基于PDCA循環控制的工科實踐教學研究

梁良 夏熱 李小勇 張治坤

[摘 要] 隨著國家新工科教育理念的提出，工科實踐教學在工科教育中的地位日益凸顯，但目前許多工科院校并未完全認識到實踐教學對培養新工科人才的重要意義。工科高校實踐教學應構建基于PDCA循環（計劃、確定方針、目標和活動計劃）的實踐教學閉環監控系統，從計劃、執行、考核和處理四個階段進行實踐教學改革。通過在工程實訓教學應用PDCA，檢驗PDCA循環控制的效果，能為工科工程實訓教學的改革與創新起到一定的參考作用。

[關鍵詞]工程實踐；課程教學；PDCA循環控制

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）11-0070-03

○、引言

隨著人類社會的發展，科學技術水平日新月異，高等教育在其中扮演著越來越重要的角色。在過去的三十年中，我國高校的數量、招生規模以及畢業生數量迅速擴張。高等教育從以前的精英教育階段逐漸過渡到大眾化教育階段[1][2]。然而，高校畢業生就業情況的不理想直接反映了高校教學和培養模式存在諸多問題[3][4]。對于工科學生來說，畢業生的素質能力和企業的要求不匹配的問題日益嚴峻，實踐能力是其中一個很重要的因素。長期以來，我國的理論教學一直處于主體地位，實踐教學則是理論教學的補充，其重要性還沒有得到充分認識[5]。同時，在教學過程中，沒有將“理論知識傳授”、“實踐能力培養”貫穿至整個教學環節中，無法有效做到知識的反饋和交互補充，這種做法難以培養學生綜合實踐動手能力和工程創新意識。

黃繼英對德國和美國的兩所大學工科實踐教學情況進行了對比，發現德國大學的實踐教學環節多于美國，而美國學生則是通過到企業接受就業培訓來提高實踐能力的[6]。李陽研究了歐美三所大學和我國四所大學的實踐教學狀況，發現歐美大學的教學計劃中實踐教學所占的比例較大，均在30%以上，而我國大學實踐教學所占的比例則為20%左右[7]。文獻[8]指出我國大學工科實踐教學計劃中畢業設計環節占到了很大的比例，達到40%～50%，而在歐美大學中，該比例僅為10%。在實踐教學環節中，歐美大學注重學生創新能力和跨學科綜合設計能力的培養，重視實踐報告和實踐成果；而我國工科實踐教學存在管理目標不明確，實踐教學環節綜合性不強，與企業的聯系不夠緊密等問題。這導致工科實踐教學不能與理論教學相協調，影響了整體教學質量的提高。

工科實踐教學是指在一定的教學環境下，教師有組織、有目的地指導工科學生進行實踐性、應用性學習，傳承實踐知識，開拓實踐能力、創新能力，提高綜合素質的教學活動。近年來我國的工科實踐教學取得了很大的進步，但在觀念、設備條件、師資、軟件、管理等方面與實際需求不相適應。如實驗設備數量不足導致大規模工程訓練教學難以正常開展；部分設備性能落后，與市場需求不適應；實驗室實踐教學內容更新、拓展不夠，缺乏現代大工程訓練項目等問題。因此，只有通過實踐教學讓學生將理論知識運用于實踐并將理論知識與實踐知識相結合，使其發現自身問題并彌補不足，為將來進入社會勝任崗位打下了基礎。

一、PDCA循環及其特點

PDCA循環又叫質量環，是管理學通用模型，20世紀50年代被成功運用于持續改善產品質量過程中。其中的PDCA是英語單詞Plan（計劃）、Do（執行）、Check（檢查）和Action（處理）四個單詞的首字母。Plan（計劃）就是找出問題，分析該問題的各種影響因素并確定主要因素；Do（執行）為制定解決問題的步驟并加以落實；Check（檢查）為檢查落實措施后的結果；Action（處理）是將解決問題的方法標準化，進行總結并提出新目標，然后再進入下一次的PDCA循環，直到問題解決。在質量計劃的制訂和組織實現的過程中，這個過程就是按照PDCA循環在指定的計劃指導下進行不停頓地、周而復始地運轉、逐步提高。

PDCA循環實際上是有效進行一項工作的合乎邏輯的工作程序。PDCA四個過程并不是運行一次就完結，而是周而復始地進行，一個循環結束，解決了一部分問題，可能還有其他問題尚未解決，或者在循環過程中出現新的待解決的問題，需要進行下一次循環。這種周而復始的循環正是質量管理的基本方法。如果將整個某個高校的教學工作作為一個大PDCA循環，那么各個學科、各個院系、各個專業還有各自小的PDCA循環，就像一個行星輪系一樣，由大環帶動小環，逐級有規則地運轉。從圖中還可以發現，PDCA循環并不是在同一水平上進行循環的，每次循環都會解決一部分問題，取得一部分成果，其工作就會進一步提高，到下一次循環又有新的目標和內容。

二、PDCA循環在工科實踐教學中的體現

（一）工科實驗內容的改革

在新的教育形勢下，高等學校構建綜合性工程實踐平臺不僅可以實現產、學、研多層次實踐教學模式，還可以將理論學習與實踐學習結合起來，使學生成為真正的學習主體，在工程實踐過程中循序漸進、逐步積累、技術內化。依托該平臺可以充分發揮高校的科研優勢，使之應用于教學實踐、學生實踐能力與創新能力培養之中，實現“認知型訓練—實踐型訓練—綜合型訓練—創新型訓練”四個層次多模塊、相互銜接的工程實踐教學體系，進一步體現實踐技能系統訓練與科學研究能力培養相結合的特點。其中，認知型訓練為專業基礎應用訓練，主要是安排學生進行本行業認知教育，使學生初步認識本行業的特點及相關行業生產設備。實踐型訓練則是綜合應用訓練，主要是使學生全面了解和掌握對應工程行業相關設備的結構、功能，相關系統及輔助設備，能充分了解和掌握最新的行業技術及最新成果。綜合型訓練則是培養學生的工程意識與實際應用能力，使學生了解和掌握本行業動力設備運行及維護知識，掌握大型動力設備的啟停程序，控制模式及設備運行方式，并能夠結合現場實際情況進行事故分析和處理。創新型訓練是將實踐教學體系各課程內容進行融合，分為多個訓練模塊，各模塊多個知識點進行綜合，設置相應的研究探索性實踐項目。

（二）PDCA實驗改革策略

工科實踐教學可以利用PDCA循環管理模式進行組織教學，首先要求具有明確的教學目標和教學計劃（Plan）；其次要求按照教學目標和教學計劃去實施（Do）；再次是對教學目標與教學計劃執行情況進行檢查（Check）；最后通過教學檢查發現問題，提出解決方案（Action）。這四個過程構成了工科實踐教學第一輪PDCA循環。根據第一輪循環檢查發現的問題，再次制訂新的實踐教學方案，隨后進行第二輪PDCA循環。以此類推，形成一個螺旋式上升的工科實踐教學PDCA循環。其中螺旋頂部是實踐教學的終極目標。PDCA循環就像一個不停轉動的車輪，周而復始地運轉，每一次循環都在原水平的基礎上提高，每循環一次都有新的目標，解決一些問題，從而將工科實踐教學提升一個新的層次，各個循環直接相互促進、相互協調，四個階段缺一不可，緊密銜接。值得注意的是，PDCA循環必須圍繞A階段的目標和計劃轉動，及時總結經驗，肯定經驗，將行之有效的對策和措施，上升為新的標準，為下一個循環做好準備，這樣才能保證循環有效健康地運行。只要始終遵循有效的步驟來進行實踐教學，工科實踐教學體系就會始終保持在一個良性循環狀態中。

一旦利用PDCA循環管理模式將工程訓練中心平臺搭建成功，就可以為學生創造更多的進入企業學習實踐的機會；并充分結合大學生暑期實踐、大學生課外實踐活動、大學生科技創新、大學生科技競賽等活動，夯實學生專業基礎。一方面，通過工程實踐教學這一平臺，可以廣泛吸收相關行業專家參與人才培養方案制訂，共同制訂培養目標、課程體系和實踐教學體系，并采取必要措施鼓勵行業企業專家參與人才培養過程，如教學、課程設計、各類實習、畢業設計等，開設企業管理課程等。另一方面還可以通過工程實踐平臺構建具有行業與專業特色的培養創新型人才的實踐教學體系。針對企業人才需求，修改、補充、完善現有的實驗教材、講義、實驗或實習指導書，編寫新的立體可視化實踐教學片，建立完整的實踐教材體系。策劃、鼓勵、資助教學和學術水平高的教師和企業專家合作編寫新教材，更新陳舊、過時的內容，把反映當今高新技術發展的新發展、新概念、新方法及新技術等充實到新的教材中，充分反映相關產業和領域的新發展和新要求。

同時工程訓練中心采取開放運行的模式，定期公布中心可提供的課程、實習崗位、指導教師等相關信息，開設網上選課系統、指導教師雙向選擇系統、成績管理與查詢系統、就業與實習崗位發布等系統，為企業和學校的員工和學生之間搭起一座信息橋梁，可以讓更多的人參與到中心的建設中來。

三、PDCA循環在實踐教學中的實例應用及成果

（一）PDCA實驗改革流程

為適應“寬口徑、厚基礎、適應能力強、具有創新精神和實踐能力”的人才培養目標的需求，某綜合性大學工程訓練中心構建了現代工程訓練平臺，實施多層次的工程訓練教學模式，研究創新面向拔尖人才。

該校首先制定了工程實訓教學預期教學目標來提高科技創新人才培養成效，增加學生受益面，同時在全國性科技競賽中取得優異成績，并服務于本科教學實驗和畢業設計。

其次是結合其所制定的目標，開設相應的課程。如在科技創新項目中采用先進設備，使學生實踐創新能力得到顯著提升，并開設創意課程，激發學生創新激情，鍛煉學生創新思維能力；在科技競賽方面，為學生參加智能車大賽提供高端示波器、數據采集卡、頻譜分析儀等檢測儀器和設備，提高學生創新實踐能力，為其參加全國性科技競賽打下堅實基礎；在本科教學實驗與畢業設計方面，承擔課程實驗教學以及本科生畢業設計，提高工作效率，改善實驗室的教學水平。

再次是結合工程實訓教學預期教學目標對工程實訓教學執行過程進行分析。其主要問題有：設備明顯不足，多層次的工程訓練難以正常開展；部分設備性能落后，與市場需求不適應。前者導致實訓教學僅僅能夠基本滿足工學部部分專業工程實踐的需要，無法適應該校人文、理學、醫學專業開設工程訓練課程的需要；后者導致主體實訓項目仍停留在傳統的 “金工”實習層面上，與同類院校開設的先進技術訓練項目有較大差距。

最后是根據所檢查出的問題，選擇合適的解決方案進行逐一解決。如依托能源動力工程與裝備綜合實驗室，彰顯可再生綠色能源工程特色。購置可再生能源模型構件，學生可創意組裝，普及可再生能源知識。購置機器人演示與組裝模型，科普機器人知識。建立智能汽車測試環節，配置儀器及零配件，為學生參加全國智能汽車大賽奠定基礎。購置桌面3D打印機、計算機、創新設計軟件，建立3D打印實訓教學平臺。學生可利用該平臺，充分發揮想象力，打印出自己心儀的作品，同時激發學生研究3D打印技術、探索前沿技術的興趣。增加工程實踐與綜合部分先進技術設備，增加設備臺套數，擴大承載能力。購置超精細激光金屬切割機床、加工中心，增加先進技術訓練項目。

（二）PDCA實驗改革成效

通過上述第一輪PDCA循環發現，本循環還有尚未解決的問題，如高端CAM創新平臺建設不足，難以讓學生進入數字化智能化制造時代；模擬駕駛設施，數控車床、線切割機床等數控設備數量有限，難以擴大教學承載能力；先進的焊接教學機器人實訓平臺難以讓學生感受焊接自動化技術的現代化水平；虛擬制造實訓教學平臺建設不足，難以改善實訓教學環境，優化教學過程，提高設備、場地的利用率。本次PDCA循環尚未解決的問題將會轉到下一次循環中，進行進一步有針對性的改進。這種方法在一定程度上可以解決工程實訓教學存在的部分問題，促進工科實踐教學質量的提高，適應教育發展的新形勢，給工程實訓教學模式帶來一定的創新。

為期兩年半的PDCA循環工程實訓教學模式探索試驗表明，該訓練中心已獲得國家級獎項三項、省部級獎項五項，獲獎領域包括專業類科目競賽、創新類大賽、智能車競賽、機器人大賽等多個領域，這對推動實踐教學改革，提高畢業生的素質能力具有重要意義。

四、結論

本文以高校工科實踐教學管理為研究對象，分析了影響實踐教學質量的主要因素，并借鑒國內外廣泛應用的全面質量管理理論，構建了工科實踐教學體系和形成了PDCA循環管理方法。結合工程實訓教學具體案例，從計劃、執行、考核和處理四個階段闡述工科實踐教學實施全面質量PDCA循環管理的過程。這在一定程度上克服了傳統實踐教學的弊端，解決了工科實踐教學存在的部分問題，提高了工科實踐教學的質量和效益，并適應教育發展的新形勢，帶來了實踐教學管理的創新，為提高工科實踐教學質量提供了借鑒。

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[責任編輯：劉鳳華]