基于工程教育的“专业综合实验”探索与实践

2013-11-20刘瑞玲王会霞顾文华

铸造设备与工艺 2013年1期

刘瑞玲，王会霞，王军，顾文华

（河北科技大学材料科学与工程学院，河北石家庄 050000）

工科教育的主体是工程教育[1]。工程教育是学校和用人机构在社会环境中进行的创造性专业教育，它的目的是使受教育者学会在一定环境条件下，为满足社会需要而从事科学和技术开发与应用，是创造“人工制品”的活动和结果[2]。现代工程教育更加强调培养知识、能力、素质协调发展，具有创新精神和实践能力的工程技术人才，因而也更加重视工程实践教学的改革创新[3]。“专业综合实验”是针对工科专业设置的，教学过程中强化工程教育的背景，把知识、能力、素质三者有机融合，能够体现工程教育的实践性、综合性和创新性。

1 “专业综合实验”的设计思路

近20年来，以麻省理工学院为代表的一些大学提出“回归工程实践”的改革理念，开始重视工程教育的实践性和创新性，改革的重点从注重科学和工程基础教育转向工程实践[4]。实践性是工程教育的一个明显特征，实践教学在工程教育中具有重要作用，是培养学生综合素质与实践能力的重要方面，所以，工程教育的实践性需要在培养方案和教学计划中逐次分解、具体体现，最终落实在教学环节设置上[5]。“专业综合实验”是在教学计划中设置的实践教学环节，安排在专业课程学完之后，为期2周。整个环节是以某一典型产品为对象，在实验室完成其生产过程，其内容和结构如图1所示。

我们从三个方面来分析“专业综合实验”的教学过程。首先是实验过程，出发点是通过实验过程展现生产过程，所以是以产品生产为主线进行的，体现了工程背景。其次是实验内容，它是以产品生产为手段，涉及了多门专业基础课和专业课的理论知识，以及实验知识和操作技能，体现了工程教育的综合性。第三是教学目标和教学理念，本环节的教学目标是培养学生的工程素质，教学过程中贯穿“学生为主体，教师为主导”的教学理念，注重培养学生的创新精神和工程实践能力。

图1 “专业综合实验”内容和结构图

2 以工程实际为背景，合理设计实验各阶段

工程是创造“人工制品”的活动，即人造物的过程[2]，所以以制造产品的过程为实验主线，是工程背景的最好体现。按照产品的生产过程，将实验分为准备阶段、实施阶段、检验阶段和分析阶段。准备阶段需要学生根据已学的专业课程知识，针对给定产品进行工艺设计、生产工艺的编制、原材料的准备、仪器和设备的准备等；实施阶段是制造产品的主体阶段，以制造出产品为目标，将准备工作逐一进行落实，即在此阶段要制造出产品；检验阶段是对制造出的产品进行检验，给出性能检验结果，并对产品质量作出判断；分析阶段要求学生综合运用所学专业基础课及专业课的理论知识，结合具体实验条件，对产品的检验结果进行综合分析，对合格的制品给出肯定的结论，对存在的问题提出建议和改进措施。

3 知识、技能和设计能力并举，体现工程教育的综合性

综合性是工程教育的又一特征。工程里任何一个东西都综合了很多要素在里面，必须在一个主体学科的前提下，有着综合的思维、综合的能力[6]。学生能够将所学的知识进行系统和综合是工程教育的目标之一，当然综合性应体现在工程教育这个大系统的各个层面，就本教学环节中，其综合性主要体现在实验内容的综合、涉及知识的综合以及实验操作的综合上。

由于本实验是以生产为背景，所以实验内容不是只涉及某课程的某个环节，或某个知识点，也不是简单的演示和验证，而是涉及了多门专业课的实验内容，并且将这些实验内容进行良好的融合与衔接。既然实验内容涉及了多门课程，涉及的知识也同样是多门课程，实验过程需要学生利用多门课程的知识进行设计、准备并进行实际操作。产品生产的实施过程和检验阶段，对学生来讲虽然主要是动手，但是涉及到前序多门课程的实验知识和操作技能。对产品的质量和性能进行综合分析阶段，更需要将多门课程的理论知识与实践相结合，培养学生综合运用理论知识分析和解决实际问题的能力，这是培养学生综合素质和能力的重要措施，是本环节的主要目的。可见，实验内容和教学过程以促使学生将知识进行综合归纳为目的，充分体现了本环节的综合性特征。

4 学生为主体、教师为主导，注重培养工程素质

工程活动本身就是一种创新活动，所以工程教育要强调创新精神和创新能力的提高[7]；工程教育的素质理念内涵是更应注重能力的训练和品德的养成[6，8]。所以工程教育要注重创新精神的培养和能力的训练。

本环节的教学方法不同于传统的实验教学，指导教师将任务布置以后，所有工作由学生自行完成。具体任务为：5～7人一组完成一个产品的生产全过程。指导教师仅起指导和监督作用，对实验方案的确定、实验操作等可以进行建议和引导，但不过多干涉。在实验的几个阶段中，准备阶段最能发挥学生的创造能力，因为除给定任务和实验条件外，没有其他任何限制。学生可以自行选择具体工艺、材料、设备等，每个小组的方案可能完全不同，这是在本教学环节中刻意设计的，目的是给学生的创造力发挥留下足够的空间。

另外，此阶段还包含了工程设计内容，以锻炼学生的工程设计能力。除准备阶段，其他3个阶段在教学过程均注重对学生能力的培养，如实施阶段和检验阶段主要是加强和锻炼学生的动手和操作能力，分析阶段则是培养学生运用理论知识分析和解决实际问题的能力，是理论指导实践的升华。

总之，以“学生为主体、以教师为主导”的教学方法，有利于培养学生的创新精神和工程实践能力，提高工程素质。