工程教育理念在实践教学中的应用

吴宝华　张辉

摘要：深刻剖析了工程教育理念的内涵，阐述了以实施卓越工程师教育培养计划为契机，以CDIO为教学模式的新的思想观念，更加注重了实验教学和企业实践教学的全过程，在实践教学体系中搭建了创新能力培养平台，通过更新教学理念、实施强化训练以及实施企业实训等手段，使工程教育理念在实践教学的全过程中得以应用，从而达到增强学生的工程教育意识、提高学生的动手能力和工程实践能力的目的。

关键词：工程教育理念；卓越工程师；实践教学

中图分类号：063 文献标志码：A

1 工程教育理念的内涵和培养宗旨

工程教育是以技术科学为主要学科基础，以培养能将科学技术转化为生产力的工程师为目标的专门教育。它的基本任务是使学生接受系统的理工学科的理论知识、基本技能的学习和训练，使其在完成学业时，初步具备成为工程师的基本素质和条件。工程教育理念是人们在长期对工程知识的积累过程中形成的一种独特的思维模式，重在鼓励学生在潜意识里就具有工程理念和创新思维，发挥奇思妙想来解决问题，培养学生从多学科角度出发解决实际问题的能力，引导学生从依赖性学习变为独立性学习，在多文化交融的团队中学会交流与沟通。工程教育理念的着眼点就在于潜意识工程理念的塑造和潜意识工程理念的植入，工程教育理念的落脚点就在于提高学生的工程素养，以及培养学生的创新能力和工程实践能力。

工程教育是为国家经济建设提供工程技术人才与企业管理人才的主要渠道。高校肩负着工程教育的重要使命，也面临着巨大的挑战，工程教育如何培养出大批的具有国际视野的创新型人才。创新型人才应当具有创新精神、创新能力和创新人格。创新精神是一种卓越的精神品质，不断探索的兴趣和欲望强烈，善于发现问题，渴望变革，追求卓越。创新能力是需要创新者要有扎实和宽泛的知识，有厚实的人文底蕴与科学素养，同时还要有较强的实践能力、丰富的实践经验与理性的创新思维能力。创新人格是个体在创新实践中形成的德和才的内在素质的超越自我的人格，表现在好奇心强、敢于冒险、独立自信、具有艺术的审美观等方面。创新教育是以培养学生的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育实践活动，它是素质教育的延伸，也是有别于传统教育的新机制。工科院校被认为是工程师的摇篮，比照国际上对工程师的基本要求，便会发现我国的工程教育尚存在教育思想观念陈旧、重理论轻实践、教学内容与社会需求脱节、培养模式单一、国际化意识不强等问题，导致所培养的人才明显缺乏工程实践能力和创新精神。教育部为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》任务制定的重大高等教育创新项目卓越工程师教育培养计划，以及由美国麻省理工学院等4所大学提出的CDIO工程教育模式为工程教育在高等工科院校的实施提供了有效的途径。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，CDIO就是代表构思、设计、实现和运作，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，以综合的培养方式使学生在这4个层面达到预定目标。实施CDIO工程教育模式，重在培养学生创新精神和实践能力，提高学生综合素质。卓越工程师培养计划是指针对某具体工程领域的实际需求，培养具有创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，他们将是获得工程师执业资质或者工程师职称潜力的后备工程师。其主要培养目标是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。CDIO工程教育模式是实现卓越工程师教育培养计划培养目标的手段和教学模式，卓越工程师教育培养计划为CDIO教学模式的应用提供了平台。不论是CDIO工程教育模式，还是卓越工程师教育培养计划，它们的共同点都是渗透了工程教育理念，把书本上的理论知识和工程实践有机地结合起来，注重学生实践、动手能力和创新能力的培养，都把企业培养作为培养学生重要的实践性环节，而且要求学生理解和融入到企业的文化当中去。通过教学探索与实践，结合卓越工程师的培养目标的要求，搭建实践教学中创新能力培养平台，可以为国家培养高质量的工程人才，使他们具有较强的系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力。

2 工程教育理念在实践教学中的应用

实践教学包括实验教学和企业实践教学两部分，在实践教学环节人才培养的过程中引人工程教育理念，搭建好学生创新能力培养平台，以实施卓越工程师教育培养计划为契机，以完善知识结构、强化综合能力和提高工程素质为核心，以学习、实践交替为手段，以CDIO为教学模式，把创新能力评价作为学生成绩评价的激励分值。通过以下3个方面创新能力培养平台的建设，提高学生的工程素质、工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，强化学生服务国家和人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的创新能力。

2.1更新教学理念。增强工程教育意识和导向机制

观念决定行为，目标引领未来。构建实验教学创新能力培养平台，需要转变教育思想和观念，树立质量立校、以人为本的先进教育观念，并自觉地将工程教育、创新创业教育的思想渗透到实践教育教学活动中，将教学改革的着眼点放在提高学生的工程实践能力和工程创新能力上。在制定人才培养方案和课程设置时，就需要融入工程教育理念，并且在理论和实践教学环节的教学大纲编制时体现出工程教育理念渗透的方法。我校的服务主要面向黑龙江省支柱产业，特别是装备制造业。通过调研发现，制约装备制造业国际竞争力提升的瓶颈因素是自主创新能力不足、工程研发和工程创新人才匮乏，造成我国工业企业自主品牌少、关键技术受制于人的原因，也在于我国工业企业缺乏高层次工程创新人才，尤其是高端研发人才。近年来，我校确立了向高水平教学研究型大学迈进的目标之后，把工程开发和工程创新人才培养放在了更加突出的位置，明确提出我校人才培养目标是培养适应国家和地方经济社会发展、适应国际竞争和经济结构调整需要、具有完整的知识结构、深厚的工程基础、较强的实践能力、强烈的创新意识的工程开发应用型技术人才。为保证学校人才培养整体目标的落实，各工科专业还针对自身的特点，制定了具体的工程开发应用型人才培养目标。充分利用校友分布广泛的优势，积极参加全国范围内工程专业人才就业现状、培养模式、人才需求数量与规格的调查研究，了解了企业对工程专业人才的知识、能力和素质要求，明确了各工科学科（专业）的培养目标：培养在工程领域从事新技术研究、新产品开发和设计、试验、控制、制造、营销与管理的工程开发应用型人才，特别是培养国家急需的自主研发人才，把我校建设成重要的工程开发与工程创新人才培养基地。因此，必须与时俱进，更新教育理念，以人为本，树立工程意识，把具有较强的实践能力和创新意识的工程开发应用型技术人才作为我们的培养目标。

2.2实施强化训练，提高学生思考能力和动手能力

实验教学环节中，为了使学生做到预先了解、思路清晰和理解透彻，转被动性学习为主动性学习，提出“三个一”要求，“一文献、一思考、一创新”。在实验课预习阶段就将工程教育的思想和理念渗透到学生的潜意识当中去，因为心理学理论认为激励人们的力量是潜意识中理性的欲望，行为源于潜意识驱力，潜意识能够发挥出无穷无尽的驱动力量，让学生在动手进行实验操作之前在思想上就植入了工程意识。“一文献”就是要求学生在每个开设实验的预习阶段，根据实验题目查找一篇相关文献，包括实验方法的提出、解决的问题、应用的领域以及该实验方法延伸的当前国内外待解决的科研前沿问题，可以加强学生对该实验原理及方法的理解，启迪学生的好奇心，调动学生的积极性和学习热情，锻炼和培养学生发现问题的能力，激发学生解决问题的欲望。“一思考”就是要求学生在查阅文献的基础上，出一道与本实验相关的思考题，包括自己在实验原理和实验方法方面的不清晰，以及自己对由该实验衍生出来的待解决的科研前沿问题的想法和思路。学生进人实验室，实验教师需要检查学生的预习情况，根据查阅文献和提出问题的深度和创新程度在评定成绩时给出激励分值，从而训练学生独立思考问题的能力和创新能力。实验课堂由其他学生或老师回答“一思考”提出的问题。“一创新”就是要求学生通过实验操作完成实验后，提出一条较为合理的实验方法和实验步骤改进的建议，以及如何让学生最大限度发挥创新能力的教学方法方面改进的建议，做到推陈出新，进一步加深学生对实验方法步骤和文献的理解，工程理念和创新能力得到反复强化。

在实验教学环节需要实施“三强化”训练。“卓越工程师教育培养计划”的培养目标就是培养创新型人才，基础知识和基本技能是创新的基础和保障，因此要培养创新型人才，就需要实施强化训练，提高学生动手能力和工程实践能力。提出“三强化”训练，一是“强化基本操作技能训练”，要求学生必须熟练掌握规范化操作的技能，在了解实验操作视频的基础上，模拟仿真操作通过后，才能允许进入实验课堂。二是“强化实验记录训练”，要求学生及时填写原始数据记录，对观察到的实验现象如实记录，实验进行过程中由教师签字，避免涂改实验数据。三是“强化实验报告的撰写训练”，要求学生当堂提交实验报告，实验报告的考核注重数据处理和对实验结果的分析。在实验教学环节按照先基本、后综合、再设计的原则逐步培养学生的动手能力、设计能力和创新能力。例如，在“双指示剂法测定混合碱碳酸钠与碳酸氢钠的含量”综合性实验中，学生可以将基础性实验中称量、移液、滴定、指示剂的使用及变色判断等知识和操作加以应用和巩固。在设计性实验“三草酸合铁酸钾的组分分析”中，将学生划分成若干小组，以小组为单位，自行设计实验方案，教师负责审阅实验方案的可行性。在教师的指导下，各小组学生合成原料，配制试剂，依据合理的设计方案进行实验，分析组分，得出实验结果和实验结论。通过综合性设计性实验，CDIO教学模式的应用，使学生在知识结构、认知能力、技能素质、团队协作等方面得到了锻炼，学生理论联系实际、发现问题、分析问题和解决问题的能力也得到了提高，达到卓越工程师教育培养计划的培养目标要求。

2.3实施企业实训，提高工程实践能力和工程素养

企业培养是卓越工程师教育培养计划中重要的实践性环节，也是CDIO工程教育模式培养过程中重要的实践性阶段，它充分体现了我校“知行统一、面向行业、校企合作、目标导向、规格分类、强化实践、突出特色、机制创新”的办学思想，企业学习阶段包括实习、部分课程教学、工程训练以及毕业设计和学位论文等教学内容，其学习和培养过程包括技术培训、实训和非技术性训练。企业培养阶段的教学任务以企业工程师作为教师队伍的主体，学校选派具有企业经验的教师协助指导，实行校企双导师制。学生管理工作由校企双方共同完成。通过企业的技术培训和实训，参与企业实际工程项目的研发，使学生了解企业的文化，行业的规范，熟悉企业生产的工艺过程，熟练掌握工程项目研发过程中的可行性分析、建模、设计、仿真、调试、运行和维护等各个环节的工作内容，提高学生的工程意识、工程素质、工程实践能力和创新精神，将理论、实践和应用有机结合起来，实现知识、能力、素质的协调发展。企业实习的内容包括企业技术培训和非技术性训练。企业技术培训是针对学生将要开展的实际工程研发项目所涉及的主要技术和管理流程，由具有丰富经验的企业工程技术人员对学生进行培训，使学生掌握工程项目研发工作所需的开发流程、开发平台、开发工具、技术要点和工程设计方法，具备工程项目或产品的研发能力，并如期完成工程项目或产品的研发任务，为适应本专业工作奠定基础。企业非技术性训练是使学生了解企业的发展历程，了解企业的文化、核心技术和产品，了解企业的管理要求和行业规范，具备企业所需要的团队合作、交流沟通、项目管理和企业管理等技能；掌握工程项目的可行性分析、技术手册、说明书、招投标书等技术文档的撰写规范和方法；掌握工程开发技术和质量管理体系。毕业设计和学位论文是综合性的实践教学环节，是学生毕业前最重要的综合训练和实践的教学单元。本科毕业设计要结合企业的实际工程项目或实际问题，做真做实。在完成毕业设计或学位论文过程中，学生要综合运用所学的理论知识和专业技能，进行系统的技术及能力的锻炼，实现理论和实践教学的延伸以及多学科的融合，培养并提高学生猎取新知识、分析和解决工程实际问题的能力以及创新意识和创新精神，锻炼学生的协作、交流与组织协调能力，工程项目管理能力和领导意识，从而培养学生的工程意识、工程素质和工程创新精神，有效提高学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，将学生打造成符合行业企业需求的卓越工程师。比如说，提出在企业实践环节实施“三实现”行动，实现理论知识和工程实践的融合，实现教师与学生工程创新能力的同步提高，实现良好工程职业道德习惯的养成。只有实现理论知识和工程实践的融合，才能将科学知识转变为生产力。企业是学生将在校所学的理论知识和在实验室学到的基本技能在生产实践中真正得以应用和拓展的场所，具备了书本上的理论知识，经过了实验教学“三强化”训练的学生，在企业中能够很快地熟悉企业生产流程，融入到实际的工程问题当中去，会很快地发现问题，自己发现的工程问题会激发学生求知的潜意识驱动力，学生会提出问题、弃而不舍地探索解决问题的方法，企业生产实践当中诸多问题得到解决的时候，学生从工程实践当中提炼科学问题的能力就会得到加强。在企业实践环节值得注意的是，只有实现教师与学生工程创新能力的同步提高。才能使学生工程创新能力的培养工作与时俱进，得到可持续发展。强化训练学生的同时，对教师也提出了更高要求，教师在不断学习丰富知识结构的同时，要更加注重自身工程理念的形成和工程实践能力的培养做到终生学习。在政策引导方面，为解决昨天的老师，能否培养今天的学生，去面对及解决明天的困难的问题，要求教师不断了解企业所需，不断为企业分忧，通过协助企业来培养学生，通过培养学生来协助企业。学校采取走出去、请进来的办法，实施了教师企业研修计划、企业资深工程师进学校讲学计划和双师型教师培训计划，统称为教师工程能力培养工程。要求双师型教师，除具有教师资格证书以外，还能获得相应行业准入证。在实验课程安排方面，鼓励教师理论教学与实验教学并容，要求实验课程的教学任务至少三分之二由专业理论课教师承担，为高质量地完成实验教学任务提供了人力保证和智力支持。同时要求实验课教师积极从事与实验教学相关的教学改革和科学研究工作，注重自身学历层次、理论知识、授课水平、科研能力的提高，增加实验教师参加各种工程素质培训的机会，多到工厂参观、学习实践，提高自身的工程素质。在企业实践环节，使学生养成良好工程职业道德习惯尤为重要，才能使学生成为对社会有用的人才，德才兼备，以德为先。知识靠传授，能力靠训练，品德靠养成，素质靠内化。学生通过企业工程实践环节的培养，形成了良好的品德，提高了克服困难应对挑战的能力，还提高了交流沟通、团结协作和组织管理的能力。在企业学习阶段，学生可以详细了解化工行业领域的技术标准，能够养成良好的工程职业道德，勇于承担责任和风险，具有为企业负责、为工程负责的思想，具有良好的质量、环境、工程安全、职业健康和服务意识，具有较强的创新意识和进行产品开发、设计、技术改造与创新的初步能力。学生在校企合作中还可以感受多样的企业文化，在任何类型和规模的企业中能够理解企业文化和发展战略的能力。

3 工程教育理念的应用带来的启示

3.1工程教育理念要贯穿于人才培养全过程

随着教育观念的转变，在实验教学课程设置和人才培养方案制定的改革方面，要努力搭建适应学科特点的以提高工程素质、渗透工程教育理念、培养创新能力为三大模块系统的实验教学新体系。在课程体系中增加实验教学的比重，考虑与培养人才的工程结构相适应，课程体系要保证在学科知识结构的理论完整性、科学性和系统性的基础上，打破与交叉学科之间原有的界限，比如化学与材料、制药和环境有部分交叉，并整合知识点，做到知识传授和技能训练并重，更加强化工程能力综合实训。将工程教育理念作为实验教学改革的灵魂，贯穿于人才培养的全过程，这对于充分调动学生们的学习热情，锻炼培养能力，培养学生发现问题、分析解决问题、和团队协作能力具有重大的意义。

3.2构建工程创新型人才培养成绩评价体系

建立科学合理的成绩评价体系，在实验教学和企业实践教学环节，按照学生创新能力，采取加分激励的方法进行成绩考核，这对于学生工程意识的树立和工程实践能力的提高具有积极的促进作用。例如，在实验教学环节，结合理论测试、基本操作、实验报告以外，增加创新能力加分项目。对于提出的“三个一”按加60分计算：在“一文献”环节，根据学生查阅的文献与实验项目的符合度和精确度，以及文献的前沿性与开拓性，给予20分加分；在“一思考”环节，对于认真阅读文献，善于思考，提出与本实验相关关键性问题和不同的实验方法的同学，给予20分加分；在“一建议”环节，对实验方法、实验步骤和教学方法提出建设性意见和建议的同学，给予20分的加分。对于企业实践教学环节按加40分计算：对于在企业的生产实践过程中能够发现问题、提出问题和解决问题的学生，给予20分加分，根据毕业设计和学位论文的创新性，给予20分加分。

4 结语

通过剖析工程教育理念的内涵，阐述CDIO教学模式与卓越工程师教育培养计划的相互关系，论述了加强实验教学和企业实践教学过程的方法和措施。通过更新教学理念、实施强化训练、开展企业实训，搭建了创新能力培养平台，将工程教育理念贯穿于实验教学和企业实践教学的全过程，增强了学生的工程教育意识、同时培养了学生的工程素质、工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。

[编辑：厉艳飞]