基于复杂工程问题的应用型本科机械专业教学案例剖析

徐广晨　霍仕武　赵凤芹

[摘 要]工程教育专业认证对应用型本科院校的人才培养提出了新的要求。课题组针对应用型人才复杂工程能力培养效果欠佳的问题，以营口理工学院机械设计制造及其自动化专业为研究对象，分别从教学内容构建、教学组织实施以及教学考核评价等几个方面对机械产品综合实训进行论述，以期达到培养应用型人才解决复杂工程问题的能力的目标。

[关键词]复杂工程问题;应用型本科;机械产品综合实训;教学改革

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）07-0086-03

中国是工程教育大国，工程教育规模占中国高等教育专业数量、毕业生总量的三分之一[1]，工程教育的质量将直接影响我国高等教育和科技水平的发展。但随着制造业全球化和工程教育全球化，中国的工程教育正面临着双重挑战[2]，改革发展也面临着很多问题。以《华盛顿协议》（Washington Accord）为核心的工程教育专业认证的目的是让不同教育背景下的人才接受教育的“实质等效性”[3]，工程教育专业认证是我国高等教育改革的必然方向。

随着我国工程教育专业认证的逐步推进，新形势下经济发展对工程应用型人才工程素養与能力提出了新的要求，迫切地要求地方性应用型大学抓住工程教育专业认证这一契机，重构应用型人才的培养模式，全面推进工程教育改革工作，提升应用型人才培养质量和工科专业建设水平[4]，充分发挥更好地服务地方区域经济发展这一办学目标。

现代工程是跨多专业、多学科的综合体，许多传统工程方法已经难以单独解决融合社会、政治、经济、环境、法律和文化背景的复杂工程问题。因此，最新的2017版《工程教育专业认证标准》所给出的12条毕业要求中9次出现了“复杂工程问题”，足见其重要性。如何将解决“复杂工程问题”的能力培养目标融合到课程体系的教学内容、教学方法及教学评价方式中去，是急需解决的问题[5]。

课题组以营口理工学院机械设计制造及自动化专业为研究对象，首先阐述了对复杂工程问题的理解，然后结合机械产品综合实训的教学目标，讨论了本实践环节中涉及的复杂工程问题的内容及具体实施途径，最后对学生的课程学习效果进行评价。

一、复杂工程问题分析

（一）复杂工程问题的分层解析

按照《都柏林协议》，两年制专科学历要求培养学生解决狭义工程问题（Well-defined Problems）的能力，即能够将自然科学、数学、工程基础和专业知识用于广泛的实践操作性流程和实践工作。按照《悉尼协议》，三年制的大学学历要求培养学生解决广义工程问题（Broadly-defined Problems）的能力，即能够将自然科学、数学、工程基础和专业知识用于确定及应用工程流程、程序、系统和方法。按照《华盛顿协议》，四年制大学本科要求培养学生解决复杂工程问题（Complex Problems）的能力，即能够将自然科学、数学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。

“复杂工程问题”的层次定位应符合学校人才培养的定位。作为应用型大学，应以培养应用型人才为目标，选择以应用技术为背景的复杂工程问题为教学内容[6]。

（二）复杂工程问题的特征

工程教育专业认证标准涉及的“复杂工程问题”必须具备的特征如表1所示。

从复杂工程问题特征来看，可从“复杂”和“工程”两个方面来表达。“复杂”不仅指技术上难于理解或分析，更多是指问题没有规定的答案或涉及多个范畴，以及多因素混合带来的冲突，要求培养学生从复杂的问题中找出最佳的解决方案的能力。“工程”首先强调应用性，其实现的过程是有组织的活动，需要依靠构建模型将其内外要素联系起来，要全面考虑各方需求，同时要兼顾社会、环境、伦理等因素，需要较多的物力、人力及团队协作才能完成[7]。

二、基于复杂工程问题的机械产品综合实训研究

机械产品综合实训是培养机械设计制造及其自动化专业学生工程实践技能、创新意识和解决复杂工程问题能力的综合实践环节，是本专业多门专业课程的综合应用环节，对丰富学生生产实践知识，巩固和加深所学理论知识，熟悉现代制造全过程，培养科学、严谨的工作态度起到非常重要的作用。

（一）探索基于产品的综合实践内容与模式

应用型大学的专业人才培养也应该聚焦“复杂的工程问题”，“应用型”并不代表“低水平”，更多是解决的问题呈现“应用”的特征，多与“应用系统”相关[8-9]。地方性应用型大学培养的人才是面向企业、行业服务的一线应用型人才，需要通过制订一套科学合理的、具有可操作性的人才培养体系来规范整个培养过程。我校机械设计制造及其自动化专业的人才培养目标是：坚持以学生为中心，强调知识、能力、素质全面发展的教学理念，通过产教融合和校企合作实现教学与企业用人要求的“无缝衔接”。因此，我们在综合实践教学环节中，探索了三维数字化建模、机械设计、机械制造技术及互换性与测量技术课程实践教学的新模式，制订了以“机械 CAD/CAM”和“工程测量”为特色的专业实践教学环节，以培养学生解决复杂工程问题能力为教学重点，以期能够满足工程教育专业认证的现实要求。

机械产品综合实训，旨在工程专业认证理念指导下，以毕业所要求达到的产出为导向，以更大的覆盖面、更贴近生产的产品，以及知识学习的延续性等方面构建综合实训内容。其实训构建流程为：首先是基于出口倒推获得学生需要掌握的知识、能力和素质，确定本专业培养目标，然后对毕业要求进行指标点分解，并将指标点与课程对应，最后综合设计培训学生综合技能的实训环节。机械产品综合实训的构建流程如图1所示。

（二）教学设计与组织实施

机械产品综合实训环节模拟产品生产实际的标准进行工程化、生产化的综合训练。实训以专业班级为单位，每6～8名学生组成合作团队，由项目组长负责，团队成员分工合作;以机械产品研发的过程划分成三个模块：产品设计模块（含工程图绘制、产品三维建模）、生产制造模块、测量及质量控制模块。整个实训过程中，各模块有不同的学习任务和教学重点，但三个模块又紧密联系，完成对解决复杂工程问题和毕业要求的实现。机械产品综合实训的教学实施如图2所示。

本专业从2016年开始在2014级学生中实施机械产品综合实训实践教学环节，经过两年教学实施，初步形成了一套行之有效的实践教学体系。由2018届毕业学生问卷调查可知，通过机械产品综合实训的训练，学生初步掌握了机械产品的研发流程，学会了如何理解复杂工程问题并用所学的知识加以解决，积累了工程实践经验和能力，增强了学生毕业时的求职竞争力。

（三）加强过程管理，创新考核评价标准

本实训环节时间跨度大，实训内容多，其考核评价建设就尤为关键。因此，我们采用可量化的评价指标，突出能力的培养，注重实施过程。考评过程中引導学生积极参与，成绩评定采用自评、互评相结合的方式，注重团队成员间的合作交流及在团队中发挥作用的情况，注重过程管理，将实训过程中的素质提高、能力培养与考核评价相结合，将知识的应用程度与考核评价相结合。机械产品综合实训毕业要求达成评价如表2所示，力争使参加本环节的每位学生得到客观、公正的评价。

三、结论

培养学生解决复杂工程问题的能力是一项系统工程，贯穿于整个应用型人才培养的教学体系，是工程教育专业认证背景下所有工科专业主干课程的重要任务之一。只有准确理解“应用型复杂工程问题”的内涵，才能有效地设计和开展各项教学活动以实现应用型人才培养目标。本文结合机械产品综合实训的教学目标，分析了该课程所涉及的复杂工程问题特征，设计了解决复杂工程问题的途径，并给出了具体的评价方法，对地方性应用型大学培养学生解决复杂工程问题的能力起到了较好的作用。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 刘孝保，李鑫，伍星.工程认证教育理念下机械工程一体化案例培养体系构建[J].价值工程，2018（5）：187-189.

[2] 张东民，尚慧琳，郑刚，等.应用型本科专业工程教育认证探讨[J].价值工程，2018（32）：138-140.

[3] 钱振江，龚声蓉，徐文彬.面向复杂工程问题的应用型本科计算机类专业人才培养模式研究和实践[J].计算机教育，2016（6）：10-13.

[4] 关跃奇，魏克湘，彭浩舸.基于复杂工程问题的机械产品设计制造综合实践研究[J].科教导刊（下旬），2016（4）：47-49.

[5] 许吉，李培丽，黄勇林，等.“电磁场理论”与解决“复杂工程问题”能力的培养——以南邮光电信息科学与工程专业为例[J].教育现代化，2018（4）：110-111.

[6] 周克宁，罗朝盛，康敏.植入“复杂工程问题”的教学体系改革探索[J].中国大学教学，2016（10）：51-54.

[7] 耿俊浩，田锡天，马炳和.工业界视角下面向专业认证的工程实践类课程教学改革[J].高等工程教育研究，2018（2）：136-141.

[8] 蒋宗礼，姜守旭.发挥本科教学质量国家标准对新工科建设的推动作用[J].中国大学教学，2018（1）：41-45.

[9] 吴玲，闻凯.基于工程认证的“自动控制原理”教学中的复杂工程问题浅析[J].电子世界，2018（8）：23-24.

[责任编辑：钟 岚]