“卓越计划”背景下工程导论课程教学改革研究

张仕斌　李飞　王海春　昌燕　韩桂华　黄源源

摘要：分析“卓越计划”背景下工程导论课程中工程教育的内涵、高等工程教育目标、现代工程师素质、工程项目方案设计、产品设计与开发及创新创业等教学内容，提出创新的教学改革理论与实践研究成果。

关键词：工程教育；工程师；工程项目；产品设计与开发；创新创业

1.背景

我国目前虽是工程教育大国，却不是工程教育强国；工程教育人才培养的数量虽多，但质量还有待进一步提高。由于工程教育肩负着培养亿万工程人才的重任，而这些工程技术人才创造人世间的工程、技术乃至一切物质文明，推动经济和产业的发展，影响着人们的思维和生活方式；因此，高等工程教育改革以前所未有的广度和深度令全世界关注。为落实《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）》重大改革项目的精神，2010年6月23日，教育部联合中国工程院、工信部、人社部、财政部等22个部门和20多家企业正式召开了“卓越工程师教育培养计划”启动会，批准了61所高等院校为首批“卓越工程师教育培养计划”试点院校。工程导论课程是我校低年级本科生进入工程领域的入门课程，为培养合格的工程技术人才，对工程导论课程实施教学改革研究与实践具有重要的现实意义。

2.工程导论课程教学改革思路

遵循《卓越工程师教育培养计划通用标准》要求，借鉴国际上先进的CDIO工程教育理念，按照我校倡导的“一切为了学生”的教育教学理念和建立“全程全员全面”素质教育体系的要求，以我院“循强国之策，办开放之学，纳精英之才，造杰出之士”的办学理念为指导；以社会需求为导向，以工程技术为主线，以实际工程为背景，以提高学生的创新创业意识、工程素质、工程实践能力、引导学生进入工程领域为目标，让学生明确工程、技术与科学间的关系，明确高等工程教育培养目标，了解工程、技术与科学问的关系，了解现代工程师应具备什么样的素质以及工程项目方案设计、产品设计与开发及创新创业的全过程。

3.工程导论课程教学改革的内容

3.1明确工程、技术与科学间的关系

一般而言，科学是对自然界客观规律的探索，科学的任务是要有所发现从而增加人类的知识和精神财富。科学知识的基本形式是科学概念、科学假说和科学定律，科学活动最典型的形式是基础科学研究，包括科学实验和理论研究，进行科学活动的主要社会角色是科学家。技术是改造世界的手段、方法和过程，它在科学认识的基础之上要有所发明，从而增加人类的物质财富并使人类生活得更美好。技术知识的基本形式是技术原理和操作方法，技术活动的最典型方式是技术开发，包括发明、创新和转移，其主要社会角色是发明家。工程是实际改造世界的物质实践活动和建造实施过程，工程是要有所创造，从而为人类生存发展条件建造所需要的人工自然与物品。工程知识的主要形式是工程原理、设计和施工方案等，工程活动的基本方式是计划、预算、执行、管理、评估等，进行工程活动的基本社会角色是工程师。

3.2明确高等工程教育培养目标

通常意义上讲，工程教育与普通的科学教育有共性又有个性。工程教育区别于普通的科学教育和技术教育之处是工程教育着重于向学生传授较为广泛的多学科综合知识和技术，强调具备广泛的个人能力，强调人际沟通能力以及产品的设计、生产过程及系统的构建能力，这些能力可以保证学生在社会和工程企业背景下的团队工作中能发挥较为重要的综合作用。

高等工程教育是顺应社会、经济和科学技术发展的需要，以技术科学为主要学科基础，面向工程的实际应用，以培养善于将科学技术转变为生产力的工程师为目标。确切地说，高等工程教育的培养目标是培养以工程实践为立足之本的工程师而非科学家。

3.3现代工程师的素质

3.3.1工程师的职业要求

关于工程师的职业要求，首先应该具备相关的职业技能，而这些职业技能一般是在高校里进行培养，它和职业相关的专业课程有关。虽然不同的工程师的专业职业技能要求有所不同，但是都要求具备扎实的理论基础和技术知识、良好的分析能力。工科院校是培养工程师的摇篮，因此在工科院校中各专业的课程设置中一般都包含公共基础知识（一般包括思想政治理论课、英语体育课和数理基础课3部分）、专业基础知识（指与专业知识、技能直接联系的基础课程，也就是专业先修课程）和专业方向知识模块（指本专业教学所涉及的主要知识领域，所涉及的课程与专业知识、技能的直接联系）。此外，作为未来的工程师，高校学生应该利用高校的人文和学术环境，还应该有意识地培养其他能力，如团队合作能力、独立分析和解决问题的能力、自学能力等。

3.3.2工程师的业务技能

作为一名合格的工程师，除了具备前面所说的职业要求外，还应该具有相应的技能，具体包括获取知识的能力（如自学能力、信息获取能力以及表达能力等）、应用知识能力（如系统级的认知能力、理论与工程实践能力）、掌握工程设计与分析方法、创新能力（如创造性思维能力、创新实验能力、科技开发能力、科学研究创新能力以及对新知识与新技术的敏锐性）、分析判断能力与承担风险的勇气、创造性解决问题的能力（指采用不拘一格、有别于常规、突破传统与教条的程序、方法、措施来解决工程技术的实际问题）、把握机遇的能力、较强的应变能力、与他人合作共事的能力（如协调、沟通能力，保持身心健康的能力）等。

3.3.3工程师的职业道德

所谓职业道德就是同人们的职业活动紧密联系的符合职业特点所要求的道德准则、道德情操与道德品质的总和。工程师能发明创造产品，好的创造会给人类带来进步，如蒸汽机、计算机和互联网等，不好的创造也会给人类带来灾难，如毒品、苏丹红和瘦肉精等。作为现代合格的工程师，应具备诚实、守信、正直、公正、爱岗、敬业、刻苦、友善、对科技进步永远充满信心、勇于攀登的品德；服务于公众、用户、组织及与专业人士协调共事的能力；勇于承担责任，保护公众的健康、安全，促进社会进步、环保和可持续发展的意识。

3.4工程项目方案的设计

当前高等工程教育的目的是培养一大批能够适应和支撑产业发展的工程师，要求工程师具有分析、提出方案并解决工程实际问题的能力、工程项目研究和开发能力、工程技术应用创新和开发能力等。因此，在未来的工作中，工程师进行工程方案的设计是必备的能力。

3.4.1工程项目的前期策划——需求分析

工程项目需求包括3个不同的层次：业务需求（反映组织机构或客户对系统、产品高层次的目标要求）、用户需求（指用户使用产品必须要完成的任务）、功能需求（定义开发人员必须实现的系统功能）和非功能需求（包括产品必须遵从的标准与规范、性能要求等）。此外，还要考虑隐形需求（包括维护需求、升级需求、易用性需求和性能需求）。

3.4.2工程项目方案的设计说明书

在工程项目方案中最重要的部分是设计说明书（主要针对信息系统项目的设计），它体现了设计系统的技术性能和水平，设计说明书一般有两个部分组成，即概要设计和详细设计。

（1）概要设计。一个工程项目的概要设计是由文字说明、结构图、方框图和表组成的，其概要设计的主要内容包含引言和背景部分（包含引言、背景、相关定义和设计参考文件与标准）、结构和流程部分（概要设计的核心，包括需求规定、运行环境、基本设计概念和处理流程、系统结构、功能需求等）、接口设计部分（详细设计定义各个模块如何连接，包括用户接口、外部接口和内部接口等）、设计控制部分（主要说明各个模块的组合和运行关系）、系统数据结构设计（主要是对系统数据格式的定义、数据存储和访问方式的简要说明）、系统出错处理设计（主要说明系统运行和维护过程中如何处理的技术说明）。

（2）详细设计。详细设计是在概要设计的基础上进一步明确系统结构，详细地介绍系统的各个模块，为进行后面的实现和测试作准备。详细设计的内容主要有引言（与概要设计类似）、系统的组织结构（用一系列图表列出程序系统内的每个程序，包括每个模块和子程序的名称、标识符和它们之问的层次结构关系）、系统程序设计说明部分（包括程序描述、功能、性能、输入项、输出项、算法、流程逻辑、接口、存储分配和注释设计等）。

3.5产品设计与开发

产品设计与开发既包括新产品的研制，也包括老产品改进，是一个从研究选择适应市场需要的产品开始，到产品设计、工艺制造设计直到投入正常生产的全过程，图1为产品设计与开发过程示意图。

（1）调查研究阶段：是通过市场调查和预测进行产品创意，提出新产品构思，提出新产品的原理、结构、功能、材料和工艺方面的开发设想和总体方案。

（2）设计试制阶段：是进行产品的设计、试制和鉴定。

（3）生产准备阶段：在本阶段应完成全部工作图的设计，确定各种零部件的规格，以保证批量生产的技术要求。

（4）正式生产和销售阶段：在正式生产阶段需要作好生产计划、劳动组织、物资供应、设备管理等一系列工作；在产品销售过程中，要不断收集市场和用户使用情况的信息并及时反馈给生产设计部门，以使提高产品质量、改进产品设计。

3.6创新创业

3.6.1创新

创新即破旧立新，就是创造性地解决问题。狭义上的创新是指提供新颖的、独创的、具有社会意义产物的活动，如科学上的发现、技术上的发明、文化艺术上的杰作、政治经济及理论上的突破等；广义上的创新是指提供前所未有的产物的活动。当前，在我国进入全民创业万众创新的时代，加强自主创新是我国科技发展的战略基点，实施创新的战略有3种途径：原始创新（是指重大的科学发现、技术发明、原理性主导技术等原始性创新）、集成创新（是自主创新的一个重要途径，纵观当今世界的各种高科技工程或产品，从载人宇航飞船到3G/4G手机，绝大多数都是集成创新的成果）、引进消化吸收再创新（引进就要瞄准世界前沿技术，消化吸收融会贯通，再创造出自己的核心技术）。

3.6.2创业

1）创业及大学生创业。

创业就是开创事业或积累财富的过程，而所谓“创”可以理解为创办、创新、创建，“业”是指事业，可理解为职业、行业、学业等。大学生创业是指大学毕业生不是通过传统的就业渠道谋取职业发展，而是利用自己的知识、才能和技术，以自凑资金、技术入股、寻求合作等方式开办自己的企业，从而既为自己和社会创造财富，同时也为更多的人创造就业机会的过程。

2）创业的基本要素。

企业是由人的体系、物的体系、社会体系和组织体系组成的协作体系，因而人的因素（主要包括创业者、人际关系等）、物的因素（主要包括资金、技术、原材料及产品、生产手段等）、社会因素（主要包括社会对创业的认可、创业是否符合社会发展的要求等）和组织因素（主要包括正确决策、创建组织、加强领导、激励员工等）构成创业的基本要素。

3）创业素质及创业资源。

每个创业者走向成功，其前提条件是必须具备一定的创业素质。从过去无数创业者成功或失败的经验教训可以发现，创业者的基本素质主要表现在创业精神（创业精神是创业者的人格特质）、创业能力（包括学习、创新、决策、领导、协调、社交和实践能力）和创业知识（包括专业、经营管理、财务、金融知识等）3方面。创业资源是指新创业在创造价值的过程中需要的特定的资产，它是新创企业创立和营运的必要条件，包括有形资源（包括社会资本、资金、技术及专业人才等）和无形资源（如情谊创造财富、智慧创造财富、知识创造财富、时间创造财富、健康创造财富等）。

4）创业计划及创业计划书。

创业计划是对与创业项目有关的所有事物进行总体设计的文件，是描述创办一个新企业时所有相关外部要素及内部要素的书面材料，是创办企业目的、方向及各项职能的计划，主要涉及商业前景展望，人员、资金、物资等各种资源的整合，以及经营理念与思想、战略等。创业计划书的内容包括计划摘要、产品服务、市场预测、营销策略、产品制造、团队管理、财务规划等。

5）大学生创业模式及过程。

虽然创业没有千篇一律的固定模式，但对一个创业者来说，一个真正好的模式应该是适合自己的，即其有能力操作而且把现有的资源有效整合进去的模式，在此基础上才是真正的创新。前些年，新浪、搜狐、盛大、腾讯、百度、阿里巴巴等都设有所谓的创业模式。成功的大学生创业者要在大学期间经历3个截然不同的过程：体验创业、学习创业和实践创业3个阶段。这3个阶段是前后相继、相互传递的，就是说一个阶段走完了，根据情况决定是否进入下一个阶段，而不能超越阶段跳跃式发展。

4.结语

目前，我国工程教育改革以前所未有的广度和深度令全世界关注。随着工程教育理念研究的深入和各高等院校“卓越工程师教育培养计划”试点专业工作的展开，我国正在实现从工程教育大国向工程教育强国的迈进。当然，如何培养合格的高等工程教育人才是长期的实践过程，因此我们仍需要不断完善高等工程教育人才培养的课程体系，以期能够对提高高等工程教育人才的创新实践能力、增强就业竞争力起到更大作用。