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摘要：
對大學生自主學習教育的培養是工程教育的重要內容。本文以天津科技大學“過程裝備與控制工程”專業的課外工程教育為范例，探討了課外工程教育的實施方法，著重討論了工程師認知教育、科技創新活動、產學合作工程實踐等三個方面，并指出了課外工程教育存在的一些問題。實踐表明，該措施可提高工科大學生的工程意識和創新能力。
關鍵詞：
課外工程教育；創新；自主學習
在全球化背景下，工程教育對于增強國力和未來競爭力日顯重要。本世紀以來，歐美各國特別將加強和改革工程教育作為高等教育發展的重要內容[1]。歐盟委員會資助下構建并實施了“歐洲高等工程教育”（H3E）、“加強歐洲工程教育”（E4）、“歐洲工程的教學與研究”（TREE）等系列主題研究[2-4]。從2000年起，麻省理工學院等四所大學組成的跨國研究團隊，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念[5]，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。我國教育部也提出“卓越工程師教育培養計劃”[6]，旨在全面提高我國工程人才培養質量。我國要建設創新型國家，需要培養造就創新能力強、適應經濟社會發展需要的高素質工程技術人才。以汕頭大學為代表，國內50多所高校正在開展CDIO教學實踐[7]。此外，華東理工大學還提出了“全面工程教育”理念[8]。綜觀各種教育模式，實踐是關鍵詞之一[9-10]，而課外是學生學習生活非常重要的一部分，也是學生自主學習提高的時間，合理利用課外組織開展工程教育，對于學生能力、素質的培養具有重要的意義。這里，課外工程教育指課內教學計劃規定之外的學生工程教育活動，其特征是強調學生的自主性和教師的引導作用。天津科技大學的“過程裝備與控制工程”專業是天津市高校“十二五”綜合投資規劃的品牌專業建設項目，有著50多年的辦學歷史，擁有本科、碩士、博士以及工程碩士培養等完整的人才培養體系，為課外工程教育的實施提供了良好的平臺。落實“輕工過程裝備”人才培養的特色定位，對本科生開展課外工程教育，是提升人才培養質量的必要手段，與培養計劃內的教學相輔相成。目前，工科類為主的普通院校針對本科生教育嘗試實行“3＋1”的培養模式，即“3年專業基礎學習+1年實訓實踐學習”。但是，作為工科學生，工程教育應該努力使之貫穿大學四年的學習始末，模塊化的分段式培養方式某種程度上不能很好地使學生對知識融會貫通，因此，效果并不明顯。尤其是在大眾化教育背景下，如何能夠讓學生將專業知識的“片段”連接組織在一起，是值得研究的內容。本文主要從工程師認知教育、科技創新活動、產學合作工程實踐等三個方面探討對本科生課外工程教育的實踐。
一、工程師認知教育
從大學一年級入學開始，為了幫助學生更好地了解專業培養體系、發展方向以及就業情況等，我們編制了《機械導航》作為學生了解所學專業的入學手冊。每年定期舉辦“卓越工程師成長之路”、“教授講壇”等活動，邀請學術領域的教授和企業界工程領域的專家，為學生帶來不同主題的講座。包括針對某一專題內容，請工程領域專家進行詳細講授；在本科生進入畢業設計之前，請具有豐富工程設計經驗的企業或設計院的專家為畢業生開辟設計類專題指導講座等；以工程技術講座的形式，對學生加強工程修養以及工程師倫理教育。同時，借助學院的大學生職業生涯規劃中心，為學生提供與工程師們溝通和交流的機會，激發他們的學習興趣，拓展思維空間，提高工程和科研能力。這些認知教育使得學生明確認識到工程師不但能“造物”，而且能“做事”。
二、科技創新活動
大學生的科技創新活動有助于營造大學學術氛圍和培養積極向上的學風[11]?？茖W研究是大學的基本職能之一，培養卓越工程師必須使之兼備科學家和工程師的雙重素質和能力，因此大學既要注重新技術的研發，注重解決工程實際中的科學技術問題，又要注重對學生能力的培養。此外，現代工程實際應用中很大程度上是基于多學科的科學和技術知識的交叉與應用，因此，學生在校期間開展科技創新活動對培養學生的創新精神和實踐能力具有重要意義。
1.參與科學研究科學研究是非常有效的實踐訓練方法，理論知識與具體實踐結合，鍛煉了學生的項目組織實施能力。我們以研究室為科技創新平臺，教師指導，研究生協助，本科學生以項目成員的身份參與或者基于某個項目組獨立從事科研工作。比如在試辦“卓越人才實驗班”過程中，除了課程體系的區別設置之外，還重點強化了學生參與科技活動的內容，從大二開始實行導師培養制，類似于研究生導師制，以科研實績好、責任心強的教師為導師，指導學生的研究工作。為了達到較好的學習效果，一般每名導師指導兩名學生。再如，“過控”專業的特色研究室吸收了部分大三、大四的本科生，通過積極參與科研項目，導師指導和與研究生的合作，可以使學生較早地進入科研狀態，明確科研的基本方法和思路。在這個過程中，學生將得到文獻檢索和論文撰寫能力的訓練，充分發揮其創新思維能力，促進了課程體系中知識的掌握，增強了學術交流和技術交流能力，提高了分析問題和解決問題的能力。同時，導師們也可以借此了解學生的認知及需求，有利于提升課堂教學效果，滿足學生的學習需求。另外，多年來實施的推薦免試研究生提前進入實驗（研究）室從事科學研究的計劃，也收到了較好的效果。
2.專業軟件的學習和使用專業軟件是將來工程實踐必不可少的工具，同時利用軟件可開展虛擬現實設計、制造、過程優化等虛擬教育。目前，AutoCAD、Matlab、Pro/E等繪圖、科學計算和工程類軟件已進入本科教學內容，隨著知識的積累和學習的深入，通過選修課或指導性推薦，可以讓學生接觸諸如ANSYS、FLUENT、COMSOLMultiphysics、EDEM等分析計算設計相關的軟件。軟件的使用對于調動同學們的學習積極性很有幫助。比如，要求學生熟悉ANSYS的分析問題的步驟，掌握ANSYS建模、網格劃分、求解和后處理的基本方法，可以使學生具備初步的利用有限元軟件求解工程問題的能力。對于過程裝備與控制工程專業學生而言，單元操作及過程優化是重要的學習內容，建議學生使用試驗版Symprosys軟件（http：//www.simprotek.com/），針對干燥、蒸發等特色課題進行過程分析和優化，對于鍛煉學生的分析抽象能力、知識表達能力和綜合運用所學知識解決問題的能力有很大幫助。
3.科技競賽機械工程學院設置了大學生科技創新基金，積極引導學生參加各類科技競賽活動。比如，鼓勵學生積極申報“大學生創新創業訓練項目”，導師提供條件，學生自主完成創新性實驗的設計、實驗條件的準備、實驗的實施、數據處理與分析、報告撰寫、成果（學術）交流等。利用天津科技大學實驗室開放基金項目，加強工程專業人才培養[12]。經歷這些過程后，學生能夠逐步形成獨立思考問題、解決問題的能力以及組織實施實驗設計的能力，為今后的工作取得寶貴的實踐經驗，同時也可以為畢業設計積累素材和資料。
4.學術交流高校是學術交流最活躍的地方，可是真正面向本科生的卻比較少見，而本科生也還沒有意識到要主動去參與這些活動。因此，設計面向本科生的學術交流活動對于開闊大學生視野很有必要。這些年，我們開設了“博士講壇”，由中青年博士為本科生講授其所屬研究領域的發展與自己的研究實踐，能夠很好地貼近學生，使學生對專業領域的未來以及自己的職業規劃有較好的了解和認識。此外，借助國外來訪學者，專門開設面向本科生的學術講座，讓學生了解國外工程教育情況和科研方法，嘗試進行國際型工程人才培養。近年來，來自美國、加拿大、俄羅斯、日本等國家的高校和研究單位的專家為我們做了講座，交流語言為英語，本科生能夠與國外專家互動交流，一定程度上說明了學生的潛力，因而更應該為學生們提供更多的機會，以滿足不同學生的不同需求，適應工程教育國際化的需要。
三、產學合作工程實踐
一般來說，大學課堂課程內的學生仍處在一個假定的實驗環境中，要拓展到工程實踐的實際體驗還有一定難度。針對過程裝備與控制工程專業，我們與企業合作，引進了中試規模的提取、干燥、蒸發等多套設備，這樣學生的實驗活動就與企業的實際生產相類似，可以培養學生工業生產及企業運營管理的大局觀。其實，在學生畢業設計期間與企業合作，讓學生深入企業，在企業工程師和學校教師的共同指導下研發產品、解決工程實際問題是培養學生工程能力的最好途徑，但是該途徑的實施因客觀原因仍有一定難度。產學合作需要本科生綜合各基礎課程中所學到的知識，充分發揮學生的創新思維能力[13]。一方面，可以以企業合作或單獨委托項目為抓手，在工程師的指導下開展工程實踐，盡可能涉及到項目的全過程，如工程設計、加工、組裝、測試等。另一方面，依托本專業建立的校外實習基地、工程訓練中心等培養學生的工程能力。如，過控專業在天津市津南區多個企業建立了校外實習基地，天津市榮光特種風機有限公司、永恒電機廠、天爐科技發展有限公司、尼特風機有限公司、寶成集團等均已成為本專業學生進行工程實踐的重要場所。
四、結束語
本科生的課外工程教育需要有比較大的平臺，才能夠為學生提供工程實踐的機會，才能在大學期間切實提高學生自主學習和工程實踐的能力。在實踐過程中，我們還發現了一些問題需要在今后的工程教育中進行改進。一是教學模式需要及時革新。沿用以往的教學模式，以知識傳授為主，只關注“做中學”是不夠的，教師和學生的工程教育意識仍需要重視和提升，只關心“規定內的動作”是遠遠不能達到要求的。二是高校與企業在人才培養上的合作缺乏更為深入的開展，需要研討“共贏”機制和相關措施。高校內具有工程素養的教師隊伍不足，走出校園的機會不多，缺乏更多的與企業合作的切合點。綜上所述，在今后本科生的課外工程教育中，應在動手實踐、分工合作、交流研討等能力培養和素質養成方面進行提高，并形成對課內教學的有力支撐。同時，為了更好地培養具有國際化視野的畢業生，學校仍需要面向實際改革創新教學模式，開拓并建立更多的與企業合作共贏的機會和平臺。
作者：徐慶 宋繼田 單位：天津科技大學
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