面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的 “學(xué)科競(jìng)賽”課程教學(xué)模式探究與實(shí)施

張爭(zhēng)艷 戴士杰 張建輝

摘? ? 要：工程教育專業(yè)認(rèn)證注重學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的培養(yǎng)，是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的重要抓手?？萍几?jìng)賽過(guò)程中，參與者將完成創(chuàng)意提出、科技作品制作、答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)，個(gè)人的綜合能力和綜合技能將得到極大的鍛煉和提高。“學(xué)科競(jìng)賽”課程是全員參與科技競(jìng)賽全周期的重要保障，使學(xué)生在課程整個(gè)過(guò)程中能夠進(jìn)行聯(lián)系實(shí)際的工程作品創(chuàng)新，提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力、工程系統(tǒng)實(shí)踐能力、解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證;“學(xué)科競(jìng)賽”;復(fù)雜工程問(wèn)題

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2021）07-0086-03

2012年，黨的十八大提出，推動(dòng)高等教育內(nèi)涵式發(fā)

展;2017年，黨的十九大明確要求，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展;2018年，中央文件確定，發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科。當(dāng)前的中國(guó)高等教育已經(jīng)邁開(kāi)“掀起質(zhì)量革命，建設(shè)質(zhì)量中國(guó)”的步伐，從規(guī)模擴(kuò)張走向內(nèi)涵式發(fā)展，著力建設(shè)一流本科教育[1]。

一流的本科教育要求學(xué)生具備一流的能力：優(yōu)秀的分析能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)造力、溝通能力、商業(yè)和管理知識(shí)、領(lǐng)導(dǎo)力、道德水準(zhǔn)、專業(yè)素養(yǎng)、終身學(xué)習(xí);一流的本科教育要求學(xué)生掌握一流的技能：社會(huì)技能、系統(tǒng)技能、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的技能、資源管理技能、技術(shù)技能等復(fù)合交叉技能[2-3]。

在解決復(fù)雜工程問(wèn)題方面，鄒光明構(gòu)建了面向解決復(fù)雜工程問(wèn)題的機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系[4];席景科從工程背景支撐、技術(shù)方案設(shè)計(jì)、教師指導(dǎo)等幾個(gè)方面闡述了如何設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)案例，以此培養(yǎng)學(xué)生解決計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題的能力[5];李睿提出面向工程問(wèn)題培養(yǎng)解決能力的教學(xué)模式[6];王章豹探討了新工科人才解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的方法[7];馬桂軍研究了工程教育認(rèn)證背景下“復(fù)雜工程問(wèn)題”的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革與實(shí)施[8]。

大學(xué)生科技競(jìng)賽是為學(xué)生提供培養(yǎng)上述能力和技能的一個(gè)大舞臺(tái)，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?jìng)賽包括創(chuàng)意提出、科技作品制作、答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)，都是由學(xué)生自己親自完成。在整個(gè)過(guò)程中，個(gè)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(shù)品”的打磨。真正地參與學(xué)科競(jìng)賽勢(shì)必會(huì)助力于“人人都是藝術(shù)品”的宣言。對(duì)大學(xué)生而言，科技競(jìng)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(jìn)一步”。

一、復(fù)雜工程問(wèn)題

工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的重要抓手[9]，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出、成果為導(dǎo)向，涵蓋七點(diǎn)通用標(biāo)準(zhǔn)[10]：學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊(duì)伍、支持條件。工程教育認(rèn)證注重學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的培養(yǎng)。何為復(fù)雜工程問(wèn)題？復(fù)雜工程問(wèn)題必須具備第（1）條特征，同時(shí)具備以下（2）-（7）的部分或者全部特征：（1）必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過(guò)分析才能得到解決;（2）涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突;（3）需要通過(guò)建立合適的抽象模型才能解決，在建模過(guò)程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性;（4）不是僅靠常用方法就可以完全解決的;（5）問(wèn)題中涉及的因素可能沒(méi)有完全包含在專業(yè)工程實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中;（6）問(wèn)題相關(guān)各方利益不完全一致;（7）具有較高的綜合性，包

含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題。

二、“學(xué)科競(jìng)賽”課程的組織和實(shí)施

科技競(jìng)賽是大學(xué)生綜合能力和素質(zhì)培養(yǎng)的重要抓手，幾乎所有高校都組織、支持并鼓勵(lì)大學(xué)生參加競(jìng)賽，然而基本上都是學(xué)生自愿組隊(duì)自愿參加。按工程教育專業(yè)認(rèn)證“全員達(dá)成”的理念，科技競(jìng)賽可以以課程的形式寫入培養(yǎng)計(jì)劃，讓所有的大學(xué)生都參與其中，以下是課程基本情況。

（一）課程性質(zhì)與任務(wù)

課程類型可以屬于創(chuàng)新與專業(yè)拓展類，或相似課程類型。“學(xué)科競(jìng)賽”課是機(jī)械工程類專業(yè)的一門創(chuàng)新與專業(yè)拓展類課程，主要介紹本專業(yè)相關(guān)的各類學(xué)科競(jìng)賽，使學(xué)生了解各類競(jìng)賽的相關(guān)要求、參與方法、思路來(lái)源，鼓勵(lì)學(xué)生組隊(duì)參與各類學(xué)科競(jìng)賽，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、建模能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力等，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

（二）課程教學(xué)目標(biāo)

課程目標(biāo)1：了解“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽和創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽、全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、“創(chuàng)青春”全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽、iCAN 國(guó)際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競(jìng)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(biāo)2：掌握三維建模軟件的使用，提高學(xué)生三維建模能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、科技文本撰寫能力，提升學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系如下。

畢業(yè)要求1：設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)解決方案。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：能夠綜合運(yùn)用本專業(yè)工程基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新方法與工具，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、傳動(dòng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造與工藝設(shè)計(jì)中的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：能夠運(yùn)用現(xiàn)代工程軟件，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化系統(tǒng)中的工程問(wèn)題進(jìn)行建模及表達(dá)。能夠熟練運(yùn)用工程繪圖軟件，表達(dá)機(jī)械產(chǎn)品、零部件的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

畢業(yè)要求9：個(gè)人和團(tuán)隊(duì)。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：理解團(tuán)隊(duì)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(xié)調(diào)合作的團(tuán)隊(duì)精神和能力，能夠在團(tuán)隊(duì)合作中進(jìn)行分工與協(xié)作，正確處理個(gè)人與團(tuán)隊(duì)的關(guān)系。

畢業(yè)要求10：溝通。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)： 能夠規(guī)范地撰寫技術(shù)報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿，表達(dá)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程及其自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案、過(guò)程和結(jié)果。

本課程目標(biāo)1支撐畢業(yè)要求1和10，課程目標(biāo)2支撐畢業(yè)要求1、5和9。

（三）組織和實(shí)施模式

本課程的實(shí)施可以在培養(yǎng)計(jì)劃中列出，鑒于總學(xué)分的限制，每個(gè)班級(jí)可以設(shè)置16學(xué)時(shí)（1學(xué)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(shí)間，原則上，上課時(shí)間不宜固定，可以由教師自己決定。

本課程具體的組織和實(shí)施流程圖如圖1所示。

個(gè)人戰(zhàn)斗：以“挑戰(zhàn)杯”比賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽、機(jī)械創(chuàng)新大賽等為載體，鼓勵(lì)學(xué)生自由選題，并利用開(kāi)學(xué)前的暑假完成創(chuàng)意作品的提出、設(shè)計(jì)、建模和仿真，開(kāi)學(xué)后提交個(gè)人科技報(bào)告。

團(tuán)隊(duì)合作：開(kāi)學(xué)后，任課教師以報(bào)告的形式集中進(jìn)行學(xué)科競(jìng)賽的介紹，并進(jìn)行組隊(duì)。組隊(duì)的模式分三種較宜：自己認(rèn)為個(gè)人創(chuàng)意作品好的學(xué)生鼓勵(lì)其自己組隊(duì);也可以自由組隊(duì)，之后團(tuán)隊(duì)介紹自己的創(chuàng)意作品，由團(tuán)隊(duì)成員投票決定采用誰(shuí)的創(chuàng)意作品;非自己組隊(duì)或者自由組合的學(xué)生由教師或者班長(zhǎng)協(xié)助進(jìn)行分組，之后團(tuán)隊(duì)介紹自己的創(chuàng)意作品，由團(tuán)隊(duì)成員投票決定采用誰(shuí)的創(chuàng)意作品。組隊(duì)完成并選出隊(duì)員接受的個(gè)人創(chuàng)意作品作為團(tuán)隊(duì)最終的創(chuàng)意作品，團(tuán)隊(duì)組建后再次共同討論出的新作品亦可以作為最終的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)意作品。之后，所有團(tuán)隊(duì)成員共同完成團(tuán)隊(duì)創(chuàng)意作品的詳細(xì)設(shè)計(jì)、建模與仿真等，并提交一份團(tuán)隊(duì)科技報(bào)告。

升華：所有團(tuán)隊(duì)就其作品匯報(bào)不超過(guò)5 min，教師邀請(qǐng)其他教師作為評(píng)委并聯(lián)合學(xué)生投票對(duì)所有團(tuán)隊(duì)創(chuàng)意作品進(jìn)行篩選，選出較為優(yōu)秀的創(chuàng)意作品，進(jìn)行專利申報(bào)和科技作品樣機(jī)制作，并參加相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證基于OBE

（Outcomes-based Education）的理念（以產(chǎn)出為導(dǎo)向），并以學(xué)生為中心，全員達(dá)成。

經(jīng)費(fèi)支持和保障：學(xué)院依托競(jìng)賽，提供相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)支持。

（四）復(fù)雜工程問(wèn)題與教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系

工科專業(yè)本科層次的人才培養(yǎng)要定位在解決復(fù)雜工程問(wèn)題上，本課程中的教學(xué)環(huán)節(jié)（作品設(shè)計(jì)）可以滿足復(fù)雜工程問(wèn)題的特征如下：

特征1：必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過(guò)分析才能得到解決。

特征3：需要通過(guò)建立合適的抽象模型才能解決，在建模中體現(xiàn)創(chuàng)造性。

特征7：具有較高的綜合性，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題。

（五）考核評(píng)價(jià)方法及要求

工程教育專業(yè)認(rèn)證七大通用標(biāo)準(zhǔn)之一即畢業(yè)要求涵蓋12項(xiàng)基本要求：工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人與團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)。

本課程為更好地支撐工程教育專業(yè)認(rèn)證中的畢業(yè)要求，建議考核評(píng)價(jià)及要求如下所示。

1.個(gè)人報(bào)告（對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1、2），建議分值30分，考核、評(píng)價(jià)細(xì)則建議：作品創(chuàng)新性（20分）、報(bào)告規(guī)范性（10分）。

2.團(tuán)隊(duì)報(bào)告（對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1、2），建議分值70分，考核、評(píng)價(jià)細(xì)則建議：作品新穎性、完整性、功能性（共50分），報(bào)告規(guī)范性（10分），小組組員評(píng)分（10分）;

3.附加分（對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)2），建議分值20分，考核、評(píng)價(jià)細(xì)則建議為以下幾點(diǎn)。

①申請(qǐng)發(fā)明專利：10分;

②申請(qǐng)實(shí)用新型專利：5分;

③作品獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)：一等獎(jiǎng)10分、依次按低一級(jí)別減2分;

④作品獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)：最高等級(jí)8分，依次按低一級(jí)別減2分;

⑤作品獲校級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)：最高等級(jí)5分，依次按低一級(jí)別減2分;

⑥獲批大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)10分，省級(jí)6分，校級(jí)3分。

附加分說(shuō)明如下。

③④⑤按最高級(jí)別給附加分;個(gè)人報(bào)告分、團(tuán)隊(duì)報(bào)告分、附加分總和超過(guò)100分時(shí)，記100分。

三、實(shí)施效果

本課程結(jié)束時(shí)，參與學(xué)生提出并完善了311件個(gè)人作品、50件團(tuán)隊(duì)作品，申報(bào)4件發(fā)明專利，參與2020年河北省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽暨第九屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，獲得近10個(gè)省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，其中，特等獎(jiǎng)2項(xiàng)，推薦參加國(guó)賽。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，依托課程作品參加其他各類比賽獲各類獎(jiǎng)項(xiàng)20余項(xiàng)。

學(xué)科競(jìng)賽課程是全員參與科技競(jìng)賽全周期的重要保障，它融創(chuàng)新能力與工程系統(tǒng)實(shí)踐能力培養(yǎng)為一體，以學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐成果為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和方法，從工程系統(tǒng)的角度，自主進(jìn)行工程作品的創(chuàng)意、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、自己動(dòng)手加工零件、裝配和調(diào)試運(yùn)行，達(dá)到工程作品的創(chuàng)意構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)整個(gè)過(guò)程中能夠進(jìn)行聯(lián)系實(shí)際的工程作品創(chuàng)新，提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力、工程系統(tǒng)實(shí)踐能力、解決復(fù)雜工程系統(tǒng)問(wèn)題能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳巖.高等教育公共治理與“五位一體”評(píng)估制度創(chuàng)新[J].中國(guó)高教研究，2014（12）：14-18.

[2]鄭紅偉，王偉，王明川，等.植入復(fù)雜工程問(wèn)題的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程體系探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（4）：228-232.

[3]李丹，吳玉秀，劉升.以學(xué)科競(jìng)賽為載體促進(jìn)測(cè)控專業(yè)人才培養(yǎng)的探索[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2020，37（3）：67-68.

[4]鄒光明，劉源泂，肖涵，等.面向解決復(fù)雜工程問(wèn)題的機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系[J].實(shí)驗(yàn)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(fù)雜工程問(wèn)題能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)案例設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].大學(xué)教育，2020（4）：

56-58.

[6]李睿，曹榮敏，于鏑.培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的新工科實(shí)踐教學(xué)研究[J].教育教學(xué)論壇，2020，13（3）：84-85.

[7]王章豹，張寶.培養(yǎng)新工科人才解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的探討[J].高教發(fā)展與評(píng)估，2019，35（6）：74-85.

[8]馬桂軍，李連志，李德海.工程教育認(rèn)證背景下“復(fù)雜工程問(wèn)題”的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革與實(shí)施[J].黑龍江教育（理論與實(shí)踐），2020，1332（10）：10-11.

[9]中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì).工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2017年11月修訂）[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2019，41（1）：1-4.

[10]高鐵紅，張爭(zhēng)艷，孫立新，等.面向工程教育認(rèn)證的機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)踐教學(xué)新模式[J].高教學(xué)刊，2016（20）：170-171.

■ 編輯∕丁俊玲