工程教育理念在實踐教學中的應用

吳寶華　張輝

摘要：深刻剖析了工程教育理念的內涵，闡述了以實施卓越工程師教育培養計劃為契機，以CDIO為教學模式的新的思想觀念，更加注重了實驗教學和企業實踐教學的全過程，在實踐教學體系中搭建了創新能力培養平臺，通過更新教學理念、實施強化訓練以及實施企業實訓等手段，使工程教育理念在實踐教學的全過程中得以應用，從而達到增強學生的工程教育意識、提高學生的動手能力和工程實踐能力的目的。

關鍵詞：工程教育理念；卓越工程師；實踐教學

中圖分類號：063 文獻標志碼：A

1 工程教育理念的內涵和培養宗旨

工程教育是以技術科學為主要學科基礎，以培養能將科學技術轉化為生產力的工程師為目標的專門教育。它的基本任務是使學生接受系統的理工學科的理論知識、基本技能的學習和訓練，使其在完成學業時，初步具備成為工程師的基本素質和條件。工程教育理念是人們在長期對工程知識的積累過程中形成的一種獨特的思維模式，重在鼓勵學生在潛意識里就具有工程理念和創新思維，發揮奇思妙想來解決問題，培養學生從多學科角度出發解決實際問題的能力，引導學生從依賴性學習變為獨立性學習，在多文化交融的團隊中學會交流與溝通。工程教育理念的著眼點就在于潛意識工程理念的塑造和潛意識工程理念的植入，工程教育理念的落腳點就在于提高學生的工程素養，以及培養學生的創新能力和工程實踐能力。

工程教育是為國家經濟建設提供工程技術人才與企業管理人才的主要渠道。高校肩負著工程教育的重要使命，也面臨著巨大的挑戰，工程教育如何培養出大批的具有國際視野的創新型人才。創新型人才應當具有創新精神、創新能力和創新人格。創新精神是一種卓越的精神品質，不斷探索的興趣和欲望強烈，善于發現問題，渴望變革，追求卓越。創新能力是需要創新者要有扎實和寬泛的知識，有厚實的人文底蘊與科學素養，同時還要有較強的實踐能力、豐富的實踐經驗與理性的創新思維能力。創新人格是個體在創新實踐中形成的德和才的內在素質的超越自我的人格，表現在好奇心強、敢于冒險、獨立自信、具有藝術的審美觀等方面。創新教育是以培養學生的創新精神和創新能力為基本價值取向的教育實踐活動，它是素質教育的延伸，也是有別于傳統教育的新機制。工科院校被認為是工程師的搖籃，比照國際上對工程師的基本要求，便會發現我國的工程教育尚存在教育思想觀念陳舊、重理論輕實踐、教學內容與社會需求脫節、培養模式單一、國際化意識不強等問題，導致所培養的人才明顯缺乏工程實踐能力和創新精神。教育部為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》任務制定的重大高等教育創新項目卓越工程師教育培養計劃，以及由美國麻省理工學院等4所大學提出的CDIO工程教育模式為工程教育在高等工科院校的實施提供了有效的途徑。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO就是代表構思、設計、實現和運作，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，以綜合的培養方式使學生在這4個層面達到預定目標。實施CDIO工程教育模式，重在培養學生創新精神和實踐能力，提高學生綜合素質。卓越工程師培養計劃是指針對某具體工程領域的實際需求，培養具有創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才，他們將是獲得工程師執業資質或者工程師職稱潛力的后備工程師。其主要培養目標是面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。CDIO工程教育模式是實現卓越工程師教育培養計劃培養目標的手段和教學模式，卓越工程師教育培養計劃為CDIO教學模式的應用提供了平臺。不論是CDIO工程教育模式，還是卓越工程師教育培養計劃，它們的共同點都是滲透了工程教育理念，把書本上的理論知識和工程實踐有機地結合起來，注重學生實踐、動手能力和創新能力的培養，都把企業培養作為培養學生重要的實踐性環節，而且要求學生理解和融入到企業的文化當中去。通過教學探索與實踐，結合卓越工程師的培養目標的要求，搭建實踐教學中創新能力培養平臺，可以為國家培養高質量的工程人才，使他們具有較強的系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力，以及較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力。

2 工程教育理念在實踐教學中的應用

實踐教學包括實驗教學和企業實踐教學兩部分，在實踐教學環節人才培養的過程中引人工程教育理念，搭建好學生創新能力培養平臺，以實施卓越工程師教育培養計劃為契機，以完善知識結構、強化綜合能力和提高工程素質為核心，以學習、實踐交替為手段，以CDIO為教學模式，把創新能力評價作為學生成績評價的激勵分值。通過以下3個方面創新能力培養平臺的建設，提高學生的工程素質、工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，強化學生服務國家和人民的社會責任感、勇于探索的創新精神和善于解決問題的創新能力。

2.1更新教學理念。增強工程教育意識和導向機制

觀念決定行為，目標引領未來。構建實驗教學創新能力培養平臺，需要轉變教育思想和觀念，樹立質量立校、以人為本的先進教育觀念，并自覺地將工程教育、創新創業教育的思想滲透到實踐教育教學活動中，將教學改革的著眼點放在提高學生的工程實踐能力和工程創新能力上。在制定人才培養方案和課程設置時，就需要融入工程教育理念，并且在理論和實踐教學環節的教學大綱編制時體現出工程教育理念滲透的方法。我校的服務主要面向黑龍江省支柱產業，特別是裝備制造業。通過調研發現，制約裝備制造業國際競爭力提升的瓶頸因素是自主創新能力不足、工程研發和工程創新人才匱乏，造成我國工業企業自主品牌少、關鍵技術受制于人的原因，也在于我國工業企業缺乏高層次工程創新人才，尤其是高端研發人才。近年來，我校確立了向高水平教學研究型大學邁進的目標之后，把工程開發和工程創新人才培養放在了更加突出的位置，明確提出我校人才培養目標是培養適應國家和地方經濟社會發展、適應國際競爭和經濟結構調整需要、具有完整的知識結構、深厚的工程基礎、較強的實踐能力、強烈的創新意識的工程開發應用型技術人才。為保證學校人才培養整體目標的落實，各工科專業還針對自身的特點，制定了具體的工程開發應用型人才培養目標。充分利用校友分布廣泛的優勢，積極參加全國范圍內工程專業人才就業現狀、培養模式、人才需求數量與規格的調查研究，了解了企業對工程專業人才的知識、能力和素質要求，明確了各工科學科（專業）的培養目標：培養在工程領域從事新技術研究、新產品開發和設計、試驗、控制、制造、營銷與管理的工程開發應用型人才，特別是培養國家急需的自主研發人才，把我校建設成重要的工程開發與工程創新人才培養基地。因此，必須與時俱進，更新教育理念，以人為本，樹立工程意識，把具有較強的實踐能力和創新意識的工程開發應用型技術人才作為我們的培養目標。

2.2實施強化訓練，提高學生思考能力和動手能力

實驗教學環節中，為了使學生做到預先了解、思路清晰和理解透徹，轉被動性學習為主動性學習，提出“三個一”要求，“一文獻、一思考、一創新”。在實驗課預習階段就將工程教育的思想和理念滲透到學生的潛意識當中去，因為心理學理論認為激勵人們的力量是潛意識中理性的欲望，行為源于潛意識驅力，潛意識能夠發揮出無窮無盡的驅動力量，讓學生在動手進行實驗操作之前在思想上就植入了工程意識。“一文獻”就是要求學生在每個開設實驗的預習階段，根據實驗題目查找一篇相關文獻，包括實驗方法的提出、解決的問題、應用的領域以及該實驗方法延伸的當前國內外待解決的科研前沿問題，可以加強學生對該實驗原理及方法的理解，啟迪學生的好奇心，調動學生的積極性和學習熱情，鍛煉和培養學生發現問題的能力，激發學生解決問題的欲望。“一思考”就是要求學生在查閱文獻的基礎上，出一道與本實驗相關的思考題，包括自己在實驗原理和實驗方法方面的不清晰，以及自己對由該實驗衍生出來的待解決的科研前沿問題的想法和思路。學生進人實驗室，實驗教師需要檢查學生的預習情況，根據查閱文獻和提出問題的深度和創新程度在評定成績時給出激勵分值，從而訓練學生獨立思考問題的能力和創新能力。實驗課堂由其他學生或老師回答“一思考”提出的問題。“一創新”就是要求學生通過實驗操作完成實驗后，提出一條較為合理的實驗方法和實驗步驟改進的建議，以及如何讓學生最大限度發揮創新能力的教學方法方面改進的建議，做到推陳出新，進一步加深學生對實驗方法步驟和文獻的理解，工程理念和創新能力得到反復強化。

在實驗教學環節需要實施“三強化”訓練。“卓越工程師教育培養計劃”的培養目標就是培養創新型人才，基礎知識和基本技能是創新的基礎和保障，因此要培養創新型人才，就需要實施強化訓練，提高學生動手能力和工程實踐能力。提出“三強化”訓練，一是“強化基本操作技能訓練”，要求學生必須熟練掌握規范化操作的技能，在了解實驗操作視頻的基礎上，模擬仿真操作通過后，才能允許進入實驗課堂。二是“強化實驗記錄訓練”，要求學生及時填寫原始數據記錄，對觀察到的實驗現象如實記錄，實驗進行過程中由教師簽字，避免涂改實驗數據。三是“強化實驗報告的撰寫訓練”，要求學生當堂提交實驗報告，實驗報告的考核注重數據處理和對實驗結果的分析。在實驗教學環節按照先基本、后綜合、再設計的原則逐步培養學生的動手能力、設計能力和創新能力。例如，在“雙指示劑法測定混合堿碳酸鈉與碳酸氫鈉的含量”綜合性實驗中，學生可以將基礎性實驗中稱量、移液、滴定、指示劑的使用及變色判斷等知識和操作加以應用和鞏固。在設計性實驗“三草酸合鐵酸鉀的組分分析”中，將學生劃分成若干小組，以小組為單位，自行設計實驗方案，教師負責審閱實驗方案的可行性。在教師的指導下，各小組學生合成原料，配制試劑，依據合理的設計方案進行實驗，分析組分，得出實驗結果和實驗結論。通過綜合性設計性實驗，CDIO教學模式的應用，使學生在知識結構、認知能力、技能素質、團隊協作等方面得到了鍛煉，學生理論聯系實際、發現問題、分析問題和解決問題的能力也得到了提高，達到卓越工程師教育培養計劃的培養目標要求。

2.3實施企業實訓，提高工程實踐能力和工程素養

企業培養是卓越工程師教育培養計劃中重要的實踐性環節，也是CDIO工程教育模式培養過程中重要的實踐性階段，它充分體現了我校“知行統一、面向行業、校企合作、目標導向、規格分類、強化實踐、突出特色、機制創新”的辦學思想，企業學習階段包括實習、部分課程教學、工程訓練以及畢業設計和學位論文等教學內容，其學習和培養過程包括技術培訓、實訓和非技術性訓練。企業培養階段的教學任務以企業工程師作為教師隊伍的主體，學校選派具有企業經驗的教師協助指導，實行校企雙導師制。學生管理工作由校企雙方共同完成。通過企業的技術培訓和實訓，參與企業實際工程項目的研發，使學生了解企業的文化，行業的規范，熟悉企業生產的工藝過程，熟練掌握工程項目研發過程中的可行性分析、建模、設計、仿真、調試、運行和維護等各個環節的工作內容，提高學生的工程意識、工程素質、工程實踐能力和創新精神，將理論、實踐和應用有機結合起來，實現知識、能力、素質的協調發展。企業實習的內容包括企業技術培訓和非技術性訓練。企業技術培訓是針對學生將要開展的實際工程研發項目所涉及的主要技術和管理流程，由具有豐富經驗的企業工程技術人員對學生進行培訓，使學生掌握工程項目研發工作所需的開發流程、開發平臺、開發工具、技術要點和工程設計方法，具備工程項目或產品的研發能力，并如期完成工程項目或產品的研發任務，為適應本專業工作奠定基礎。企業非技術性訓練是使學生了解企業的發展歷程，了解企業的文化、核心技術和產品，了解企業的管理要求和行業規范，具備企業所需要的團隊合作、交流溝通、項目管理和企業管理等技能；掌握工程項目的可行性分析、技術手冊、說明書、招投標書等技術文檔的撰寫規范和方法；掌握工程開發技術和質量管理體系。畢業設計和學位論文是綜合性的實踐教學環節，是學生畢業前最重要的綜合訓練和實踐的教學單元。本科畢業設計要結合企業的實際工程項目或實際問題，做真做實。在完成畢業設計或學位論文過程中，學生要綜合運用所學的理論知識和專業技能，進行系統的技術及能力的鍛煉，實現理論和實踐教學的延伸以及多學科的融合，培養并提高學生獵取新知識、分析和解決工程實際問題的能力以及創新意識和創新精神，鍛煉學生的協作、交流與組織協調能力，工程項目管理能力和領導意識，從而培養學生的工程意識、工程素質和工程創新精神，有效提高學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，將學生打造成符合行業企業需求的卓越工程師。比如說，提出在企業實踐環節實施“三實現”行動，實現理論知識和工程實踐的融合，實現教師與學生工程創新能力的同步提高，實現良好工程職業道德習慣的養成。只有實現理論知識和工程實踐的融合，才能將科學知識轉變為生產力。企業是學生將在校所學的理論知識和在實驗室學到的基本技能在生產實踐中真正得以應用和拓展的場所，具備了書本上的理論知識，經過了實驗教學“三強化”訓練的學生，在企業中能夠很快地熟悉企業生產流程，融入到實際的工程問題當中去，會很快地發現問題，自己發現的工程問題會激發學生求知的潛意識驅動力，學生會提出問題、棄而不舍地探索解決問題的方法，企業生產實踐當中諸多問題得到解決的時候，學生從工程實踐當中提煉科學問題的能力就會得到加強。在企業實踐環節值得注意的是，只有實現教師與學生工程創新能力的同步提高。才能使學生工程創新能力的培養工作與時俱進，得到可持續發展。強化訓練學生的同時，對教師也提出了更高要求，教師在不斷學習豐富知識結構的同時，要更加注重自身工程理念的形成和工程實踐能力的培養做到終生學習。在政策引導方面，為解決昨天的老師，能否培養今天的學生，去面對及解決明天的困難的問題，要求教師不斷了解企業所需，不斷為企業分憂，通過協助企業來培養學生，通過培養學生來協助企業。學校采取走出去、請進來的辦法，實施了教師企業研修計劃、企業資深工程師進學校講學計劃和雙師型教師培訓計劃，統稱為教師工程能力培養工程。要求雙師型教師，除具有教師資格證書以外，還能獲得相應行業準入證。在實驗課程安排方面，鼓勵教師理論教學與實驗教學并容，要求實驗課程的教學任務至少三分之二由專業理論課教師承擔，為高質量地完成實驗教學任務提供了人力保證和智力支持。同時要求實驗課教師積極從事與實驗教學相關的教學改革和科學研究工作，注重自身學歷層次、理論知識、授課水平、科研能力的提高，增加實驗教師參加各種工程素質培訓的機會，多到工廠參觀、學習實踐，提高自身的工程素質。在企業實踐環節，使學生養成良好工程職業道德習慣尤為重要，才能使學生成為對社會有用的人才，德才兼備，以德為先。知識靠傳授，能力靠訓練，品德靠養成，素質靠內化。學生通過企業工程實踐環節的培養，形成了良好的品德，提高了克服困難應對挑戰的能力，還提高了交流溝通、團結協作和組織管理的能力。在企業學習階段，學生可以詳細了解化工行業領域的技術標準，能夠養成良好的工程職業道德，勇于承擔責任和風險，具有為企業負責、為工程負責的思想，具有良好的質量、環境、工程安全、職業健康和服務意識，具有較強的創新意識和進行產品開發、設計、技術改造與創新的初步能力。學生在校企合作中還可以感受多樣的企業文化，在任何類型和規模的企業中能夠理解企業文化和發展戰略的能力。

3 工程教育理念的應用帶來的啟示

3.1工程教育理念要貫穿于人才培養全過程

隨著教育觀念的轉變，在實驗教學課程設置和人才培養方案制定的改革方面，要努力搭建適應學科特點的以提高工程素質、滲透工程教育理念、培養創新能力為三大模塊系統的實驗教學新體系。在課程體系中增加實驗教學的比重，考慮與培養人才的工程結構相適應，課程體系要保證在學科知識結構的理論完整性、科學性和系統性的基礎上，打破與交叉學科之間原有的界限，比如化學與材料、制藥和環境有部分交叉，并整合知識點，做到知識傳授和技能訓練并重，更加強化工程能力綜合實訓。將工程教育理念作為實驗教學改革的靈魂，貫穿于人才培養的全過程，這對于充分調動學生們的學習熱情，鍛煉培養能力，培養學生發現問題、分析解決問題、和團隊協作能力具有重大的意義。

3.2構建工程創新型人才培養成績評價體系

建立科學合理的成績評價體系，在實驗教學和企業實踐教學環節，按照學生創新能力，采取加分激勵的方法進行成績考核，這對于學生工程意識的樹立和工程實踐能力的提高具有積極的促進作用。例如，在實驗教學環節，結合理論測試、基本操作、實驗報告以外，增加創新能力加分項目。對于提出的“三個一”按加60分計算：在“一文獻”環節，根據學生查閱的文獻與實驗項目的符合度和精確度，以及文獻的前沿性與開拓性，給予20分加分；在“一思考”環節，對于認真閱讀文獻，善于思考，提出與本實驗相關關鍵性問題和不同的實驗方法的同學，給予20分加分；在“一建議”環節，對實驗方法、實驗步驟和教學方法提出建設性意見和建議的同學，給予20分的加分。對于企業實踐教學環節按加40分計算：對于在企業的生產實踐過程中能夠發現問題、提出問題和解決問題的學生，給予20分加分，根據畢業設計和學位論文的創新性，給予20分加分。

4 結語

通過剖析工程教育理念的內涵，闡述CDIO教學模式與卓越工程師教育培養計劃的相互關系，論述了加強實驗教學和企業實踐教學過程的方法和措施。通過更新教學理念、實施強化訓練、開展企業實訓，搭建了創新能力培養平臺，將工程教育理念貫穿于實驗教學和企業實踐教學的全過程，增強了學生的工程教育意識、同時培養了學生的工程素質、工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力。

[編輯：厲艷飛]