工程教育专业认证背景下材料成型及控制工程专业课程研究

徐志超，王 迪，黄 丹

(1.河南理工大学 材料与科学工程学院，河南 焦作 454003；2.河南理工大学 工商管理学院，河南 焦作 454003)

高等院校作为人才的重要培养场所，工程教育的质量至关重要。基于成果的教育(OBE)理念也逐渐被广大院校所采纳，如何理解认证标准，将地方、学校、专业特色与专业认证结合起来，发挥专业认证的定位和作用，将对我国工程教育专业教学改革起着重要的作用。

我国认证协会经历了漫长的探索、发现，形成了一个较为完善的标准和程序。以学生为中心，从培养目标、毕业要求等方面制定了认证的通用标准和专业补充标准。专业认证其核心思想是以培养目标和毕业要求为导向的合格性评价[1]。专业认证通用标准7个大项中，培养目标与毕业要求起的是高屋建瓴的作用，只有根据专业特点合理设置毕业要求以及培养目标，才能真正体现以学生为中心这一核心要素。对于专业认证，课程体系起着承上启下的作用，是培养学生能力的重要一环。

1 课程体系设计思路

根据上述关于课程体系与毕业要求、培养目标之间相互关系的阐释可以得出，课程及其组织形式即课程体系，在专业人才培养中占据着极其重要的地位。专业课程体系的设计应围绕人才培养这一关键进行构建，一方面需结合学校定位、专业特色、区域优势，广泛调研行业对人才的需求，另一方面要适应社会发展和学生个性化诉求，在工程专业认证标准要求下，构建专业课程体系，以保证课程设置能支持毕业要求达成[2]。

河南理工大学材料成型及控制专业的前身是焦作路矿学堂1921年创办的采矿冶金科，后历经矿冶系、金工教研室，于1999年设立材料成型及控制工程本科专业，下设铸造、锻压和焊接三个方向。

2 课程体系设置

在进行专业认证课程体系的设定时，通用标准已经做了明确的要求，如表1所示。

表1 课程体系设置

根据工程教育专业认证要求，本专业课程体系设置如下：

2.1 数学自然类课程

本专业课程体系设置上强调数学和自然科学基础的重要性，在课程体系设计上数学和自然科学作为工程基础课程的前续课程。在后续学科基础类课程中，理论力学、材料力学、流体力学、传热学等课程内容中都应用到高等数学知识；材料分析测试技术等课程内容中应用到计算方法和高等数学中微积分和级数等相关数学知识；理论力学、材料力学、电工与电子技术基础等课程内容中应用到物理方面的知识；充分体现了数学和自然科学在本专业的应用。上述“数学与自然科学类”的课程目标与课程内容与专业毕业要求相匹配。通过这些课程的学习，使学生能够运用“数学与自然科学类”课程的基本知识和理论，识别、判断和表述复杂材料成型及控制工程问题，具有对复杂材料成型及控制工程问题进行建模和分析的能力。本专业数学与自然科学类课程共计27学分，占总学分比例15.88%。

2.2 工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程

工程基础类能体现数学和自然科学在本专业应用能力培养。以材料科学基础为例，其主要内容包括材料的晶体结构、相图热力学、扩散、回复再结晶、位错理论、固态相变等与数学、物理和化学相关的知识。而材料成型及控制工程中所涉及的成型工艺对成型件的性能影响的控制原理、性能表征、工艺优化等均要用到材料科学知识。

专业基础类能体现数学和自然科学在本专业应用能力培养。以材料成型原理为例，其内容主要包括凝固技术及控制，如凝固结晶的物理学基础、液态金属的结构、凝固基本理论、铸件的凝固、偏析、气孔、凝固收缩，以及各类凝固缺陷的控制；焊接冶金学，如焊接材料的组成及作用、焊接化学冶金、焊接接头的组织和性能、焊接缺陷及控制；塑性成型原理，如张量基础、应力分析、应变分析、屈服准则与本构、主应力法及其应用，塑性成形过程控制等方面。该课程广泛应用到线性代数、微积分、概率论、化学等数学和自然科学知识，以及热力学、工程力学、流体力学、传热学等工程科学知识。以材料凝固成型工艺设计为例，其设计内容涉及到液态金属冷却过程中的凝固结晶及缺陷控制问题，会广泛应用到材料成型原理方面的知识。

专业类课程能体现系统设计和实现能力的培养。本专业最典型、最基本的系统工程问题就是机械毛坯件的成型及后处理工艺设计。从方案设计、计算到绘制图纸所需技术对应课程角度来看都需要应用材料力学、画法几何与工程制图、机械设计基础、机械制造技术基础、极限配合与测量技术基础、材料成型原理、材料成型工艺学(方向选修模块中的铸造工艺学/焊接冶金学-材料焊接性/锻造工艺学/冲压工艺学)等直接相关的课程。以轮毂铸件工艺设计为例，首先根据铸造工艺学、铸造合金及熔炼、铸造设备等专业类课程知识，运用所学的材料科学基础、物理化学、理论力学、材料力学、电工与电子技术等工程基础课知识以及机械设计基础、机械制造工艺学、材料成型原理等专业基础课，进行轮毂铸造工艺总体方案设计，包括铸件结构设计和铸造工装设计等。总体方案设计时必须考虑轮毂零件特性和工艺性，采用基础及专业课程的理论方确定设计方案、结构和性能参数及校核，以满足设计和性能要求。系统方案确定后，应用相关专业基础类和专业类课程的知识(如铸造工艺学、铸造合金及熔炼等)开展工艺设计和规程确定等，从而实现系统方案。总体而言，工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程学分占总学分的35.88%。

2.3 工程实践与毕业设计(论文)

工程实践类课程要紧紧抓住理论联系实践这一核心思想。在课程设计过程中，基于成果导向教育的反向设计原则，依据课程对应于毕业要求中达成的指标点的需求来配置课程实践环节，确保课程达到相应的培养目标。

基础实践环节使学生理解工程技术领域的基本知识、方法，了解机械工程领域的现状、前景，能够从实际工程角度看待实践中遇到的问题，并进行分析、求解。理解工程师的职业性质与责任，培养基本职业道德。

专业实践环节分为专业基础实践和专业综合实践。专业基础实践侧重通过基本工程训练、电工电子实训、工程综合实训、机械设计基础课程设计，以及各类工程基础和专业基础类课程实验。使学生了解一般工程的基本运行流程，掌握机械加工基本方法、电工电子技术、计算机等软硬件的基本功能的实现、设计、调试，基础材料性能测试与表征的试验技术，能运用基本的理论知识解决实践问题。专业综合实践使学生能够综合运用所学的机械专业知识解决工程问题，掌握与机械产品设计、制造、控制相关的内容及所涉及的专业技术。学校、院系加强同企业的合作，以学生为中心，充分发挥教师，企业一线工程师的优势，并将两者结合，老师到企业中去，一线工程师到课堂中来，将理论教学与实际工程案例相结合，将会有效强化实践教学的质量[3]。

综合实践侧重通过认识实习、生产实习、毕业实习、毕业设计、专业课程设计等综合性的课程，学生需将已有知识进行汇总、梳理。通过综合实践将进一步培养学生认识、了解企业实际运行过程，相关的技术趋势、法律法规政策。工程实践与毕业设计(论文)(41.25学分，含课内实验8.25学分)占总学分(170学分)的24.26%。

2.4 人文社会科学通识教育课程

人文社会科学类通识教育课程的中心思想是以提高思想道德素质为根本，以提高文化素质为基础，进而提高大学生的全面素质。大学体育的开设旨在通过参与足球、篮球等体育运动，培养顽强的意志品质，使学生掌握基本技术、技能、提升学生的身体素质，提高学生体质健康水平；通过团队练习，培养学生的团队意识，提升学生的团结协作能力。综上所述，通过通识选修类课程，使学生了解不同学科的一般性知识，提升学生的人文、科学、艺术修养，而开设的公共选修类课程可培养学生的综合素养，尤其是培养学生能在国际化和多元化的社会工作环境下生存的能力，提高协调各种矛盾的能力。但是当前面临的问题是人文类课程种类繁多，学生在选课的时候往往掌握不到重点，无法根据自己的需要进行选课。另一方面就是人文社科类课程主要关系到学生世界观、人生观、价值观的形成，关系到学生对文学、历史、哲学、艺术等人文社会科学方面的教育，如何设置能使学生在选课时包含这些是面临的一个重要问题。这里采取的方法是模块化课程，如图1所示。每门模块包含相应的课程，目标明确，从更大范围和层面上增强多学科专业的交叉融合。

图1 课程模块

通过人文社会科学类通识课的学习，学生对专业领域所涉及的经济、环境、法律和伦理等相关知识有了进一步理解。例如在毕业设计(论文)的实践教学环节，针对具体的材料成型及控制工程问题，在进行实验方案的设计或环保工艺设计过程中，均能对所提出的方案进行技术经济分析，是否违背了法律规定和环境伦理学的相关理念，通过这些制约因素的考虑，保证学生提出了合理可行的研究/设计方案。本专业的人文社会科学类通识教育课程共计42 学分，占总学分的24.71%。

3 课程体系持续改进

专业本科教学管理监控体系由校、院、专业三个层次组成，学校层面设有教学指导委员会、教学督导组、教务处等。学院层面设有学院教学指导分委员会，下设培养方案工作组、OBE工作组、校内外联络工作组、质量保障工作组等。每个管理机构有明确的分工，负责对课程体系进行监督，反馈与改进。根据本专业人才培养目标需求，依据工程教育专业认证标准，充分考虑社会发展对人才需求的变化，学科专业建设发展等情况，根据毕业要求达成情况及课程体系合理性评价结果，每4年进行一次整体修订，但每2年对课程体系可进行一次局部调整。如上级教育主管部门的行政要求或行业技术的重大发展需要。

评价过程主要依据毕业要求达成评价分析情况，采用调查问卷结合访谈的形式，吸收教师、在校生、毕业生、外校同行专家、用人单位、行业企业专家等对毕业生知识、能力和素质评价的建议，以及应届毕业生的反馈意见，对现行课程体系进行合理性评价并提出修订方案。合理性调查问卷由培养方案工作组设计，在设计过程中，由校内外联络工作组向教师、外校同行专家、在校学生、行业企业专家、毕业校友等发放调查问卷或组织上述人员代表参加的座谈会，收集并整理调查信息与数据，形成课程体系合理性评价调查报告，送培养方案工作组修订培养方案时使用。培养方案工作组根据培养方案的课程体系初稿的调查报告，修改完善，形成培养方案的课程体系建议稿，纳入培养方案建议稿，报送学院教学指导分委员审议，学院教学指导分委员会审议后，报学校教学指导委员会审议，学校教学指导委员会审议后，形成新版培养方案课程体系。2018年3月向毕业生发放调查问卷91份，收回69份，调查结果如表2所示。

表2 毕业生对课程体系的合理性评价

从毕业生返回的调查问卷情况来看，每项评价内容均有超过84%的学生认为较好，说明本专业毕业生对课程体系合理性评价较好。2018年3月向本专业25位教师发放调查问卷，收回25份，调查结果如表3所示。

表3 教师对课程体系的合理性评价

近年来，根据毕业生座谈，任课教师反映﹑用人单位反馈以及企业专家反馈等手段，在课程体系方面进行了一些修订。如增加三维CAD和有限元技术等课程，增加科技文献查询和检索等课程，所有课程体系的修订在充分听取企业和行业专家对课程体系的意见基础上，组织本专业全体教师进行讨论，经学院本科教学指导委员会讨论﹑审议形成定稿，并提交校教务处审批。

4 结语

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，对于各高校来说，是专业认证的顺利开展，将会有效地促进学校工程教育质量的提高，尤其是对于学生综合素质和解决复杂工程问题能力的培养和实践动手能力的提升具有重要意义。在工程教育专业认证背景下，对河南理工大学材料成型及控制工程专业课程体系建设的问题进行了探讨，在专业课程的分类、专业课程对毕业要求指标点的支撑等方面进行了有益的探讨。这不仅有利于建立符合工程教育专业认证要求的材料成型及控制工程专业课程体系建设，同时也有利于整个专业的进一步提升。随着时代的发展，各高校会根据自己的办学理念与办学特色不断进行人才培养模式的探索，对于教学理念，培养方式还需长期不懈地努力，持续不断地改进。