基于复杂工程问题的金属材料专项技能训练课程的教学实践

齐海群 王晓琳 许建平

摘要：黑龙江工程学院材料科学与工程专业根据工程教育认证的要求，持续推进专业内涵建设。基于复杂工程问题基本要求，对专业的实践教学进行了深度改革。金属材料专项技能训练课程是学生综合运用所学专业知识和技能的重要实践教学环节，对培养学生创新意识和解决复杂工程问题能力具有独特优势。文章根据课程的教学实践，介绍了包括课程教学内容改革、达成度评价体系构建、课程持续改进等方面的教学实践经验。

关键词：工程教育专业认证; 材料科学与工程专业; 实践教学; 复杂工程问题

2018年1月，黑龙江工程学院材料科学与工程专业顺利通过了中国工程教育专业认证。专业根据工程教育专业认证理念不断加强内涵建设，基于解决复杂工程问题能力培养的基本要求，对金属材料专项技能训练等实践教学环节进行了深度改革，给出包括课程教学内容改革、达成度评价体系构建、课程持续改进等方面的教学实践。

一、课程改革基本内容

2015年3月，中国工程教育专业认证协会修订了工程教育认证标准，并给出“复杂工程问题”特征，强调工程类本科专业对“解决复杂工程问题”的要求，全部毕业要求需要围绕解决复杂工程问题展开教育教学。依据材料科学与工程专业特点，专业制定了12条毕业要求指标点群，构建了支持毕业要求指标点的课程体系，其中，金属材料专项技能训练课程支持的毕业要求指标点如下：

指标点3-2：能够对材料科学与工程领域复杂工程问题的设计任务清晰描述，制定方案。（0.3）;指标点3-3：考虑材料成分、结构、工艺、服役条件等因素，完成工艺结构设计。（0.3）;指标点3-4：能够应用材料科学与工程专业相关的标准、规范，在设计环节中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。（0.2）;指标点4-3：能够运用自然科学和材料科学与工程专业原理和方法，对材料的成分、结构、工艺、性能及相互关系设计实验，并对实验结果及其不确定性数据产生原因进行分析和解释，获得合理有效实验结论。（0.3）;指标点9-1：能够理解团队合作中角色含义、团队状态和核心目标意义，能够在团队合作中增进身心健康水平和终身体育意识。（0.2）

为了定量化评价学生学习成果并持续改进课程教学效果，根据工程教育专业认证理念和复杂工程问题内涵，结合金属材料专项技能训练课程的特点和教学内容，参考该课程支持的毕业要求指标点及其权重，课程教学团队制定了如下教学目标：

目标1：培养学生的工程意识，合理分析金属材料特性和工艺设计过程中遇到的问题的能力;目标2：培养学生综合分析各种制约因素和使用要求后所获得可行性方案所涉及的指标来进行工艺设计和结构设计的能力;目标3：培养学生依据焊接设计相关标准规范进行方案设计的能力，并在设计环节中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素;目标4：培养学生运用金属材料热处理与焊接基本原理和方法，针对具体工程问题设计实验方案，选择仪器设备收集数据并对实验数据进行分析处理，获得合理有效结论的能力;目标5：培养学生团队合作能力和组织协调能力。

为了达成课程教学目标，结合上一轮教学质量改进效果，以企业实际焊接产品作为案例，针对学生的特点，课程教学团队制定新一轮课程教学内容。

基于复杂工程问题，本专业构建金属材料专项技能训练课程教学管理体系，开展具有“复杂工程问题”特点的金属材料焊接工艺和热处理工艺等项目训练，使学生掌握项目方案设计、仪器设备选择和规范使用等专业实践技能。同时，在训练过程中培养学生团队合作意识、沟通交流能力和自主学习能力，初步具备解决复杂工程问题的能力。

在教学运行过程中，要求学生采取分组的团队合作形式完成训练内容，每一个小组选取一个项目案例，学生独立编制实训报告、绘制图纸，指导教师全过程指导学生并给出学生的实训表现成绩。给定的项目案例包括技术因素和非技术因素，并且问题相关各方利益不完全一致。

在材料科学与工程实验中心，结合已授专业课程及实验课程，学生强化专业相关仪器设备的操作流程，然后根据金属材料专项技能训练课程的项目案例要求，选择并正确使用焊接方法、材料力学性能测试及金相显微镜等仪器设备完成焊接工艺评定。

团队合作过程中，注意考察学生的团队合作意识及在项目完成过程中成员有效参与团队合作的能力，通过指导教师给定的任务驱动和最终成绩评定的方式避免团队合作形式主义。

依据实训表现、答辩、实训报告及图纸等情况综合评定学生成绩，成绩分为优、良、中等、及格、不及格，并且给出每一部分的评分项标准。实训中出现严重违纪或无故缺席三次或以上者，不允许参加考查，成绩按不及格计。其中，实训报告包括焊接结构设计，焊接工艺设计、简单焊缝焊接及数据分析及心得，结构图纸作为附件提供。

二、构建达成度评价体系

为了提高教学质量，有效地支持毕业要求达成，课程教学团队构建了包括定量化学习成果评价方法、上一轮改进效果分析、下一轮教学持续改进措施的教学质量持续改进体系。依据定量化学习成果评价数据支持教学质量持续改进。

在这一闭环的持续改进体系中，能够结合多种因素来保证课程教学质量。其中，金属材料专项技能训练课程的实训报告评分项如表1所示。

强课程持续改进

根据教学目标考核环节要求，以学生成绩数据计算教学目标达成度，结合上一轮改进效果给出实训过程中存在问题，制定出下一轮课程教学持续改进措施，构成具有闭合式内循环特点的教学质量持续改进体系。通过持续改进措施重构复杂工程问题教学内容、改善教学方法、优化学习成果评价方法等方式，不断提升专业教学质量。材料科学与工程专业2014级学生金属材料专项技能训练课程教学目标达成度如表2所示。

由表2数据可以看出，考核环节的比例及其支持的教学目标情况。考核环节包括实训报告（40%）、结构图纸（10%）、答辩（20%）、过程表现（30%）。其中，实训报告考核环节支持教学目标1、2、3、4，结构图纸考核环节支持教学目标2，答辩考核环节支持教学目标1、2、3、4，过程表现考核环节支持教学目标4、5。材料科学与工程专业2014级学生的金属材料专项技能训练课程的平均达到79分，全部教学目标达成度大于70%，满足教学目标要求。

但是，学生在教学目标2、3、5方面的成绩偏低，分析原因是：学生关于焊接结构设计的理解、标准运用等方面掌握程度相对较弱，而且学生的团队合作意识有待提高。给出的改进措施为：在课程体系的相关课程中增加焊接结构设计的理论讲授，同时聘请相关企业高级工程师作为该课程的指导教师指导学生。同时，细化团队合作任务分工，指导教师增加指导频次来跟踪团队合作情况。该持续改进措施将进入下一轮课程教学内容，进而提升该课程的教学质量。

总之，课程教学管理与评价体系的构建实践能够为加快工程教育改革创新，培养造就创新性卓越工程科技人才提供借鉴经验，进而推动具有工程教育人才培养“新模式”“新质量”中国特色工程教育“新体系”特点的新工科實践。