朱孫科 李 軍

重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院 重慶 400074

卓越工程師培養(yǎng)專題

基于機(jī)械類卓越工程師人才培養(yǎng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程改革與創(chuàng)新

朱孫科 李 軍

重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院 重慶 400074

根據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃要求，針對(duì)我?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程體系中存在的問題，以卓越工程師人才培養(yǎng)為目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考評(píng)方式等教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，進(jìn)行了課程內(nèi)容體系構(gòu)建、科研與科技活動(dòng)反哺教學(xué)、創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)等方面的課程改革實(shí)踐。教學(xué)實(shí)施結(jié)果表明，學(xué)生在掌握理論知識(shí)基礎(chǔ)上，獲得了創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的提升，是有益的改革嘗試。

卓越工程師；課程改革；創(chuàng)新能力；工程實(shí)踐

為培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，教育部實(shí)施了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”[1]，該計(jì)劃是針對(duì)我國高等工程教育啟動(dòng)的一項(xiàng)重大教育改革計(jì)劃，是教育部貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》精神的舉措[2,3]。全國各高校積極響應(yīng)這一改革舉措，開展了一系列卓有成效的工作[4,5]。重慶交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)采用“3+1”校企聯(lián)合模式，以面向“工業(yè)界”具有行業(yè)領(lǐng)軍、國際認(rèn)可的高端創(chuàng)新性工程技術(shù)人才為培養(yǎng)目標(biāo)，以工程機(jī)械人才社會(huì)需求和學(xué)生事業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，培養(yǎng)卓越工程師后備人才。作為我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)國家卓越工程師計(jì)劃的專業(yè)核心課，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法緊密圍繞我國工程機(jī)械行業(yè)，充分利用我校在道路工程機(jī)械、交通機(jī)械裝備、軌道交通車輛等方面的工程機(jī)械研究成果，以“理論聯(lián)系實(shí)際”為手段，以培養(yǎng)面向企業(yè)需求的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程為目標(biāo)。然而，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是一門實(shí)踐性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課程，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考評(píng)方式等在內(nèi)的現(xiàn)行培養(yǎng)模式，已難以適應(yīng)本專業(yè)卓越工程人才培養(yǎng)要求。因此，要實(shí)現(xiàn)本科卓越工程師人才培養(yǎng)目標(biāo)，提升機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，實(shí)施課程改革勢在必行。

1 課程教學(xué)中存在的問題

對(duì)比國家卓越工程師人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)模式，我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程現(xiàn)有培養(yǎng)模式存在的主要問題有以下幾方面。

(1)專業(yè)課程學(xué)時(shí)少與國家卓越工程師課程體系中部分專業(yè)課程內(nèi)容重復(fù)的問題。在現(xiàn)行的教學(xué)體制下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的本科生，雖然接受了較為寬泛的知識(shí)教育，但是一些與學(xué)生將來所從事行業(yè)相關(guān)的課程學(xué)時(shí)數(shù)被削減，教師需加快教學(xué)進(jìn)度才能完成教學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生在課堂上消化專業(yè)知識(shí)的時(shí)間大為縮短。而部分專業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)間又存在重復(fù)現(xiàn)象，課程內(nèi)容之間缺乏有機(jī)聯(lián)系，如現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、有限元方法、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與設(shè)計(jì)等專業(yè)課內(nèi)容就存在這種現(xiàn)象。當(dāng)前課程教學(xué)所采用的統(tǒng)編教材，統(tǒng)一的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)課程，不能有效地解決這一問題。

(2)單一教學(xué)模式與國家卓越工程師工程實(shí)踐能力培養(yǎng)需求問題。我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)“國家卓越工程師計(jì)劃”培養(yǎng)方案，是以培養(yǎng)創(chuàng)新型的高級(jí)工程技術(shù)人才為目標(biāo)，經(jīng)過4年本科培養(yǎng)，本專業(yè)學(xué)生除了要有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，更重要的是具備工程意識(shí)、工程素質(zhì)、工程實(shí)踐能力、工程創(chuàng)新能力。目前的課程教學(xué)方式是按照大綱要求采取多媒體、板書的形式講授課程理論知識(shí)，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不利于激發(fā)學(xué)生潛能與求知欲望，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

(3)考核評(píng)價(jià)方式與國家卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)需要的問題。為按我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)“國家卓越工程師計(jì)劃”培養(yǎng)方案要求，培養(yǎng)出創(chuàng)新型高級(jí)工程技術(shù)人才，需在本專業(yè)課程教學(xué)過程和考核評(píng)價(jià)方式中，體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新性思維。而本課程現(xiàn)有期末試卷與平時(shí)到課點(diǎn)名相結(jié)合的考核形式，難以評(píng)價(jià)高素質(zhì)學(xué)生的創(chuàng)新能力分值，跟不上國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的工程技術(shù)人才步伐。

2 課程改革的目標(biāo)

針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)國家卓越工程師現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程，通過實(shí)施課程改革，解決課程教學(xué)在上述教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核評(píng)價(jià)方式等方面問題，達(dá)到三方面目的。

(1)滿足國家卓越工程師機(jī)械人才的專業(yè)知識(shí)需求。通過合理選擇教學(xué)內(nèi)容，解決課程內(nèi)容重復(fù)問題，使本專業(yè)卓越工程師班學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)基本理論方法，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的新理論、新技術(shù)、新方法，滿足學(xué)生從事機(jī)械行業(yè)所需知識(shí)要求，從而能夠滿足國家卓越工程師計(jì)劃地培養(yǎng)要求，能夠滿足國家工程建設(shè)對(duì)工程機(jī)械人才不斷增長的知識(shí)需求。

(2)體現(xiàn)國家卓越工程師培養(yǎng)創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力的需求。通過改革課程教學(xué)模式，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，認(rèn)識(shí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與生產(chǎn)實(shí)際關(guān)系，提升工程創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，體現(xiàn)國家卓越工程師培養(yǎng)的創(chuàng)新性與工程實(shí)踐性。

(3)構(gòu)建考評(píng)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的有效機(jī)制。通過本課程考核評(píng)價(jià)方式的改革，達(dá)到既能考查本專業(yè)卓越班學(xué)生對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程理論知識(shí)的掌握情況，也能體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力與工程能力培養(yǎng)情況的目的。

3 課程改革的實(shí)施方案

3.1 課程教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)我校本專業(yè)國家卓越工程師培養(yǎng)方案2015版要求，將原機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)普通班培養(yǎng)方案中涉及的有限元方法、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與設(shè)計(jì)等課程，與原現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程教學(xué)內(nèi)容大量重復(fù)部分進(jìn)行了整合、凝練。課程教學(xué)內(nèi)容改革后主要包括：創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、可靠性設(shè)計(jì)、有限元方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等幾大部分，課程教學(xué)內(nèi)容全面精煉，符合國家卓越工程師計(jì)劃培養(yǎng)創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力強(qiáng)的高級(jí)工程技術(shù)人員要求。

3.2 課程教學(xué)方法

在“3+1”校企聯(lián)合培養(yǎng)模式大背景下，以實(shí)際工程為背景，同時(shí)結(jié)合我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的優(yōu)勢與特色，將科研成果、科技活動(dòng)有機(jī)地融入課堂教育與教學(xué)之中，豐富教學(xué)內(nèi)容，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式。通過課堂講授理論知識(shí)、專家介紹科研項(xiàng)目、學(xué)生參與實(shí)踐實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，使卓越工程師班級(jí)學(xué)生獲得課程基本理論知識(shí)以及創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等與課程內(nèi)容相關(guān)的科技競賽，遵循“誰參與，誰受益”的原則，將學(xué)生科技活動(dòng)以工程能力分值形式，增加課程成績分?jǐn)?shù)，讓學(xué)生在創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作中鍛煉工程實(shí)踐能力，提高課程學(xué)習(xí)興趣?？萍蓟顒?dòng)、科研項(xiàng)目和實(shí)踐體系相結(jié)合，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為一體，使學(xué)生全面協(xié)調(diào)發(fā)展。改革教學(xué)模式如圖1所示。

圖1 教學(xué)模式框圖

3.3 課程考評(píng)方式

為考查卓越工程師班學(xué)生對(duì)課程基本理論知識(shí)掌握情況、創(chuàng)新能力與工程能力的培養(yǎng)情況，采用課程考試、科技活動(dòng)制作、答辯等多樣化的考核方式，將平時(shí)成績與期末成績相結(jié)合，考試成績與科技表現(xiàn)成績?yōu)橐惑w的方式，給出該生本門課程學(xué)期最終成績。改革后的考評(píng)方式，在保證課程教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性、完整性和質(zhì)量的前提下，將課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的科技活動(dòng)、科技競賽成果相結(jié)合，將學(xué)生參與完成且和課程相關(guān)的科技活動(dòng)、科技競賽作品和獲獎(jiǎng)成果，作為該生的附加成績，突出“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力與工程技術(shù)能力培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。改革考核評(píng)價(jià)方式結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 考評(píng)方式框圖

4 課程改革成效

上述課程改革的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、大作業(yè)與工程案例、考評(píng)方式等改革措施，已經(jīng)在我校機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)專業(yè)國家卓越工程師班2013級(jí)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(JD01201)課程教學(xué)中得到了實(shí)施，取得了一定的改革成果。

4.1 教學(xué)內(nèi)容的成效

通過教學(xué)內(nèi)容改革，使本專業(yè)國家卓越工程師班學(xué)生在專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力三方面均得到了改善。按照上述課程目標(biāo)和卓越工程人才培養(yǎng)要求，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程體系分為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩部分。通過課程體系改革，學(xué)生能夠較系統(tǒng)全面地掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與生產(chǎn)實(shí)際的關(guān)系；初步具備了完成機(jī)械產(chǎn)品原理方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、可靠性設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的能力。課程體系的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)合機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展進(jìn)程和我校本專業(yè)特色，設(shè)置包含科研項(xiàng)目進(jìn)課堂、課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)的實(shí)踐課程，做到了理論教學(xué)與工程實(shí)踐地有機(jī)結(jié)合。

4.2 教學(xué)模式的成效

課程改革團(tuán)隊(duì)教師長期從事科學(xué)研究、科研項(xiàng)目使教師們積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等方面具有一定的造詣，滿足了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法多方面知識(shí)講授的要求。教學(xué)過程中，除講授專業(yè)知識(shí)外，還結(jié)合科研項(xiàng)目、科研活動(dòng)、科技競賽等內(nèi)容的案例教學(xué)方式，將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科發(fā)展的前沿知識(shí)和自己的科技成果融入本課程專業(yè)教學(xué)中，改變了以往“填鴨式”教學(xué)模式，既保證了教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，又保證了專業(yè)知識(shí)的實(shí)用性，使本專業(yè)學(xué)生與工程實(shí)踐“零接觸”，了解了工程機(jī)械發(fā)展的最新前沿趨勢和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。課題組邀請(qǐng)了巴蜀學(xué)者做專題講座，結(jié)合工程問題，從理論到實(shí)際、深入淺出地介紹了有限元法，極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，豐富了課程教學(xué)方法。

4.3 考核方式的成效

課程考核評(píng)價(jià)體系，涉及專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)、平時(shí)成績(含上課表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、考勤等)、大作業(yè)形式的創(chuàng)新實(shí)踐能力成績、科技活動(dòng)附加成績等方面的考核內(nèi)容。通過對(duì)各部分考核內(nèi)容相對(duì)合理的考核分值設(shè)置，既考核了卓越工程師方向?qū)W生課程專業(yè)知識(shí)掌握情況，也充分慮及了學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的考核要求。

4.4 創(chuàng)新與實(shí)踐能力的提升

通過課程體系中科研項(xiàng)目、科研活動(dòng)和科技競賽等內(nèi)容設(shè)置，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力與解決工程實(shí)際問題能力，充分體現(xiàn)了國家卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。從課程改革實(shí)施的兩個(gè)班級(jí)參加科技競賽統(tǒng)計(jì)情況看，參賽學(xué)生達(dá)到48人次，班級(jí)參賽比例達(dá)到80%，課程改革的效果良好。

5 結(jié)語

根據(jù)國家卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)模式，課題組對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程教學(xué)開展了一些改革探索，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考評(píng)方式等方面建立了相對(duì)合理的新課程體系，通過課程改革體系的實(shí)施，解決了專業(yè)知識(shí)多而重復(fù)的問題，切實(shí)提升了本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力。這是一次有益的改革嘗試，課題組將以此為契機(jī)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)致力于本課程的改革創(chuàng)新探索，更好地適應(yīng)卓越工程師人才培養(yǎng)的發(fā)展需求。

[1]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[2]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要:2010-2020年[EB/OL].(2017-07-29)[2017-05-12].www.moe.edu.cn/srcsite/A01/s7048/201007/t201007029_171904.html.

[3]吳啟迪.中國工程教育的問題挑戰(zhàn)與工程教育研究[J].清華大學(xué)教育研究,2009,30(2):4-8.

[4]陳麗春,毛建衛(wèi),劉淵.卓越工程師成長需要實(shí)踐沃土[J].高等工程教育研究,2017(1):44-47.

[5]李克旺,劉靜娜,侯艷軍.面向卓越工程師培養(yǎng)的機(jī)械原理課程改革與創(chuàng)新[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2015(15): 52-55.

Reform and Innovation on the Course of Modern Design Method Based on Training Enginery Excellent Engineers

Zhu Sunke, Li Jun
School of Mechatronics and Automotive Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing, 400074, China

According to education and training program of excellent engineers, from teaching content, teaching method and examination method point of view, the course reform of modern design method was implemented, including teaching system, teaching combined with scientific research and competitions, and cultivation of innovation capacity and engineering practice capacity, which focusing on the problems of course system, and aiming at the cultivation of excellent engineers talent. The practice results show that not only theoretical knowledge was mastered, but also innovation capacity and engineering practice capacity was improved. It is an e ff ective reform.

excellent engineer; course reform; innovation capacity; engineering practice

朱孫科，博士，副教授。

重慶交通大學(xué)課程改革計(jì)劃項(xiàng)目。