工程教育認證背景下“復雜工程問題”的畢業設計改革與實施

馬桂軍 李連志 李德海

摘要：文章在工程教育認證背景下，以土木工程專業（巖土與地下工程方向）畢業設計為例，圍繞著畢業設計如何培養解決復雜工程問題能力這一關鍵問題，闡述了本專業畢業設計在選題、設計模式、設計內容上的改革與實施，探索并實施了解決復雜工程問題的畢業設計的有效做法。

關鍵詞：工程教育專業認證;畢業設計;復雜工程問題;土木工程;改革與實施

畢業設計是高等工科院校完成教學計劃達到本科生培養目標的重要環節，土木工程專業畢業設計主要目的就是培養學生解決土木工程技術問題的能力。在工程教育認證背景下，土木工程專業人才培養方案中，關于解決復雜工程問題在畢業要求中被多次提到，目的就是要求學生對復雜工程問題能夠依據科學原理，設計解決方案，并采用科學方法進行研究?？梢娽槍碗s工程問題的特征，土木工程專業傳統的畢業設計選題和模式已經不能滿足畢業要求，在工程教育認證標準指導下，必須向創新模式發展，才能真正做到對學生解決復雜工程問題能力的培養。

一、在工程教育認證背景下對復雜工程問題的釋義

基于《工程教育認證標準》（2017年11月修訂）的指導說明和對畢業要求的解讀，現已明確了復雜工程問題的要求和涵義。所謂“復雜工程問題”，就是難以用簡單的原理和常用的方法直接能夠完全解決，而必須運用深入的工程原理進行分析，學生在掌握基本知識的基礎上學會綜合應用的知識。在初步確定方案時，學生不能僅局限于專業工程技術因素，還需要綜合考慮經濟、安全、社會或環境等多方面因素影響，涉及的技術、工程和其他因素越多，復雜程度就越高。一個工程項目的建設和實施會遇到許多復雜的工程問題，學生需要將這些復雜的工程問題進行定義、提煉、分析、建模，需要在技術、權益等方面不一致的時候，充分把握好平衡和沖突。為了解決復雜工程問題，學生應具有創造性，對于標準和規范沒有完全涵蓋的問題，能夠靈活應用已有的原理和閱讀文獻來解決。往往對于復雜工程問題，單獨一個學科或專業是無法解決的，團隊設計應面向跨專業，應有新思路和新方法，能夠提出多個解決方案，并進行選擇和決策?！皬碗s工程問題”不是工程問題本身，而是解決問題的能力，畢業設計就是培養和訓練學生這項能力的重要教學環節。畢業設計就是加強對學生解決復雜工程問題能力和創新精神的培養。

二、土木工程專業畢業設計存在的問題

我校土木工程專業分為三個方向：道路與橋梁工程方向、房屋與建筑工程方向和巖土與地下工程方向?，F有畢業設計的模式是根據學生的專業各自完成三個專業模塊的畢業設計，做到一人一題。本次研究以土木工程專業（巖土與地下工程方向）畢業設計為調研對象，對該專業方向近三年的畢業設計進行調研，發現存在以下幾方面問題：

（一）畢業設計選題比較單一，不具備復雜工程問題的特征

土木工程專業的畢業設計通常是由指導教師定題目，以公路隧道設計為例，畢業設計要求學生獨立完成隧道的選址、線型方案、襯砌結構和施工方案等設計任務。畢業設計的內容比較全面，但是選題相對單一，不具備一個復雜工程問題的特征，設計內容沒有超出規范標準，沒有涉及多方面因素，更沒有涉及到多個利益，不能真正達到培養學生解決復雜工程問題能力的培養。例如，由于實際鉆探地質資料欠缺，公路隧道所處位置地質條件主要依據隧道選址處的《某某省地質誌》等資料進行查閱和推演，導致地質構造簡單，圍巖等級單一，另外隧道襯砌設計僅局限于特殊圍巖分界截面，沒有考慮更多如偏壓、較多圍巖等級分布等符合實際工程的內容，基本不具備復雜工程問題的特征。這導致學生在畢業設計中理論計算脫離實際工程，做不到培養解決復雜問題的能力的訓練。

（二）畢業設計模式比較傳統，不具備復雜工程問題的特征

土木工程專業的畢業設計中，以往的畢業設計都是沿用“一生一題、一師多導”的傳統模式，設計內容和方法都是嚴格執行行業規范和工程設計原理，有一套完整的設計方法和單一的模式。例如：往年畢業設計的模式是指導教師給學生下發設計任務，學生根據任務書中的設計資料和地形圖確定隧道位置的控制點，然后進行千篇一律的設計內容，這就導致學生完成的畢業設計大同小異。而公路隧道選址方案一定是遵從公路路線方案綜合必選的結果，控制點的位置涉及到如環境、工程造價等因素，不是單一根據地形等技術工程因素來確定的。這樣的畢業設計僅考慮工程技術因素，沒有考慮其他非技術因素，模式單一，缺乏創造性，不具備復雜工程問題的特征。

（三）畢業設計內容局限于本專業，不具備復雜工程問題的特征

公路隧道畢業設計主要包括隧道線型設計、洞門設計、明洞設計、襯砌設計、支護設計、施工方案設計等主要內容，設計內容涵蓋公路隧道工程主體結構。但是公路隧道是一項綜合復雜的工程，它不僅涉及到地質、土木、防排水、工管等多個專業，而且還與機電、環境保護等是緊密聯系的，公路隧道設計不僅涉及主體結構，包括通風、照明等附屬設施設計內容也不容忽視，只有主體結構和附屬設施完全結合起來才能保證整個公路隧道設計內容的完整。這種做法使畢業設計內容相對單一，設計內容僅局限在公路隧道工程的常規設計項目，對復雜工程問題中的各個因素沒有進行綜合考慮，不具備復雜工程問題的特征。

三、畢業設計針對復雜工程問題的改革與實施

（一）畢業設計選題的改革與實施

通過對復雜工程問題的理解，土木工程專業（巖土與地下工程方向）的畢業設計在選題方面進行了改革。首先，該專業的畢業設計選題分了三個方向：隧道設計方向、基坑設計方向和地鐵車站設計方向。其次，指導教師結合實際工程對每個設計方向涉及到復雜工程問題在任務書中要進行說明。例如，畢業設計中的地質條件都是指導教師從各個地區實際工程中的實際地質勘察報告中收集的實際資料，并依據實際地形地質條件確定公路隧道洞門和明洞方案等。這些都需要學生能夠綜合考慮多方面因素，突破現有條框，在畢業設計中真正做到理論實際工程，經過深入分析才能解決復雜的工程方案問題，從而達到了專業認證的要求。

（二）畢業設計模式的改革與實施

通過對復雜工程問題的釋義，土木工程專業（巖土與地下工程方向）的畢業設計在模式方面進行了改革。以某一地區實際公路工程需求出發，將路線、橋梁、隧道等土木工程專業三個方向結合起來進行團隊式畢業設計，改變了單一的“一生一題、一師多導”畢業設計模式。設計團隊由路、橋、隧三組學生組成，每組學生由專門的一名指導教師負責指導。設計團隊通過該地區實際地形圖的分析、方案對比選擇確定設計方案，實施分工，相互溝通，互相協調，共同面對設計中復雜工程問題。團隊設計不僅使學生能夠熟悉相關專業的交叉內容，還能積極主動地協調處理設計過程中有分歧的技術問題，在交流過程中產生新思路和新方法，并針對復雜工程問題提出多個解決方案，之后再進行選擇和決策，以達到專業認證的要求。

（三）畢業設計內容的改革與實施

通過對復雜工程問題的解讀，土木工程專業（巖土與地下工程方向）的畢業設計在設計內容方面進行了改革。公路隧道設計和地鐵車站設計的設計內容增加了照明設計、通風設計、環境評價等內容，設計內容涉及到其他專業多方面的技術、工程和非技術因素。設計項目規模大，設計問題多，復雜程度就高，僅依靠現有土木工程專業的知識不能完全解決。學生首先應該結合工程實踐，依據專業基本工程原理，針對設計中的復雜工程問題初步確定設計方案，然后在查閱文獻的基礎上，分析初步確定的設計方案對社會效益、環境以及安全等非技術因素的影響。學生可以通過查閱文獻開闊思路，學會運用知識、方法尋找新的突破點，解決畢業設計中的復雜工程問題，達到專業認證的要求。

四、結論

工程教育認證標準對畢業設計提出了高標準要求，為了培養學生解決復雜工程問題的能力，畢業設計在設計選題、設計模式和設計內容等方面都要進行改革，探索有效的實施辦法，真正做到對學生解決復雜工程問題能力的培養和訓練。在工程教育認證背景下，黑龍江工程學院土木工程專業在近幾年的畢業設計實踐中，多方位地進行了改革與建設，提升了土木工程專業畢業設計的整體水平，保證了畢業設計的質量達到畢業要求。

參考文獻：

[1]中國工程教育專業認證協會秘書處.《工程教育認證工作指南》（2016年版） .

[2]林健.如何理解和解決復雜工程問題——基于《華盛頓協議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016，（5）：17—26+38.

[3]董金波，李大勇，任思璟等.提高應用型本科畢業設計教學質量的思考[J].黑龍江教育（理論與實踐），2015，（7—8）：1—2.

[4]佘艷華，曾磊，黃文雄等.培養土木工程專業學生解決復雜工程問題能力的畢業設計教學改革[J].教育現代化，2018，（43）.

[5]黃冬輝，宣衛紅，劉志峰等.工程教育專業認證背景下畢業設計教學的探索與實踐——以土木工程專業為例.教育教學論壇，2018，（12）.

編輯∕李夢迪