劉瑞玲，王會霞，王 軍，顧文華

（河北科技大學材料科學與工程學院，河北石家莊 050000）

工科教育的主體是工程教育[1]。工程教育是學校和用人機構在社會環(huán)境中進行的創(chuàng)造性專業(yè)教育，它的目的是使受教育者學會在一定環(huán)境條件下，為滿足社會需要而從事科學和技術開發(fā)與應用，是創(chuàng)造“人工制品”的活動和結(jié)果[2]。現(xiàn)代工程教育更加強調(diào)培養(yǎng)知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有創(chuàng)新精神和實踐能力的工程技術人才，因而也更加重視工程實踐教學的改革創(chuàng)新[3]。“專業(yè)綜合實驗”是針對工科專業(yè)設置的，教學過程中強化工程教育的背景，把知識、能力、素質(zhì)三者有機融合，能夠體現(xiàn)工程教育的實踐性、綜合性和創(chuàng)新性。

1 “專業(yè)綜合實驗”的設計思路

近20年來，以麻省理工學院為代表的一些大學提出“回歸工程實踐”的改革理念，開始重視工程教育的實踐性和創(chuàng)新性，改革的重點從注重科學和工程基礎教育轉(zhuǎn)向工程實踐[4]。實踐性是工程教育的一個明顯特征，實踐教學在工程教育中具有重要作用，是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)與實踐能力的重要方面，所以，工程教育的實踐性需要在培養(yǎng)方案和教學計劃中逐次分解、具體體現(xiàn)，最終落實在教學環(huán)節(jié)設置上[5]?！皩I(yè)綜合實驗”是在教學計劃中設置的實踐教學環(huán)節(jié)，安排在專業(yè)課程學完之后，為期2周。整個環(huán)節(jié)是以某一典型產(chǎn)品為對象，在實驗室完成其生產(chǎn)過程，其內(nèi)容和結(jié)構如圖1所示。

我們從三個方面來分析“專業(yè)綜合實驗”的教學過程。首先是實驗過程，出發(fā)點是通過實驗過程展現(xiàn)生產(chǎn)過程，所以是以產(chǎn)品生產(chǎn)為主線進行的，體現(xiàn)了工程背景。其次是實驗內(nèi)容，它是以產(chǎn)品生產(chǎn)為手段，涉及了多門專業(yè)基礎課和專業(yè)課的理論知識，以及實驗知識和操作技能，體現(xiàn)了工程教育的綜合性。第三是教學目標和教學理念，本環(huán)節(jié)的教學目標是培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)，教學過程中貫穿“學生為主體，教師為主導”的教學理念，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和工程實踐能力。

圖1 “專業(yè)綜合實驗”內(nèi)容和結(jié)構圖

2 以工程實際為背景，合理設計實驗各階段

工程是創(chuàng)造“人工制品”的活動，即人造物的過程[2]，所以以制造產(chǎn)品的過程為實驗主線，是工程背景的最好體現(xiàn)。按照產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，將實驗分為準備階段、實施階段、檢驗階段和分析階段。準備階段需要學生根據(jù)已學的專業(yè)課程知識，針對給定產(chǎn)品進行工藝設計、生產(chǎn)工藝的編制、原材料的準備、儀器和設備的準備等；實施階段是制造產(chǎn)品的主體階段，以制造出產(chǎn)品為目標，將準備工作逐一進行落實，即在此階段要制造出產(chǎn)品；檢驗階段是對制造出的產(chǎn)品進行檢驗，給出性能檢驗結(jié)果，并對產(chǎn)品質(zhì)量作出判斷；分析階段要求學生綜合運用所學專業(yè)基礎課及專業(yè)課的理論知識，結(jié)合具體實驗條件，對產(chǎn)品的檢驗結(jié)果進行綜合分析，對合格的制品給出肯定的結(jié)論，對存在的問題提出建議和改進措施。

3 知識、技能和設計能力并舉，體現(xiàn)工程教育的綜合性

綜合性是工程教育的又一特征。工程里任何一個東西都綜合了很多要素在里面，必須在一個主體學科的前提下，有著綜合的思維、綜合的能力[6]。學生能夠?qū)⑺鶎W的知識進行系統(tǒng)和綜合是工程教育的目標之一，當然綜合性應體現(xiàn)在工程教育這個大系統(tǒng)的各個層面，就本教學環(huán)節(jié)中，其綜合性主要體現(xiàn)在實驗內(nèi)容的綜合、涉及知識的綜合以及實驗操作的綜合上。

由于本實驗是以生產(chǎn)為背景，所以實驗內(nèi)容不是只涉及某課程的某個環(huán)節(jié)，或某個知識點，也不是簡單的演示和驗證，而是涉及了多門專業(yè)課的實驗內(nèi)容，并且將這些實驗內(nèi)容進行良好的融合與銜接。既然實驗內(nèi)容涉及了多門課程，涉及的知識也同樣是多門課程，實驗過程需要學生利用多門課程的知識進行設計、準備并進行實際操作。產(chǎn)品生產(chǎn)的實施過程和檢驗階段，對學生來講雖然主要是動手，但是涉及到前序多門課程的實驗知識和操作技能。對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能進行綜合分析階段，更需要將多門課程的理論知識與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生綜合運用理論知識分析和解決實際問題的能力，這是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和能力的重要措施，是本環(huán)節(jié)的主要目的?？梢姡瑢嶒瀮?nèi)容和教學過程以促使學生將知識進行綜合歸納為目的，充分體現(xiàn)了本環(huán)節(jié)的綜合性特征。

4 學生為主體、教師為主導，注重培養(yǎng)工程素質(zhì)

工程活動本身就是一種創(chuàng)新活動，所以工程教育要強調(diào)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的提高[7]；工程教育的素質(zhì)理念內(nèi)涵是更應注重能力的訓練和品德的養(yǎng)成[6，8]。所以工程教育要注重創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和能力的訓練。

本環(huán)節(jié)的教學方法不同于傳統(tǒng)的實驗教學，指導教師將任務布置以后，所有工作由學生自行完成。具體任務為：5～7人一組完成一個產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程。指導教師僅起指導和監(jiān)督作用，對實驗方案的確定、實驗操作等可以進行建議和引導，但不過多干涉。在實驗的幾個階段中，準備階段最能發(fā)揮學生的創(chuàng)造能力，因為除給定任務和實驗條件外，沒有其他任何限制。學生可以自行選擇具體工藝、材料、設備等，每個小組的方案可能完全不同，這是在本教學環(huán)節(jié)中刻意設計的，目的是給學生的創(chuàng)造力發(fā)揮留下足夠的空間。

另外，此階段還包含了工程設計內(nèi)容，以鍛煉學生的工程設計能力。除準備階段，其他3個階段在教學過程均注重對學生能力的培養(yǎng)，如實施階段和檢驗階段主要是加強和鍛煉學生的動手和操作能力，分析階段則是培養(yǎng)學生運用理論知識分析和解決實際問題的能力，是理論指導實踐的升華。

總之，以“學生為主體、以教師為主導”的教學方法，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和工程實踐能力，提高工程素質(zhì)。

5 “專業(yè)綜合實驗”教學實例

下面以材料成型及控制工程專業(yè)的鑄造模塊為例，介紹本環(huán)節(jié)的教學內(nèi)容和教學過程。

5.1 實驗任務

鑄造模塊選定的產(chǎn)品是啞鈴，6個學生為一組，每組給定一個牌號（鑄鋼或鑄鐵）并下發(fā)一個啞鈴實物。

5.2 準備階段

首先，每組對啞鈴進行測繪，然后對啞鈴進行鑄造工藝設計，繪制鑄造工藝簡圖，指導教師審定后，外協(xié)加工模樣。在此期間，學生進行配料計算，制定熔煉工藝、孕育工藝、澆注工藝及熱處理工藝；同時準備爐料、造型材料等各種原材料，準備工裝，并對中頻爐和澆包進行檢查、修筑。

5.3 實施階段

每組學生分工合作，按照上個階段設計的工藝，進行配料、熔煉、配砂、造型、孕育、澆注、清理、熱處理（鑄鋼件）等工序的具體實施，完成啞鈴的鑄造過程。

5.4 檢驗階段

啞鈴鑄件清理后，首先對外觀尺寸和質(zhì)量進行檢驗，然后將啞鈴縱向剖開，檢查內(nèi)部質(zhì)量，再從啞鈴上取若干試樣，進行金相觀察、測試力學性能。

5.5 分析階段

根據(jù)啞鈴鑄件外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量、金相組織，力學性能等檢驗結(jié)果，運用所學理論知識對其質(zhì)量進行綜合分析，并給出改進方案。

四個階段的實驗后，學生對鑄造生產(chǎn)過程有了清晰的認識，鍛煉了設計、操作、檢測等各種工程能力，還將理論知識有的放矢的應用于實踐，關鍵之處還在于，本次綜合實驗的過程完全是開放的，除了完成啞鈴的鑄造過程，沒有任何的限制和要求。真正體現(xiàn)了“學生為主體，教師為主導”的教學過程。

6 結(jié)束語

在教學計劃中，設置“專業(yè)綜合實驗”的實踐性教學環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了工程教育的實踐性特征。依據(jù)大綱的要求，設計并實施的具體教學過程和教學方法，符合工程教育綜合性和創(chuàng)新性等要求，可以在工科院校中進行推廣。

［1］李正熙.提升高等工程教育質(zhì)量的幾點思考［J］.中國高等教育，2006（3）：60-62.

［2］雷廣大.工程教育：改革與發(fā)展［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2010.

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［5］董元篪.推進實踐教學改革構建基于實踐的工程教育新體系［J］.中國高等教育，2004（22）：28-29.

［6］朱高峰..工程教育的幾個問題探討［J］.中國高等教育，2010（3）：4-6.

［7］韓立強，張鳴放，黃金林.應用型本科工程教育的定位初探［J］.中國高等教育，2007（10）：34-35.

［8］朱高峰.工程教育的幾個理念問題［J］.高等工程教育研究，2011（1）：1-5.