面向工程教育專業認證的 “學科競賽”課程教學模式探究與實施

張爭艷 戴士杰 張建輝

摘? ? 要：工程教育專業認證注重學生解決復雜工程問題的培養，是高等教育內涵式發展的重要抓手?？萍几傎愡^程中，參與者將完成創意提出、科技作品制作、答辯等各個環節，個人的綜合能力和綜合技能將得到極大的鍛煉和提高?！皩W科競賽”課程是全員參與科技競賽全周期的重要保障，使學生在課程整個過程中能夠進行聯系實際的工程作品創新，提高學生創新應用能力、工程系統實踐能力、解決復雜工程問題能力以及動手實踐能力。

關鍵詞：工程教育專業認證;“學科競賽”;復雜工程問題

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

2012年，黨的十八大提出，推動高等教育內涵式發

展;2017年，黨的十九大明確要求，實現高等教育內涵式發展;2018年，中央文件確定，發展新工科、新醫科、新農科、新文科。當前的中國高等教育已經邁開“掀起質量革命，建設質量中國”的步伐，從規模擴張走向內涵式發展，著力建設一流本科教育[1]。

一流的本科教育要求學生具備一流的能力：優秀的分析能力、實踐能力、創造力、溝通能力、商業和管理知識、領導力、道德水準、專業素養、終身學習;一流的本科教育要求學生掌握一流的技能：社會技能、系統技能、解決復雜工程問題的技能、資源管理技能、技術技能等復合交叉技能[2-3]。

在解決復雜工程問題方面，鄒光明構建了面向解決復雜工程問題的機械工程專業實踐教學體系[4];席景科從工程背景支撐、技術方案設計、教師指導等幾個方面闡述了如何設計實踐教學案例，以此培養學生解決計算機科學與技術專業復雜工程問題的能力[5];李睿提出面向工程問題培養解決能力的教學模式[6];王章豹探討了新工科人才解決復雜工程問題能力的方法[7];馬桂軍研究了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[8]。

大學生科技競賽是為學生提供培養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?？萍几傎惏▌撘馓岢?、科技作品制作、答辯等各個環節，都是由學生自己親自完成。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“藝術品”的打磨。真正地參與學科競賽勢必會助力于“人人都是藝術品”的宣言。對大學生而言，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、復雜工程問題

工程教育專業認證是高等教育內涵式發展的重要抓手[9]，強調以學生為中心，以產出、成果為導向，涵蓋七點通用標準[10]：學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍、支持條件。工程教育認證注重學生解決復雜工程問題的培養。何為復雜工程問題？復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，經過分析才能得到解決;（2）涉及多方面的技術、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出創造性;（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工程實踐的標準和規范中;（6）問題相關各方利益不完全一致;（7）具有較高的綜合性，包

含多個相互關聯的子問題。

二、“學科競賽”課程的組織和實施

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

（一）課程性質與任務

課程類型可以屬于創新與專業拓展類，或相似課程類型?！皩W科競賽”課是機械工程類專業的一門創新與專業拓展類課程，主要介紹本專業相關的各類學科競賽，使學生了解各類競賽的相關要求、參與方法、思路來源，鼓勵學生組隊參與各類學科競賽，重點培養學生的動手能力、建模能力、團隊協作能力、創新能力等，提高學生綜合素質。

（二）課程教學目標

課程目標1：了解“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽和創業計劃大賽、全國大學生機械創新設計大賽、“創青春”全國大學生創業大賽、中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽、iCAN 國際創新創業大賽等學科競賽的基本要求、參與方法及科技文本的撰寫方法等。

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

課程目標對畢業要求的支撐關系如下。

畢業要求1：設計、開發解決方案。畢業要求指標點：能夠綜合運用本專業工程基礎知識、專業知識、創新方法與工具，對機械產品設計、零部件設計、傳動與控制系統設計、機械制造與工藝設計中的復雜工程問題進行方案設計。

畢業要求5：使用現代工具。畢業要求指標點：能夠運用現代工程軟件，對機械設計、制造及其自動化系統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，表達機械產品、零部件的設計問題。

畢業要求9：個人和團隊。畢業要求指標點：理解團隊合作的重要性，具有在不同的位置上各盡所能、與其他成員協調合作的團隊精神和能力，能夠在團隊合作中進行分工與協作，正確處理個人與團隊的關系。

畢業要求10：溝通。畢業要求指標點： 能夠規范地撰寫技術報告和設計文稿，表達機械產品設計、制造過程及其自動化系統復雜工程問題的解決方案、過程和結果。

本課程目標1支撐畢業要求1和10，課程目標2支撐畢業要求1、5和9。

（三）組織和實施模式

本課程的實施可以在培養計劃中列出，鑒于總學分的限制，每個班級可以設置16學時（1學分）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。

個人戰斗：以“挑戰杯”比賽、創新創業比賽、機械創新大賽等為載體，鼓勵學生自由選題，并利用開學前的暑假完成創意作品的提出、設計、建模和仿真，開學后提交個人科技報告。

團隊合作：開學后，任課教師以報告的形式集中進行學科競賽的介紹，并進行組隊。組隊的模式分三種較宜：自己認為個人創意作品好的學生鼓勵其自己組隊;也可以自由組隊，之后團隊介紹自己的創意作品，由團隊成員投票決定采用誰的創意作品;非自己組隊或者自由組合的學生由教師或者班長協助進行分組，之后團隊介紹自己的創意作品，由團隊成員投票決定采用誰的創意作品。組隊完成并選出隊員接受的個人創意作品作為團隊最終的創意作品，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意作品。之后，所有團隊成員共同完成團隊創意作品的詳細設計、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合學生投票對所有團隊創意作品進行篩選，選出較為優秀的創意作品，進行專利申報和科技作品樣機制作，并參加相關的學科競賽。

設計意圖：根據工程教育專業認證基于OBE

（Outcomes-based Education）的理念（以產出為導向），并以學生為中心，全員達成。

經費支持和保障：學院依托競賽，提供相應的經費支持。

（四）復雜工程問題與教學環節對應關系

工科專業本科層次的人才培養要定位在解決復雜工程問題上，本課程中的教學環節（作品設計）可以滿足復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，在建模中體現創造性。

特征7：具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題。

（五）考核評價方法及要求

工程教育專業認證七大通用標準之一即畢業要求涵蓋12項基本要求：工程知識、問題分析、設計開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人與團隊、溝通、項目管理、終身學習。

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

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

2.團隊報告（對應課程目標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），報告規范性（10分），小組組員評分（10分）;

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

①申請發明專利：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獲批大學生創新項目：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

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

學科競賽課程是全員參與科技競賽全周期的重要保障，它融創新能力與工程系統實踐能力培養為一體，以學生的創新實踐成果為導向，引導學生綜合利用所學專業知識和方法，從工程系統的角度，自主進行工程作品的創意、創新設計、自己動手加工零件、裝配和調試運行，達到工程作品的創意構思的實現，使學生在實踐教學整個過程中能夠進行聯系實際的工程作品創新，提高學生創新應用能力、工程系統實踐能力、解決復雜工程系統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.植入復雜工程問題的工程訓練實踐課程體系探索[J].實驗技術與管理，2019，36（4）：228-232.

[3]李丹，吳玉秀，劉升.以學科競賽為載體促進測控專業人才培養的探索[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2020，37（3）：67-68.

[4]鄒光明，劉源泂，肖涵，等.面向解決復雜工程問題的機械工程專業實踐教學體系[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.面向解決復雜工程問題能力培養的實踐教學案例設計與實施[J].大學教育，2020（4）：

56-58.

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

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

[8]馬桂軍，李連志，李德海.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[J].黑龍江教育（理論與實踐），2020，1332（10）：10-11.

[9]中國工程教育專業認證協會.工程教育認證標準（2017年11月修訂）[J].電氣電子教學學報，2019，41（1）：1-4.

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

■ 編輯∕丁俊玲