基于PDCA循环控制的工科实践教学研究

梁良 夏热 李小勇 张治坤

[摘 要] 随着国家新工科教育理念的提出，工科实践教学在工科教育中的地位日益凸显，但目前许多工科院校并未完全认识到实践教学对培养新工科人才的重要意义。工科高校实践教学应构建基于PDCA循环（计划、确定方针、目标和活动计划）的实践教学闭环监控系统，从计划、执行、考核和处理四个阶段进行实践教学改革。通过在工程实训教学应用PDCA，检验PDCA循环控制的效果，能为工科工程实训教学的改革与创新起到一定的参考作用。

[关键词]工程实践；课程教学；PDCA循环控制

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）11-0070-03

○、引言

随着人类社会的发展，科学技术水平日新月异，高等教育在其中扮演着越来越重要的角色。在过去的三十年中，我国高校的数量、招生规模以及毕业生数量迅速扩张。高等教育从以前的精英教育阶段逐渐过渡到大众化教育阶段[1][2]。然而，高校毕业生就业情况的不理想直接反映了高校教学和培养模式存在诸多问题[3][4]。对于工科学生来说，毕业生的素质能力和企业的要求不匹配的问题日益严峻，实践能力是其中一个很重要的因素。长期以来，我国的理论教学一直处于主体地位，实践教学则是理论教学的补充，其重要性还没有得到充分认识[5]。同时，在教学过程中，没有将“理论知识传授”、“实践能力培养”贯穿至整个教学环节中，无法有效做到知识的反馈和交互补充，这种做法难以培养学生综合实践动手能力和工程创新意识。

黄继英对德国和美国的两所大学工科实践教学情况进行了对比，发现德国大学的实践教学环节多于美国，而美国学生则是通过到企业接受就业培训来提高实践能力的[6]。李阳研究了欧美三所大学和我国四所大学的实践教学状况，发现欧美大学的教学计划中实践教学所占的比例较大，均在30%以上，而我国大学实践教学所占的比例则为20%左右[7]。文献[8]指出我国大学工科实践教学计划中毕业设计环节占到了很大的比例，达到40%～50%，而在欧美大学中，该比例仅为10%。在实践教学环节中，欧美大学注重学生创新能力和跨学科综合设计能力的培养，重视实践报告和实践成果；而我国工科实践教学存在管理目标不明确，实践教学环节综合性不强，与企业的联系不够紧密等问题。这导致工科实践教学不能与理论教学相协调，影响了整体教学质量的提高。

工科实践教学是指在一定的教学环境下，教师有组织、有目的地指导工科学生进行实践性、应用性学习，传承实践知识，开拓实践能力、创新能力，提高综合素质的教学活动。近年來我国的工科实践教学取得了很大的进步，但在观念、设备条件、师资、软件、管理等方面与实际需求不相适应。如实验设备数量不足导致大规模工程训练教学难以正常开展；部分设备性能落后，与市场需求不适应；实验室实践教学内容更新、拓展不够，缺乏现代大工程训练项目等问题。因此，只有通过实践教学让学生将理论知识运用于实践并将理论知识与实践知识相结合，使其发现自身问题并弥补不足，为将来进入社会胜任岗位打下了基础。

一、PDCA循环及其特点

PDCA循环又叫质量环，是管理学通用模型，20世纪50年代被成功运用于持续改善产品质量过程中。其中的PDCA是英语单词Plan（计划）、Do（执行）、Check（检查）和Action（处理）四个单词的首字母。Plan（计划）就是找出问题，分析该问题的各种影响因素并确定主要因素；Do（执行）为制定解决问题的步骤并加以落实；Check（检查）为检查落实措施后的结果；Action（处理）是将解决问题的方法标准化，进行总结并提出新目标，然后再进入下一次的PDCA循环，直到问题解决。在质量计划的制订和组织实现的过程中，这个过程就是按照PDCA循环在指定的计划指导下进行不停顿地、周而复始地运转、逐步提高。

PDCA循环实际上是有效进行一项工作的合乎逻辑的工作程序。PDCA四个过程并不是运行一次就完结，而是周而复始地进行，一个循环结束，解决了一部分问题，可能还有其他问题尚未解决，或者在循环过程中出现新的待解决的问题，需要进行下一次循环。这种周而复始的循环正是质量管理的基本方法。如果将整个某个高校的教学工作作为一个大PDCA循环，那么各个学科、各个院系、各个专业还有各自小的PDCA循环，就像一个行星轮系一样，由大环带动小环，逐级有规则地运转。从图中还可以发现，PDCA循环并不是在同一水平上进行循环的，每次循环都会解决一部分问题，取得一部分成果，其工作就会进一步提高，到下一次循环又有新的目标和内容。

二、PDCA循环在工科实践教学中的体现

（一）工科实验内容的改革

在新的教育形势下，高等学校构建综合性工程实践平台不仅可以实现产、学、研多层次实践教学模式，还可以将理论学习与实践学习结合起来，使学生成为真正的学习主体，在工程实践过程中循序渐进、逐步积累、技术内化。依托该平台可以充分发挥高校的科研优势，使之应用于教学实践、学生实践能力与创新能力培养之中，实现“认知型训练—实践型训练—综合型训练—创新型训练”四个层次多模块、相互衔接的工程实践教学体系，进一步体现实践技能系统训练与科学研究能力培养相结合的特点。其中，认知型训练为专业基础应用训练，主要是安排学生进行本行业认知教育，使学生初步认识本行业的特点及相关行业生产设备。实践型训练则是综合应用训练，主要是使学生全面了解和掌握对应工程行业相关设备的结构、功能，相关系统及辅助设备，能充分了解和掌握最新的行业技术及最新成果。综合型训练则是培养学生的工程意识与实际应用能力，使学生了解和掌握本行业动力设备运行及维护知识，掌握大型动力设备的启停程序，控制模式及设备运行方式，并能够结合现场实际情况进行事故分析和处理。创新型训练是将实践教学体系各课程内容进行融合，分为多个训练模块，各模块多个知识点进行综合，设置相应的研究探索性实践项目。

（二）PDCA实验改革策略

工科实践教学可以利用PDCA循环管理模式进行组织教学，首先要求具有明确的教学目标和教学计划（Plan）；其次要求按照教学目标和教学计划去实施（Do）；再次是对教学目标与教学计划执行情况进行检查（Check）；最后通过教学检查发现问题，提出解决方案（Action）。这四个过程构成了工科实践教学第一轮PDCA循环。根据第一轮循环检查发现的问题，再次制订新的实践教学方案，随后进行第二轮PDCA循环。以此类推，形成一个螺旋式上升的工科实践教学PDCA循环。其中螺旋顶部是实践教学的终极目标。PDCA循環就像一个不停转动的车轮，周而复始地运转，每一次循环都在原水平的基础上提高，每循环一次都有新的目标，解决一些问题，从而将工科实践教学提升一个新的层次，各个循环直接相互促进、相互协调，四个阶段缺一不可，紧密衔接。值得注意的是，PDCA循环必须围绕A阶段的目标和计划转动，及时总结经验，肯定经验，将行之有效的对策和措施，上升为新的标准，为下一个循环做好准备，这样才能保证循环有效健康地运行。只要始终遵循有效的步骤来进行实践教学，工科实践教学体系就会始终保持在一个良性循环状态中。

一旦利用PDCA循环管理模式将工程训练中心平台搭建成功，就可以为学生创造更多的进入企业学习实践的机会；并充分结合大学生暑期实践、大学生课外实践活动、大学生科技创新、大学生科技竞赛等活动，夯实学生专业基础。一方面，通过工程实践教学这一平台，可以广泛吸收相关行业专家参与人才培养方案制订，共同制订培养目标、课程体系和实践教学体系，并采取必要措施鼓励行业企业专家参与人才培养过程，如教学、课程设计、各类实习、毕业设计等，开设企业管理课程等。另一方面还可以通过工程实践平台构建具有行业与专业特色的培养创新型人才的实践教学体系。针对企业人才需求，修改、补充、完善现有的实验教材、讲义、实验或实习指导书，编写新的立体可视化实践教学片，建立完整的实践教材体系。策划、鼓励、资助教学和学术水平高的教师和企业专家合作编写新教材，更新陈旧、过时的内容，把反映当今高新技术发展的新发展、新概念、新方法及新技术等充实到新的教材中，充分反映相关产业和领域的新发展和新要求。

同时工程训练中心采取开放运行的模式，定期公布中心可提供的课程、实习岗位、指导教师等相关信息，开设网上选课系统、指导教师双向选择系统、成绩管理与查询系统、就业与实习岗位发布等系统，为企业和学校的员工和学生之间搭起一座信息桥梁，可以让更多的人参与到中心的建设中来。

三、PDCA循环在实践教学中的实例应用及成果

（一）PDCA实验改革流程

为适应“宽口径、厚基础、适应能力强、具有创新精神和实践能力”的人才培养目标的需求，某综合性大学工程训练中心构建了现代工程训练平台，实施多层次的工程训练教学模式，研究创新面向拔尖人才。

该校首先制定了工程实训教学预期教学目标来提高科技创新人才培养成效，增加学生受益面，同时在全国性科技竞赛中取得优异成绩，并服务于本科教学实验和毕业设计。

其次是结合其所制定的目标，开设相应的课程。如在科技创新项目中采用先进设备，使学生实践创新能力得到显著提升，并开设创意课程，激发学生创新激情，锻炼学生创新思维能力；在科技竞赛方面，为学生参加智能车大赛提供高端示波器、数据采集卡、频谱分析仪等检测仪器和设备，提高学生创新实践能力，为其参加全国性科技竞赛打下坚实基础；在本科教学实验与毕业设计方面，承担课程实验教学以及本科生毕业设计，提高工作效率，改善实验室的教学水平。

再次是结合工程实训教学预期教学目标对工程实训教学执行过程进行分析。其主要问题有：设备明显不足，多层次的工程训练难以正常开展；部分设备性能落后，与市场需求不适应。前者导致实训教学仅仅能够基本满足工学部部分专业工程实践的需要，无法适应该校人文、理学、医学专业开设工程训练课程的需要；后者导致主体实训项目仍停留在传统的 “金工”实习层面上，与同类院校开设的先进技术训练项目有较大差距。

最后是根据所检查出的问题，选择合适的解决方案进行逐一解决。如依托能源动力工程与装备综合实验室，彰显可再生绿色能源工程特色。购置可再生能源模型构件，学生可创意组装，普及可再生能源知识。购置机器人演示与组装模型，科普机器人知识。建立智能汽车测试环节，配置仪器及零配件，为学生参加全国智能汽车大赛奠定基础。购置桌面3D打印机、计算机、创新设计软件，建立3D打印实训教学平台。学生可利用该平台，充分发挥想象力，打印出自己心仪的作品，同时激发学生研究3D打印技术、探索前沿技术的兴趣。增加工程实践与综合部分先进技术设备，增加设备台套数，扩大承载能力。购置超精细激光金属切割机床、加工中心，增加先进技术训练项目。

（二）PDCA实验改革成效

通过上述第一轮PDCA循环发现，本循环还有尚未解决的问题，如高端CAM创新平台建设不足，难以让学生进入数字化智能化制造时代；模拟驾驶设施，数控车床、线切割机床等数控设备数量有限，难以扩大教学承载能力；先进的焊接教学机器人实训平台难以让学生感受焊接自动化技术的现代化水平；虚拟制造实训教学平台建设不足，难以改善实训教学环境，优化教学过程，提高设备、场地的利用率。本次PDCA循环尚未解决的问题将会转到下一次循环中，进行进一步有针对性的改进。这种方法在一定程度上可以解决工程实训教学存在的部分问题，促进工科实践教学质量的提高，适应教育发展的新形势，给工程实训教学模式带来一定的创新。

为期两年半的PDCA循环工程实训教学模式探索试验表明，该训练中心已获得国家级奖项三项、省部级奖项五项，获奖领域包括专业类科目竞赛、创新类大赛、智能车竞赛、机器人大赛等多个领域，这对推动实践教学改革，提高毕业生的素质能力具有重要意义。

四、结论

本文以高校工科实践教学管理为研究对象，分析了影响实践教学质量的主要因素，并借鉴国内外广泛应用的全面质量管理理论，构建了工科实践教学体系和形成了PDCA循环管理方法。结合工程实训教学具体案例，从计划、执行、考核和处理四个阶段阐述工科实践教学实施全面质量PDCA循环管理的过程。这在一定程度上克服了传统实践教学的弊端，解决了工科实践教学存在的部分问题，提高了工科实践教学的质量和效益，并适应教育发展的新形势，带来了实践教学管理的创新，为提高工科实践教学质量提供了借鉴。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 菲根堡姆.全面质量管理[M].杨文士，廖永平译，北京：机械工业出版社，1991.

[2] Sallis E.Total Quality Management in Education[M].London：Kogan Page，1993.

[3] 卢海燕.创新型人才培养视角下实践教学体系构建的思考[J].中国电力教育，2013（10）：183-184.

[4] 黄勇荣.浅析德国高校教学质量保障的几个特点[J].中国科技信息，2007（1）：238-239.

[5] K.Watson，S.Modgil，C.Modgil.Quality in Education[M].London：Cassel，1997.

[6] 邱学青，王眉.树立“三位一体”实践教育观培养高素质拔尖创新人才——华南理工大学实践教学体系改革研究[J].现代教育管理，2012（4）：92-95.

[7] 张欢欢，黎晓萍，赵芳，等.实践教学体系研究文献综述[J].文教资料，2013（1）：143-146.

[8] 李阳.我国高校本科实践教学及质量保障体系研究[D].天津：天津大学硕士学位论文，2006.

[责任编辑：刘凤华]