王 蘭,劉 斌,郝長生

(石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北石家莊,050043)

一、引言

工程教育是高等教育體系中的重要部分。工程教育致力于受教育者的科學(xué)素養(yǎng)、工程意識及應(yīng)用技能的培養(yǎng),高等工程教育追求的目標(biāo)是培養(yǎng)高水平的工程師。[1]當(dāng)今世界工程科技突飛猛進(jìn),全球科技創(chuàng)新進(jìn)入空前密集的活躍期,面臨百年未有之大變局,科技創(chuàng)新成為強(qiáng)大的推動力量,大力加強(qiáng)工程領(lǐng)域人才培養(yǎng)、提高國家競爭實力成為迫在眉睫的發(fā)展任務(wù)。以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)呼喚工科建設(shè)的改革創(chuàng)新,2017年,教育部提出了“新工科”理念:問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容,問學(xué)校主體推改革,問學(xué)生志趣變方法,問內(nèi)外資源創(chuàng)條件,問國際前沿立標(biāo)準(zhǔn),以期提高未來工程師的專業(yè)技能、職業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。[2]“新工科”建設(shè)和發(fā)展是我國高等工程教育改革的目標(biāo)和方向,對我國進(jìn)一步深化工程教育改革、建設(shè)工程教育強(qiáng)國、催生新的產(chǎn)業(yè)革命、帶動國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級有重要意義。

畢業(yè)設(shè)計作為高等工程教育中的重要環(huán)節(jié),擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的重要責(zé)任,對提高學(xué)生綜合實踐能力與素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神等都具有十分重要的作用。[3]與本科教育階段前期集中課堂教學(xué)不同,畢業(yè)設(shè)計需要學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下自己動手查閱文獻(xiàn),運(yùn)用專業(yè)計算軟件進(jìn)行計算分析,并撰寫論文、設(shè)計說明書或使用專業(yè)繪圖軟件繪圖等。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)生四年習(xí)得知識的提升和總結(jié),反映了學(xué)生對基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的理解、掌握與運(yùn)用的水平,反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、調(diào)查能力、協(xié)作能力、歸納總結(jié)能力及創(chuàng)新能力等,是學(xué)生綜合素質(zhì)和高校教育質(zhì)量水平的重要體現(xiàn)。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量不僅可以直觀衡量學(xué)校的教學(xué)水平,而且是判別該校學(xué)生畢業(yè)證和學(xué)位證含金量的重要根據(jù),可以作為評判高校人才培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成情況的重要參考因素。然而,當(dāng)前國內(nèi)部分高校工科畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量不太理想,高校工科畢業(yè)設(shè)計還需要持續(xù)地改進(jìn)和完善。[4]

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)(以下簡稱建環(huán)專業(yè))培養(yǎng)從事工業(yè)與民用建筑供暖、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、施工安裝、運(yùn)行管理、研發(fā)制造等方面技術(shù)工作的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。基于新工科理念,根據(jù)國家新經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢需要,很多高校的建環(huán)專業(yè)針對畢業(yè)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了一系列改革,并取得了一些成果。[5]但是,建環(huán)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計仍然存在一些問題,需要持續(xù)改進(jìn)。本文對相關(guān)問題進(jìn)行梳理和探討,并提出針對性建議,以期為建環(huán)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的持續(xù)改進(jìn)提供可操作思路。

二、現(xiàn)存問題

(一)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容陳舊

目前,高校工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容往往與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)偏差較大,結(jié)合科研的選題研究內(nèi)容偏理論化,與企業(yè)當(dāng)前發(fā)展實際需求脫鉤,來源于工程實際的題目,設(shè)計內(nèi)容又較為陳舊。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)形式增加,能源需求緊張,新設(shè)備、新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn),可再生能源應(yīng)用更是發(fā)展迅猛,行業(yè)規(guī)范不斷修訂,而高校與企業(yè)聯(lián)系較少,難以根據(jù)專業(yè)規(guī)范及本行業(yè)發(fā)展要求及時更新教學(xué)內(nèi)容,無法滿足新工科背景下專業(yè)人才訓(xùn)練與培養(yǎng)的需求。

(二)指導(dǎo)教師工程經(jīng)驗不足

我國高等工程教育中出現(xiàn)了工程弱化、工科理科化的現(xiàn)象。有研究指出,這主要是因為高校教師職稱評定制度及高?？蒲锌己嗽u價體制導(dǎo)向重論文、重科研、輕工程,存在著考核評定導(dǎo)向傾斜、評定標(biāo)準(zhǔn)單一等問題,且校企合作不到位,使高等工程教育存在一定的功利化傾向。[6]在這樣的大環(huán)境下,高校工科教師為了職稱晉升,達(dá)到學(xué)校考核標(biāo)準(zhǔn),不得不將較多精力投入科研工作,與生產(chǎn)一線聯(lián)系甚少,導(dǎo)致工科教師和學(xué)生的理科化,阻礙了我國工科高端人才的培養(yǎng)和發(fā)展。[6]另外,多數(shù)高校工科教師是從學(xué)校到學(xué)校,缺乏設(shè)計院、監(jiān)理、施工等工程單位的工作經(jīng)歷和相關(guān)工程項目管理經(jīng)驗,有些教師更是跨專業(yè)教學(xué),沒有本專業(yè)基礎(chǔ),更沒有企業(yè)中的工程實踐經(jīng)歷。這些皆不利于我國工科高端人才的培養(yǎng)。

(三)學(xué)生工程素養(yǎng)較弱

高校學(xué)生在多年的理論學(xué)習(xí)中,已養(yǎng)成從課堂與教材中獲取知識的習(xí)慣,而畢業(yè)設(shè)計需要查閱大量專業(yè)文獻(xiàn)和規(guī)范,部分學(xué)生懈于篩選或閱讀與自己設(shè)計項目相關(guān)的資料,習(xí)慣于等、靠、要。然而,畢業(yè)設(shè)計項目是一項復(fù)雜的工程任務(wù),需要基于專業(yè)軟件的綜合分析和計算完成,這讓很多學(xué)生在看到設(shè)計任務(wù)書時就心生畏懼,感覺無從下手。這主要是因為學(xué)生缺乏系統(tǒng)思維和工程實踐能力,在面對復(fù)雜工程問題時,不了解實際工程中常用的解決問題的方法,無法聯(lián)系工程實踐,缺乏工程思維,對本專業(yè)發(fā)展的前沿知識也知之甚少,缺少工程素養(yǎng)。

(四)學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計不夠重視

畢業(yè)設(shè)計一般在第八學(xué)期,時值學(xué)生就業(yè)或考研的關(guān)鍵時期,學(xué)生難以全身心投入畢業(yè)設(shè)計。加之部分學(xué)生學(xué)風(fēng)浮躁,只想應(yīng)付差事,導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量不佳。在施工圖方面,較普遍的現(xiàn)象是圖紙表達(dá)不符合專業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn),缺乏對新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)的體現(xiàn),施工圖紙與工程實用要求相差較大。對一些重要的計算,學(xué)生不了解計算原理,只是盲目應(yīng)用設(shè)計軟件進(jìn)行計算,計算結(jié)果往往存在偏差,設(shè)備選型停留在設(shè)計手冊中的樣本,與實際工程應(yīng)用脫節(jié)。

三、改進(jìn)策略

(一)優(yōu)化畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計是高等工程教育實踐教學(xué)中的重要環(huán)節(jié),是高校實踐教學(xué)的最后環(huán)節(jié),其內(nèi)容應(yīng)滿足本專業(yè)培養(yǎng)要求,要與工程實踐結(jié)合起來,且有一定的深度、難度和創(chuàng)新性。

石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(以下簡稱我院)建環(huán)專業(yè)在決定設(shè)計內(nèi)容時,會結(jié)合學(xué)生就業(yè)需要及讀研方向,初步將畢業(yè)設(shè)計題目化為科研類、供暖工程類、空調(diào)通風(fēng)工程類三個大類,并成立對應(yīng)的三個項目組。其中,科研類題目主要針對讀研的學(xué)生,結(jié)合本專業(yè)的科技前沿方向及學(xué)生的需求確定研究內(nèi)容。供暖和空調(diào)通風(fēng)工程類題目則是結(jié)合本專業(yè)的工程實際,在與企業(yè)導(dǎo)師溝通交流的基礎(chǔ)上,確定設(shè)計內(nèi)容。供暖和空調(diào)通風(fēng)工程類題目引入最新的專業(yè)工程設(shè)計方案,結(jié)合當(dāng)前專業(yè)發(fā)展前沿,加入了系統(tǒng)能耗計算、碳排放計算等內(nèi)容。同時,我院結(jié)合科研單位、生產(chǎn)企業(yè)的需求,突出軌道交通的專業(yè)特色,還會視情況增設(shè)地鐵車站通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計類題目及機(jī)車車輛空調(diào)、供暖及通風(fēng)類設(shè)計題目,并結(jié)合當(dāng)前的新能源發(fā)展趨勢,增加氫能機(jī)車與電力機(jī)車能耗計算、碳排放計算,優(yōu)化系統(tǒng)方案設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計完成后會請軌道交通設(shè)計院專家把關(guān),確定具體的設(shè)計內(nèi)容。此外,還增加了針對當(dāng)前設(shè)計院普遍使用的設(shè)計方案的批判性思考環(huán)節(jié),讓學(xué)生嘗試尋求替代方案,再進(jìn)行能耗計算,選擇最優(yōu)系統(tǒng)。為滿足一些學(xué)生在就業(yè)單位實習(xí)的需求,我院允許學(xué)生結(jié)合實習(xí)內(nèi)容確定畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容,使學(xué)生既能安心實習(xí)鍛煉,又能順利畢業(yè)。在整個畢業(yè)設(shè)計期間,每個項目組都要細(xì)化設(shè)計的每個環(huán)節(jié),逐條征求企業(yè)工程師意見,力求設(shè)計內(nèi)容與工程實際應(yīng)用無縫銜接。

(二)提高指導(dǎo)教師實踐能力

目前,“重科研、輕工程”是我國高等工科院校普遍存在的問題。為讓教師的科研工作“接地氣”,各地科技部門積極鼓勵和倡導(dǎo)高校教師“走出去”,通過校企聯(lián)合,研產(chǎn)結(jié)合,讓高校教師的科研項目落戶生產(chǎn)企業(yè),使教師切身體驗科研為工程應(yīng)用服務(wù)的重要性。這樣不僅可以實現(xiàn)科研服務(wù)于企業(yè),而且可以讓教師在科研工作中豐富自己的工程經(jīng)驗,讓企業(yè)反哺科研,使科研工作與企業(yè)生產(chǎn)之間形成閉環(huán)。此外,通過總結(jié)工程經(jīng)驗,還能縮短甚至消除本專業(yè)校內(nèi)人才培養(yǎng)與實際工程需求之間的距離。

我院建環(huán)專業(yè)與設(shè)計院、施工單位、供暖空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備廠家、暖通運(yùn)行管理公司等企業(yè)簽訂合作協(xié)議,鼓勵指導(dǎo)教師直接深入工程單位,向企業(yè)專家、工程師、工人師傅取經(jīng),汲取行業(yè)工程一線知識。在校內(nèi),指導(dǎo)教師也要通過日常學(xué)習(xí),持續(xù)跟進(jìn)更新的專業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。近年來,建筑及建筑配套行業(yè)發(fā)展迅速,與建環(huán)專業(yè)有關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)更新很快,因此,指導(dǎo)教師需要持續(xù)跟進(jìn),避免學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計中出現(xiàn)滯后于現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。當(dāng)前,節(jié)能降耗、碳排放、碳中和理念與建環(huán)專業(yè)息息相關(guān),因此,與專業(yè)相關(guān)的新設(shè)備、新工藝不斷涌現(xiàn)。指導(dǎo)教師需要時刻關(guān)注前沿技術(shù)發(fā)展。此外,建環(huán)系每周三下午固定空出2小時進(jìn)行集體工程案例學(xué)習(xí)、交流,定期邀請校外企業(yè)專家、工程技術(shù)人員開展新技術(shù)講座,校企進(jìn)行深度交流、學(xué)習(xí)。通過校內(nèi)教師走出去,企業(yè)專家走進(jìn)來,提高專業(yè)教師的工程素養(yǎng)。

(三)培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)

建設(shè)新型工業(yè)化、創(chuàng)新型國家、鑄就人才強(qiáng)國等一系列重大戰(zhàn)略部署,迫切要求我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國。[5]走中國特色新型工業(yè)化道路,迫切需要培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程人才;建設(shè)創(chuàng)新型國家,提升我國工程科技隊伍的創(chuàng)新能力,迫切需要培養(yǎng)一大批創(chuàng)新型工程人才;增強(qiáng)綜合國力,應(yīng)對經(jīng)濟(jì)全球化的挑戰(zhàn),迫切需要培養(yǎng)一大批具有國際競爭力的工程人才。[7]這些都指向了學(xué)生的工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。國際技術(shù)與工程教育家協(xié)會于2020年發(fā)布的《技術(shù)與工程素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn):技術(shù)和工程在STEM教育中的作用》闡述了技術(shù)與工程素養(yǎng)的要素,包括系統(tǒng)思維、創(chuàng)新能力、制造與制作能力、批判思維、樂觀精神、協(xié)作與溝通、倫理責(zé)任。[8]這要求工程師具備基本的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)能力,過硬的專業(yè)技能、工程倫理及實踐動手能力。根據(jù)我國當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)布局及經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求,工程人才應(yīng)具備工程實踐能力、工程創(chuàng)業(yè)能力、數(shù)字化能力、跨學(xué)科能力、工程倫理能力。[7]

我院建環(huán)專業(yè)基于新工科理念,要求指導(dǎo)教師在畢業(yè)設(shè)計過程中著重督促、引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際情況合理地選擇設(shè)計方案,對設(shè)計進(jìn)行先分解、再組合,同項目組學(xué)生分別提出自己的設(shè)計方案,討論、分析后再在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下確定最優(yōu)方案。同時,指導(dǎo)教師要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計的每個環(huán)節(jié)都依據(jù)行業(yè)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,指導(dǎo)學(xué)生使用專業(yè)計算軟件進(jìn)行計算,鼓勵學(xué)生對計算結(jié)果進(jìn)行分析,學(xué)會判斷計算結(jié)果,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行研究的能力。指導(dǎo)教師還要通過嚴(yán)肅認(rèn)真的專業(yè)思想教育和科學(xué)精神教育,幫助學(xué)生充分認(rèn)識科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性,教育學(xué)生端正學(xué)術(shù)態(tài)度,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和勤奮認(rèn)真的辦事態(tài)度。此外,我校建環(huán)專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計中工程類項目多為供暖系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計,而供暖、空調(diào)系統(tǒng)是建筑中的能耗大戶。因此,指導(dǎo)教師要鼓勵學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計融入當(dāng)前節(jié)能降耗新措施、碳排放、碳中和理念,關(guān)注工程倫理和社會可持續(xù)發(fā)展,以此提高學(xué)生的工程素養(yǎng)。

(四)高標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計成果

每所學(xué)校都對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計成果有自己的具體規(guī)定。研究型論文應(yīng)包括文獻(xiàn)綜述、研究對象、研究方法、研究結(jié)果、分析與總結(jié)、參考文獻(xiàn)等部分。工程設(shè)計類應(yīng)包括設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙兩大部分。設(shè)計說明書包括設(shè)計條件、設(shè)計方案比選、設(shè)計計算分析、參考文獻(xiàn)等,繪圖需要用專業(yè)軟件,設(shè)計圖紙要符合本專業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn)。每所學(xué)校對論文和設(shè)計說明書都有自己的格式要求。

在滿足我校畢業(yè)設(shè)計基本要求的基礎(chǔ)上,指導(dǎo)教師指導(dǎo)過程要精細(xì)化,確保設(shè)計成果的規(guī)范化和工程化。指導(dǎo)教師要加強(qiáng)管理,強(qiáng)化學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計重要性的理解,重視畢業(yè)設(shè)計的過程,強(qiáng)調(diào)不僅憑最后結(jié)果確定考核成績。在制定設(shè)計方案時,學(xué)生要先學(xué)習(xí)當(dāng)前設(shè)計中的各種設(shè)計方案,熟悉每種方案的利弊,再針對自己的設(shè)計對象通過比選制定方案;在設(shè)計計算中,學(xué)生要先學(xué)習(xí)計算原理,細(xì)化每個計算參數(shù)的選取,再用軟件計算;在設(shè)備選型時,學(xué)生要先熟悉當(dāng)前各種設(shè)備的特點(diǎn),再針對自己的設(shè)計對象的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備選型;在繪制施工圖時,學(xué)生要先熟悉專業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn),按照標(biāo)準(zhǔn)繪圖進(jìn)行樣板圖學(xué)習(xí),熟悉繪圖流程、內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn),再自己動手。這些環(huán)節(jié)都要由指導(dǎo)教師和企業(yè)導(dǎo)師共同把關(guān),保證設(shè)計成果的精細(xì)化、規(guī)范化和工程化。

四、結(jié)語

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,將促進(jìn)一系列新經(jīng)濟(jì)與新產(chǎn)業(yè)的誕生和蓬勃興起。這對建環(huán)專業(yè)新工科建設(shè)來說既是發(fā)展機(jī)遇,又是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如何通過畢業(yè)設(shè)計這個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)建環(huán)專業(yè)學(xué)生的工程素養(yǎng)以適應(yīng)新工科建設(shè)的需要,是一個需要持續(xù)跟進(jìn)的課題。針對建環(huán)畢業(yè)設(shè)計中畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容陳舊、指導(dǎo)教師工程經(jīng)驗不足、學(xué)生工程素養(yǎng)培養(yǎng)弱化、設(shè)計成果不夠精細(xì)、專業(yè)規(guī)范性不足等問題,我院探索了新工科背景下不斷提高建環(huán)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的改進(jìn)措施,希望能為高等工程院校工程學(xué)科建設(shè)和專業(yè)人才培養(yǎng)提供借鑒,助力我國人才強(qiáng)國建設(shè)。