工程教育模式下焊接专业本科生创新能力的培养实践探索

赵宏龙，秦庆东，李 娟，刘 伟

(贵州理工学院材料与冶金工程学院；贵州 贵阳 550003)

0 引言

在我国的高等教育中，工程教育占比50%以上。《中国工程教育质量报告》报告显示，截至2013年，我国普通高校工科毕业生数量达到2 876 668人，本科工科在校生数达到4 953 334人，本科工科专业布点数达到15 733个，总规模已位居世界第一[1-2]。中国工程教育在为中国乃至世界工业发展提供人才和智力方面起到了举足轻重的作用。

“十二五”期间是中国从工程教育大国向工程教育强国的转折时期，中国工程教育在总量发展、理念引领内涵发展和政策创新上取得了显著的成绩，但是，中国工程教育仍存有一定的问题，改善目前工程教育的模式，完善工程教育中存在的不足，是当前高等教育亟待需要解决的问题[3]。为了推进高等工程教育的改革与创新，提高工程教育的质量，2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，共同探讨了新工科的内涵特征、新工科建设和发展的路径，形成了“复旦共识”，提出了新工科的概念[1，4]。

在应对新一轮的科技革命与产业革命中，新工科的提出对于我国高等工程教育具有战略意义，与传统工科相比，新工科的培养模式更加注重学科的实用性、交叉性和综合性。在新的理念下，所培养的人才具备更强的工程实践能力、创新能力和国际竞争能力。其中，创新能力的培养是新工科建设中最重要环节，也是现代教育改革的趋势和高校发展的方向[5]。创新是我们这个时代国家和地区的核心竞争力，中国共产党的十六大报告亦指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力”[6-7]。高等教育不仅是知识创新、传播和应用的重要途径，也是培养创新精神和创新型人才的摇篮。教育部副部长赵沁平曾表示，在建设创新型国家过程中，高等学校应该发挥，也必须发挥重要的作用，可以提供全面的人才支持[8]。因此，面对《中国制造2025》和“一带一路”倡议要求，对我国高等教育和高等学校如何培养、训练大学生的创新能力方面提出了新的要求。

1 工科教育创新教育的现状与创新

不论是传统的教育培养模式还是目前所存在的工程认证模式下培养方式，创新能力的不足主要表现在：

(1)自信心缺乏，创新意识淡薄，不善于在实践过程中充分利用和积极创造有利条件。

(2)不能把握本学科前沿的最新研究动态，创新知识基础比较薄弱。

(3)专业知识教育和创新能力培养衔接不紧密，缺少实践锻炼。

(4)创新思维缺乏。

(5)创新性的成果贫乏，没有掌握必备的创新技能。

由此可知，大学生创新能力的培养已刻不容缓，高等教育需要急切关注其创新能力的开发与培养。“时代呼唤创新人才的培养，创新人才的培养呼唤创新教育”，在现代化国家建设过程中，通过高等工程教育来培养大学生创新能力，不仅是提升大学生实践能力和促进大学生全面发展的要求，也是实现我国现代化人才培养的需要[9]。同时，将创新教育的重点立足于创新精神和创新能力的培养，不仅在迎接知识经济挑战、促进经济快速发展和提高综合国力方面有战略性意义，也是解决高等教育长期以来不重视创新精神和创新能力培养而采取的必然举措。

创新指以现有的思维模式为基础，提出不同于常规或常人思路的见解为导向，利用已经存在的知识和物质，在特定的环境中，本着为满足社会需求或理想化需要，而改进或创造新的事物、元素、路径、方法、环境，并能够获得一定有益效果的行为。

从哲学角度来说，创新是人的实践行为，是人类对于发现的再创造，是对于物质世界的矛盾再创造。对于发现的否定性再创造是人类产生及发展的基本点。实践才是创新的根本所在，创新的无限性在于物质世界的无限性。

从社会学的角度而言，创新是指人们为了发展需要，运用已知的信息和条件，突破常规，发现或产生某种新颖、独特的有价值的新事物、新思想的活动。突破是创新的本质，即突破旧的思维定势和常规戒律。“新”是创新活动的核心，它可以是产品的结构、性能和外部特征的变革，也可以是造型设计、内容的表现形式和手段的创造，或者是内容的丰富和完善[10-11]。

可见，创新能力的培养就要因地制宜，根据具体的情况制定相应的创新训练课程和创新过程。焊接专业与其他工科专业类似，基本上存在着相同的弊端，在创新能力培养上也比较缺乏。进行新型的CDIO-OBE工程培养模式，实现工程教育培养过程中创新能力的提高尤为必要。CDIO高等工程教育模式是以“构思—设计—实施—运作”全过程为载体来培养学生的工程能力，而提高学生的构思、设计、实现和运作等方面的综合能力作为CDIO-OBE人才培养模式的总体目标[12-13]。在此，以CDIO-OBE培养模式为基础，以提高工程素质和工程素养为导向，以增强学生的创新能力为目标，探索在CDIO-OBE工程教育模式下，焊接专业学生创新能力提高的新途径。

2 创新实践的基本概况

为了推进工程教育改革，提高焊接专业本科生的创新能力，项目团队成员已经进行了CDIO-OBE培养模式下学生创新能力的培养相关的探索工作。

2015年3月，团队从本校焊接专业选取了2名同学作为创新能力提高的培养对象。首先，根据CDIO-OBE理念，以具体的科学研究课题为载体，预先设定所要获得的结果(新型复合材料的焊接工艺及技术)，根据预设结果，指导学生以最初的材料设计为开端，通过学生自己动手合成新材料，然后分析材料的结构特点、力学性能、成分特点等。根据材料的内部结构及相组成，设定焊接工艺，并对不同的焊接工艺进行对比，以获得最佳的焊接方式。焊接之后进行焊接的综合分析，包括焊缝组织分析、力学性能测试以及无损探伤等。

同时，为了提高学生积极性和参与热情，激励学生的创新潜力，解决学生的后顾之忧，为每人每月提供适量的劳务补贴。需要说明的是，当时学生的专业基础知识几乎为零，因此，在这方面，涉及到专业需要专业基础知识的地方，首先通过简单讲解，使他们能够简单了解或简单记忆，然后初步查阅相关书籍，对此知识进一步加深，同时要求他们做好标记，将来学习相关专业课时可以系统地学习和了解。这种方法的优点在于对理论知识通过实践先有一个感性认知，使学习者清楚理论知识会应用于何处，在后续的理论学习中，学习者才会有的放矢，对理论学习或者对知识的了解更加深入。反之，同先学习理论，再实践相比，必然理论学习时会感觉枯燥、无味，导致学习效果差，对知识点理解不深，从而使整体效果较差。

通过这种方式，使学生在实践过程中深刻认识何谓创新，如何创新，创新需要哪些要素等，同时使学生全面掌握了从文献查阅、材料设计到焊接工艺设计，从材料组织分析到焊接性能综合检测分析的培养与训练，从而到达OBE的培养要求。

3 创新训练的实施过程

本研究基于CDIO和OBE工程教育培养模式，按照高等教育理论与实践结合的基本教学要求，以工程能力培养为导向，以创新能力的提高为基本要务，具体达到了如下研究目标。

3.1 创新能力培养与训练平台建设的探讨

以焊接专业为主，以现有实验室为基础，以校外生产实习基地为辅助，研究创新能力培养过程中平台的布局、构成以及调配的合理性，使平台更适合应用于创新能力的培养和提高，最终，构建实施齐全，搭建合理的焊接专业CDIO-OBE教育模式下创新能力培养平台。

3.2 创新能力培养方案及相关课程体系建设的研究

构建创新能力培养课程体系，研究理论课、实践课以及以具体科研项目为载体的创新能力实训锻炼在创新能力培养过程中的作用。根据课程体系特征，研究适应性强、覆盖面广，具有充分可行性的创新能力培养方案。

3.3 大学生创新能力培养过程中教师队伍建设研究

研究创新能力培养平台建设、课程体系建设以及培养方案形成过程中与之相匹配的教师队伍的建设方案，切实提高教师育人能力、创新培养能力以及实践能力，最终形成一支与创新培养方案相配合的教师队伍。

3.3.1 创新能力培养平台建设的实施

平台建设方面，在现有实验室的基础上，通过实验室建设，补充焊接专业所必备的制样、检测及焊接设备；完善材料合成与制备设备，并充分与校外实习基地相结合，争取校内完成基础创新的培训，校外实现工程能力的提高。同时，实验室建设紧扣产业的发展需求，增加实验室的开放性，强调学生在实验教学中的自主性，提高实验室教师的专业水平。

3.3.2 创新能力培养方案及相关课程体系建设的实施

在培养方面，选取少部分学生作为试点，根据学生的创新能力培养情况，不断地调整课程体系，以达到一个最佳效果，根据课程体系制定培养方案。本实施方案同现在的大学教育模式相比，主要采取“倒叙”的培养模式，分成以下六个阶段：

(1) 立题或者选题阶段。选定一定的具有创新性的科研课题，或以具体的科研项目为依托，让学生直接进入角色，在整个过程中扮演主要角色。

(2) 实施阶段。通过教师与学生一起设计实验方案，其中存在的主要问题是学生的专业知识储备可能不足，此时反向去学习，或者根据知识需求“被动”学习，通过查阅相关的资料或者书籍，补充相关知识，使知识学习后立即能用到实践中来。

(3)实践阶段。根据选定的课题，让学生去操作设备、制备样品、合成材料、观察组织、分析材料，最后设定合理的焊接工艺，连接材料。这个阶段和第二个阶段互相重叠，即查阅资料与学习过程贯穿始终，在实施过程中发现问题与解决问题并存，培养学生独立思考的能力。

(4)总结阶段。通过一个流程下来，使学生明白在专业范围内如何创新，如何实现创新，同时总结焊接专业方面的核心内容与核心知识点。

(5)自主创新阶段。由学生自行完成第一至第四阶段整个过程，实现一次自主的创新。

(6)提高阶段。通过创新能力的培养，使学生在专业方面知识有一定的了解，在后续专业课学习的过程中，可以对相对应的专业知识有着更为深刻的认识。

3.3.3 大学生创新能力培养过程中教师队伍建设的实施

根据实施的不同阶段，有专门的教师负责指导，做到分工明确，专业性明显，通过这种方式，构建一支专业性强的创新能力培养团队。

4 创新训练的结果

通过一个周期的创新训练，培养对象基本上掌握了简单创新的基本过程，能够独立进行相关的科研选题、项目的开展以及后续的总结和论文撰写工作。本次创新训练基本上达到了预期的目标。

5 结语

在工程教育模式下，创新能力的培养显得尤为重要。在此，以CDIO-OBE培养模式为基础，以提高工程素质和工程素养为导向，以增强学生的创新能力为目标，探索了CDIO-OBE工程教育模式下，焊接专业学生创新能力提高的新途径。通过对焊接专业创新能力的实践与探索，使学生的创新能力和工程素养明显增强，学生的工业工程能力显著提高，让学生能够找到展示自我的舞台，使企业能够找到对口的人才，达到学校、企业、生产多方共赢的结果。