“卓越計劃”背景下工程導(dǎo)論課程教學(xué)改革研究

張仕斌　李飛　王海春　昌燕　韓桂華　黃源源

摘要：分析“卓越計劃”背景下工程導(dǎo)論課程中工程教育的內(nèi)涵、高等工程教育目標(biāo)、現(xiàn)代工程師素質(zhì)、工程項目方案設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等教學(xué)內(nèi)容，提出創(chuàng)新的教學(xué)改革理論與實踐研究成果。

關(guān)鍵詞：工程教育；工程師；工程項目；產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

1.背景

我國目前雖是工程教育大國，卻不是工程教育強國；工程教育人才培養(yǎng)的數(shù)量雖多，但質(zhì)量還有待進一步提高。由于工程教育肩負(fù)著培養(yǎng)億萬工程人才的重任，而這些工程技術(shù)人才創(chuàng)造人世間的工程、技術(shù)乃至一切物質(zhì)文明，推動經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，影響著人們的思維和生活方式；因此，高等工程教育改革以前所未有的廣度和深度令全世界關(guān)注。為落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》重大改革項目的精神，2010年6月23日，教育部聯(lián)合中國工程院、工信部、人社部、財政部等22個部門和20多家企業(yè)正式召開了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動會，批準(zhǔn)了61所高等院校為首批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點院校。工程導(dǎo)論課程是我校低年級本科生進入工程領(lǐng)域的入門課程，為培養(yǎng)合格的工程技術(shù)人才，對工程導(dǎo)論課程實施教學(xué)改革研究與實踐具有重要的現(xiàn)實意義。

2.工程導(dǎo)論課程教學(xué)改革思路

遵循《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標(biāo)準(zhǔn)》要求，借鑒國際上先進的CDIO工程教育理念，按照我校倡導(dǎo)的“一切為了學(xué)生”的教育教學(xué)理念和建立“全程全員全面”素質(zhì)教育體系的要求，以我院“循強國之策，辦開放之學(xué)，納精英之才，造杰出之士”的辦學(xué)理念為指導(dǎo)；以社會需求為導(dǎo)向，以工程技術(shù)為主線，以實際工程為背景，以提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、工程素質(zhì)、工程實踐能力、引導(dǎo)學(xué)生進入工程領(lǐng)域為目標(biāo)，讓學(xué)生明確工程、技術(shù)與科學(xué)間的關(guān)系，明確高等工程教育培養(yǎng)目標(biāo)，了解工程、技術(shù)與科學(xué)問的關(guān)系，了解現(xiàn)代工程師應(yīng)具備什么樣的素質(zhì)以及工程項目方案設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的全過程。

3.工程導(dǎo)論課程教學(xué)改革的內(nèi)容

3.1明確工程、技術(shù)與科學(xué)間的關(guān)系

一般而言，科學(xué)是對自然界客觀規(guī)律的探索，科學(xué)的任務(wù)是要有所發(fā)現(xiàn)從而增加人類的知識和精神財富。科學(xué)知識的基本形式是科學(xué)概念、科學(xué)假說和科學(xué)定律，科學(xué)活動最典型的形式是基礎(chǔ)科學(xué)研究，包括科學(xué)實驗和理論研究，進行科學(xué)活動的主要社會角色是科學(xué)家。技術(shù)是改造世界的手段、方法和過程，它在科學(xué)認(rèn)識的基礎(chǔ)之上要有所發(fā)明，從而增加人類的物質(zhì)財富并使人類生活得更美好。技術(shù)知識的基本形式是技術(shù)原理和操作方法，技術(shù)活動的最典型方式是技術(shù)開發(fā)，包括發(fā)明、創(chuàng)新和轉(zhuǎn)移，其主要社會角色是發(fā)明家。工程是實際改造世界的物質(zhì)實踐活動和建造實施過程，工程是要有所創(chuàng)造，從而為人類生存發(fā)展條件建造所需要的人工自然與物品。工程知識的主要形式是工程原理、設(shè)計和施工方案等，工程活動的基本方式是計劃、預(yù)算、執(zhí)行、管理、評估等，進行工程活動的基本社會角色是工程師。

3.2明確高等工程教育培養(yǎng)目標(biāo)

通常意義上講，工程教育與普通的科學(xué)教育有共性又有個性。工程教育區(qū)別于普通的科學(xué)教育和技術(shù)教育之處是工程教育著重于向?qū)W生傳授較為廣泛的多學(xué)科綜合知識和技術(shù)，強調(diào)具備廣泛的個人能力，強調(diào)人際溝通能力以及產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程及系統(tǒng)的構(gòu)建能力，這些能力可以保證學(xué)生在社會和工程企業(yè)背景下的團隊工作中能發(fā)揮較為重要的綜合作用。

高等工程教育是順應(yīng)社會、經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，以技術(shù)科學(xué)為主要學(xué)科基礎(chǔ)，面向工程的實際應(yīng)用，以培養(yǎng)善于將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力的工程師為目標(biāo)。確切地說，高等工程教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)以工程實踐為立足之本的工程師而非科學(xué)家。

3.3現(xiàn)代工程師的素質(zhì)

3.3.1工程師的職業(yè)要求

關(guān)于工程師的職業(yè)要求，首先應(yīng)該具備相關(guān)的職業(yè)技能，而這些職業(yè)技能一般是在高校里進行培養(yǎng)，它和職業(yè)相關(guān)的專業(yè)課程有關(guān)。雖然不同的工程師的專業(yè)職業(yè)技能要求有所不同，但是都要求具備扎實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)知識、良好的分析能力。工科院校是培養(yǎng)工程師的搖籃，因此在工科院校中各專業(yè)的課程設(shè)置中一般都包含公共基礎(chǔ)知識（一般包括思想政治理論課、英語體育課和數(shù)理基礎(chǔ)課3部分）、專業(yè)基礎(chǔ)知識（指與專業(yè)知識、技能直接聯(lián)系的基礎(chǔ)課程，也就是專業(yè)先修課程）和專業(yè)方向知識模塊（指本專業(yè)教學(xué)所涉及的主要知識領(lǐng)域，所涉及的課程與專業(yè)知識、技能的直接聯(lián)系）。此外，作為未來的工程師，高校學(xué)生應(yīng)該利用高校的人文和學(xué)術(shù)環(huán)境，還應(yīng)該有意識地培養(yǎng)其他能力，如團隊合作能力、獨立分析和解決問題的能力、自學(xué)能力等。

3.3.2工程師的業(yè)務(wù)技能

作為一名合格的工程師，除了具備前面所說的職業(yè)要求外，還應(yīng)該具有相應(yīng)的技能，具體包括獲取知識的能力（如自學(xué)能力、信息獲取能力以及表達能力等）、應(yīng)用知識能力（如系統(tǒng)級的認(rèn)知能力、理論與工程實踐能力）、掌握工程設(shè)計與分析方法、創(chuàng)新能力（如創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)新實驗?zāi)芰Α⒖萍奸_發(fā)能力、科學(xué)研究創(chuàng)新能力以及對新知識與新技術(shù)的敏銳性）、分析判斷能力與承擔(dān)風(fēng)險的勇氣、創(chuàng)造性解決問題的能力（指采用不拘一格、有別于常規(guī)、突破傳統(tǒng)與教條的程序、方法、措施來解決工程技術(shù)的實際問題）、把握機遇的能力、較強的應(yīng)變能力、與他人合作共事的能力（如協(xié)調(diào)、溝通能力，保持身心健康的能力）等。

3.3.3工程師的職業(yè)道德

所謂職業(yè)道德就是同人們的職業(yè)活動緊密聯(lián)系的符合職業(yè)特點所要求的道德準(zhǔn)則、道德情操與道德品質(zhì)的總和。工程師能發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)品，好的創(chuàng)造會給人類帶來進步，如蒸汽機、計算機和互聯(lián)網(wǎng)等，不好的創(chuàng)造也會給人類帶來災(zāi)難，如毒品、蘇丹紅和瘦肉精等。作為現(xiàn)代合格的工程師，應(yīng)具備誠實、守信、正直、公正、愛崗、敬業(yè)、刻苦、友善、對科技進步永遠充滿信心、勇于攀登的品德；服務(wù)于公眾、用戶、組織及與專業(yè)人士協(xié)調(diào)共事的能力；勇于承擔(dān)責(zé)任，保護公眾的健康、安全，促進社會進步、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的意識。

3.4工程項目方案的設(shè)計

當(dāng)前高等工程教育的目的是培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程師，要求工程師具有分析、提出方案并解決工程實際問題的能力、工程項目研究和開發(fā)能力、工程技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新和開發(fā)能力等。因此，在未來的工作中，工程師進行工程方案的設(shè)計是必備的能力。

3.4.1工程項目的前期策劃——需求分析

工程項目需求包括3個不同的層次：業(yè)務(wù)需求（反映組織機構(gòu)或客戶對系統(tǒng)、產(chǎn)品高層次的目標(biāo)要求）、用戶需求（指用戶使用產(chǎn)品必須要完成的任務(wù)）、功能需求（定義開發(fā)人員必須實現(xiàn)的系統(tǒng)功能）和非功能需求（包括產(chǎn)品必須遵從的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、性能要求等）。此外，還要考慮隱形需求（包括維護需求、升級需求、易用性需求和性能需求）。

3.4.2工程項目方案的設(shè)計說明書

在工程項目方案中最重要的部分是設(shè)計說明書（主要針對信息系統(tǒng)項目的設(shè)計），它體現(xiàn)了設(shè)計系統(tǒng)的技術(shù)性能和水平，設(shè)計說明書一般有兩個部分組成，即概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。

（1）概要設(shè)計。一個工程項目的概要設(shè)計是由文字說明、結(jié)構(gòu)圖、方框圖和表組成的，其概要設(shè)計的主要內(nèi)容包含引言和背景部分（包含引言、背景、相關(guān)定義和設(shè)計參考文件與標(biāo)準(zhǔn)）、結(jié)構(gòu)和流程部分（概要設(shè)計的核心，包括需求規(guī)定、運行環(huán)境、基本設(shè)計概念和處理流程、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能需求等）、接口設(shè)計部分（詳細(xì)設(shè)計定義各個模塊如何連接，包括用戶接口、外部接口和內(nèi)部接口等）、設(shè)計控制部分（主要說明各個模塊的組合和運行關(guān)系）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計（主要是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的定義、數(shù)據(jù)存儲和訪問方式的簡要說明）、系統(tǒng)出錯處理設(shè)計（主要說明系統(tǒng)運行和維護過程中如何處理的技術(shù)說明）。

（2）詳細(xì)設(shè)計。詳細(xì)設(shè)計是在概要設(shè)計的基礎(chǔ)上進一步明確系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地介紹系統(tǒng)的各個模塊，為進行后面的實現(xiàn)和測試作準(zhǔn)備。詳細(xì)設(shè)計的內(nèi)容主要有引言（與概要設(shè)計類似）、系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)（用一系列圖表列出程序系統(tǒng)內(nèi)的每個程序，包括每個模塊和子程序的名稱、標(biāo)識符和它們之問的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系）、系統(tǒng)程序設(shè)計說明部分（包括程序描述、功能、性能、輸入項、輸出項、算法、流程邏輯、接口、存儲分配和注釋設(shè)計等）。

3.5產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)

產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)既包括新產(chǎn)品的研制，也包括老產(chǎn)品改進，是一個從研究選擇適應(yīng)市場需要的產(chǎn)品開始，到產(chǎn)品設(shè)計、工藝制造設(shè)計直到投入正常生產(chǎn)的全過程，圖1為產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)過程示意圖。

（1）調(diào)查研究階段：是通過市場調(diào)查和預(yù)測進行產(chǎn)品創(chuàng)意，提出新產(chǎn)品構(gòu)思，提出新產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)、功能、材料和工藝方面的開發(fā)設(shè)想和總體方案。

（2）設(shè)計試制階段：是進行產(chǎn)品的設(shè)計、試制和鑒定。

（3）生產(chǎn)準(zhǔn)備階段：在本階段應(yīng)完成全部工作圖的設(shè)計，確定各種零部件的規(guī)格，以保證批量生產(chǎn)的技術(shù)要求。

（4）正式生產(chǎn)和銷售階段：在正式生產(chǎn)階段需要作好生產(chǎn)計劃、勞動組織、物資供應(yīng)、設(shè)備管理等一系列工作；在產(chǎn)品銷售過程中，要不斷收集市場和用戶使用情況的信息并及時反饋給生產(chǎn)設(shè)計部門，以使提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進產(chǎn)品設(shè)計。

3.6創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

3.6.1創(chuàng)新

創(chuàng)新即破舊立新，就是創(chuàng)造性地解決問題。狹義上的創(chuàng)新是指提供新穎的、獨創(chuàng)的、具有社會意義產(chǎn)物的活動，如科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)、技術(shù)上的發(fā)明、文化藝術(shù)上的杰作、政治經(jīng)濟及理論上的突破等；廣義上的創(chuàng)新是指提供前所未有的產(chǎn)物的活動。當(dāng)前，在我國進入全民創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新的時代，加強自主創(chuàng)新是我國科技發(fā)展的戰(zhàn)略基點，實施創(chuàng)新的戰(zhàn)略有3種途徑：原始創(chuàng)新（是指重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明、原理性主導(dǎo)技術(shù)等原始性創(chuàng)新）、集成創(chuàng)新（是自主創(chuàng)新的一個重要途徑，縱觀當(dāng)今世界的各種高科技工程或產(chǎn)品，從載人宇航飛船到3G/4G手機，絕大多數(shù)都是集成創(chuàng)新的成果）、引進消化吸收再創(chuàng)新（引進就要瞄準(zhǔn)世界前沿技術(shù)，消化吸收融會貫通，再創(chuàng)造出自己的核心技術(shù)）。

3.6.2創(chuàng)業(yè)

1）創(chuàng)業(yè)及大學(xué)生創(chuàng)業(yè)。

創(chuàng)業(yè)就是開創(chuàng)事業(yè)或積累財富的過程，而所謂“創(chuàng)”可以理解為創(chuàng)辦、創(chuàng)新、創(chuàng)建，“業(yè)”是指事業(yè)，可理解為職業(yè)、行業(yè)、學(xué)業(yè)等。大學(xué)生創(chuàng)業(yè)是指大學(xué)畢業(yè)生不是通過傳統(tǒng)的就業(yè)渠道謀取職業(yè)發(fā)展，而是利用自己的知識、才能和技術(shù)，以自湊資金、技術(shù)入股、尋求合作等方式開辦自己的企業(yè)，從而既為自己和社會創(chuàng)造財富，同時也為更多的人創(chuàng)造就業(yè)機會的過程。

2）創(chuàng)業(yè)的基本要素。

企業(yè)是由人的體系、物的體系、社會體系和組織體系組成的協(xié)作體系，因而人的因素（主要包括創(chuàng)業(yè)者、人際關(guān)系等）、物的因素（主要包括資金、技術(shù)、原材料及產(chǎn)品、生產(chǎn)手段等）、社會因素（主要包括社會對創(chuàng)業(yè)的認(rèn)可、創(chuàng)業(yè)是否符合社會發(fā)展的要求等）和組織因素（主要包括正確決策、創(chuàng)建組織、加強領(lǐng)導(dǎo)、激勵員工等）構(gòu)成創(chuàng)業(yè)的基本要素。

3）創(chuàng)業(yè)素質(zhì)及創(chuàng)業(yè)資源。

每個創(chuàng)業(yè)者走向成功，其前提條件是必須具備一定的創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。從過去無數(shù)創(chuàng)業(yè)者成功或失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)可以發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)業(yè)者的基本素質(zhì)主要表現(xiàn)在創(chuàng)業(yè)精神（創(chuàng)業(yè)精神是創(chuàng)業(yè)者的人格特質(zhì)）、創(chuàng)業(yè)能力（包括學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、決策、領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)、社交和實踐能力）和創(chuàng)業(yè)知識（包括專業(yè)、經(jīng)營管理、財務(wù)、金融知識等）3方面。創(chuàng)業(yè)資源是指新創(chuàng)業(yè)在創(chuàng)造價值的過程中需要的特定的資產(chǎn)，它是新創(chuàng)企業(yè)創(chuàng)立和營運的必要條件，包括有形資源（包括社會資本、資金、技術(shù)及專業(yè)人才等）和無形資源（如情誼創(chuàng)造財富、智慧創(chuàng)造財富、知識創(chuàng)造財富、時間創(chuàng)造財富、健康創(chuàng)造財富等）。

4）創(chuàng)業(yè)計劃及創(chuàng)業(yè)計劃書。

創(chuàng)業(yè)計劃是對與創(chuàng)業(yè)項目有關(guān)的所有事物進行總體設(shè)計的文件，是描述創(chuàng)辦一個新企業(yè)時所有相關(guān)外部要素及內(nèi)部要素的書面材料，是創(chuàng)辦企業(yè)目的、方向及各項職能的計劃，主要涉及商業(yè)前景展望，人員、資金、物資等各種資源的整合，以及經(jīng)營理念與思想、戰(zhàn)略等。創(chuàng)業(yè)計劃書的內(nèi)容包括計劃摘要、產(chǎn)品服務(wù)、市場預(yù)測、營銷策略、產(chǎn)品制造、團隊管理、財務(wù)規(guī)劃等。

5）大學(xué)生創(chuàng)業(yè)模式及過程。

雖然創(chuàng)業(yè)沒有千篇一律的固定模式，但對一個創(chuàng)業(yè)者來說，一個真正好的模式應(yīng)該是適合自己的，即其有能力操作而且把現(xiàn)有的資源有效整合進去的模式，在此基礎(chǔ)上才是真正的創(chuàng)新。前些年，新浪、搜狐、盛大、騰訊、百度、阿里巴巴等都設(shè)有所謂的創(chuàng)業(yè)模式。成功的大學(xué)生創(chuàng)業(yè)者要在大學(xué)期間經(jīng)歷3個截然不同的過程：體驗創(chuàng)業(yè)、學(xué)習(xí)創(chuàng)業(yè)和實踐創(chuàng)業(yè)3個階段。這3個階段是前后相繼、相互傳遞的，就是說一個階段走完了，根據(jù)情況決定是否進入下一個階段，而不能超越階段跳躍式發(fā)展。

4.結(jié)語

目前，我國工程教育改革以前所未有的廣度和深度令全世界關(guān)注。隨著工程教育理念研究的深入和各高等院校“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)工作的展開，我國正在實現(xiàn)從工程教育大國向工程教育強國的邁進。當(dāng)然，如何培養(yǎng)合格的高等工程教育人才是長期的實踐過程，因此我們?nèi)孕枰粩嗤晟聘叩裙こ探逃瞬排囵B(yǎng)的課程體系，以期能夠?qū)μ岣吒叩裙こ探逃瞬诺膭?chuàng)新實踐能力、增強就業(yè)競爭力起到更大作用。