面向工程教育专业认证的 “学科竞赛”课程教学模式探究与实施

张争艳 戴士杰 张建辉

摘    要：工程教育专业认证注重学生解决复杂工程问题的培养，是高等教育内涵式发展的重要抓手。科技竞赛过程中，参与者将完成创意提出、科技作品制作、答辩等各个环节，个人的综合能力和综合技能将得到极大的锻炼和提高。“学科竞赛”课程是全员参与科技竞赛全周期的重要保障，使学生在课程整个过程中能够进行联系实际的工程作品创新，提高学生创新应用能力、工程系统实践能力、解决复杂工程问题能力以及动手实践能力。

关键词：工程教育专业认证;“学科竞赛”;复杂工程问题

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2021）07-0086-03

2012年，党的十八大提出，推动高等教育内涵式发

展;2017年，党的十九大明确要求，实现高等教育内涵式发展;2018年，中央文件确定，发展新工科、新医科、新农科、新文科。当前的中国高等教育已经迈开“掀起质量革命，建设质量中国”的步伐，从规模扩张走向内涵式发展，着力建设一流本科教育[1]。

一流的本科教育要求学生具备一流的能力：优秀的分析能力、实践能力、创造力、沟通能力、商业和管理知识、领导力、道德水准、专业素养、终身学习;一流的本科教育要求学生掌握一流的技能：社会技能、系统技能、解决复杂工程问题的技能、资源管理技能、技术技能等复合交叉技能[2-3]。

在解决复杂工程问题方面，邹光明构建了面向解决复杂工程问题的机械工程专业实践教学体系[4];席景科从工程背景支撑、技术方案设计、教师指导等几个方面阐述了如何设计实践教学案例，以此培养学生解决计算机科学与技术专业复杂工程问题的能力[5];李睿提出面向工程問题培养解决能力的教学模式[6];王章豹探讨了新工科人才解决复杂工程问题能力的方法[7];马桂军研究了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[8]。

大学生科技竞赛是为学生提供培养上述能力和技能的一个大舞台，充满荆棘、充满坎坷，但更多的是充满魔幻、充满想象力、充满各种惊喜和成功。科技竞赛包括创意提出、科技作品制作、答辩等各个环节，都是由学生自己亲自完成。在整个过程中，个人的综合能力和综合技能将得到极大的锻炼和提高，有利于人才“艺术品”的打磨。真正地参与学科竞赛势必会助力于“人人都是艺术品”的宣言。对大学生而言，科技竞赛总有“雪中送炭”的精神，有足够的能力助其“更上一层楼”，让其“百尺竿头更进一步”。

一、复杂工程问题

工程教育专业认证是高等教育内涵式发展的重要抓手[9]，强调以学生为中心，以产出、成果为导向，涵盖七点通用标准[10]：学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件。工程教育认证注重学生解决复杂工程问题的培养。何为复杂工程问题？复杂工程问题必须具备第（1）条特征，同时具备以下（2）-（7）的部分或者全部特征：（1）必须运用深入的工程原理，经过分析才能得到解决;（2）涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突;（3）需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性;（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决的;（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中;（6）问题相关各方利益不完全一致;（7）具有较高的综合性，包

含多个相互关联的子问题。

二、“学科竞赛”课程的组织和实施

科技竞赛是大学生综合能力和素质培养的重要抓手，几乎所有高校都组织、支持并鼓励大学生参加竞赛，然而基本上都是学生自愿组队自愿参加。按工程教育专业认证“全员达成”的理念，科技竞赛可以以课程的形式写入培养计划，让所有的大学生都参与其中，以下是课程基本情况。

（一）课程性质与任务

课程类型可以属于创新与专业拓展类，或相似课程类型。“学科竞赛”课是机械工程类专业的一门创新与专业拓展类课程，主要介绍本专业相关的各类学科竞赛，使学生了解各类竞赛的相关要求、参与方法、思路来源，鼓励学生组队参与各类学科竞赛，重点培养学生的动手能力、建模能力、团队协作能力、创新能力等，提高学生综合素质。

（二）课程教学目标

课程目标1：了解“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划大赛、全国大学生机械创新设计大赛、“创青春”全国大学生创业大赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、iCAN 国际创新创业大赛等学科竞赛的基本要求、参与方法及科技文本的撰写方法等。

课程目标2：掌握三维建模软件的使用，提高学生三维建模能力、团队协作能力、科技文本撰写能力，提升学生创新思维、创新意识和创新能力。

课程目标对毕业要求的支撑关系如下。

毕业要求1：设计、开发解决方案。毕业要求指标点：能够综合运用本专业工程基础知识、专业知识、创新方法与工具，对机械产品设计、零部件设计、传动与控制系统设计、机械制造与工艺设计中的复杂工程问题进行方案设计。

毕业要求5：使用现代工具。毕业要求指标点：能够运用现代工程软件，对机械设计、制造及其自动化系统中的工程问题进行建模及表达。能够熟练运用工程绘图软件，表达机械产品、零部件的设计问题。

毕业要求9：个人和团队。毕业要求指标点：理解团队合作的重要性，具有在不同的位置上各尽所能、与其他成员协调合作的团队精神和能力，能够在团队合作中进行分工与协作，正确处理个人与团队的关系。

毕业要求10：沟通。毕业要求指标点： 能够规范地撰写技术报告和设计文稿，表达机械产品设计、制造过程及其自动化系统复杂工程问题的解决方案、过程和结果。

本课程目标1支撑毕业要求1和10，课程目标2支撑毕业要求1、5和9。

（三）组织和实施模式

本课程的实施可以在培养计划中列出，鉴于总学分的限制，每个班级可以设置16学时（1学分）的授课安排。由于此门课程需要任课教师投入较多的课余时间，原则上，上课时间不宜固定，可以由教师自己决定。

本课程具体的组织和实施流程图如图1所示。

个人战斗：以“挑战杯”比赛、创新创业比赛、机械创新大赛等为载体，鼓励学生自由选题，并利用开学前的暑假完成创意作品的提出、设计、建模和仿真，开学后提交个人科技报告。

团队合作：开学后，任课教师以报告的形式集中进行学科竞赛的介绍，并进行组队。组队的模式分三种较宜：自己认为个人创意作品好的学生鼓励其自己组队;也可以自由组队，之后团队介绍自己的创意作品，由团队成员投票决定采用谁的创意作品;非自己组队或者自由组合的学生由教师或者班长协助进行分组，之后团队介绍自己的创意作品，由团队成员投票决定采用谁的创意作品。组队完成并选出队员接受的个人创意作品作为团队最终的创意作品，团队组建后再次共同讨论出的新作品亦可以作为最终的团队创意作品。之后，所有团队成员共同完成团队创意作品的详细设计、建模与仿真等，并提交一份团队科技报告。

升华：所有团队就其作品汇报不超过5 min，教师邀请其他教师作为评委并联合学生投票对所有团队创意作品进行筛选，选出较为优秀的创意作品，进行专利申报和科技作品样机制作，并参加相关的学科竞赛。

设计意图：根据工程教育专业认证基于OBE

（Outcomes-based Education）的理念（以产出为导向），并以学生为中心，全员达成。

经费支持和保障：学院依托竞赛，提供相应的经费支持。

（四）复杂工程问题与教学环节对应关系

工科专业本科层次的人才培养要定位在解决复杂工程问题上，本课程中的教学环节（作品设计）可以滿足复杂工程问题的特征如下：

特征1：必须运用深入的工程原理，经过分析才能得到解决。

特征3：需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模中体现创造性。

特征7：具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

（五）考核评价方法及要求

工程教育专业认证七大通用标准之一即毕业要求涵盖12项基本要求：工程知识、问题分析、设计开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人与团队、沟通、项目管理、终身学习。

本课程为更好地支撑工程教育专业认证中的毕业要求，建议考核评价及要求如下所示。

1.个人报告（对应课程目标1、2），建议分值30分，考核、评价细则建议：作品创新性（20分）、报告规范性（10分）。

2.团队报告（对应课程目标1、2），建议分值70分，考核、评价细则建议：作品新颖性、完整性、功能性（共50分），报告规范性（10分），小组组员评分（10分）;

3.附加分（对应课程目标2），建议分值20分，考核、评价细则建议为以下几点。

①申请发明专利：10分;

②申请实用新型专利：5分;

③作品获国家级奖励：一等奖10分、依次按低一级别减2分;

④作品获省部级奖励：最高等级8分，依次按低一级别减2分;

⑤作品获校级奖励：最高等级5分，依次按低一级别减2分;

⑥获批大学生创新项目：国家级10分，省级6分，校级3分。

附加分说明如下。

③④⑤按最高级别给附加分;个人报告分、团队报告分、附加分总和超过100分时，记100分。

三、实施效果

本课程结束时，参与学生提出并完善了311件个人作品、50件团队作品，申报4件发明专利，参与2020年河北省大学生机械创新设计大赛暨第九届全国大学生机械创新设计大赛，获得近10个省级奖项，其中，特等奖2项，推荐参加国赛。据不完全统计，依托课程作品参加其他各类比赛获各类奖项20余项。

学科竞赛课程是全员参与科技竞赛全周期的重要保障，它融创新能力与工程系统实践能力培养为一体，以学生的创新实践成果为导向，引导学生综合利用所学专业知识和方法，从工程系统的角度，自主进行工程作品的创意、创新设计、自己动手加工零件、装配和调试运行，达到工程作品的创意构思的实现，使学生在实践教学整个过程中能够进行联系实际的工程作品创新，提高学生创新应用能力、工程系统实践能力、解决复杂工程系统问题能力以及动手实践能力。

参考文献：

[1]吴岩.高等教育公共治理与“五位一体”评估制度创新[J].中国高教研究，2014（12）：14-18.

[2]郑红伟，王伟，王明川，等.植入复杂工程问题的工程训练实践课程体系探索[J].实验技术与管理，2019，36（4）：228-232.

[3]李丹，吴玉秀，刘升.以学科竞赛为载体促进测控专业人才培养的探索[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2020，37（3）：67-68.

[4]邹光明，刘源泂，肖涵，等.面向解决复杂工程问题的机械工程专业实践教学体系[J].实验室研究与探索，2020，39（9）：221-226.

[5]席景科，王志晓，卞建玲，等.面向解决复杂工程问题能力培养的实践教学案例设计与实施[J].大学教育，2020（4）：

56-58.

[6]李睿，曹荣敏，于镝.培养解决复杂工程问题能力的新工科实践教学研究[J].教育教学论坛，2020，13（3）：84-85.

[7]王章豹，张宝.培养新工科人才解决复杂工程问题能力的探讨[J].高教发展与评估，2019，35（6）：74-85.

[8]马桂军，李连志，李德海.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[J].黑龙江教育（理论与实践），2020，1332（10）：10-11.

[9]中国工程教育专业认证协会.工程教育认证标准（2017年11月修订）[J].电气电子教学学报，2019，41（1）：1-4.

[10]高铁红，张争艳，孙立新，等.面向工程教育认证的机械专业综合实践教学新模式[J].高教学刊，2016（20）：170-171.

■ 编辑∕丁俊玲