姜香菊， 劉二林

(蘭州交通大學(xué) a.自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院；b.機(jī)電工程學(xué)院，蘭州 730070)

引言

“華盛頓協(xié)議”(Washington Accord，簡(jiǎn)稱 WA)是國(guó)際工程師互認(rèn)體系中最具權(quán)威性，國(guó)際化程度較高，體系較為完整，針對(duì)國(guó)際上本科工程學(xué)位(一般為四年)的資格互認(rèn)體系。WA以培養(yǎng)專業(yè)工程師為主要目標(biāo)。要求所培養(yǎng)的專業(yè)工程師能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜性、全局性的問題，在不具備成熟工具的條件下創(chuàng)新性地運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，在綜合考慮多因素的場(chǎng)景下通過分析、研究、評(píng)估、設(shè)計(jì)、實(shí)施等活動(dòng)帶領(lǐng)多學(xué)科背景團(tuán)隊(duì)高效完成工程目標(biāo)。因此，“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題”的能力是WA的核心。

工程認(rèn)證的目的是看高校教學(xué)工作是否符合WA的運(yùn)行要求，是否有良好的制度、措施來保證“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”，而且這些制度措施能不斷完善、持續(xù)改進(jìn)。所以，制定符合WA要求的、符合學(xué)校定位和專業(yè)特色的培養(yǎng)目標(biāo)；通過科學(xué)的、能客觀評(píng)價(jià)的、可以持續(xù)改進(jìn)的方法進(jìn)行教學(xué)工作管理；并通過圍繞教學(xué)目標(biāo)的、能具體培訓(xùn)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題”的教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)工作，才是WA的實(shí)質(zhì)。工作流程框圖見圖1[1]。 “課程”或者說“教學(xué)過程”是真正落實(shí)培養(yǎng)目標(biāo)的具體抓手，是真正面對(duì)學(xué)生的、提高其能力的措施和手段。因此，如何在教學(xué)中體現(xiàn)“復(fù)雜工程問題”，從而培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題的能力”是每一位老師不得不思考的問題。

1 檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)中的不足

自開展工程認(rèn)證以來，蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院積極準(zhǔn)備認(rèn)證工作，提煉培養(yǎng)目標(biāo)，調(diào)整課程體系。同時(shí)全體教師也認(rèn)真學(xué)習(xí)WA對(duì)于本科教育的具體要求，積極開展教學(xué)改革，去適應(yīng)新形勢(shì)下的教學(xué)工作。通過自動(dòng)化教指委安排的工程教育專業(yè)認(rèn)證學(xué)習(xí)，對(duì)檢測(cè)技術(shù)課程問題進(jìn)行梳理，認(rèn)識(shí)到檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)過程中還有很多不足。歸納起來，針對(duì)“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”方面的不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

圖1 OBE教育模式下的育人環(huán)節(jié)關(guān)系框圖

(1)教師對(duì)“復(fù)雜工程問題”理解不到位

按照2015版的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》(2017年11月修訂)對(duì)“復(fù)雜工程問題”的定義?！皬?fù)雜工程問題”必須同時(shí)具備下述特征②-⑦的部分或全部：① 必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決；②涉及多方面的技術(shù)、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突；③ 需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性；④ 不是僅靠常用方法就可以完全解決的；⑤ 問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中；⑥ 問題相關(guān)各方利益不完全一致；⑦ 具有較高的綜合性，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問題[2]?！皬?fù)雜工程問題”不同于“復(fù)雜技術(shù)問題”，教師對(duì)復(fù)雜工程問題理解存在偏差，所以在教學(xué)中無法體現(xiàn)“復(fù)雜工程問題”，更不能培養(yǎng)學(xué)生解決“復(fù)雜工程問題”的能力[3]。

(2)教師工程能力不足

要想培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力，教師至少要滿足兩個(gè)條件。①教師有提出基于課程本身的“復(fù)雜工程問題”的能力，且提出的問題來源于工程實(shí)踐(這些工程問題可以是沒有解決的實(shí)際工程問題，也可以是已經(jīng)解決了的實(shí)際工程問題)。②教師有能力分析、研究、解決這些問題，且能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思維。但是由于中國(guó)高校自身的問題，高校老師大多是碩士、博士畢業(yè)直接留校任教，工程能力差是不爭(zhēng)的事實(shí)[4]。

(3)課程自成體系，無法交叉應(yīng)用問題

國(guó)內(nèi)高校經(jīng)過這么多年的發(fā)展，有一些問題已經(jīng)根深蒂固，例如“課程自成體系”問題就非常明顯。以高等數(shù)學(xué)為例，高校老師在向?qū)W生傳授高等數(shù)學(xué)知識(shí)時(shí)，很少會(huì)告訴學(xué)生數(shù)學(xué)對(duì)于解決實(shí)際問題有什么作用，更不會(huì)用數(shù)學(xué)的方法分析實(shí)際工程問題。檢測(cè)技術(shù)課程也存在這些問題。傳統(tǒng)的授課主要講解信號(hào)的處理、傳感器的基本原理；至于如何將檢測(cè)技術(shù)的知識(shí)與其他的知識(shí)結(jié)合在一起解決實(shí)際問題，教學(xué)中講的很少或者基本不講?；谝陨显?，在傳統(tǒng)教學(xué)中，“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程的能力”的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

(4)缺乏創(chuàng)新教育，學(xué)生墨守成規(guī)

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是一個(gè)民族進(jìn)步的不竭動(dòng)力。中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)指出：復(fù)雜工程問題不同于普通問題，解決復(fù)雜工程問題需要建立合適的抽象數(shù)學(xué)模型，同時(shí)在建模過程中要體現(xiàn)創(chuàng)造性。同時(shí)在設(shè)計(jì)與開發(fā)復(fù)雜工程系統(tǒng)時(shí)更需要?jiǎng)?chuàng)新理念。由于國(guó)內(nèi)高校教育基本為“教師講、學(xué)生聽”的模式，學(xué)生除了被動(dòng)地接受知識(shí)以外，很少會(huì)質(zhì)疑，也很少有自己的想法。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)淪為傻瓜式教學(xué)——“手持實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)，按照規(guī)定將實(shí)驗(yàn)完成，并觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果”。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶?shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是預(yù)制好的，學(xué)生在實(shí)踐的過程中也完全處于被動(dòng)狀態(tài)。因此，創(chuàng)新教育在國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)專業(yè)課程授課過程中的體現(xiàn)度較低[5]。

基于以上四個(gè)原因，要使檢測(cè)技術(shù)課程的授課緊密圍繞“學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)”，按照WA的“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”要求開展教學(xué)工作，必須進(jìn)行教學(xué)改革，授課效果進(jìn)行評(píng)估、評(píng)價(jià)，并對(duì)教學(xué)工作進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

2 教學(xué)改革實(shí)踐與探索

通過分析，當(dāng)前面臨的問題可以分為兩類，一為教師自身在解決“復(fù)雜工程問題”中存在的不足；二為教學(xué)過程中面對(duì)“復(fù)雜工程問題”存在的不足。對(duì)這兩類問題，蘭交大自動(dòng)化學(xué)院都在工程認(rèn)證過程中進(jìn)行了實(shí)踐探索。

2.1 強(qiáng)化教師培訓(xùn)，統(tǒng)一思想認(rèn)識(shí)，提升工程能力

“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”是工程認(rèn)證的最終目標(biāo)，也是今后國(guó)家高等教育本科工程專業(yè)要做好的工作。所以，只有理解了什么是復(fù)雜工程問題，才能理解“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”的重要性，進(jìn)而意識(shí)到工程認(rèn)證不是一種形式，而是高校及每一位老師應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待的工作，是改進(jìn)教學(xué)方法，提升教學(xué)效果的必然。

(1)界定復(fù)雜工程問題

復(fù)雜工程系統(tǒng)是人類為了自身更好地生存和發(fā)展而在改造客觀世界的過程中研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或制造的工程系統(tǒng)。復(fù)雜工程問題的復(fù)雜體現(xiàn)在四個(gè)方面：①系統(tǒng)規(guī)模大，②系統(tǒng)層級(jí)多，③系統(tǒng)非線性，④系統(tǒng)不獨(dú)立(不封閉)?，F(xiàn)代工程問題必然是個(gè)復(fù)雜工程問題，其特征見表1[6]。培養(yǎng)合格工程師作為目標(biāo)的WA把“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”作為終極任務(wù)，畢業(yè)生也只有具備了這種“解決復(fù)雜工程問題的能力”，才能為現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

(2)明確學(xué)生能力培養(yǎng)重點(diǎn)

要培養(yǎng)合格的、符合WA基本要求的畢業(yè)生，就要明確學(xué)生需要什么樣的能力。根據(jù)WA規(guī)定的畢業(yè)要求，可以將畢業(yè)生應(yīng)該具備的能力總結(jié)歸納為以下幾個(gè)方面(見表2)。表2中與專業(yè)課教學(xué)相關(guān)的能力要求有：①多學(xué)科知識(shí)應(yīng)用能力；②復(fù)雜工程問題分析能力；③復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。即要求“培養(yǎng)的學(xué)生要能應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)，分析復(fù)雜工程問題，提出合理的解決方案，并能通過實(shí)踐圓滿解決該問題”[6]。

表2 解決復(fù)雜工程問題需要具備的能力和素質(zhì)

(3)提升自身工程能力

目前國(guó)內(nèi)高校老師工程能力薄弱是不爭(zhēng)的事實(shí)，提升老師的工程能力是工作重點(diǎn)。蘭交大自動(dòng)化學(xué)院自參加認(rèn)證工作以來，不斷派老師外出學(xué)習(xí)，讓老師進(jìn)入企業(yè)與現(xiàn)場(chǎng)人員交流，設(shè)置是短期實(shí)踐。通過學(xué)習(xí)，老師逐漸理解了企業(yè)對(duì)工程師的要求，同時(shí)也明確了培養(yǎng)的目標(biāo)。

為什么要認(rèn)證，認(rèn)證的好處是什么，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題其實(shí)很多參與認(rèn)證的老師也不能清楚闡述，所以導(dǎo)致認(rèn)證工作浮于表面，流于形式，進(jìn)而出現(xiàn)了為了認(rèn)證而認(rèn)證的情況。通過討論與調(diào)研蘭交大自動(dòng)化學(xué)院的老師逐漸形成共識(shí)，認(rèn)識(shí)到工科畢業(yè)生最終要通過企業(yè)來檢驗(yàn)培養(yǎng)效果。企業(yè)需要工程技術(shù)人員在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)、在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)回報(bào)率，考慮研發(fā)、中試、生產(chǎn)、銷售、安裝甚至是售后所有的問題。也就是說“解決復(fù)雜工程問題”是社會(huì)、企業(yè)對(duì)高校人才培養(yǎng)提出的要求。

2.2 進(jìn)行課程改革，引入工程概念，注重綜合應(yīng)用

“培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”在具體的教學(xué)中不能是一句空話，要在教學(xué)的過程中體現(xiàn)出來，并成為教學(xué)的中心問題?！敖鉀Q復(fù)雜工程問題”如何體現(xiàn)，如何貫徹，如何落實(shí)是一線教師要考慮的具體問題。

(1)挖掘凝練復(fù)雜工程問題

“培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力”的前提是在學(xué)習(xí)的過程中接觸復(fù)雜工程問題，并能在老師的帶領(lǐng)下解決復(fù)雜工程問題。“復(fù)雜工程問題”是學(xué)生學(xué)習(xí)的對(duì)象和載體，教師必須能提出復(fù)雜工程問題。經(jīng)過實(shí)踐，目前項(xiàng)目組獲得復(fù)雜工程問題的途徑有兩條通過具體的工程實(shí)踐項(xiàng)目和各種專業(yè)類比賽。

在工程實(shí)踐項(xiàng)目方面，一方面是老師走出去與企業(yè)交流，一方面是將企業(yè)工程師引進(jìn)來進(jìn)行講座。通過這種方式，項(xiàng)目組逐漸提煉了一些能滿足教學(xué)要求的“復(fù)雜工程問題”。例如項(xiàng)目組老師承擔(dān)的實(shí)際工程項(xiàng)目“磁力攪拌器用高精度溫度控制儀表設(shè)計(jì)”。溫度控制儀表是一款智能執(zhí)行器，對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器而言，溫度控制儀表要求響應(yīng)時(shí)間快，過沖小，穩(wěn)定性高，精度達(dá)標(biāo)，成本低，而且要有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，同時(shí)更要有較高的安全性。在具體應(yīng)用中，要建立從被控溫的介質(zhì)到加熱器件的完整數(shù)學(xué)模型，要考慮外部溫度變化對(duì)其控制效果的影響，要考慮安裝的實(shí)際尺寸限制，要考慮企業(yè)的投入產(chǎn)出比等等問題。此類題目可以作為授課時(shí)學(xué)生訓(xùn)練之用。

在各種專業(yè)類比賽方面，近幾年項(xiàng)目組成員都承擔(dān)了學(xué)校的各種專業(yè)競(jìng)賽的指導(dǎo)任務(wù)，在指導(dǎo)的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些可以讓學(xué)生鍛煉的復(fù)雜工程問題。如“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽控制類項(xiàng)目”，競(jìng)賽題目都是國(guó)家級(jí)教育專家出的經(jīng)典題目，對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練是全方位的，而且沒有超出學(xué)生的能力范疇。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目缺少實(shí)際工程應(yīng)用的背景，但是具有發(fā)展眼光和前瞻性，略加整理就可以成為“復(fù)雜工程問題”的案例。例如17年的控制類題目“板球控制系統(tǒng)”，經(jīng)過老師的修改，就變成了“激光引導(dǎo)運(yùn)行系統(tǒng)”，題目不但有趣味性，而且具有復(fù)雜性，深受學(xué)生喜歡。

(2)以復(fù)雜問題為線，有主有次地開展教學(xué)工作

在教改過程中，項(xiàng)目組以復(fù)雜問題為主線，以檢測(cè)技術(shù)課程為重點(diǎn)，整合相關(guān)課程，有主有次地開展教學(xué)工作。將“老師講，學(xué)生聽”的教學(xué)模式改變?yōu)椤耙园咐灤┙虒W(xué)始終，講授與實(shí)踐并重，多種考核方式并用”的教學(xué)模式，實(shí)踐框圖見圖2。通過“圍繞復(fù)雜工程問題，授課，實(shí)物、分析討論三位一體的授課模式”的改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣增加了，動(dòng)手能力提高了，學(xué)習(xí)壓力減小了，多學(xué)科綜合應(yīng)用的能力提高了，教改起到了有益的作用[7]。

圖2 教學(xué)過程及評(píng)價(jià)模式框圖

總結(jié)

工程認(rèn)證是今后高校必須開展的工作，是高校發(fā)展的必然?！芭囵B(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力”是市場(chǎng)、企業(yè)給高校提的要求，是對(duì)高校教育質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要方面。界定“復(fù)雜工程問題”，認(rèn)清工程認(rèn)證工作的重要意義，提高老師的工程能力是教改工作的基礎(chǔ)和前提；在教學(xué)工作中體現(xiàn)“復(fù)雜工程問題”，以案例為主線，引導(dǎo)學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問題，是教改工作中心；圍繞復(fù)雜工程問題，授課、實(shí)物制作、分析討論三位一體開展教學(xué)工作是教改的具體做法。