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《黑龙江教育(高教研究与评估)》杂志

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卓越工程师背景下材料类专业课程教学改革的探索与实践
发布时间:2022-10-01        浏览次数:110        返回列表

汤玉斐,赵 康,白力静

(西安理工大学,陕西 西安 710048)

摘 要:如何使得卓越工程师获得较强的工程实践与创新能力,是“卓越工程师教育培养计划”实施的重要目标,而专业课教学改革则是实现该目标的基础。文章以西安理工大学材料科学与工程专业卓越工程师教育培养为试点,对专业课教学改革进行了探索与实践,分析了材料科学与工程专业课教学现状和问题,并提出了“贯穿工程实例、强化主干结构、理论素质并重、注重创新实践”的专业课程教学模式,旨在探索出卓有成效的材料工程师培养途径。

关键词:卓越工程师;材料科学与工程;教学改革

中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2015)07-0052-03

收稿日期:2014-11-27

作者简介:汤玉斐(1982—),男,陕西西安人,西安理工大学材料科学与工程系副主任,副教授,博士,主要从事材料学和高等教育管理研究。

基金项目:2014年国家级专业综合改革试点项目“材料科学与工程”;西安理工大学教育教学改革研究项目“新能源材料与应用试题库建设”(xqj1301)

卓越工程师教育培养计划是贯彻落实《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)》的重大改革项目,也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措[1]。西安理工大学是一所以工为主的西部地方高校,是首批进入教育部卓越计划的高校之一,2010年来对卓越工程师教育培养计划的专业(材料科学与工程、自动化、机械设计制造及其自动化、水利水电工程、印刷工程)进行了系统的探索和实践,取得了一些经验。材料科学与工程专业为国家级特色专业、陕西省名牌专业和重点学科、原机械工业部重点学科,具有悠久的办学历史和优良的教学传统,结合学校办学定位和本专业“重工程实践,重应用培养”的传统特色,致力于培养面向基层、基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、具有创新精神的工程应用型专业人才,服务西北地区经济的需求,辐射全国新材料、装备制造等行业的发展。本文以西安理工大学材料卓越工程师的培养为试点,针对如何获得较强的工程实践与创新能力,在材料类专业课程教学改革方面进行了积极探索与实践。

一、材料类专业课程教学现状

(一)重理论轻实践的教学理念

在我国传统教育理念下,应试教育的风气仍然浓厚[2],特别是在专业课学习过程中,使得学生的全部精力都倾注于课程考试或者撰写实践报告,以取得学历作为接受高等教育的目标,这些都阻碍了学生获取知识的主动性以及创新实践能力的培养。同时,专业课任课教师在高校现有人才培养的价值追求以及考核聘任标准的驱动下,过于强调学生对知识点的记忆,忽略了对其工程实践技能和创新意识的训练。

(二)与实际生产脱节的教学内容

专业课课堂教学的知识点与实际生产要求脱节,部分知识点严重落后,同时教学过程中过于注重学生对知识点的理解程度,而不是具体的应用和实践,实验课又大多为验证性实验,缺乏针对工程问题的综合性、设计性和创新性内容,随后的实习阶段学生在企业的时间较短,感性参观多于动手实践。此外,毕业设计内容陈旧或来自于基础研究课题,导致材料工程师培养易于成为“材料研究生”培养。

(三)单一的教学方法与考核方式

目前专业课基本是在教室通过黑板或多媒体课件进行知识灌输,缺乏与实际生产的联系,教学过程中列举的实例也不能贯穿整个课程体系,使得多门专业课程独自为战不能有机结合,课程的考核常采用期末一次性试卷考试,使得与生产密切相关的专业课最终沦为基础理论课,无法发挥培养学生工程实践能力的作用。而且,试卷多以填空、判断、问答、计算等为主[3],很少涉及应用系统知识来解决实际问题,所以只能考查到知识点的记忆和特定假设条件下知识的熟悉度,这都与卓越材料工程师的要求相差甚远。

(四)缺乏个性化的人才培养模式

由于教育产业化的作用,导致人才培养模式单一,在教学大纲和课程安排的限制下缺乏弹性,难以出现杰出的创新型人才[4],虽然高校通过多种竞赛激发学生的创新意识和团队精神,但是纯校园式的科技活动容易使得学生将比赛成绩化,过分追求奖项而忽略了竞赛过程中创新实践能力的锻炼。

二、开展“贯穿工程实例、强化主干结构”的课堂教学改革

随着科学技术迅猛发展以及对工程人才素质的高要求,静态的课堂教学无法直接满足企业对于材料工程师的要求,我们针对“卓越工程师教育培养计划”的要求,对学生加强工程实践教育,工程意识培养,提高工程实践能力和知识的综合应用能力,引入最先进的专业技术,积累工程实践经验,是卓越工程师班教学改革中最核心的部分。

(一)强化主干课程,更新教学内容

基于上述指导思想,通过走访与材料专业相关企业的专家、校友、教师和部分在校学生,邀请企业专家、校友、教师座谈等形式,对材料卓越班的课程体系和教学计划进行修订。具体方案为:首先,强化材料科学的主干课程,特别强化实践环节,大幅度提高专业课程的实践学时比例。新课程体系直面工程,在强化理论教学环节的基础上,针对工程教育的特点,提高专业知识点讲授学时与工程实验实践学时的比例。其次,新课程体系对现有课程进行了有机的融合和精简,避免了知识点的重复讲授和关联知识间的孤立讲授,特别整合和削减部分选修课,以适应学生自主学习及适应新材料发展的趋势。同时,教学内容大量增加相关专业技术进展,更新或重构相关知识点以适应快速的技术发展。

(二)实施典型工程产品驱动式课堂教学模式

卓越材料工程师班进入专业课学习后,采用小班教学、单独授课的模式,实行理论与实践或实验相结合,开展典型工程产品驱动式课堂教学模式。在教学过程中,虽然要系统学习材料科学与工程的基本理论、基本方法及相关的基本实验技能,了解材料科学与工程与技术的发展趋势,但是具体以工程实例为对象进行讲授,工程实例贯穿在整个教学过程中。例如,在金属材料的相关专业课中,以典型的轴承、齿轮、钢件等产品为实例,从各零件的选材、金属的熔炼、成型、设计加工、热处理、性能测试和表面处理等六大部分贯穿了第3学年14门专业课程(图1所示),任课教师通过教学法研究或集体讨论备课将产品涉及的知识按照制备工艺主线有机结合,通过产品的制造过程驱动学生去掌握相关的专业知识,特别注重启发学生发现问题,提高解决问题的能力。该模式还强调讲课与实践同步,将课堂教学的知识点同步在实验课进行验证,然后在第4学年前往本专业的实践基地西北轴承股份有限公司进行企业实践,在实际车间对该典型产品应用相关专业知识进行生产,掌握分析和解决工程问题的工具和手段,达到生产实践以及专业创新能力的培养。

(三)采用注重实践能力的考核方式

考核是教学的重要部分,通过考核可以判定学生对所学知识的掌握程度,达到反馈教学效果并对教学过程进行调控的目的[5]。目前有关考核方式的改革呈多元化趋势,其方法包括课程作业、课堂表现、课程报告等多目标综合评定,形式又大都以开卷、闭卷、多试卷交叉等,来满足差异化专业课程的要求。本专业在此基础上,重视对学生能力的考核,推行全程化的评价方法。首先,在课堂教学过程中在实践性较强的章节采用小工程案例设计、产品制造工艺设计等方式,学生组队分工完成设计并进行答辩考核,该部分占总成绩的40%—60%。例如在“材料科学基础”的教学过程中,在金属的结晶、铁碳合金相图、金属的塑性变形等章节设计3次工艺设计,要求卓越班学生每5人为一组分工合作完成设计报告,并随堂进行答辩,成绩占总评的45%。此外,降低了期末试卷考试的比重,同时结合行业的要求,以工程实例的方式命题,取消选择、填空、名词解释等记忆类题型,增加判断、计算、论述以及产品设计等,使得考核重点以培养学生团队合作能力、解决实际工程问题能力为主,让考试更好地服务于卓越工程师工程实践能力的培养。

(四)创新实践型教师队伍建设

创新实践型教师队伍的建设是卓越材料工程师培养质量的关键,近年来专业教研室聘请了6名企业高级技术人员作为卓越工程师班的兼职教师,协助完成日常教学、讲座以及实践环节,同时还要求具有博士学位的青年教师必须前往大型国企、工程训练中心、实验中心等锻炼3—6个月,以提高工程实践能力。例如,新进教师在培养环节必须前往东方电气集团、吴江工业园企业等进行工程实践锻炼,这些举措使得卓越班专业教师队伍日趋合理,为培养高质量卓越材料工程师奠定了基础。

三、构建创新意识及工程能力培养的实践平台

材料科学与工程专业卓越工程师实践体系构建时强调理论与素质并重,突出实践能力的培养,在原有实践环节的基础上,针对如何提高学生发现问题、解决问题的能力,从实践时间、实践内容、实践方式上进行改革,特别强调学生在真实的企业环境中进行理论与实际的结合训练,同时注重团队合作解决问题模式的培养。与此同时,培养过程中还穿插进行专业课实验教学、开放性课题实验以及大学生科技活动等创新能力培养环节。

卓越材料工程师实践教学体系如图2所示,其中第1阶段在材料卓越班学生入校后即进行专业认识教育,主要安排参观材料科学与工程实验教学示范中心和分析测试中心,初步了解专业内涵,培养专业兴趣,树立卓越工程师的目标;第2阶段首先在西安理工大学国家级工程训练中心进行基础工程训练,培养基本的车、铣、刨、锻、磨各类材料工程师的基本功。随后进入2+4+16+18模式的企业实践环节,强调与企业的联合培养,其中2周的认识实习与大型国企(金堆城集团、西安远东公司、西安西电集团、陕鼓集团、西安航空发动机公司等)合作建立训练基地,以短期实习等方式与目前材料工程的发展紧密结合,实现工程实践教育的目的;4周的生产实习在西北轴承股份有限公司建立了实践训练基地,学生进行顶岗实习,直接参与产品的生产等环节,指导教师引导学生发现问题、提出解决方案,连通企业技术人员一起解决实际问题,从而积累工程实践经验;16周的校企联合培养实践时,与大型国企构建完善的工程实践平台,结合专业课的学习,每人配备1名企业导师,使卓越班学生能够借助该平台,在机械设计、热处理、表面强化、粉末冶金、分析检测等方面全面训练,培养与提升创新意识和工程问题解决能力;最后18周的本科毕业设计在前面实践的基础上,选取企业目前面临的工程问题深入研究并提出解决方案。

(一)创新企业参与的实践教学体系

为推进卓越计划,本专业在构建、改革培养计划、课程体系、培养方案、教学大纲及内容方面均有企业专家的深度参与,包括长春一汽集团、二汽集团、东方电气、济南二机床集团,西北轴承股份集团、陕鼓集团、西安福莱特热处理公司等,同时,企业每年会派遣2—3名经验丰富的工程师来校为卓越班学生教学,内容涉及与企业密切相关的专业知识,此外,第4学年实践环节中企业会为每名卓越班学生配备1位企业导师,类似于师徒的传帮带模式,形成高校和行业企业联合培养人才的新机制。

(二)开展以创新意识为导向的科技活动

鼓励卓越工程师班学生积极参加各类课外学术竞赛活动,通过竞赛项目的启发式专业教学,提高解决工程或实际问题的能力。每年教研室积极帮助学生联系指导教师制定参赛课题,动员专业课教师开放专业实验室,指导学生参加各类科技竞赛,着重培养创新意识和团队合作能力,取得了较好的效果。仅2011级卓越材料工程师班29人中就有3人获得国家大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖,5人入选国家大学生创新创业训练计划,5人入选陕西省大学生创新创业训练计划,7人获得省级挑战杯科技竞赛一等奖,70人次获得各类课外学术活动及其他奖励。

(三)开放专业实验室,引导自主实践创新

增加材料卓越班学生参与科研实践锻炼的机会,为学生资助开展和积极参与创新实践提供条件。材料系积极与学院协调采取措施,加大公共及专业实验室向卓越班本科生开放的力度,鼓励教师吸纳卓越班学生参与科研项目、解决企业难题等,引导学生在科研实践中加强动手能力、团队意识、创新精神和创新能力的培养。特别是先进陶瓷材料实验室开放了陶瓷材料成型创新综合实验,方案具体为:学生根据个人兴趣组合成小组,自行设计一些常见陶瓷材料并能制备出样品,即提出使用材料的性能要求,设计配方,进行基本的样品制造(粉体混料、成型、加工和烧结等),最后做出一个样品(产品),实验室给学生提供了“学中做,做中研,研中创”的基本条件和环境。目前,通过该实验卓越班学生已有9人申请了中国专利,4人在国家级学术期刊上发表学术论文。

西安理工大学材料科学与工程专业卓越工程师培养计划在实施完全学分制以及校企联合培养模式的基础上,积极开展专业课课堂教学改革与实践教学体系创新,以典型工程产品或实例贯穿整个专业课教学体系,突出工程性、设计性、创新性的教学思路。不仅可以为实现高素质创新应用型卓越材料工程师的培养目标提供实践经验,提高工程人才的培养质量,还可以为其他工科专业卓越工程师专业课教学提供参考。

参考文献:

[1]阳勇福,林海燕,王晓峰等.无机非金属材料工程专业卓越工程师培养体系的构建[J].中国教育技术装备,2014,(8).

[2]李永斌,张同心.大学考试方式改革与探索[J].中国电力教育,2011,(32).

[3]薛铜龙,王小林,巩琦.基于卓越工程师培养的“机械设计”课程教学改革[J].中国大学教学,2013,(3).

[4]鲁莎.论高等教育产业化、市场化之弊端[J].海南师范大学学报:社会科学版,2008,(6).

[5]褚超美,陈家琪.工程类专业课教学改革探讨[J].上海理工大学学报:社会科学版,2004,(2).