量检验等需要注意的问题，同时也提出了坡口如何选择、对接焊缝的余高不能过多等具体问题。要求学生从选题、计划、交流、资源搜寻、决策能力、经济分析、表达等全方位、全过程的实践，有效地发展学生的“创新软能力”。总之，把学生置于复杂的、有实际意义的问题情境中，通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的、实际的或真实性问题，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力形成解决工程实际问题的能力。

（三）课程设计的成绩考核

成绩的考核方法采取校内与企业考核结合、个人与小组考核结合方式进行。个人考核主要是对学生平时纪律、学习态度、图纸质量、焊接工艺卡质量、说明书规范及个人答辩情况进行评价，主要在校内进行；小组考核主要是对整个设计方案小组答辩，在企业现场进行，由企业焊接工程师和学校指导教师考察设计是否符合工程实际及有改进创新。每部分给出成绩，乘以权重，最后给出综合成绩，很好地对学生设计的独立性、协调性、创造性及实际解决问题的能力、团队意识和协作配合能力等做出较科学、全面公正的评定。

（四）指导教师的作用

课程设计教学模式中教师需要承担多重的角色。校内指导教师首先是组织者，在选择设计对象及制定计划时需要考虑课程体系的系统性、专业知识体系的衔接和交叉、课程设计的教学目标等，而并非单纯为解决问题而设计问题。其次教师是资源提供者，在课前进行大量的工作，提供学习资源的组织，如授课内容及次序、教学场地、教师资源等。教师在教学过程中还应成为学生学习过程的促进者、推动者和引导者，创造和谐的教学气氛，适时激发学生探索兴趣，让小组成员自主地学习和交流。企业指导教师富有现场实际经验，熟悉产品，更多作为产品设计的引导者、结果检验者。建立校内和企业指导教师相结合、既精于教学又具有很强的工程实践能力的课程设计指导教师队伍，培养学生的工程能力和创新能力是十分有益的。

四、结束语

针对“卓越计划”，基于CDIO和问题导向对材料成型及控制工程专业课程设计教学模式和内容进行改革。以焊接产品设计为导向，在命题、教学组织、成绩考核、指导教师作用各个环节中始终贯彻培养学生的工程能力和创新能力，提高学生解决工程实际问题的能力。学生通过完成具体设计实现能力的提高和相关知识的构建，提升了工程师素养，就业竞争力显著增强。

参考文献：

[1]林健.新工科建设:强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究,2017,(3):7-14.

[2]周娟,郭棣彬,张佳,等.CDIO指导下材料成型及控制工程专业人才培养模式探索[J].教育现代化,2016,(15):7-8.

[3]杜志云,谭伟,郑杰,等.课程设计嵌合生产实习的PBL教学模式探讨[J].广东化工,2009,36(11):188-189.

[4]董瑞华,王俊红,冯海美.材料成型及控制工程专业在课程设计上的改革探索与实践分析[J].教育教学论坛,2017,(27):123-124.

作者：范舟 王杰 杨春风 杨眉 黄本生 单位：西南石油大学材料科学与工程学 西南石油大学学报中心