工程教育模式下焊接專業本科生創新能力的培養實踐探索

趙宏龍，秦慶東，李 娟，劉 偉

(貴州理工學院材料與冶金工程學院；貴州 貴陽 550003)

0 引言

在我國的高等教育中，工程教育占比50%以上。《中國工程教育質量報告》報告顯示，截至2013年，我國普通高校工科畢業生數量達到2 876 668人，本科工科在校生數達到4 953 334人，本科工科專業布點數達到15 733個，總規模已位居世界第一[1-2]。中國工程教育在為中國乃至世界工業發展提供人才和智力方面起到了舉足輕重的作用。

“十二五”期間是中國從工程教育大國向工程教育強國的轉折時期，中國工程教育在總量發展、理念引領內涵發展和政策創新上取得了顯著的成績，但是，中國工程教育仍存有一定的問題，改善目前工程教育的模式，完善工程教育中存在的不足，是當前高等教育亟待需要解決的問題[3]。為了推進高等工程教育的改革與創新，提高工程教育的質量，2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，共同探討了新工科的內涵特征、新工科建設和發展的路徑，形成了“復旦共識”，提出了新工科的概念[1，4]。

在應對新一輪的科技革命與產業革命中，新工科的提出對于我國高等工程教育具有戰略意義，與傳統工科相比，新工科的培養模式更加注重學科的實用性、交叉性和綜合性。在新的理念下，所培養的人才具備更強的工程實踐能力、創新能力和國際競爭能力。其中，創新能力的培養是新工科建設中最重要環節，也是現代教育改革的趨勢和高校發展的方向[5]。創新是我們這個時代國家和地區的核心競爭力，中國共產黨的十六大報告亦指出：“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力”[6-7]。高等教育不僅是知識創新、傳播和應用的重要途徑，也是培養創新精神和創新型人才的搖籃。教育部副部長趙沁平曾表示，在建設創新型國家過程中，高等學校應該發揮，也必須發揮重要的作用，可以提供全面的人才支持[8]。因此，面對《中國制造2025》和“一帶一路”倡議要求，對我國高等教育和高等學校如何培養、訓練大學生的創新能力方面提出了新的要求。

1 工科教育創新教育的現狀與創新

不論是傳統的教育培養模式還是目前所存在的工程認證模式下培養方式，創新能力的不足主要表現在：

(1)自信心缺乏，創新意識淡薄，不善于在實踐過程中充分利用和積極創造有利條件。

(2)不能把握本學科前沿的最新研究動態，創新知識基礎比較薄弱。

(3)專業知識教育和創新能力培養銜接不緊密，缺少實踐鍛煉。

(4)創新思維缺乏。

(5)創新性的成果貧乏，沒有掌握必備的創新技能。

由此可知，大學生創新能力的培養已刻不容緩，高等教育需要急切關注其創新能力的開發與培養。“時代呼喚創新人才的培養，創新人才的培養呼喚創新教育”，在現代化國家建設過程中，通過高等工程教育來培養大學生創新能力，不僅是提升大學生實踐能力和促進大學生全面發展的要求，也是實現我國現代化人才培養的需要[9]。同時，將創新教育的重點立足于創新精神和創新能力的培養，不僅在迎接知識經濟挑戰、促進經濟快速發展和提高綜合國力方面有戰略性意義，也是解決高等教育長期以來不重視創新精神和創新能力培養而采取的必然舉措。

創新指以現有的思維模式為基礎，提出不同于常規或常人思路的見解為導向，利用已經存在的知識和物質，在特定的環境中，本著為滿足社會需求或理想化需要，而改進或創造新的事物、元素、路徑、方法、環境，并能夠獲得一定有益效果的行為。

從哲學角度來說，創新是人的實踐行為，是人類對于發現的再創造，是對于物質世界的矛盾再創造。對于發現的否定性再創造是人類產生及發展的基本點。實踐才是創新的根本所在，創新的無限性在于物質世界的無限性。

從社會學的角度而言，創新是指人們為了發展需要，運用已知的信息和條件，突破常規，發現或產生某種新穎、獨特的有價值的新事物、新思想的活動。突破是創新的本質，即突破舊的思維定勢和常規戒律?！靶隆笔莿撔禄顒拥暮诵?，它可以是產品的結構、性能和外部特征的變革，也可以是造型設計、內容的表現形式和手段的創造，或者是內容的豐富和完善[10-11]。

可見，創新能力的培養就要因地制宜，根據具體的情況制定相應的創新訓練課程和創新過程。焊接專業與其他工科專業類似，基本上存在著相同的弊端，在創新能力培養上也比較缺乏。進行新型的CDIO-OBE工程培養模式，實現工程教育培養過程中創新能力的提高尤為必要。CDIO高等工程教育模式是以“構思—設計—實施—運作”全過程為載體來培養學生的工程能力，而提高學生的構思、設計、實現和運作等方面的綜合能力作為CDIO-OBE人才培養模式的總體目標[12-13]。在此，以CDIO-OBE培養模式為基礎，以提高工程素質和工程素養為導向，以增強學生的創新能力為目標，探索在CDIO-OBE工程教育模式下，焊接專業學生創新能力提高的新途徑。

2 創新實踐的基本概況

為了推進工程教育改革，提高焊接專業本科生的創新能力，項目團隊成員已經進行了CDIO-OBE培養模式下學生創新能力的培養相關的探索工作。

2015年3月，團隊從本校焊接專業選取了2名同學作為創新能力提高的培養對象。首先，根據CDIO-OBE理念，以具體的科學研究課題為載體，預先設定所要獲得的結果(新型復合材料的焊接工藝及技術)，根據預設結果，指導學生以最初的材料設計為開端，通過學生自己動手合成新材料，然后分析材料的結構特點、力學性能、成分特點等。根據材料的內部結構及相組成，設定焊接工藝，并對不同的焊接工藝進行對比，以獲得最佳的焊接方式。焊接之后進行焊接的綜合分析，包括焊縫組織分析、力學性能測試以及無損探傷等。

同時，為了提高學生積極性和參與熱情，激勵學生的創新潛力，解決學生的后顧之憂，為每人每月提供適量的勞務補貼。需要說明的是，當時學生的專業基礎知識幾乎為零，因此，在這方面，涉及到專業需要專業基礎知識的地方，首先通過簡單講解，使他們能夠簡單了解或簡單記憶，然后初步查閱相關書籍，對此知識進一步加深，同時要求他們做好標記，將來學習相關專業課時可以系統地學習和了解。這種方法的優點在于對理論知識通過實踐先有一個感性認知，使學習者清楚理論知識會應用于何處，在后續的理論學習中，學習者才會有的放矢，對理論學習或者對知識的了解更加深入。反之，同先學習理論，再實踐相比，必然理論學習時會感覺枯燥、無味，導致學習效果差，對知識點理解不深，從而使整體效果較差。

通過這種方式，使學生在實踐過程中深刻認識何謂創新，如何創新，創新需要哪些要素等，同時使學生全面掌握了從文獻查閱、材料設計到焊接工藝設計，從材料組織分析到焊接性能綜合檢測分析的培養與訓練，從而到達OBE的培養要求。

3 創新訓練的實施過程

本研究基于CDIO和OBE工程教育培養模式，按照高等教育理論與實踐結合的基本教學要求，以工程能力培養為導向，以創新能力的提高為基本要務，具體達到了如下研究目標。

3.1 創新能力培養與訓練平臺建設的探討

以焊接專業為主，以現有實驗室為基礎，以校外生產實習基地為輔助，研究創新能力培養過程中平臺的布局、構成以及調配的合理性，使平臺更適合應用于創新能力的培養和提高，最終，構建實施齊全，搭建合理的焊接專業CDIO-OBE教育模式下創新能力培養平臺。

3.2 創新能力培養方案及相關課程體系建設的研究

構建創新能力培養課程體系，研究理論課、實踐課以及以具體科研項目為載體的創新能力實訓鍛煉在創新能力培養過程中的作用。根據課程體系特征，研究適應性強、覆蓋面廣，具有充分可行性的創新能力培養方案。

3.3 大學生創新能力培養過程中教師隊伍建設研究

研究創新能力培養平臺建設、課程體系建設以及培養方案形成過程中與之相匹配的教師隊伍的建設方案，切實提高教師育人能力、創新培養能力以及實踐能力，最終形成一支與創新培養方案相配合的教師隊伍。

3.3.1 創新能力培養平臺建設的實施

平臺建設方面，在現有實驗室的基礎上，通過實驗室建設，補充焊接專業所必備的制樣、檢測及焊接設備；完善材料合成與制備設備，并充分與校外實習基地相結合，爭取校內完成基礎創新的培訓，校外實現工程能力的提高。同時，實驗室建設緊扣產業的發展需求，增加實驗室的開放性，強調學生在實驗教學中的自主性，提高實驗室教師的專業水平。

3.3.2 創新能力培養方案及相關課程體系建設的實施

在培養方面，選取少部分學生作為試點，根據學生的創新能力培養情況，不斷地調整課程體系，以達到一個最佳效果，根據課程體系制定培養方案。本實施方案同現在的大學教育模式相比，主要采取“倒敘”的培養模式，分成以下六個階段：

(1) 立題或者選題階段。選定一定的具有創新性的科研課題，或以具體的科研項目為依托，讓學生直接進入角色，在整個過程中扮演主要角色。

(2) 實施階段。通過教師與學生一起設計實驗方案，其中存在的主要問題是學生的專業知識儲備可能不足，此時反向去學習，或者根據知識需求“被動”學習，通過查閱相關的資料或者書籍，補充相關知識，使知識學習后立即能用到實踐中來。

(3)實踐階段。根據選定的課題，讓學生去操作設備、制備樣品、合成材料、觀察組織、分析材料，最后設定合理的焊接工藝，連接材料。這個階段和第二個階段互相重疊，即查閱資料與學習過程貫穿始終，在實施過程中發現問題與解決問題并存，培養學生獨立思考的能力。

(4)總結階段。通過一個流程下來，使學生明白在專業范圍內如何創新，如何實現創新，同時總結焊接專業方面的核心內容與核心知識點。

(5)自主創新階段。由學生自行完成第一至第四階段整個過程，實現一次自主的創新。

(6)提高階段。通過創新能力的培養，使學生在專業方面知識有一定的了解，在后續專業課學習的過程中，可以對相對應的專業知識有著更為深刻的認識。

3.3.3 大學生創新能力培養過程中教師隊伍建設的實施

根據實施的不同階段，有專門的教師負責指導，做到分工明確，專業性明顯，通過這種方式，構建一支專業性強的創新能力培養團隊。

4 創新訓練的結果

通過一個周期的創新訓練，培養對象基本上掌握了簡單創新的基本過程，能夠獨立進行相關的科研選題、項目的開展以及后續的總結和論文撰寫工作。本次創新訓練基本上達到了預期的目標。

5 結語

在工程教育模式下，創新能力的培養顯得尤為重要。在此，以CDIO-OBE培養模式為基礎，以提高工程素質和工程素養為導向，以增強學生的創新能力為目標，探索了CDIO-OBE工程教育模式下，焊接專業學生創新能力提高的新途徑。通過對焊接專業創新能力的實踐與探索，使學生的創新能力和工程素養明顯增強，學生的工業工程能力顯著提高，讓學生能夠找到展示自我的舞臺，使企業能夠找到對口的人才，達到學校、企業、生產多方共贏的結果。