工科本科生解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)研究

摘 "要 "隨著經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)的快速發(fā)展，工程人才的培養(yǎng)越來越重要。工程本科生作為未來的工程人才，解決復(fù)雜工程問題能力的高低是其能否成為工程人才的一個衡量指標(biāo)。在分析影響工科本科生解決復(fù)雜工程問題能力提高的因素的基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化人才培養(yǎng)計劃、強化實踐能力、實施課程改革、優(yōu)化教學(xué)模式等措施，提高工程本科生解決復(fù)雜工程問題能力，希望為今后的研究提供參考。

關(guān)鍵詞 "工科本科生；解決復(fù)雜工程問題能力；工程教育

中圖分類號：G642.0 " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）12-0096-04

0 "引言

隨著社會生產(chǎn)力和工程技術(shù)發(fā)展速度的加快，產(chǎn)學(xué)研融合提高了能夠解決復(fù)雜工程問題人才的需求和專業(yè)技能的要求。工科院校作為培養(yǎng)工程技術(shù)人才的基地，培養(yǎng)出來的本科畢業(yè)生與當(dāng)前企業(yè)需求的技術(shù)人才之間存在差距，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式已無法培養(yǎng)出令現(xiàn)代企業(yè)充分滿意的人才。對于沒有實踐經(jīng)驗的工程本科畢業(yè)生來說，在面對復(fù)雜的工程問題時，如何將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到實際工作中是個難題。應(yīng)該讓學(xué)生在學(xué)校接觸在實際工程項目中可能出現(xiàn)的復(fù)雜問題，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的綜合能力。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)模式以實驗教學(xué)為主，學(xué)生能夠較好地掌握項目的相關(guān)原理，而針對實驗內(nèi)容卻缺少主動思考的能力和動手能力，在實際工作中遇到工程問題及解決復(fù)雜工程問題時常常不知所措。所以，高校應(yīng)該通過一系列措施提高工程本科生解決復(fù)雜工程問題的專業(yè)技能和綜合能力。

1 國內(nèi)外本科生解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)

現(xiàn)狀

工程教育是指培養(yǎng)學(xué)生成為能夠解決實際問題，具備技術(shù)創(chuàng)新、實踐操作和跨界合作能力的專業(yè)人才的教育模式。工程教育的目標(biāo)是使學(xué)生掌握廣泛的理論知識、專業(yè)技能，具有領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)能力。工程教育對于學(xué)生綜合能力的提高以及增強我國的創(chuàng)新能力、國際競爭力等具有重要作用。美、德、日等發(fā)達(dá)國家十分重視學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，下面簡要介紹國內(nèi)外對本科生工程教育能力培養(yǎng)的特色和措施。

1.1 "美國工程教育發(fā)展特色和培養(yǎng)現(xiàn)狀

美國的本科生工程教育強調(diào)實踐、自主學(xué)習(xí)和多元文化交流，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決問題的能力，特點[1]如下。

1.1.1 "堅實的基礎(chǔ)課程

在大部分美國工程學(xué)校，學(xué)生都會接受數(shù)學(xué)、物理和計算機(jī)科學(xué)等重視理論知識并深入掌握相關(guān)數(shù)學(xué)只是的基本課程。

1.1.2 "關(guān)注實踐操作

美國的工程教育非常注重實踐操作，學(xué)生在高年級階段可以擔(dān)任助教或參加實驗室項目，以增強對于實際問題的認(rèn)識和掌握。

1.1.3 "體驗式學(xué)習(xí)

在美國的許多大學(xué)中，學(xué)生常有機(jī)會參加歷時幾個月到一年的由企業(yè)或者政府組織的暑期實習(xí)項目，稱之為“Co-op programs”，參與者可以借此獲得專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的真實體驗，鍛煉自己的技能與思想修養(yǎng)并獲得專業(yè)成就感。

1.1.4 "跨文化溝通

美國工程教育更愿意讓學(xué)生在跨文化背景下開展交流。有些大學(xué)提供旁聽外國課程的機(jī)會或者支持學(xué)生留學(xué)，以幫助學(xué)生拓寬視野、提高英語口語能力并在跨文化環(huán)境中鍛煉溝通和管理技巧。

1.1.5 "注重自主發(fā)掘

美國工程教育追求創(chuàng)新，注重培養(yǎng)學(xué)生極客精神，幫助學(xué)生學(xué)會用自己的方法解決問題和開展項目，透過企業(yè)和非營利機(jī)構(gòu)介紹的比較實際的咨詢、挑戰(zhàn)或逆境活動，幫助學(xué)生建立彈性思維與解決問題的本領(lǐng)。

總之，美國的工程教育深入探討理論知識與實際操作的結(jié)合，強調(diào)通過跨學(xué)科與交叉學(xué)習(xí)、實踐應(yīng)用及團(tuán)隊合作等方面塑造學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生提供廣泛的應(yīng)用場景、相應(yīng)的國際交流機(jī)會和專業(yè)啟迪。

1.2 "德國工程教育發(fā)展特色和培養(yǎng)現(xiàn)狀

德國工程教育一直以來被認(rèn)為是世界上最著名、傳統(tǒng)和高質(zhì)量的學(xué)科之一。在德國，工程教育一般從本科開始，通常要持續(xù)3～4年，除了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，還有研究項目、實驗室和實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生可以通過這些機(jī)會獲得大量的實際操作經(jīng)驗。德國在工程教育方面倡導(dǎo)開放式創(chuàng)新式教學(xué)模式，注重培養(yǎng)工程師的創(chuàng)新精神和解決問題的能力，同時關(guān)注基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用的平衡。此外，德國的工程教育重視對社會和環(huán)境的影響，培養(yǎng)學(xué)生的全球化意識和可持續(xù)發(fā)展觀念。此外，在研究方面，德國的工程學(xué)科涵蓋廣泛的領(lǐng)域，如材料學(xué)、機(jī)械工程、電氣工程和信息技術(shù)等。德國的許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在工業(yè)4.0、智能制造和新能源等前沿領(lǐng)域進(jìn)行重大研究，并為學(xué)生提供各種協(xié)同工作和實驗室設(shè)備[2]。

總之，德國工程教育以其嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新的教學(xué)模式和實踐導(dǎo)向的課程設(shè)置著稱。作為一個重要的知識產(chǎn)業(yè)國家，德國的工程技術(shù)教育將繼續(xù)為各行業(yè)和企業(yè)培養(yǎng)更多高素質(zhì)和應(yīng)用性強的專業(yè)人才。

1.3 "日本工程教育發(fā)展特色和培養(yǎng)現(xiàn)狀

日本工程教育歷史悠久，一直處于國際先進(jìn)水平。日本的工程教育強調(diào)實踐能力和解決問題的能力，鼓勵學(xué)生獲得實踐經(jīng)驗并養(yǎng)成自主創(chuàng)新意識。以下是日本工程教育發(fā)展中值得關(guān)注的幾個方面。

1.3.1 "實踐經(jīng)驗

日本大學(xué)的工科專業(yè)為學(xué)生提供廣泛的實踐機(jī)會，包括實驗、設(shè)計、研究項目等。這些實踐環(huán)節(jié)使學(xué)生接觸到真實的問題和挑戰(zhàn)，鍛煉學(xué)生的實踐操作技能和解決問題的能力。

1.3.2 "產(chǎn)學(xué)合作

與眾多企業(yè)建立緊密聯(lián)系的高校與研究機(jī)構(gòu)把學(xué)術(shù)成果告知企業(yè)，在不斷檢驗之后發(fā)現(xiàn)難點并共同創(chuàng)造產(chǎn)品。通過合作推動科研突破和市場化落地，產(chǎn)業(yè)界的需求也極大地指導(dǎo)了未來的人才培養(yǎng)模式。

1.3.3 "國際化

日本鼓勵工程教育國際化，在培養(yǎng)企業(yè)適應(yīng)全球市場競爭和靈活應(yīng)變的領(lǐng)袖人才上不斷創(chuàng)新。日本工程教育更加注重培養(yǎng)學(xué)生的跨文化交流和語言能力等。

1.3.4 "創(chuàng)新研究

日本工程專業(yè)追求前沿技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，獲得許多領(lǐng)域的先進(jìn)、可靠且創(chuàng)新性的成果，如在汽車、機(jī)器人、電子產(chǎn)品制造等各個行業(yè)，對全球范疇內(nèi)的學(xué)者和從事高科技領(lǐng)域的公司具有指導(dǎo)作用。

總之，日本的工程教育具有創(chuàng)新性、實踐性和國際性特點，為全球工程教育提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。

1.4 "我國工程教育發(fā)展現(xiàn)狀

我國工程教育經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)取得顯著成果。在政策扶持和各方面合作下，逐漸走向國際化、開放性和創(chuàng)新型[3]。一方面，在課程設(shè)置方面，許多高校推廣整合課程及團(tuán)隊協(xié)作等現(xiàn)代教學(xué)方式。同時，注重與社會需求結(jié)合，增強學(xué)生的實踐能力，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等社會問題。另一方面，隨著技術(shù)創(chuàng)新快速發(fā)展，工程教育也在轉(zhuǎn)變。例如，在機(jī)器人、人工智能、區(qū)塊鏈以及新材料等領(lǐng)域，我國高校正在積極跟進(jìn)并開發(fā)相應(yīng)的課程內(nèi)容和研究領(lǐng)域，在新工科建設(shè)方面也在逐漸加大投入。同時，一些專業(yè)領(lǐng)先的科技企業(yè)、研究中心和實驗室提供實踐交流的平臺，為學(xué)生提供更多機(jī)會與實踐。

雖然目前還有相對落后之處，如教師整體素質(zhì)、教學(xué)科研設(shè)施等方面，但隨著新一代信息技術(shù)的加速滲透和國家級的相關(guān)政策支持，我國工程教育將爭取實現(xiàn)跨越式發(fā)展并不斷優(yōu)化。

2 "解決復(fù)雜工程問題能力分析

2.1 "解決復(fù)雜工程問題能力的構(gòu)成

2.1.1 "理論知識

在解決復(fù)雜工程問題時，理論知識是非常重要的。理論知識可以幫助工程從業(yè)人員更好地了解工程問題的本質(zhì)和特點，指導(dǎo)設(shè)計、分析和優(yōu)化工程方案。工程本科生應(yīng)具備與工程生產(chǎn)、建設(shè)、設(shè)計與開發(fā)等相關(guān)數(shù)學(xué)、自然和工程科學(xué)基礎(chǔ)理論知識、專業(yè)知識及人文社科知識，同時能分析專業(yè)領(lǐng)域前沿發(fā)展情況和未來態(tài)勢，具備行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)規(guī)范等多領(lǐng)域的知識素養(yǎng)，才能從系統(tǒng)的、整體的全局觀出發(fā)，綜合運用現(xiàn)代工程工具、綜合的專業(yè)知識和信息資源解決工程中面臨的實際問題。

2.1.2 "實踐工作經(jīng)驗

工程本科生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)接受多類型的實習(xí)，這樣可以盡早了解工程，理解工程概念，鞏固專業(yè)思想。學(xué)生在校期間，通過學(xué)校和社會企業(yè)提供工程方面的實用技術(shù)、計算機(jī)、自動化、機(jī)械制作等方面的實習(xí)，了解和熟悉相關(guān)的工程設(shè)計和分析方法，結(jié)合專業(yè)理論知識進(jìn)行動手實踐，可以更好地了解專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)、工程領(lǐng)域的新進(jìn)展，鍛煉組織能力、動手能力、協(xié)調(diào)能力，對實際工程設(shè)計的一般過程有所了解，掌握常用的分析問題、解決問題的方法，熟悉本行業(yè)的法規(guī)和規(guī)范，靈活地針對實際工程問題提出分析與解決問題的方法。

2.1.3 "創(chuàng)新能力

創(chuàng)新精神是指一種積極主動、持續(xù)不斷地追求創(chuàng)造性解決方案的意識和態(tài)度。創(chuàng)新精神是國家、民族立足世界的重要因素。工程本科生在校期間通過各種實習(xí)和實踐機(jī)會，將所學(xué)課程理論知識融會貫通，并在實踐中提高分析和解決實際問題的能力；通過參與各項訓(xùn)練和科創(chuàng)活動，如工程類的“挑戰(zhàn)杯”“全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽”“全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽”“機(jī)器人大賽”等競賽項目，拓展知識范圍，培養(yǎng)工程素質(zhì)，結(jié)合工程實際開展創(chuàng)新發(fā)明并培養(yǎng)組織、動手、協(xié)調(diào)和溝通能力，更激發(fā)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力。工程本科生應(yīng)具備創(chuàng)新能力，能夠在解決復(fù)雜工程問題上得心應(yīng)手。

2.1.4 "職業(yè)素質(zhì)

目前，工程從業(yè)人員認(rèn)為工程相關(guān)行業(yè)存在嚴(yán)重的問題，但大多數(shù)人采取“事不關(guān)己，高高掛起”的態(tài)度，不愿意思考如何解決這些問題，或者認(rèn)為這些問題過于復(fù)雜，根本不是自己所能解決的。這種態(tài)度的出現(xiàn)反映出工程從業(yè)人員缺乏基本的工程倫理原則、職業(yè)道德和責(zé)任感。作為未來的工程師與工程的設(shè)計者、管理者、決策者、執(zhí)行者、評估者的工程本科生應(yīng)具備高水平的職業(yè)素質(zhì)，注重工程倫理和道德責(zé)任的培養(yǎng)，這樣才能夠有足夠的能力思考復(fù)雜工程問題，在解決問題過程中也不會受外部因素的影響去為了自身或企業(yè)的利益做出違背工程職業(yè)道德的行為。

2.2 "工程本科生解決復(fù)雜工程問題能力低的原因

2.2.1 "專業(yè)理論知識過于狹窄

工程問題是跨學(xué)科、綜合的系統(tǒng)性問題，但我國工科類高校一直注重理工教學(xué)，忽視人文教學(xué)和交叉學(xué)科，導(dǎo)致學(xué)生缺乏必備的社會、經(jīng)濟(jì)、法律等人文社科知識與工商管理的能力[4]，主要原因如下。

1）對人文知識教育重視度不夠。現(xiàn)階段各高校人文類課程基本是選修課程，課程內(nèi)容質(zhì)量不高、體系不全，也沒有將經(jīng)濟(jì)管理、工程倫理等知識納入教學(xué)計劃體系，這種處理方式不利于學(xué)生人文經(jīng)管等綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)。

2）大部分理工科院校由于校園人文底蘊不足，人文學(xué)科建設(shè)不健全，主觀上對社科知識不重視。

3）從學(xué)生入學(xué)開始就按入學(xué)專業(yè)方向進(jìn)行培養(yǎng)，容易造成學(xué)生專業(yè)口徑窄、學(xué)科知識面不廣，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)能力的提高。

4）學(xué)科之間的交叉不夠，文理滲透不足，不利于學(xué)生跨學(xué)科知識的拓展以及綜合素質(zhì)的提高。

2.2.2 "實踐與理論教學(xué)脫節(jié)

目前，我國高校在工程教育過程中普遍存在校企合作不充分，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)弱化，理論教學(xué)與實踐教學(xué)嚴(yán)重脫離的問題。盡管近些年我國高校和教育界一直強調(diào)高等工程教育要做到理論聯(lián)系實際，應(yīng)加強校企合作、強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但是在實際操作中仍然缺乏針對工程實踐能力的培養(yǎng)，學(xué)生很少有進(jìn)廠實習(xí)或?qū)嵺`的機(jī)會，即使有也僅是走馬觀花般的參觀，工程實踐的效果不理想，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。因此，工程本科生在畢業(yè)后不能馬上適應(yīng)崗位要求，也不具備操作技能與創(chuàng)新能力，在遇到復(fù)雜工程問題時不知道如何解決。

2.2.3 "缺乏創(chuàng)新能力

工程本科生在校期間可以根據(jù)喜好和興趣參與學(xué)生會、學(xué)術(shù)研究活動或者各種競賽，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。但在多種原因的影響下，工程本科生在校期間的創(chuàng)新能力是不足的。

1）由于高校教育教學(xué)資源不足，校企合作缺乏，參加科研活動和實習(xí)的學(xué)生人數(shù)受到限制。

2）設(shè)置過多的課程占據(jù)學(xué)生的大量時間，使學(xué)生沒有充足的時間和充沛的精力開展科技研究。同時，教師因為教學(xué)和科研任務(wù)繁重，缺乏時間和精力去細(xì)致地指導(dǎo)學(xué)生。

3）絕大多數(shù)高校的教務(wù)處或校團(tuán)委負(fù)責(zé)學(xué)生的科研創(chuàng)新活動，但沒有建立完善的管理、領(lǐng)導(dǎo)、運行、服務(wù)、評估和激勵機(jī)制等與之相匹配。

3 "提高工程本科生解決復(fù)雜工程問題能力的

措施

3.1 "優(yōu)化人才培養(yǎng)方案

教育的根本目的是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，工科院校為培養(yǎng)出具備創(chuàng)造能力的人才，必須制定和優(yōu)化教育培養(yǎng)目標(biāo)、計劃和方案[5]。工科生的教育體系應(yīng)是系統(tǒng)化與整體化的，構(gòu)建的教育體系應(yīng)是工程與人文、管理、自然等科學(xué)相結(jié)合的知識結(jié)構(gòu)。對工程本科生的培養(yǎng)宗旨是提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。人才培養(yǎng)方案是學(xué)校對學(xué)生教育培養(yǎng)工作的總體規(guī)劃，培養(yǎng)方案的優(yōu)劣決定了學(xué)校培養(yǎng)的工程人才質(zhì)量的高低。根據(jù)“大工程觀”的理念指導(dǎo)和培養(yǎng)要求，要培養(yǎng)應(yīng)用型人才，對人才培養(yǎng)的主要落腳點是工程意識、素質(zhì)和實踐能力，需要將工程教育與人文、社會、自然、管理等學(xué)科相融合，形成有機(jī)整體。

3.2 "強化實踐能力

創(chuàng)建創(chuàng)新型國家，需要培養(yǎng)大量具有創(chuàng)新精神和實踐動手能力的工程技術(shù)人才。創(chuàng)新來源于實踐，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在高等工程教育中占有重要的地位，發(fā)揮了重要作用。因此，要強化學(xué)生的實踐能力[6]。

1）我國高校必須根據(jù)實際，結(jié)合工程發(fā)展趨勢，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，安排實踐教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生能夠真正地接觸工程科研實踐活動。

2）高校要加大對科研實踐環(huán)節(jié)的投入和建設(shè)，為學(xué)生參與科研活動提供各項軟硬件條件，鼓勵本科生參與課題研究項目。

3）提升教師隊伍的實踐教學(xué)能力，安排校內(nèi)教師分批分期到企業(yè)工廠掛職鍛煉，培養(yǎng)教師的工程實踐技能；也可以引進(jìn)企業(yè)導(dǎo)師或業(yè)界的優(yōu)秀工程技術(shù)人員進(jìn)入教室，參與實踐課程教學(xué)工作。

4）進(jìn)行校企合作。通過企業(yè)參與辦學(xué)、企業(yè)建立實習(xí)基地、共建研發(fā)機(jī)構(gòu)與培訓(xùn)機(jī)制、技術(shù)交流等合作，最大限度提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題能力。

3.3 "實施課程改革

課程改革可以從改變原有課程設(shè)置入手，在保留必要專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，減少分類過于細(xì)化的課程，開設(shè)不同層次和深度的基礎(chǔ)課程，開設(shè)綜合課程。強化工程本科生解決問題的能力以及創(chuàng)新、實踐、領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)等能力，促進(jìn)學(xué)生個體發(fā)展，建立和完善教育課程內(nèi)容與體系。

3.4 "優(yōu)化教學(xué)模式

改革和優(yōu)化現(xiàn)有的工程教學(xué)模式，要將教學(xué)研究和討論納入課堂教學(xué)，可以采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，在教學(xué)過程中強調(diào)學(xué)生的主體地位，教師與學(xué)生探討專業(yè)相關(guān)的知識點，讓學(xué)生針對重點與難點問題，大膽提問、闡明見解，發(fā)揮學(xué)生的主動性，既能讓學(xué)生的主體地位得到充分體現(xiàn)，又能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維以及發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。

4 "結(jié)束語

以工程教育為研究主題，以提高工程本科生解決復(fù)雜工程問題的能力為研究對象，以提升工程本科生解決工程問題的綜合能力為目標(biāo)，對工程本科生解決復(fù)雜工程問題涉及的能力進(jìn)行分析，指出其中存在的問題并找出影響因素。提出優(yōu)化人才培養(yǎng)方案、強化實踐能力、實施課程改革、優(yōu)化教學(xué)模式等措施，提高本科生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。

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