工程教育认证背景下“复杂工程问题”的毕业设计改革与实施

马桂军 李连志 李德海

摘要：文章在工程教育认证背景下，以土木工程专业（岩土与地下工程方向）畢业设计为例，围绕着毕业设计如何培养解决复杂工程问题能力这一关键问题，阐述了本专业毕业设计在选题、设计模式、设计内容上的改革与实施，探索并实施了解决复杂工程问题的毕业设计的有效做法。

关键词：工程教育专业认证;毕业设计;复杂工程问题;土木工程;改革与实施

毕业设计是高等工科院校完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节，土木工程专业毕业设计主要目的就是培养学生解决土木工程技术问题的能力。在工程教育认证背景下，土木工程专业人才培养方案中，关于解决复杂工程问题在毕业要求中被多次提到，目的就是要求学生对复杂工程问题能够依据科学原理，设计解决方案，并采用科学方法进行研究。可见针对复杂工程问题的特征，土木工程专业传统的毕业设计选题和模式已经不能满足毕业要求，在工程教育认证标准指导下，必须向创新模式发展，才能真正做到对学生解决复杂工程问题能力的培养。

一、在工程教育认证背景下对复杂工程问题的释义

基于《工程教育认证标准》（2017年11月修订）的指导说明和对毕业要求的解读，现已明确了复杂工程问题的要求和涵义。所谓“复杂工程问题”，就是难以用简单的原理和常用的方法直接能够完全解决，而必须运用深入的工程原理进行分析，学生在掌握基本知识的基础上学会综合应用的知识。在初步确定方案时，学生不能仅局限于专业工程技术因素，还需要综合考虑经济、安全、社会或环境等多方面因素影响，涉及的技术、工程和其他因素越多，复杂程度就越高。一个工程项目的建设和实施会遇到许多复杂的工程问题，学生需要将这些复杂的工程问题进行定义、提炼、分析、建模，需要在技术、权益等方面不一致的时候，充分把握好平衡和冲突。为了解决复杂工程问题，学生应具有创造性，对于标准和规范没有完全涵盖的问题，能够灵活应用已有的原理和阅读文献来解决。往往对于复杂工程问题，单独一个学科或专业是无法解决的，团队设计应面向跨专业，应有新思路和新方法，能够提出多个解决方案，并进行选择和决策。“复杂工程问题”不是工程问题本身，而是解决问题的能力，毕业设计就是培养和训练学生这项能力的重要教学环节。毕业设计就是加强对学生解决复杂工程问题能力和创新精神的培养。

二、土木工程专业毕业设计存在的问题

我校土木工程专业分为三个方向：道路与桥梁工程方向、房屋与建筑工程方向和岩土与地下工程方向。现有毕业设计的模式是根据学生的专业各自完成三个专业模块的毕业设计，做到一人一题。本次研究以土木工程专业（岩土与地下工程方向）毕业设计为调研对象，对该专业方向近三年的毕业设计进行调研，发现存在以下几方面问题：

（一）毕业设计选题比较单一，不具备复杂工程问题的特征

土木工程专业的毕业设计通常是由指导教师定题目，以公路隧道设计为例，毕业设计要求学生独立完成隧道的选址、线型方案、衬砌结构和施工方案等设计任务。毕业设计的内容比较全面，但是选题相对单一，不具备一个复杂工程问题的特征，设计内容没有超出规范标准，没有涉及多方面因素，更没有涉及到多个利益，不能真正达到培养学生解决复杂工程问题能力的培养。例如，由于实际钻探地质资料欠缺，公路隧道所处位置地质条件主要依据隧道选址处的《某某省地质誌》等资料进行查阅和推演，导致地质构造简单，围岩等级单一，另外隧道衬砌设计仅局限于特殊围岩分界截面，没有考虑更多如偏压、较多围岩等级分布等符合实际工程的内容，基本不具备复杂工程问题的特征。这导致学生在毕业设计中理论计算脱离实际工程，做不到培养解决复杂问题的能力的训练。

（二）毕业设计模式比较传统，不具备复杂工程问题的特征

土木工程专业的毕业设计中，以往的毕业设计都是沿用“一生一题、一师多导”的传统模式，设计内容和方法都是严格执行行业规范和工程设计原理，有一套完整的设计方法和单一的模式。例如：往年毕业设计的模式是指导教师给学生下发设计任务，学生根据任务书中的设计资料和地形图确定隧道位置的控制点，然后进行千篇一律的设计内容，这就导致学生完成的毕业设计大同小异。而公路隧道选址方案一定是遵从公路路线方案综合必选的结果，控制点的位置涉及到如环境、工程造价等因素，不是单一根据地形等技术工程因素来确定的。这样的毕业设计仅考虑工程技术因素，没有考虑其他非技术因素，模式单一，缺乏创造性，不具备复杂工程问题的特征。

（三）毕业设计内容局限于本专业，不具备复杂工程问题的特征

公路隧道毕业设计主要包括隧道线型设计、洞门设计、明洞设计、衬砌设计、支护设计、施工方案设计等主要内容，设计内容涵盖公路隧道工程主体结构。但是公路隧道是一项综合复杂的工程，它不仅涉及到地质、土木、防排水、工管等多个专业，而且还与机电、环境保护等是紧密联系的，公路隧道设计不仅涉及主体结构，包括通风、照明等附属设施设计内容也不容忽视，只有主体结构和附属设施完全结合起来才能保证整个公路隧道设计内容的完整。这种做法使毕业设计内容相对单一，设计内容仅局限在公路隧道工程的常规设计项目，对复杂工程问题中的各个因素没有进行综合考虑，不具备复杂工程问题的特征。

三、毕业设计针对复杂工程问题的改革与实施

（一）毕业设计选题的改革与实施

通过对复杂工程问题的理解，土木工程专业（岩土与地下工程方向）的毕业设计在选题方面进行了改革。首先，该专业的毕业设计选题分了三个方向：隧道设计方向、基坑设计方向和地铁车站设计方向。其次，指导教师结合实际工程对每个设计方向涉及到复杂工程问题在任务书中要进行说明。例如，毕业设计中的地质条件都是指导教师从各个地区实际工程中的实际地质勘察报告中收集的实际资料，并依据实际地形地质条件确定公路隧道洞门和明洞方案等。这些都需要学生能够综合考虑多方面因素，突破现有条框，在毕业设计中真正做到理论实际工程，经过深入分析才能解决复杂的工程方案问题，从而达到了专业认证的要求。

（二）毕业设计模式的改革与实施

通过对复杂工程问题的释义，土木工程专业（岩土与地下工程方向）的毕业设计在模式方面进行了改革。以某一地区实际公路工程需求出发，将路线、桥梁、隧道等土木工程专业三个方向结合起来进行团队式毕业设计，改变了单一的“一生一题、一师多导”毕业设计模式。设计团队由路、桥、隧三组学生组成，每组学生由专门的一名指导教师负责指导。设计团队通过该地区实际地形图的分析、方案对比选择确定设计方案，实施分工，相互沟通，互相协调，共同面对设计中复杂工程问题。团队设计不仅使学生能够熟悉相关专业的交叉内容，还能积极主动地协调处理设计过程中有分歧的技术问题，在交流过程中产生新思路和新方法，并针对复杂工程问题提出多个解决方案，之后再进行选择和决策，以达到专业认证的要求。

（三）毕业设计内容的改革与实施

通过对复杂工程问题的解读，土木工程专业（岩土与地下工程方向）的毕业设计在设计内容方面进行了改革。公路隧道设计和地铁车站设计的设计内容增加了照明设计、通风设计、环境评价等内容，设计内容涉及到其他專业多方面的技术、工程和非技术因素。设计项目规模大，设计问题多，复杂程度就高，仅依靠现有土木工程专业的知识不能完全解决。学生首先应该结合工程实践，依据专业基本工程原理，针对设计中的复杂工程问题初步确定设计方案，然后在查阅文献的基础上，分析初步确定的设计方案对社会效益、环境以及安全等非技术因素的影响。学生可以通过查阅文献开阔思路，学会运用知识、方法寻找新的突破点，解决毕业设计中的复杂工程问题，达到专业认证的要求。

四、结论

工程教育认证标准对毕业设计提出了高标准要求，为了培养学生解决复杂工程问题的能力，毕业设计在设计选题、设计模式和设计内容等方面都要进行改革，探索有效的实施办法，真正做到对学生解决复杂工程问题能力的培养和训练。在工程教育认证背景下，黑龙江工程学院土木工程专业在近几年的毕业设计实践中，多方位地进行了改革与建设，提升了土木工程专业毕业设计的整体水平，保证了毕业设计的质量达到毕业要求。

参考文献：

[1]中国工程教育专业认证协会秘书处.《工程教育认证工作指南》（2016年版） .

[2]林健.如何理解和解决复杂工程问题——基于《华盛顿协议》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016，（5）：17—26+38.

[3]董金波，李大勇，任思璟等.提高应用型本科毕业设计教学质量的思考[J].黑龙江教育（理论与实践），2015，（7—8）：1—2.

[4]佘艳华，曾磊，黄文雄等.培养土木工程专业学生解决复杂工程问题能力的毕业设计教学改革[J].教育现代化，2018，（43）.

[5]黄冬辉，宣卫红，刘志峰等.工程教育专业认证背景下毕业设计教学的探索与实践——以土木工程专业为例.教育教学论坛，2018，（12）.

编辑∕李梦迪