工程教育本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革與實踐

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摘要：在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，解決復(fù)雜工程問題的能力是畢業(yè)要求的核心。本文從分析畢業(yè)設(shè)計在工程教育中的重要性出發(fā)，對當(dāng)前畢業(yè)設(shè)計在培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力方面存在的問題進(jìn)行梳理，基于專業(yè)認(rèn)證產(chǎn)出導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的理念，探討凸顯復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)的畢業(yè)設(shè)計改革措施，并開展教學(xué)實踐，可為工科專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的改革提供參考

關(guān)鍵詞：工程教育;專業(yè)認(rèn)證;能源與動力工程;畢業(yè)設(shè)計;復(fù)雜工程問題

一、畢業(yè)設(shè)計在工程教育中的重要性

工程教育專業(yè)認(rèn)證是目前我國高等教育大力推進(jìn)的一項重大改革舉措，其核心是確保工科專業(yè)的畢業(yè)生在畢業(yè)時能夠達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，其本質(zhì)是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向的合格性評價。在認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)畢業(yè)要求12條中，“復(fù)雜工程問題”被多次提及。在畢業(yè)生的能力達(dá)成評價中，解決復(fù)雜工程問題的能力是核心所在。解決復(fù)雜工程問題的能力包括問題識別、問題表達(dá)（建模）、問題分析、解決方案設(shè)計、現(xiàn)代工具使用、結(jié)論綜合評價（局限性、合理性、可持續(xù)性等方面的評價）等等多個方面的能力。這些能力的培養(yǎng)，主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)完成。理論教學(xué)環(huán)節(jié)為學(xué)生提供解決復(fù)雜工程問題所必需的工程知識，而實踐教學(xué)環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)知識動手解決實際工程問題的能力。畢業(yè)設(shè)計是工科專業(yè)實踐性教學(xué)的重要組成部分，是本科教育階段的最后一個，也是學(xué)時最長的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。一直以來，畢業(yè)設(shè)計是評定學(xué)生畢業(yè)成績的重要依據(jù)。目前，工科專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計通常采用項目課題式的教學(xué)方法，即指導(dǎo)教師擬定一個課題，然后學(xué)生運用所學(xué)的專業(yè)知識，圍繞課題相關(guān)內(nèi)容展開分析和設(shè)計，最終得出結(jié)果并進(jìn)行評價。這樣，在專業(yè)認(rèn)證背景下，在畢業(yè)設(shè)計教學(xué)過程中，如果指導(dǎo)教師擬定的課題能夠很好地包含一個復(fù)雜工程問題，然后學(xué)生圍繞這個復(fù)雜工程問題開展方案分析、設(shè)計和評價，提出對整個復(fù)雜工程問題的完整解決方案，學(xué)生的解決復(fù)雜工程問題的能力必然會得到很好的鍛煉。因此，發(fā)揮畢業(yè)設(shè)計在解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)方面的作用，是當(dāng)前工科專業(yè)工程教育教學(xué)改革必不可少的環(huán)節(jié)。

二、目前畢業(yè)設(shè)計中存在的問題

在解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)方面，畢業(yè)設(shè)計目前主要存在以下幾個問題。1.畢業(yè)設(shè)計選題不合理。畢業(yè)設(shè)計課題的擬定是否科學(xué)合理，直接決定著學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)是否達(dá)到預(yù)期效果。但目前來看，指導(dǎo)教師選題存在較多不合理之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）重復(fù)性選題過多。很多指導(dǎo)教師進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計選題時，課題的基本內(nèi)容和往年相比幾乎改動不大，導(dǎo)致多屆學(xué)生題目類似甚至雷同。由于本科生知識體系的限制，課題內(nèi)容存在部分重復(fù)是不可避免的。但一些過于老舊的題目，已經(jīng)不符合當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的需求，無法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。此外，課題內(nèi)容的重復(fù)將帶來論文抄襲和重復(fù)率較高的問題。這反映出指導(dǎo)教師缺乏一定的創(chuàng)新性，在日常教學(xué)和科研中缺乏深入思考。（2）選題不符合復(fù)雜工程問題的要求。畢業(yè)設(shè)計要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，那選題就必須涉及一個實際的復(fù)雜工程問題。但目前一些選題并不符合復(fù)雜工程問題的要求。出現(xiàn)這種情況的原因是指導(dǎo)教師對什么是復(fù)雜工程問題理解不深刻，或者無法將復(fù)雜工程問題和專業(yè)知識相聯(lián)系。其本質(zhì)在于指導(dǎo)教師自身工程實踐研究的經(jīng)驗和能力不足，無法發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確描述自己專業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。（3）選題不符合本科生知識結(jié)構(gòu)。一個好的選題，課題內(nèi)容需要對應(yīng)課本所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。但一些教師往往是根據(jù)個人喜好和科研方向確定選題，內(nèi)容范圍超出本專業(yè)本科生的知識結(jié)構(gòu)，學(xué)生無法理解課題內(nèi)容，因而也達(dá)不到復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)的目的。（4）選題難易程度不合理。課題的難易程度直接決定他們能否順利完成畢業(yè)設(shè)計并達(dá)到預(yù)期的鍛煉效果。部分指導(dǎo)教師的選題過于簡單，甚至是專業(yè)課程設(shè)計題目的變形，學(xué)生在短時間內(nèi)即可完成課題。而部分指導(dǎo)教師的選題過于復(fù)雜，來源于所帶博士或碩士課題的部分內(nèi)容，包含大量理論分析或復(fù)雜的數(shù)值模擬，本科生會感覺無從下手。2.學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計的重視程度不夠。畢業(yè)設(shè)計是對學(xué)生本科期間所學(xué)知識的綜合檢驗和考核，也是學(xué)生和老師就某一個具體問題進(jìn)行面對面交流學(xué)習(xí)的機會，但這一重要過程并沒有得到學(xué)生的足夠重視，達(dá)不到培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的目的。這種不重視表現(xiàn)在以下幾個方面：選題時拈輕怕重，盡量選擇簡單的課題，而這類題目往往不能體現(xiàn)復(fù)雜工程問題；認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容與即將從事的崗位關(guān)系不大，不愿深入理解課題中的復(fù)雜工程問題，敷衍了事；專業(yè)知識不扎實，不足解決問題，但學(xué)習(xí)主動性不足，依賴指導(dǎo)教師。3.畢業(yè)設(shè)計教學(xué)過程不規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)（1）選題審核不嚴(yán)格或?qū)忣}無依據(jù)。一些畢業(yè)設(shè)計選題并不符合專業(yè)認(rèn)證對解決復(fù)雜工程問題培養(yǎng)的要求，但題目沒有經(jīng)過嚴(yán)格的審核就下發(fā)供學(xué)生選擇。同時，缺乏可操作性強的審題依據(jù)，也會導(dǎo)致審題人員不能很好地對題目進(jìn)行審核。（2）指導(dǎo)教師投入不足。指導(dǎo)教師還承擔(dān)著其他的教學(xué)和科研任務(wù)，因此部分指導(dǎo)教師在畢業(yè)設(shè)計方面投入的時間和精力不足。學(xué)生遇到困難時，無法與老師進(jìn)行及時溝通，全憑自己的理解開展課題研究，導(dǎo)致學(xué)生的能力得不到培養(yǎng)。（3）畢業(yè)設(shè)計過程管理過于松懈。畢業(yè)設(shè)計沒有固定的教學(xué)地點和時間，除了開題、中期考核等僅有的幾次檢查以外，缺乏更多的組織管理，這導(dǎo)致部分學(xué)生放松自我，畢業(yè)設(shè)計完成不好。（4）畢業(yè)設(shè)計考評過于寬松。過于寬松的考評制度，讓學(xué)生認(rèn)為只要參加了畢業(yè)設(shè)計的整個過程，最終都會順利通過。這導(dǎo)致部分學(xué)生對課題設(shè)計結(jié)果的好壞不夠重視，能力得不到培養(yǎng)。

三、畢業(yè)設(shè)計教學(xué)過程的改革措施與實踐

1.制定選題標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)把審題關(guān)。依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中提到的“復(fù)雜工程問題”的主要特征，制定具有良好可操作性的選題標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)指導(dǎo)教師理解復(fù)雜工程問題在本專業(yè)的內(nèi)涵，進(jìn)而擬出能夠滿足復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)的選題。同時，嚴(yán)把畢業(yè)設(shè)計審題關(guān)，對不符合要求的選題，要求指導(dǎo)教師修改或者重新擬定題目。這樣，就從源頭上確保畢業(yè)設(shè)計以復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)的目的。筆者所在的能源與動力工程專業(yè)制定了面向解決復(fù)雜工程問題的畢業(yè)設(shè)計選題和審題方案。制作了內(nèi)容詳盡的審題表，要求指導(dǎo)教師擬定選題時，需要對標(biāo)復(fù)雜工程問題的特征，并給出相關(guān)的依據(jù)。同時設(shè)定了審核環(huán)節(jié)，每一個題目至少由兩名審題人審核，審核不通過時進(jìn)行修改或重擬題目，并重新審核，直至通過。本專業(yè)2018屆畢業(yè)設(shè)計首次按照該辦法進(jìn)行選題和審題，有13.2%的題目不符合復(fù)雜工程問題的特征并進(jìn)行了修改或重擬。經(jīng)過一年的試行，在20畢業(yè)設(shè)計中，只有不到3%的選題進(jìn)行了修改或重擬。2.以專業(yè)認(rèn)證為基礎(chǔ)制定培養(yǎng)質(zhì)量評價準(zhǔn)則。以專業(yè)認(rèn)證和本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制定合理的畢業(yè)設(shè)計課程目標(biāo)和完善可行的評價標(biāo)準(zhǔn)，客觀準(zhǔn)確地評價學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的效果；制定合理的畢業(yè)設(shè)計課程目標(biāo)與本專業(yè)畢業(yè)要求支撐關(guān)系矩陣，考查畢業(yè)設(shè)計的課程目標(biāo)達(dá)成情況。筆者所在的能源與動力工程專業(yè)，首先充分考慮本專業(yè)復(fù)雜工程問題的解決過程，制定了畢業(yè)設(shè)計需要達(dá)成的10個課程目標(biāo)：復(fù)雜工程問題識別與分解能力、問題分析與建模能力、調(diào)研能力、創(chuàng)新設(shè)計能力、方案論證與優(yōu)選能力、工具與資源使用能力、設(shè)計結(jié)果分析與判斷能力、撰寫能力、口頭表達(dá)能力和國際視野。明確了畢業(yè)設(shè)計考核和評價方式由平時表現(xiàn)成績、中期檢查成績、成品質(zhì)量（論文）成績和答辯成績4部分組成，確定了18個打分環(huán)節(jié)并制定每個打分環(huán)節(jié)的詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)。確定了畢業(yè)設(shè)計10個課程目標(biāo)能夠支撐的12條畢業(yè)要求指標(biāo)點，給出了支撐關(guān)系矩陣。在2018屆和20畢業(yè)設(shè)計過程中，本專業(yè)嚴(yán)格按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計考核，取得了較好的效果。明確細(xì)化的考核方式對畢業(yè)設(shè)計教學(xué)的目的性、針對性和主動性都有所提升。3.加強管理制度建設(shè)和落實。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力，除了畢業(yè)設(shè)計選題和評價兩方面做好之外，必須建立嚴(yán)格的畢業(yè)設(shè)計過程管理制度，并做好落實工作。本專業(yè)圍繞畢業(yè)設(shè)計過程管理，主要采取了以下一些措施。（1）組織畢業(yè)設(shè)計動員大會。學(xué)院教學(xué)院長、系領(lǐng)導(dǎo)、輔導(dǎo)員和指導(dǎo)教師代表出席會議。除了講解畢業(yè)設(shè)計具體流程、學(xué)習(xí)紀(jì)律要求等之外，重點解讀畢業(yè)設(shè)計教學(xué)大綱，讓學(xué)生知悉畢業(yè)設(shè)計的考核方式和評分標(biāo)準(zhǔn)，深刻認(rèn)識到畢業(yè)設(shè)計的重要性。（2）明確時間節(jié)點做好過程控制。對任務(wù)書、開題報告、讀書筆記、外文資料翻譯、中期檢查、畢業(yè)論文和答辯等環(huán)節(jié)都給出了明確的時間節(jié)點，并要求學(xué)生和指導(dǎo)教師嚴(yán)格執(zhí)行。教師對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計情況的指導(dǎo)與檢查每周不少于兩次，并需要簽字確認(rèn)。（3）畢業(yè)設(shè)計全過程突出產(chǎn)出導(dǎo)向。教師在指導(dǎo)過程中，必須始終圍繞如何培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程問題的能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，必須時刻關(guān)注自己的設(shè)計或分析是否滿足課程目標(biāo)，自己的能力是否得到提高。畢業(yè)設(shè)計所有考核環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格按照評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，并對課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行分析?；谝陨洗胧?，讓指導(dǎo)教師和學(xué)生都深刻認(rèn)識到畢業(yè)設(shè)計在復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)方面的重要性，能夠在畢業(yè)設(shè)計過程中及時發(fā)現(xiàn)問題，不斷改進(jìn)。教師指導(dǎo)和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也得到了明顯提高。

四、結(jié)束語

在專業(yè)認(rèn)證的推動下，我校能源與動力工程專業(yè)的教學(xué)改革已探索開展三年，其中面向復(fù)雜工程問題解決能力培養(yǎng)的畢業(yè)設(shè)計改革已經(jīng)推行兩年，得到了學(xué)校和教育主管部門的認(rèn)可。畢業(yè)生對實際工程問題的認(rèn)識有所加深，解決實際工程問題的能力較以往有很大提升。未來幾年本專業(yè)將在各方面繼續(xù)深化改革，爭取畢業(yè)生得到行業(yè)和用人單位的高度評價。

參考文獻(xiàn)：

[1]董彬，梁坤峰，朱竹.新工科背景下基于CDIO的能源動力類專業(yè)教學(xué)改革[J].教育現(xiàn)代化，2019

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[3]吳凈，陳克，張宏遠(yuǎn).基于CDIO工程教育模式的能源動力類課程體系改革與實施[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017

作者:曹瑞峰 肖斌 劉國偉 楊鶴 單位:東北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院