面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的 “學(xué)科競賽”課程教學(xué)模式探究與實施

張爭艷 戴士杰 張建輝

摘? ? 要：工程教育專業(yè)認(rèn)證注重學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的培養(yǎng)，是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的重要抓手。科技競賽過程中，參與者將完成創(chuàng)意提出、科技作品制作、答辯等各個環(huán)節(jié)，個人的綜合能力和綜合技能將得到極大的鍛煉和提高。“學(xué)科競賽”課程是全員參與科技競賽全周期的重要保障，使學(xué)生在課程整個過程中能夠進行聯(lián)系實際的工程作品創(chuàng)新，提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力、工程系統(tǒng)實踐能力、解決復(fù)雜工程問題能力以及動手實踐能力。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;“學(xué)科競賽”;復(fù)雜工程問題

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）07-0086-03

2012年，黨的十八大提出，推動高等教育內(nèi)涵式發(fā)

展;2017年，黨的十九大明確要求，實現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展;2018年，中央文件確定，發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科。當(dāng)前的中國高等教育已經(jīng)邁開“掀起質(zhì)量革命，建設(shè)質(zhì)量中國”的步伐，從規(guī)模擴張走向內(nèi)涵式發(fā)展，著力建設(shè)一流本科教育[1]。

一流的本科教育要求學(xué)生具備一流的能力：優(yōu)秀的分析能力、實踐能力、創(chuàng)造力、溝通能力、商業(yè)和管理知識、領(lǐng)導(dǎo)力、道德水準(zhǔn)、專業(yè)素養(yǎng)、終身學(xué)習(xí);一流的本科教育要求學(xué)生掌握一流的技能：社會技能、系統(tǒng)技能、解決復(fù)雜工程問題的技能、資源管理技能、技術(shù)技能等復(fù)合交叉技能[2-3]。

在解決復(fù)雜工程問題方面，鄒光明構(gòu)建了面向解決復(fù)雜工程問題的機械工程專業(yè)實踐教學(xué)體系[4];席景科從工程背景支撐、技術(shù)方案設(shè)計、教師指導(dǎo)等幾個方面闡述了如何設(shè)計實踐教學(xué)案例，以此培養(yǎng)學(xué)生解決計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)復(fù)雜工程問題的能力[5];李睿提出面向工程問題培養(yǎng)解決能力的教學(xué)模式[6];王章豹探討了新工科人才解決復(fù)雜工程問題能力的方法[7];馬桂軍研究了工程教育認(rèn)證背景下“復(fù)雜工程問題”的畢業(yè)設(shè)計改革與實施[8]。

大學(xué)生科技競賽是為學(xué)生提供培養(yǎng)上述能力和技能的一個大舞臺，充滿荊棘、充滿坎坷，但更多的是充滿魔幻、充滿想象力、充滿各種驚喜和成功。科技競賽包括創(chuàng)意提出、科技作品制作、答辯等各個環(huán)節(jié)，都是由學(xué)生自己親自完成。在整個過程中，個人的綜合能力和綜合技能將得到極大的鍛煉和提高，有利于人才“藝術(shù)品”的打磨。真正地參與學(xué)科競賽勢必會助力于“人人都是藝術(shù)品”的宣言。對大學(xué)生而言，科技競賽總有“雪中送炭”的精神，有足夠的能力助其“更上一層樓”，讓其“百尺竿頭更進一步”。

一、復(fù)雜工程問題

工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的重要抓手[9]，強調(diào)以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出、成果為導(dǎo)向，涵蓋七點通用標(biāo)準(zhǔn)[10]：學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍、支持條件。工程教育認(rèn)證注重學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的培養(yǎng)。何為復(fù)雜工程問題？復(fù)雜工程問題必須具備第（1）條特征，同時具備以下（2）-（7）的部分或者全部特征：（1）必須運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才能得到解決;（2）涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突;（3）需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性;（4）不是僅靠常用方法就可以完全解決的;（5）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中;（6）問題相關(guān)各方利益不完全一致;（7）具有較高的綜合性，包

含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。

二、“學(xué)科競賽”課程的組織和實施

科技競賽是大學(xué)生綜合能力和素質(zhì)培養(yǎng)的重要抓手，幾乎所有高校都組織、支持并鼓勵大學(xué)生參加競賽，然而基本上都是學(xué)生自愿組隊自愿參加。按工程教育專業(yè)認(rèn)證“全員達成”的理念，科技競賽可以以課程的形式寫入培養(yǎng)計劃，讓所有的大學(xué)生都參與其中，以下是課程基本情況。

（一）課程性質(zhì)與任務(wù)

課程類型可以屬于創(chuàng)新與專業(yè)拓展類，或相似課程類型。“學(xué)科競賽”課是機械工程類專業(yè)的一門創(chuàng)新與專業(yè)拓展類課程，主要介紹本專業(yè)相關(guān)的各類學(xué)科競賽，使學(xué)生了解各類競賽的相關(guān)要求、參與方法、思路來源，鼓勵學(xué)生組隊參與各類學(xué)科競賽，重點培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、建模能力、團隊協(xié)作能力、創(chuàng)新能力等，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

（二）課程教學(xué)目標(biāo)

課程目標(biāo)1：了解“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽和創(chuàng)業(yè)計劃大賽、全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、iCAN 國際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競賽的基本要求、參與方法及科技文本的撰寫方法等。

課程目標(biāo)2：掌握三維建模軟件的使用，提高學(xué)生三維建模能力、團隊協(xié)作能力、科技文本撰寫能力，提升學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系如下。

畢業(yè)要求1：設(shè)計、開發(fā)解決方案。畢業(yè)要求指標(biāo)點：能夠綜合運用本專業(yè)工程基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、創(chuàng)新方法與工具，對機械產(chǎn)品設(shè)計、零部件設(shè)計、傳動與控制系統(tǒng)設(shè)計、機械制造與工藝設(shè)計中的復(fù)雜工程問題進行方案設(shè)計。

畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具。畢業(yè)要求指標(biāo)點：能夠運用現(xiàn)代工程軟件，對機械設(shè)計、制造及其自動化系統(tǒng)中的工程問題進行建模及表達。能夠熟練運用工程繪圖軟件，表達機械產(chǎn)品、零部件的設(shè)計問題。

畢業(yè)要求9：個人和團隊。畢業(yè)要求指標(biāo)點：理解團隊合作的重要性，具有在不同的位置上各盡所能、與其他成員協(xié)調(diào)合作的團隊精神和能力，能夠在團隊合作中進行分工與協(xié)作，正確處理個人與團隊的關(guān)系。

畢業(yè)要求10：溝通。畢業(yè)要求指標(biāo)點： 能夠規(guī)范地撰寫技術(shù)報告和設(shè)計文稿，表達機械產(chǎn)品設(shè)計、制造過程及其自動化系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的解決方案、過程和結(jié)果。

本課程目標(biāo)1支撐畢業(yè)要求1和10，課程目標(biāo)2支撐畢業(yè)要求1、5和9。

（三）組織和實施模式

本課程的實施可以在培養(yǎng)計劃中列出，鑒于總學(xué)分的限制，每個班級可以設(shè)置16學(xué)時（1學(xué)分）的授課安排。由于此門課程需要任課教師投入較多的課余時間，原則上，上課時間不宜固定，可以由教師自己決定。

本課程具體的組織和實施流程圖如圖1所示。

個人戰(zhàn)斗：以“挑戰(zhàn)杯”比賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽、機械創(chuàng)新大賽等為載體，鼓勵學(xué)生自由選題，并利用開學(xué)前的暑假完成創(chuàng)意作品的提出、設(shè)計、建模和仿真，開學(xué)后提交個人科技報告。

團隊合作：開學(xué)后，任課教師以報告的形式集中進行學(xué)科競賽的介紹，并進行組隊。組隊的模式分三種較宜：自己認(rèn)為個人創(chuàng)意作品好的學(xué)生鼓勵其自己組隊;也可以自由組隊，之后團隊介紹自己的創(chuàng)意作品，由團隊成員投票決定采用誰的創(chuàng)意作品;非自己組隊或者自由組合的學(xué)生由教師或者班長協(xié)助進行分組，之后團隊介紹自己的創(chuàng)意作品，由團隊成員投票決定采用誰的創(chuàng)意作品。組隊完成并選出隊員接受的個人創(chuàng)意作品作為團隊最終的創(chuàng)意作品，團隊組建后再次共同討論出的新作品亦可以作為最終的團隊創(chuàng)意作品。之后，所有團隊成員共同完成團隊創(chuàng)意作品的詳細設(shè)計、建模與仿真等，并提交一份團隊科技報告。

升華：所有團隊就其作品匯報不超過5 min，教師邀請其他教師作為評委并聯(lián)合學(xué)生投票對所有團隊創(chuàng)意作品進行篩選，選出較為優(yōu)秀的創(chuàng)意作品，進行專利申報和科技作品樣機制作，并參加相關(guān)的學(xué)科競賽。

設(shè)計意圖：根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證基于OBE

（Outcomes-based Education）的理念（以產(chǎn)出為導(dǎo)向），并以學(xué)生為中心，全員達成。

經(jīng)費支持和保障：學(xué)院依托競賽，提供相應(yīng)的經(jīng)費支持。

（四）復(fù)雜工程問題與教學(xué)環(huán)節(jié)對應(yīng)關(guān)系

工科專業(yè)本科層次的人才培養(yǎng)要定位在解決復(fù)雜工程問題上，本課程中的教學(xué)環(huán)節(jié)（作品設(shè)計）可以滿足復(fù)雜工程問題的特征如下：

特征1：必須運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才能得到解決。

特征3：需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模中體現(xiàn)創(chuàng)造性。

特征7：具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。

（五）考核評價方法及要求

工程教育專業(yè)認(rèn)證七大通用標(biāo)準(zhǔn)之一即畢業(yè)要求涵蓋12項基本要求：工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人與團隊、溝通、項目管理、終身學(xué)習(xí)。

本課程為更好地支撐工程教育專業(yè)認(rèn)證中的畢業(yè)要求，建議考核評價及要求如下所示。

1.個人報告（對應(yīng)課程目標(biāo)1、2），建議分值30分，考核、評價細則建議：作品創(chuàng)新性（20分）、報告規(guī)范性（10分）。

2.團隊報告（對應(yīng)課程目標(biāo)1、2），建議分值70分，考核、評價細則建議：作品新穎性、完整性、功能性（共50分），報告規(guī)范性（10分），小組組員評分（10分）;

3.附加分（對應(yīng)課程目標(biāo)2），建議分值20分，考核、評價細則建議為以下幾點。

①申請發(fā)明專利：10分;

②申請實用新型專利：5分;

③作品獲國家級獎勵：一等獎10分、依次按低一級別減2分;

④作品獲省部級獎勵：最高等級8分，依次按低一級別減2分;

⑤作品獲校級獎勵：最高等級5分，依次按低一級別減2分;

⑥獲批大學(xué)生創(chuàng)新項目：國家級10分，省級6分，校級3分。

附加分說明如下。

③④⑤按最高級別給附加分;個人報告分、團隊報告分、附加分總和超過100分時，記100分。

三、實施效果

本課程結(jié)束時，參與學(xué)生提出并完善了311件個人作品、50件團隊作品，申報4件發(fā)明專利，參與2020年河北省大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽暨第九屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，獲得近10個省級獎項，其中，特等獎2項，推薦參加國賽。據(jù)不完全統(tǒng)計，依托課程作品參加其他各類比賽獲各類獎項20余項。

學(xué)科競賽課程是全員參與科技競賽全周期的重要保障，它融創(chuàng)新能力與工程系統(tǒng)實踐能力培養(yǎng)為一體，以學(xué)生的創(chuàng)新實踐成果為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)專業(yè)知識和方法，從工程系統(tǒng)的角度，自主進行工程作品的創(chuàng)意、創(chuàng)新設(shè)計、自己動手加工零件、裝配和調(diào)試運行，達到工程作品的創(chuàng)意構(gòu)思的實現(xiàn)，使學(xué)生在實踐教學(xué)整個過程中能夠進行聯(lián)系實際的工程作品創(chuàng)新，提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力、工程系統(tǒng)實踐能力、解決復(fù)雜工程系統(tǒng)問題能力以及動手實踐能力。

參考文獻：

[1]吳巖.高等教育公共治理與“五位一體”評估制度創(chuàng)新[J].中國高教研究，2014（12）：14-18.

[2]鄭紅偉，王偉，王明川，等.植入復(fù)雜工程問題的工程訓(xùn)練實踐課程體系探索[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（4）：228-232.

[3]李丹，吳玉秀，劉升.以學(xué)科競賽為載體促進測控專業(yè)人才培養(yǎng)的探索[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2020，37（3）：67-68.

[4]鄒光明，劉源泂，肖涵，等.面向解決復(fù)雜工程問題的機械工程專業(yè)實踐教學(xué)體系[J].實驗室研究與探索，2020，39（9）：221-226.

[5]席景科，王志曉，卞建玲，等.面向解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的實踐教學(xué)案例設(shè)計與實施[J].大學(xué)教育，2020（4）：

56-58.

[6]李睿，曹榮敏，于鏑.培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的新工科實踐教學(xué)研究[J].教育教學(xué)論壇，2020，13（3）：84-85.

[7]王章豹，張寶.培養(yǎng)新工科人才解決復(fù)雜工程問題能力的探討[J].高教發(fā)展與評估，2019，35（6）：74-85.

[8]馬桂軍，李連志，李德海.工程教育認(rèn)證背景下“復(fù)雜工程問題”的畢業(yè)設(shè)計改革與實施[J].黑龍江教育（理論與實踐），2020，1332（10）：10-11.

[9]中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會.工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2017年11月修訂）[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2019，41（1）：1-4.

[10]高鐵紅，張爭艷，孫立新，等.面向工程教育認(rèn)證的機械專業(yè)綜合實踐教學(xué)新模式[J].高教學(xué)刊，2016（20）：170-171.

■ 編輯∕丁俊玲