馮 勇 張 杰 薛小強

南京工程學院機械工程學院 江蘇南京 210067

機械設計類基礎課程是培養(yǎng)工科學生機械設計能力的基礎，由于受傳統(tǒng)教學方法的影響及考核形式的限制，這類課程的教學效果一直不盡如人意。其主要原因是課程的內容、教授方法、過程未得到有效的基于工程的實踐質量監(jiān)督及反饋，導致影響教學效果的負面因素惡性循環(huán)。

1 國內外工程教育現狀及分析

1.1 國內外現狀

較多歐美高校的工程教育比較關注學生對基礎理論的掌握及其與實踐相結合的能力培養(yǎng)，這對我國工程類教育具有很好的借鑒作用。即便如此，近些年通過對歐美多家企業(yè)的調查結果表明，工程類課程的教學效果仍不盡如人意：調查的39 000多家公司中有31%的企業(yè)表示無法完成所需工程人才的招聘計劃，有49%的企業(yè)認為未來5年高技能人才大量短缺，而70%的德國企業(yè)則表示將面臨工程類專業(yè)人才缺乏問題(數據來源美國萬寶盛華公司)。

圖1為國內外獲得工程學士學位數量對比情況。從中可見，在中國獲得工程學士學位的人數遠高于歐美國家及其他亞洲國家。但這并不意味著我國已解決歐美缺乏工程技術人員的困境，相反，我國機械或其他工程行業(yè)的發(fā)展現狀更令人擔憂：行業(yè)不僅缺少領軍人物，更缺少大量的具有創(chuàng)新實踐能力的工程技術人才。

圖1 國內外獲得工程學士學位人數

1.2 存在的問題

根據國內外工程類課程教學質量現狀分析，影響工程技術人才素質培養(yǎng)的主要問題如下：

(1)工程教育培養(yǎng)目標不夠清晰，學生素質結構難以適合企業(yè)需要。企業(yè)十分注重的創(chuàng)新能力、敬業(yè)精神、團隊合作、溝通能力、學習能力等未能通過高校教育得到有效培養(yǎng)和形成。

(2)高校與企業(yè)間的聯系不夠緊密，學生工程實踐能力不足?，F有工程教育不能給學生提供充分的工程訓練，工科學生實踐和設計能力有待進一步提高。

(3)高校師資隊伍整體水平不高，教材內容不適合工程教育需要，缺少有豐富企業(yè)工作經驗的教師，尚未建立企業(yè)人員來高校任教的制度，教師整體水平與國際化教育存在較大差距。

(4)管理體制與機制落后，教師忙于“事務”(項目申報、非專業(yè)學術性活動等)，導致教師的教學精力投入不足，直接影響工程教育質量。

1.3 解決途徑及方法

美國波音公司認為能夠滿足企業(yè)需求的工程技術人員應具備的能力為：較好掌握工程學科基礎知識、較好了解設計和制造流程、具有復合學科和系統(tǒng)的觀點、良好的溝通能力、較高的道德水準、創(chuàng)新的思維能力，既能獨立思考，又能博采眾家之長，具有終身學習的愿望以及深刻了解團隊工作的重要性。因此，進行基于CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)理念(構思、設計、實現、運作)的工程類課程改革與建設是解決上述不足的有效方法，而借鑒全面質量管理(Total Quality Management，TQM)的思路構建課程質量標準與決策體系，指導課程組織形式及課程內容的不斷優(yōu)化調整則是該方法得以有效實施的保障，具體模式如圖2所示。

圖2 基于CDIO的課程改革與建設模式

2 借鑒全面質量管理的課程質量標準評價體系與評價方法

2.1 借鑒全面質量管理的課程教學效果影響因素分析

全面質量管理TQM由美國質量管理專家菲根堡姆于1961年提出。其核心思想認為企業(yè)經營應是一種全員、全過程、全企業(yè)的品質經營。它以質量為中心，以全員參與為基礎，目的在于通過讓顧客滿意和本組織所有成員及社會受益而達到永續(xù)經營的管理途徑。培育優(yōu)化具有競爭力的成本是全面質量管理的關鍵概念，只有從影響具有競爭力的成本因素研究入手，才能夠提供高素質且不斷改進的產品及服務。

從機械設計類課程的教學特點分析：教學內容及教師素養(yǎng)等是影響課程質量具有競爭力成本的主要因素。因此，若要建立基于CDIO的課程質量標準評價體系必須首先從以下幾個主要方面入手。

2.1.1 理論教學內容

國內高校的機械設計類基礎課程主要是：機械設計及機械原理課程。由于兩門課程內容存在較大的重疊性且課程往往安排在不同的學期，導致整個教學時間及資源的浪費，教學效果下降。為此，必須從認知規(guī)律出發(fā)進行教學內容的合理調整，達到基本機械設計知識的完備，并突出創(chuàng)新設計和現代機械系統(tǒng)總體方案設計的訓練。

2.1.2 項目教學內容

項目式教學應貫穿整個課程教學過程，項目實施過程是以學生為主體、教師為主導的項目研究與實踐的過程。其中，三級項目(隨課進行)應以促進專業(yè)核心課程知識的學習為目的。二級項目(專業(yè)課程設計等)應以培養(yǎng)學生應用專業(yè)核心知識模塊能力為目的。二級項目同時應支持學科性知識和工程實踐能力專業(yè)教育和素質教育，努力營造職場環(huán)境，培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識設計符合企業(yè)需求產品和系統(tǒng)的能力。

2.1.3 教師素養(yǎng)

圖3 教師精力與教學效果的關系

教師是理論教學內容、項目教學內容得以有效教授的實施者。教師的教學方法、講解方式的選擇直接影響到理論教學內容、項目教學內容的傳授效果。但是目前國內高校大多數教師存在不了解職場要求，不了解課程在全局中的作用、地位，尤其是教師的教學精力投入不足等問題，直接影響工程教育質量。因此，教師應與企業(yè)保持緊密聯系，并以企業(yè)實際項目為二級項目課題培養(yǎng)學生獲取知識的能力、運用知識的能力、共享知識的能力及發(fā)現知識的能力。圖3為教師教學精力、科研精力對教學效果的影響關系。

2.2 基于層次分析法的課程質量標準體系及評價方法

層次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是由美國運籌學家薩迪(T.L.Saaty)于20世紀70年代初所提出。該方法把復雜問題分解成各個組成因素，又將這些因素按支配關系分組形成遞階層次結構。通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性。然后綜合有關人員的判斷，確定備選方案相對重要性的總排序。整個過程體現了人類分解—判斷—綜合的問題求解思維特征。

根據機械設計類課程的教學特點，應用AHP法從理論教學內容、實踐教學內容、教師及學生等方面構建一個符合CDIO理念的機械設計類課程質量標準與決策體系框架。該框架是由體系層和決策層所組成的閉環(huán)體系，具體結構形式如圖4所示。該框架的體系層由3部分構成：一是考核標準，即人才培養(yǎng)目標所確定的實踐教學、理論教學部分的考核形式及標準，它是教學質量保障的主要監(jiān)控點。二是過程標準，即教學大綱的制定和實施、課堂教學、實踐教學等各個環(huán)節(jié)、教學體系和內容改革、教學方式與手段的選擇等。三是教學條件標準，它包括教學管理隊伍的配備、師資的配備、實踐場所及實驗設備的配備等。決策層則由5部分構成，這5部分是對構成體系層3部分的評判標準，其結果由學生在實踐的基礎上，根據個人及團隊的主觀判斷而得到。該課程質量評價體系與評價方法既可以定量研究影響教學質量的因素又可定性研究以完善的手段來建立健全課程質量監(jiān)控體系。

圖4 課程質量標準與決策體系框架

2.3 算例

根據判斷矩陣標度定義并綜合學生在課程結束并參與實踐鍛煉的基礎上得到表1和表2中的判斷矩陣數據。

表1 B層判斷矩陣及其權重計算

表2 C層判斷矩陣及其權重計算

由表1和表2中的內容可以得到B層相對于A層的權重矩陣WBA以及C層相對于B層的權重矩陣WCB為如下結果：

然后按照同樣的方法，首先，建立最底層－方案層D層的判斷矩陣，由于D層的判斷矩陣的表格有6個，在此不再詳細列出；其次，計算D層各判斷矩陣相應的相對于C層的權重矩陣WDC；最后，經計算得到D層相對于A層的權重矩陣WDA。

從D層相對于A層的權重矩陣WDA的結果來看，可以得到如下以下幾個結論：

(1)對課程質量影響因素的排列依次為：教師素養(yǎng)、教學設施、實踐環(huán)節(jié)及考核、教學實施方法、教學內容、理論環(huán)節(jié)考核。

(2)教師素養(yǎng)由于直接影響到實踐環(huán)節(jié)、理論環(huán)節(jié)和教學實施等因素。因此，教師素養(yǎng)對課程質量的影響結果占到主導地位。

(3)教學設施對于課程總體質量而言有著舉足輕重的地位，是實踐環(huán)節(jié)、理論環(huán)節(jié)得以有效進行的保證。

(4)理論考核對于課程總體質量的影響最小，表現在CDIO教學思想下課程質量偏重于知識的靈活應用與學生綜合素質的培養(yǎng)。

3 結束語

根據當前機械設計專業(yè)人才培養(yǎng)目標，針對機械設計類課程教學中應突出對學生“全方位全過程培養(yǎng)高素質高技能機械設計人才”的教學方向，借鑒全面質量管理的思路構建了課程質量標準框架，并應用層次分析法對影響課程質量諸多因素進行了評價，得出了課程綜合教學改革的方向，對其他課程教學改革建設提供借鑒。

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