工科學生工程思維能力培養的研究與實踐*

◆金英愛 高青 李文博

作者：金英愛，教授，吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室、吉林大學汽車工程學院，研究方向為強化傳熱與節能技術；高青、李文博，吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室、吉林大學汽車工程學院（130025）。

1 前言

本教學團隊中兩位教師到UC（University of Colorado）和OSU（Oklahoma State University）親歷了美國高等教育。美國目前工科教育充分重視實踐教學，并且對團隊合作尤其注重，對基礎課程的實踐環節形式也具有多樣性。根據課程特色，學生可以按自己組建的團隊特色制訂實踐計劃，并經任課教師的評估開展實踐。很多課程有部分時間用于企業實踐和調研，學生團隊自己與相關企業單位進行溝通協調，在課后深入企業開展實踐和調研。企業定期通過電子郵件、電話等溝通形式向指導教師做通報。學生定期向任課教師做匯報，教師將針對學生的實踐進程對學生的實踐方向進行把握。這類授課和實踐模式對教師和學生的要求都大大提高，能力的提高不僅僅局限于知識層面，對學生團隊合作能力也有極大的提高。

對于相關驗證性實驗，則主要在學校實驗室展開，但是在實驗過程中，教師完全處于次要地位，主要由學生來講述實驗原理，其他學生進行不斷補充，教師主要闡述安全注意事項，在這個過程中充分展現以學生為主體的教育理念。

創新是一個民族的靈魂，培養和造就一大批素質優良、勇于創新的人才，是建設創新型國家的迫切需要，也是國家對高校人才培養的基本要求[1]。本項目通過增加實踐環節教育來提高學生的工程實踐能力與創新能力，以適應飛速發展的經濟以及中國經濟與國際經濟的接軌。

本項目以卓越工程師培養計劃目標為核心，以工科實驗班為載體，通過工科基礎課創新建設，加強基礎類課程教學的工程實踐，依托拓展課內容和課程國際化，實現課程教學改革與實踐，探索建立創新實踐人才培養的新途徑，實施工科基礎課程創新實踐人才培養計劃。開展工科基礎課程強化工程實踐的人才培養模式和教學體系設置，建設校企合作辦學、行業資深專家、海外學術名家和校內交叉學科的工程師培養新模式，帶動和引領工科基礎課程教學水平的提升和發展，促進工科教育的發展與進步。

據研究發現，國內一些高等學校里面的“尖子生”在參加工作后有一部分會淡出優秀者行列，甚至在就業方面屢屢受挫，而往往學習成績處于中等的學生卻會在以后的工作中有出色表現。由此折射出我國教育體制出現的問題。這種現象的出現是我國一貫的“應試教育”造成的。此教學模式重視傳統知識的教育，忽視了對于步入社會后所需的實踐能力的培養。在高校中教學實踐環節少，導致學生動手能力差、學生協作能力差等現象出現。因此，在高等教育尤其是工科院校當中，重視學生工程實踐能力的培養尤其重要，急需改進目前大學生工程意識差、工程觀念薄弱的現狀。

2 產學研聯合的教學課程體系

建立緊密關聯的產學研聯合教學課程體系，全面探索校內課堂、企業課堂、實踐基地、創新平臺等凸顯工科特色的教學模式，強化課程雙師型教學模式，突出工科教育的工程化特點。

建設產學研聯合的教學課程體系，在原有的一汽集團、哈爾濱動力集團等實踐基地的基礎上，建設“一汽法雷奧汽車空調有限公司”吉林大學教學實踐基地。

通過增加實踐基地，讓更多的學生去工廠參加實習、實踐活動，引導學生參加工廠的技術攻關活動，加強學生的工程實踐意識。

同時，注重將科研成果轉化為實驗教學裝置。例如：“地下蓄熱過程傳熱機理及其時變特性規律與控制”項目的熱泵實驗臺已被教學利用，作為制冷循環拓展制熱利用實驗演示；“不同空氣組分進氣下發動機燃燒機理及其反應特征研究”項目開發的實驗系統，已經轉化為工程熱力學OTTO 循環熱力過程實驗教學系統；結合科研成果開發研制的實驗裝置“泵與風機綜合性能實驗臺”“熱量表綜合實驗臺”已應用于本科生實驗教學，而“太陽能光熱、光電轉換綜合實驗平臺”也即將對學生開放使用。

3 探索換位教學的教育理念

轉變教師和學生的傳統觀念，達到“教學”中教師與學生的互動，啟發與思考緊密結合，使學生處于教學的主體地位，教師起引導作用，實行啟發性、引導性的教學模式，實行換位教學，增強學生創造力。組織機械工程學院、汽車工程學院、生物與農業工程學院的學生在教學過程中進行換位教學，讓學生在整個教學環節中更好地參與進來，能夠提出工程問題并提出解決的方案。

4 推進國際化課程體系建設

基礎課程通常比較傳統且內容一致性較高，有利于開展國際交流與合作。通過教學內容、方式、環節的合作培養模式，拓寬國際視野，充分利用國際教育資源，取長補短，有利于夯實工程理論基礎，實踐課程的融合、學習和提高，促進教學質量的提升。

聘請英國諾丁漢大學Y.Y.Yan 教授到本校為卓越工程師培養計劃實施專業“車輛工程”“機械工程及其自動化”“農業機械化及其自動化”的工科實驗班學生講述工科基礎課程傳熱學。課程采用全英文授課模式，教學方法完全采用諾丁漢大學的教學模式。諾丁漢大學的教學模式更注重實際工程循環的分析，如對溴化鋰吸收式制冷循環進行了詳盡的講解。工科實驗班的學生在本次教學活動中得到大量的教學信息，尤其是增加了工程實踐方面的知識[2-3]。

通過借鑒發達國家工科大學生的培養模式，打破目前普遍存在的以教師為主導、課堂教學為主的教學方式，組織學生在課堂上進行討論，引導學生自己提出工程問題并加以解決，強化學生的工程實踐意識。課堂討論的內容以工程實踐問題為主，充分調動學生的積極性，學生的表現計入平時成績。

5 大學生創新能力培養

指導學生完成國家級和校級大學生創新實驗項目，制作與工程實際緊密相關的實驗臺架，指導學生學會寫作工科實踐論文，不斷完善現有的能源課程實踐基地建設平臺。吉林大學為學生創造了很多參加創新實驗的機會，學生只要提出創新實驗方案，都可以得到學校的資助。

當代學生科技創新的能力對于社會的發展與進步相當關鍵，通過大學期間進行的一系列實驗，可以大幅度提高學生的實際操作動手能力，同時加深學生對所學知識的認識，進而提高學生的創新能力。

6 工科基礎課程的工程能力訓練機制形成

組織機械工程學院、汽車工程學院、生物與農業工程學院的學生在學習工科基礎必修課程工程熱力學、傳熱學、流體力學的過程中，通過課程小論文、創新實驗等方式提出工程實踐問題，并提出解決方案。

圍繞基礎課程，開設拓展課程，提升理性知識的感性認識；擴展基礎課程覆蓋工程知識面，加強工程認知與實際應用體會。通過工科基礎課程教學模式的改革與創新，強化工科基礎課程，凸顯工科特征設置，建立校企聯辦機制，強化工程實踐教學能力和國際融合，研究與實踐新的課程教學計劃、大綱、教材、講座、實驗與實踐指導書、管理文件等建設，打造大學工科基礎課程與實踐教學平臺，為工科基礎課程的工程能力訓練機制形成提供寬厚的課程基礎。

7 結束語

通過工程熱力學工科基礎課程為典型課程，結合卓越工程師培養計劃實施專業“車輛工程”“機械工程及其自動化”“農業機械化及其自動化”的工科實驗班教學，通過拓展課程和講座，依托課外工程實踐教學基地建設，采用多種課后工程實踐環節，以多種工程實踐相關的教學方法改變傳統基礎課程的課堂教學為主線的單一教學模式。通過課程企業實線，加強工程悟性和感知；通過拓展課程內容講座，擴展基礎課程覆蓋工程知識面，加強工程認知與實際應用體會；通過建立課程實踐基地，開辟基礎理論課程的輔助課堂，實現理性知識和感性知識教學的融合與互補。同時，以建設課程基地為依托，作為大學生創新實踐空間，捆綁課程內容，加強大學生創新實驗等培養模式，提高大學生再創造的工程實踐能力，實現工科學生綜合素質的全面提高。

[1]姚文軒,滕召勝.運用大學生創新性實驗計劃培養創新能力的實踐與思考[J].高等教育研究學報,2010,33(2).

[2]華自強,張忠進,高青.工程熱力學[M].4 版.北京:高等教育出版社,2009.

[3]陳貴堂,王永珍.工程熱力學[M].2 版.北京:北京理工大學出版社,2008.