基于復雜工程問題的金屬材料專項技能訓練課程的教學實踐

齊海群 王曉琳 許建平

摘要：黑龍江工程學院材料科學與工程專業根據工程教育認證的要求，持續推進專業內涵建設。基于復雜工程問題基本要求，對專業的實踐教學進行了深度改革。金屬材料專項技能訓練課程是學生綜合運用所學專業知識和技能的重要實踐教學環節，對培養學生創新意識和解決復雜工程問題能力具有獨特優勢。文章根據課程的教學實踐，介紹了包括課程教學內容改革、達成度評價體系構建、課程持續改進等方面的教學實踐經驗。

關鍵詞：工程教育專業認證; 材料科學與工程專業; 實踐教學; 復雜工程問題

2018年1月，黑龍江工程學院材料科學與工程專業順利通過了中國工程教育專業認證。專業根據工程教育專業認證理念不斷加強內涵建設，基于解決復雜工程問題能力培養的基本要求，對金屬材料專項技能訓練等實踐教學環節進行了深度改革，給出包括課程教學內容改革、達成度評價體系構建、課程持續改進等方面的教學實踐。

一、課程改革基本內容

2015年3月，中國工程教育專業認證協會修訂了工程教育認證標準，并給出“復雜工程問題”特征，強調工程類本科專業對“解決復雜工程問題”的要求，全部畢業要求需要圍繞解決復雜工程問題展開教育教學。依據材料科學與工程專業特點，專業制定了12條畢業要求指標點群，構建了支持畢業要求指標點的課程體系，其中，金屬材料專項技能訓練課程支持的畢業要求指標點如下：

指標點3-2：能夠對材料科學與工程領域復雜工程問題的設計任務清晰描述，制定方案。（0.3）;指標點3-3：考慮材料成分、結構、工藝、服役條件等因素，完成工藝結構設計。（0.3）;指標點3-4：能夠應用材料科學與工程專業相關的標準、規范，在設計環節中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。（0.2）;指標點4-3：能夠運用自然科學和材料科學與工程專業原理和方法，對材料的成分、結構、工藝、性能及相互關系設計實驗，并對實驗結果及其不確定性數據產生原因進行分析和解釋，獲得合理有效實驗結論。（0.3）;指標點9-1：能夠理解團隊合作中角色含義、團隊狀態和核心目標意義，能夠在團隊合作中增進身心健康水平和終身體育意識。（0.2）

為了定量化評價學生學習成果并持續改進課程教學效果，根據工程教育專業認證理念和復雜工程問題內涵，結合金屬材料專項技能訓練課程的特點和教學內容，參考該課程支持的畢業要求指標點及其權重，課程教學團隊制定了如下教學目標：

目標1：培養學生的工程意識，合理分析金屬材料特性和工藝設計過程中遇到的問題的能力;目標2：培養學生綜合分析各種制約因素和使用要求后所獲得可行性方案所涉及的指標來進行工藝設計和結構設計的能力;目標3：培養學生依據焊接設計相關標準規范進行方案設計的能力，并在設計環節中考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素;目標4：培養學生運用金屬材料熱處理與焊接基本原理和方法，針對具體工程問題設計實驗方案，選擇儀器設備收集數據并對實驗數據進行分析處理，獲得合理有效結論的能力;目標5：培養學生團隊合作能力和組織協調能力。

為了達成課程教學目標，結合上一輪教學質量改進效果，以企業實際焊接產品作為案例，針對學生的特點，課程教學團隊制定新一輪課程教學內容。

基于復雜工程問題，本專業構建金屬材料專項技能訓練課程教學管理體系，開展具有“復雜工程問題”特點的金屬材料焊接工藝和熱處理工藝等項目訓練，使學生掌握項目方案設計、儀器設備選擇和規范使用等專業實踐技能。同時，在訓練過程中培養學生團隊合作意識、溝通交流能力和自主學習能力，初步具備解決復雜工程問題的能力。

在教學運行過程中，要求學生采取分組的團隊合作形式完成訓練內容，每一個小組選取一個項目案例，學生獨立編制實訓報告、繪制圖紙，指導教師全過程指導學生并給出學生的實訓表現成績。給定的項目案例包括技術因素和非技術因素，并且問題相關各方利益不完全一致。

在材料科學與工程實驗中心，結合已授專業課程及實驗課程，學生強化專業相關儀器設備的操作流程，然后根據金屬材料專項技能訓練課程的項目案例要求，選擇并正確使用焊接方法、材料力學性能測試及金相顯微鏡等儀器設備完成焊接工藝評定。

團隊合作過程中，注意考察學生的團隊合作意識及在項目完成過程中成員有效參與團隊合作的能力，通過指導教師給定的任務驅動和最終成績評定的方式避免團隊合作形式主義。

依據實訓表現、答辯、實訓報告及圖紙等情況綜合評定學生成績，成績分為優、良、中等、及格、不及格，并且給出每一部分的評分項標準。實訓中出現嚴重違紀或無故缺席三次或以上者，不允許參加考查，成績按不及格計。其中，實訓報告包括焊接結構設計，焊接工藝設計、簡單焊縫焊接及數據分析及心得，結構圖紙作為附件提供。

二、構建達成度評價體系

為了提高教學質量，有效地支持畢業要求達成，課程教學團隊構建了包括定量化學習成果評價方法、上一輪改進效果分析、下一輪教學持續改進措施的教學質量持續改進體系。依據定量化學習成果評價數據支持教學質量持續改進。

在這一閉環的持續改進體系中，能夠結合多種因素來保證課程教學質量。其中，金屬材料專項技能訓練課程的實訓報告評分項如表1所示。

強課程持續改進

根據教學目標考核環節要求，以學生成績數據計算教學目標達成度，結合上一輪改進效果給出實訓過程中存在問題，制定出下一輪課程教學持續改進措施，構成具有閉合式內循環特點的教學質量持續改進體系。通過持續改進措施重構復雜工程問題教學內容、改善教學方法、優化學習成果評價方法等方式，不斷提升專業教學質量。材料科學與工程專業2014級學生金屬材料專項技能訓練課程教學目標達成度如表2所示。

由表2數據可以看出，考核環節的比例及其支持的教學目標情況。考核環節包括實訓報告（40%）、結構圖紙（10%）、答辯（20%）、過程表現（30%）。其中，實訓報告考核環節支持教學目標1、2、3、4，結構圖紙考核環節支持教學目標2，答辯考核環節支持教學目標1、2、3、4，過程表現考核環節支持教學目標4、5。材料科學與工程專業2014級學生的金屬材料專項技能訓練課程的平均達到79分，全部教學目標達成度大于70%，滿足教學目標要求。

但是，學生在教學目標2、3、5方面的成績偏低，分析原因是：學生關于焊接結構設計的理解、標準運用等方面掌握程度相對較弱，而且學生的團隊合作意識有待提高。給出的改進措施為：在課程體系的相關課程中增加焊接結構設計的理論講授，同時聘請相關企業高級工程師作為該課程的指導教師指導學生。同時，細化團隊合作任務分工，指導教師增加指導頻次來跟蹤團隊合作情況。該持續改進措施將進入下一輪課程教學內容，進而提升該課程的教學質量。

總之，課程教學管理與評價體系的構建實踐能夠為加快工程教育改革創新，培養造就創新性卓越工程科技人才提供借鑒經驗，進而推動具有工程教育人才培養“新模式”“新質量”中國特色工程教育“新體系”特點的新工科實踐。