基于项目驱动的工程教育本科教学实践研究

杨广华，牛萍娟，李玉兰，付贤松

(1.天津工业大学 电气工程与自动化学院，天津300387;2.军事交通学院 军事物流系，天津 300161)

基于项目驱动的工程教育本科教学实践研究

杨广华1，牛萍娟1，李玉兰2，付贤松1

(1.天津工业大学 电气工程与自动化学院，天津300387;2.军事交通学院 军事物流系，天津 300161)

针对当前我国工业的深入发展，大学对于人才的培养应从国内外企业对工程师的需求出发，应能促进企业技术升级及转型，增强企业的技术革新和产品创新能力。以国际一流制造业对工程师的标准为导向、工程教育认证为目标，从技术能力、沟通协调能力、文档编写能力、个人职业素养方面进行全方面的培养及考核。立足于天津工业大学的实际情况，根据学生的不同基础及特点，以国家、省部级等纵向项目培养学生的理论纵深及分析能力；以企业及公司等横向项目来培养学生的成本分析、严谨严格、产品创新能力；以各类竞赛项目来培养学生的专业应用能力；以学校及学院级的导向性项目来培养学生的参与性和专业热情，从而构建出目前本科学生的工程教育实践发展之路。

大学本科；工程教育；教学实践；项目驱动

1 工科教育发展现状

在改革开放进入30年之后，我国经济得到了迅猛的发展，企业的发展正在从粗放型向高精尖转变，人力成本也不断增加，这需要在产品的设计、质量、管理及成本方面实现新的突破。因此，工业、农业及金融等各个行业对技术和知识的要求越来越高，对人才的需求也更为苛刻。

由于生活水平的提高，以及我国独生子女家庭的不断增加，独生子女在大学中所占比重已呈绝对优势，其特点是以自我为中心，乐于表达自我，接受知识快，但有些同学也会出现协作性差，顽强和坚韧作风弱，实际动手能力低下等问题。此外，部分高校的教学设计尽管已经添加了实训教育内容，但课程内容的设计、教师能力的培养以及实训环境的建设均没有达标。这种情况导致企业在招聘及用人时一直在感叹学生素质有待提高，只愿意接收有工作经验的人员，对刚毕业的学生不太欢迎。

随着经济全球化的发展，随之而来的是人才的全球化竞争，如何把经过了大学基础课程培养的学生更进一步地提高创新能力、动手实践能力，使他们成为具备一定专业级别的知识、能力和素质协调发展的创新型毕业生，并在现代工程制造环境下具有协作精神、交流沟通能力，以及严谨的工作作风，是我国高等教育的改革目标所在。

以教师的科研项目、国内外企业及教学竞赛项目、以及学生协会为主体开展的与专业相关的创新型创新项目为驱动，以小组或团体为形式，并配以“课题提出_调研_立项_分工_设计_合理性分析_采购_制备_测试分析_改进_结题”的工程教育为主线，是天津工业大学光源与照明专业教学改革方面目前正在进行的主要探索，并在实施过程中得到了同学们的认可。

2 国内外各级工程教育概况

制造业企业所需的人才主要是具备工程训练及教育的现代中高级工程师。在国际上大学本科工程教育主要是CDIO(构思、设计、实现和运作)为主旨进行推广，由美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学和瑞典皇家技术学院4所工程大学发起，全球有多所大学参与，合作开发的一个国际工程教育合作项目，即构想、设计、实施、操作，培养学生在现代生产制造及工程领域中应具有的生存和学习能力，以项目实现作为工程实践教育的组织原则，培养学生协作精神、交流沟通能力，以及多学科、大系统的整体管理及掌控组织意识。此外，能够将教师与学生的关系从教师单向的知识传授扩展至师生基于问题解决的互动学习，将学生以继承知识为主的学习引导至对未知事物主动探索的学习，从而使学生从“要我学”变为“我要学”的教育改革方向。国内在2000年左右以汕头大学为代表开始发展CDIO工程教育，并有多所大学参加[1_5]。

目前，在我国主要是开展以“卓越工程师”教育为发展方向的工程教育，其内容是创立高校和企业联合培养机制。高校和企业联合培养人才机制的内涵是共同制订培养目标、共同建设课程体系和教学内容、共同实施培养过程、共同评价培养质量。本科及以上层次学生要有一年左右的时间在企业学习，学习企业的先进技术和先进企业文化，深入开展工程实践活动，参与企业技术创新和工程开发，培养学生的职业精神和职业道德。在此基础上组织教师、专家、工程技术人员等从考核机制、教学实践机制、管理机制等多方面进行全方位的管理和组织[6]。

3 基于项目驱动的工程教学思路［6_8］

国际CDIO工程教育及国内开展的卓越工程师教育均有着独特的优点，但在实施过程中也存在一些问题：(1)对于学生的素质要求高。学生具有学习的主动性，前沿探索精神，对学业知识已有深入的掌握，并且对于周边知识有着丰富的理解。此外，动手能力较强，实践经验丰富。(2)对于教师的专业素质要求高。参与工程教育的教师必须具备良好的专业素养，从而可以指导学生参加各种项目及产品的设计及制备。此外，还需要有着远比专业知识多的工科知识，包括原材料种类及名称、生产及采购、成本核算、市场需求分析、外观设计、产品标准要求、管理协调能力等。(3)需要有着完善的实验及制备环境。由于产品设计、调研、制备组装、测试分析等需要较多的设备及工具，而只有具有完备或完好的工具才能实现项目的良好完成，这不仅是产品生产的要求，而且是面向市场达到国际及国家产品标准的必要条件。(4)需要较高的费用支撑。工程教育中需要进行多种多系列的产品设计和生产，但其数量及品质只是实验室级的，有许多未见得能进入市场销售，且一些零部件也不能重复利用，这就需要对原材料有较多的成本要求。(5)需要企业的全程参与。如我国卓越工程师的定位在于工程教育与实际生产相联系，因此需要企业把现有生产的产品之一拿出来与学校交流和参与，之后投放市场，形成市场可销售的产品。这其实需要大量的数据情报以及生产管理等要求，这种工程教育需要企业一线工程师、销售人员的积极参与。

就我国目前的制造型企业的情况来说，以合资、独资、民企为主，且多为中小型制造型企业，规模达到10亿元以上的企业较少，具备产品设计能力的更为稀缺。由于主要的生产是产品组装，或者为初级制造品，而且企业人员多为制造员工，一线工程师较少，生产工艺等通常也是从其他工厂或公司转接过来。这些中小型企业很难做到真正长期的与学校开展人才培养合作，尤其是工程教育培养，更多的是从市场上招聘有经验的人员。一方面国内真正具有产品设计、制造能力的大型企业相对较少，另一方面更多的企业更愿意与985及211院校开展合作。因此，对于一般工科高等院校，实现较为完善的校企合作的工程教育是比较困难的。

对于一般院校来说，由于所收学费较低，没有足够的财力支撑工程教育;学校所在地愿意且有能力合作进行工程教育的企业较少;教师多为刚毕业的博士及硕士，其企业工作经历极少或没有;一个专业中学生的数量通常为50～100名;实验室以及设备较少，如何实现工程教育，是令人非常困惑的。

4 开展工程教育的主要措施

根据学校、专业以及行业情况来因地制宜、实事求是地实现工程教育是一般院校培养企业需要、社会需求型人才的必由之路。以我校光源与照明专业为例，这一专业是新兴产业，企业均为中小型企业，且以民营为主。有经验的教师很少，民企中具有丰富经验的工程师或者很少，或者工作非常多，压力大，没有时间参与到校企的工程教育中来。在开展工程教育的过程中，我们主要采取了以下措施以克服上述困难：

4.1 以政府纵向项目来驱动工程教育

以教师的国家、省部级科研项目为纽带，积极组织研究生以及本科生参与，以教师_研究生_本科生三级指导机制为主线，在项目完成过程中增强教师的指导，学生之间的交流，以及学生与工厂及社会之间的交流，从而加深学生对于科研及工程实施过程的掌握。由于为纵向项目，理论性以及基础性较强，要求有较高的理论基础，参与的学生需要有较好的专业知识底蕴，而且对枯燥的实验等能够持之以恒。

4.2 以企业横向项目来驱动工程教育

以中小型企业与教师或学校之间的横向项目为纽带，积极组织研究生及本科生的参与。这一过程与纵向项目类似，但由于企业的横向项目要求高、时间短、面向市场、理论性较低而实践性极强，并且对于成本要求苛刻，所以对于学生的要求是能够吃苦，具有良好的合作精神，对于市场及原材料的把握较好，交流及沟通能力强，有一定的专业知识底蕴，有较强的动手实践能力，对于行业及产品的标准有初步的了解。

4.3 以专业竞赛项目来驱动工程教育［9］

当前在各个专业都有一些竞赛项目，包括国家级、省部级，协会、企业级，以及学校所组织开展的一些竞赛，如电子设计大赛、单片机大赛、机器人大赛等诸多赛事。把这些赛事引入到学校的工程教育中来，组织本科学生以小组协作、教师指导形式参与。以工程教育为主题，鼓励学生以获奖为目标，从而推动工程教育的开展。其中更重要的是要把工程教育的内容及实践作为主题，这是以竞赛来驱动工程教育的目标，可鼓励学生获奖，但更多的是激励学生参与，否则如果不能获奖，就会挫伤学生的积极性。

4.4 以学生中心或协会形式构建创新项目来驱动工程教育

由于当前各个专业学生人数较多，能够参与到教师、企业以及竞赛项目中的学生相对较为优秀、基础较好，但数量毕竟有限，而这些学生到企业中进行实习学习的话也很难有足够的企业进行接收。组建专业学习性质的学生协会，以教师所提供的项目、企业的一般项目和当前科技新方向的项目为基础进行延伸，并结合专业知识，形成新的分层次项目群或项目库，组织专业学生组织团队参与，包括调研、立项、实施及结项，以成果及报告形式完成工作。能力稍差或基础弱的学生主要参与初级项目，以学习锻炼为主;中级项目以增强技能及知识储备为目标;高级项目则以各种竞赛以及产品研制为目标。这些项目更为灵活，着重考虑了学生的基础和实际情况。而且对于工程教育的训练能够实现科学组织，完善内容，加强过程控制。

4.5 以教学要求来驱动工程教育

由于目前网络信息庞杂以及社会不良习惯的影响，一部分同学过于沉迷于游戏或其他活动之中，对于学习的重视程度稍差，如何把这些学生引导到主要的学习中来，是需要一定强制性的。以教学要求来引导，配合学分制，能够在一定程度上促进工程教育广泛性的扩展，加强学生对于这一教育内容的重视程度也是必不可少的。

1)针对教师企业工作经验少、产品设计及开发能力差、检验工艺不熟悉等特点，也要全方位地进行教师的工程教育。参与工程教育对教师来说是与学生共同成长、共同进步，是提升自我的重要途径。对于教师的工程教育培养，主要有以下几点措施：(1)进入企业进行半脱产学习;(2)以产品设计及开发或科研项目为主题系统掌握工程教育; (3)以指导教师形式指导学生，形成团队小组，教师也全身心的投入;(4)教师对所开发或设计的产品做全方位了解，形成积累，完善一种或一系列的产品设计、开发、制备、检验的工艺及能力。

2)对学生素质培养来说，需要完成的工程教育目标的最低要求是：

(1)独立工作能力。使每一名学生能够具有独立完成一项工作的能力，不需其他人的协助，这是对于工程师的基本要求，为负责未来的单独产品开发作好能力储备。

(2)协作精神。使学生之间为所负责的一个产品或一个项目的完成，共同协作，实现良好的沟通和交流，包括情感及技术等多个方面，妥善地处理项目完成期间发生的矛盾，并取得共同的进步。

(3)吃苦耐劳精神。培养学生为达到目标不怕挫折，不怕吃苦，勇于承担重任的精神。这不仅是工程教育的重要主旨，也是人文教育的主要内容。

(4)阅读及编写文档能力。工程教育中的一个重要方面是技术及成果的展示，因而外文阅读能力以及文档编写能力是必不可少的。如果能力不足，与他人进行成果交流、技术交流时必然产生障碍，因此必须重视这一方面的教育和能力培养。

(5)职业素养。在深圳进行企业调研过程中，一些企业抱怨当前一些学生的职业素养缺失，包括企业忠诚度、本职工作的热爱、企业规章制度的遵守、企业内容的保密，以及上下级之间的尊敬等，此外对于制造企业中的一些安全保障制度也缺乏了解。这一方面在工程教育过程中也需要高度重视，这样才会使学生满足现代企业的需要，也能够早日成为国际一流工程师级的人才。

4.6 其他工作［10］

为了发展和提升本科工程教育，还需要在以下几方面做进一步的努力，包括：

1)学习国际工程教育发展成果。如CDIO组织及内容、国际一流制造企业的行业工程师资格要求、欧美日等发达国家的工程师认证资格要求，为学生的未来发展方向构建知识及技能储备。

2)掌握国内外一流企业工程师的要求。目前一些企业或公司开展本公司的工程师认证，包括微软认证，Cisco认证以及其他认证。尽管由于公司或企业规模不同，行业不同，产品也不同，但可以提炼出对于工程师的基本素质要求。通过对不同规模的企业对于工程师的不同要求进行分类和归纳，从而在工程教育中能够根据学生的特点有针对性地进行培养。

3)专业工程师的知识能力要求。每个专业的开展都具有独特性，这些独特的知识与公共知识一起就形成了专业工程师的知识体系，而如何运用这些知识创新出新的产品并实现就是能力。知识体系和实现能力是缺一不可的，两者需要在课程学习及工程实践中由简入深，由理论到实践，再由实践上升到理论，最终达到知识及能力的融合，也就达到了工程师的培养要求，因而这也是专业工程教育的重要性所在。

4)多学科交叉能力的综合培养。一件产品的完成涉及许多知识，如原材料的种类选择，包括PVC、铝型材及铁制等。这其中涉及大量在专业学习过程中接触不到的知识，通常会包括机械、电子、计算机、光学、热学、液压及气动等知识，因而在工程教育中要根据专业特点，对于辅助专业的其他学科知识，尤其是在制造工艺中使用的知识，要进行特别重点教学，以期提高学生的操作安全性、设计安全性及测试安全性，提高所设计产品的性价比，能够开发出更多的产品来。

在光源与照明专业的工程教育实现过程中，学生参与热情非常高涨，动手实践能力得到极大的提高。这一教学改革尽管时间较短，但取得的成果非常瞩目，许多相关专业的学生积极报名参加，目前开展的项目招募已经多达30多个，一些学生参加了纵向及横向项目的课题科研工作，一些同学还获得了各种不同级别竞赛的多个奖项。从合作企业的反馈来说，对所招聘的学生也得到非常满意的评价。可以说，这一形式的工程教育已经取得了阶段性成果。

5 结束语

工程教育是我国工业纵深发展的必由之路，是进入国际制造分工体系的基础，也是企业产品创新和技术升级的人才培养基石。然而，高校目前学生人数非常多，而工程教育需要的设备、实训基地、培训师资、耗材相对来说是有限的。企业的中小规模是不能负担起这些人才培养的任务，高校进行工程教育培养也感觉力不从心。对于211或985级别的院校来说，能够和知名的国内外大型公司企业联合，且资源较为充足，但一般院校开展工程教育必须立足于本校及所在地区实际情况，因地制宜，在有限的资源及财力情况下，发挥主观能动性，才能更好地发展工程教育，为我国工业发展做出自己的贡献。在我专业的工程教育培养方面，以项目驱动本科学生的工程教育，得到了学生的认可，也期望为兄弟院校发展思路提供参考。

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[9]韩晓燕，张彦通.工程教育专业认证制度及其对专业工程教育的影响[J].大学研究评价，2008(1)：86_89.

[10]张文生，宋克茹.“回归工程”教育理念下实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].西北工业大学学报：社会科学版，2011，31(1)：77_79.

Teaching Practice Research on Undergraduate Engineering Education Based on Projects-driven

YANG Guanghua1，NIU Pingjuan1，LIYulan2，FU Xiansong1
(1.School of Electrical Engineering and Automation，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China; 2.Department of Military Logistics，Academy of Military Transportation，Tianjin 300161，China)

According to the current depth development of China's industry，the training of personnel in universities should conform to engineer needs of domestic and foreign enterprises，promote technological upgrading and restructuring，enhance technological innovation and product innovation capability of enterprises.Orienting with world-class manufacturing engineer standards，and aiming at world-class engineering education certification，training and evaluating including technology，communication，writing，professional literacy based on school's real case and according to students'different characteristics，a developing road of the engineering education practice is built up for undergraduate students at last.The practicalmeasures comprise of training students'ability of theoretical depth analysiswith the national and provincial vertical programs，training students in cross-cutting project cost analysis，rigorous and strict product innovation capabilities with enterprises and companies programs，developing students'professional proficiency with contests projects，developing students'participation and professional enthusiasm with school and college-level oriented programs.

undergraduate;engineering education;teaching practice;project-driven

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.033

2013_09_25

杨广华（1973_），男，博士，讲师，主要从事光源与照明专业教学工作。