材料成型工程设计课程教学与实践

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摘要：文章首先分析了“材料成型工程设计”课程教学现状，然后论述了基于工程教育专业认证的“材料成型工程设计”课程教学改革与实践，包括精选工程设计题目，紧密结合工程应用；加强CAD在工程设计中的应用，鼓励和支持自主创新；项目驱动，培养学生团队协作与项目管理能力；企业深度参与指导，健全考核评价机制。

关键词：“材料成型工程设计”课程教学；工程教育专业认证；CAD

作为一种国际通行的工程教育质量保障制度，工程教育专业认证是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。自2016年6月我国正式加入国际上最具影响力的工程教育互认协议———《华盛顿协议》以来，针对我国工程类专业的工程教育专业认证工作已全面展开，越来越多的工程类专业参与并通过了工程教育专业认证，极大地促进了工程类专业的教育改革[1-3]。但通过工程教育专业认证不意味着一劳永逸，而应该是专业发展新的起点和开始，工程教育专业认证更重要的目的是促进工程类专业建设的持续改进和人才培养质量的持续提高。2020年，笔者所在的西南石油大学新能源与材料学院材料成型及控制工程专业通过了工程教育专业认证，但在认证过程中，对照认证标准，很多课程仍然存在一些需要进一步改进和完善的问题。其中，“材料成型工程设计”课程是在学生完成通识教育课程、专业理论课程及大多数实践类课程学习的基础上开设的一门实践类课程，对于培养学生面对材料成型复杂工程问题，能够综合利用所学专业知识，以及能够将理论与实践相结合并具备独立分析和解决问题的能力具有重要意义。然而在进行材料成型工程设计过程中，会涉及材料、机械、力学、电气、计算机等多学科知识的综合应用，若教师不能合理地安排任务、有效地进行组织管理、有针对性地进行教学和辅导，学生设计往往会流于形式和表面化，难以达到工程教育专业认证的要求。因此，在工程教育专业认证背景下，结合不断发展的教学理念和方法，以学生为中心，以目标为导向，进一步提高学生的工程师素养，保障我国应用型工程技术人才的培养质量，是该课程需要不断关注和持续改进的问题[4-5]。

一、“材料成型工程设计”课程教学现状

作为材料成型及控制工程专业一门重要的实践课程，“材料成型工程设计”课程与实际工程应用的联系十分紧密，能够培养学生理论与实践相结合、设计开发、团队协作、项目管理等多方面的能力，但在工程教育专业认证过程中，笔者所在的课程组也发现了一些问题和不足，需要不断改进和完善。

（一）设计题目与工程应用结合不紧密

一直以来，“材料成型工程设计”是教师结合材料成型及控制工程专业相关的一些典型产品或构件，拟定设计题目，明确设计任务，然后指导学生按照设计任务要求，综合应用所学专业知识及文献资料，完成比较完整的焊接、铸造、锻造、冲压等方面的设计工作[6-7]。另外，在“材料成型工程设计”课程教学过程中，教师偏重于对学生在零件结构和成形工艺方面的基础设计能力的培养，而在设计题目和任务的更新方面比较缓慢，尤其是一些设计题目比较陈旧，往往与企业生产实际脱节，不能与时俱进。在现代化工业和科学技术飞速发展的今天，社会对于人才的需求量不断增加，对于人才素质和能力的要求也越来越高，而“材料成型工程设计”课程教学中，教师没有紧跟行业发展步伐，与市场接轨，也没有使设计题目与最新的工程应用紧密联系起来，导致学生缺少进行工程设计的兴趣和热情，更没有认真开展工程设计的积极性。

（二）设计方式单一，创新性不足

“材料成型工程设计”课程的学分为2个，考虑到工程设计所用到的专业知识较多，一般在第7学期期末集中安排2周完成。工程设计过程中，学生在教师的指导下按照对产品（零件）结构进行分析和设计、对成形工艺方案进行拟定、绘制图纸、制作工艺卡、撰写设计说明书等步骤按部就班地完成工程设计任务，但由于学生既要学习设计软件，又要进行结构和工艺设计，加之设计周期短、设计任务重，且常常会与第二课堂等其他教学任务有一定冲突，导致学生在设计过程中往往根据相关资料生搬硬套，“仿其形而未得其意”。同时，学生对常规的计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）软件还不能熟练掌握并有效地加以利用，更未能充分发挥现代化工具在工程设计中的应用。概括来说，学生虽然能够完成工程设计基本能力的训练，达到课程教学目标的要求，但设计方式仍然相对单一，且在设计过程中多是为了完成基本任务要求，没有充足的时间和精力进行思考与优化，导致整体上图纸绘制不够规范、产品（零件）结构设计较为简单、工艺方案制定不够合理、设计总体创新性不足。

（三）学生团队协作和项目管理能力体现不充分

对标工程教育专业认证要求，“材料成型工程设计”课程除了培养学生面对材料成型复杂工程问题时的分析、解决问题和设计开发能力，还要培养学生团队协作、沟通交流和项目管理等方面的能力。在实际教学过程中，教师往往让3～4个学生组成一个小组，要求每个小组共同完成一个设计题目，但是由于设计任务复杂、完成时间紧，学生缺乏项目管理的理论和实践经验，而教师课堂集中辅导有限，且更多地关注学生在设计方面遇到的专业和技能问题，对学生的任务分工和团队协作的监管不够，尤其在学生团队协作、沟通交流和项目管理等方面能力的培养方面不够重视，导致部分小组分工不够合理、缺乏必要的沟通交流、相互协作配合不够，最终致使工程设计任务不能很好地完成。

（四）企业参与不够，考核评价机制不健全

基于工程教育专业认证背景，“材料成型工程设计”课程目标要求学生在设计过程中所提出的总体解决方案能够兼顾社会、健康、安全、环境、法律、经济等方面的要求。然而，由于学生的工程设计基本都是在学校完成的，缺乏企业指导教师的参与，同时教师往往对于工程实际应用产品设计所涉及的社会、经济等方面的问题不够敏感和明确，因此学生在设计过程中所提出的方案往往难以兼顾社会、健康、安全、环境、法律、经济等方面的要求。同时，对于工程设计过程的考核主要依据平时的考勤和辅导答疑记录，以及期末的设计说明书、图纸、工艺卡和答辩等，虽然课程质量的评价重点关注了课程目标的达成情况，但对设计过程中所涉及的社会、健康、安全、环境、法律、经济等方面的考核不够明确，最终导致考核评价机制不健全。

二、基于工程教育专业认证的“材料成型工程设计”课程教学改革与实践

（一）精选工程设计题目，紧密结合工程应用

在工程教育专业认证背景下，为了更好地培养学生的工程师素养和工程设计能力，并面向人才市场需求，与时俱进，笔者所在的课程组进一步对工程设计的题目进行精选，频繁与企业沟通交流，了解企业在产品或构件方面的需求，及时更新工程设计题目，并尽量针对企业正在生产和开发的产品结构进行设计，如结合学生在四川川锅锅炉有限责任公司生产实习过程中对压力容器结构特点和生产技术的了解与认识，拟定了不同工况要求的锅炉汽包、集箱等产品的工程设计题目。同时，在保证完成课程目标要求的前提下，允许学生自主选题，如结合“永冠杯”中国大学生铸造工艺设计大赛、全国大学生焊接创新大赛的题目进行设计，以求工程设计的任务能够与实际应用紧密结合[8-9]。

（二）加强CAD在工程设计中的应用，鼓励和支持自主创新

随着计算机的发展和普及，计算机技术在企业工程设计中的应用越来越普遍，其中CAD已成为企业工程设计必不可少的手段。目前，CAD技术逐渐由二维绘图向三维设计过渡，且集产品创新、模型构建、功能设计、结构分析、加工制造等于一体[10]。为适应现代化企业对于人才的需求，在材料成型工程设计过程中，引导学生借助计算机技术，应用先进软件平台完成设计任务，一直是“材料成型工程设计”课程教学持续改进的方向之一。然而，由于学生在前期开设的课程中对于CAD制图及设计的实践训练不够，导致多数学生在工程设计过程中对于常规二维CAD软件的应用尚不熟练，能够应用三维设计软件的学生更是少数。如此，学生就需要在CAD软件学习和操作训练方面花费较多的时间，这会导致学生用在其他方面的时间比较紧张，没有过多的精力去创新和思考。针对这种情况，在专业通过工程教育专业认证的基础上，可从以下两个方面加以解决。一方面，经专业讨论和申请，将“材料成型工程设计”课程的时间安排进行调整，从原来的集中2周完成改成在7周内完成，给予学生充足的软件学习和工程设计时间，期间，指导教师要根据具体情况不定期安排答疑辅导，以加强对学生在CAD制图及设计方面的指导和训练，引导学生将二维和三维设计软件相结合完成相应的结构设计、图纸绘制等。另一方面，秉承以学生为中心的思想，在保证达到工程设计任务要求的前提下，教师可设计开放式的项目，并允许学生结合实际工程应用和相关文献资料自主命题，以鼓励和支持学生自主创新设计，这样学生不仅能够完成工程设计的任务，同时还能够利用教学实验设备完成所设计的产品或构件模型的制作与分析，这样可以充分发挥学生的主观能动性，激发其创作热情和动力。

（三）项目驱动，培养学生团队协作与项目管理能力

基于工程教育专业认证持续改进的思想，为了进一步加强学生团队协作、沟通交流和项目管理等方面能力的培养，针对“材料成型工程设计”课程教学组织和管理，工程设计任务从2周延长至7周，虽然设计时间更加充足，但拉长的任务周期对学生的团队协作和项目管理能力提出了更高的要求。7周的时间如果不能合理安排和有效利用，学生依然不能很好地完成设计任务要求，因此笔者所在的课程组在之前分组完成任务的基础上，基于项目驱动，按照项目管理方式，从分工合作、组织管理、过程控制等方面加强了对每个小组的监督和辅导。首先，指定每个小组的组长，在选定工程设计题目之后，及时明确各小组成员的任务分工和计划方案，其中以组长负责统筹协调，小组成员相互配合协作，以保证工程设计任务顺利实施和完成。其次，在实施过程中，指导教师要分阶段检查各组的工程设计实施进度，及时发现每个小组存在的问题并使其整改，同时督促小组成员之间加强沟通交流，以强化学生的团队意识，保证每个学生的进度总体一致。最后，加强各小组工程项目管理方面的训练，让学生明确每个设计题目都是一个项目，要按照项目管理的基本流程分阶段实施，从项目启动、项目策划、项目执行、项目监测和控制、项目收尾五个阶段来管控自己的设计任务，以进一步提高学生的项目管理能力，并为学生独立承担、组织、开展项目奠定一定的实践基础。

（四）企业深度参与指导，健全考核评价机制

在工程教育专业认证背景下，为了培养出市场需要的高素质工程技术人才，企业参与生产实习、毕业设计等教学环节已经成为共识。但是，企业公参与这两个实践环节是远远不够的，由于工程设计与企业产品的设计开发密切相关，因此企业也要参与这一实践教学环节。比如，对于工程设计制图的要求、工艺卡的制作、过程的管理控制，企业都有一套严格的制度和标准规范，且随着现代化技术手段的进步，企业也在不断引入现代化的设计手段和平台。换言之，企业深度参与工程设计，有利于学生在设计过程中考虑得更加全面，并能够兼顾社会、健康、安全、环境、法律、经济等方面的要求。因此，为了进一步培养学生的工程师素养，提高学生的工程设计能力，“材料成型工程设计”课程要在面向工程教育认证标准的基础上，从工程设计大纲修订到课程的考核评价整个过程都进行持续改进，以便使企业能够深度参与学生工程设计。①在修订教学大纲时，积极与企业专家和工程技术人员进行沟通交流，讨论并确定修订方案。②在设计教学任务时，工程设计的题目和指导书要邀请企业专家共同确定、编写。③在教学组织过程中，通过线上和线下相结合的方式安排企业专家为学生答疑、辅导。④在考核和评价环节，邀请企业专家参与确定考核方案。即课程总成绩＝平时成绩*0.3+期末成绩*0.7，平时成绩相较于之前的比例（0.2）有所提高。平时成绩主要通过课堂讨论情况、日常表现、进度安排、执行情况等进行评定，并制定出平时成绩的评分标准。期末成绩主要通过图纸、工艺卡和答辩情况等进行评定，并制定出明确的评分标准，同时对标工程教育专业认证标准，明确考核内容所对应的课程目标和毕业要求，全面开展课程质量评价，对课程目标的达成情况进行评价和分析，并作为下一步持续改进的参考和依据。

三、结语

为进一步提高新工科人才培养质量，面向工程教育专业认证标准和理念，“材料成型工程设计”课程教师要针对目前教学存在的问题和不足，以学生为中心，以目标为导向，从工程设计的题目设计、教学组织、过程管理和考核评价等方面着手进行持续改进，以便通过精选设计题目、调整教学安排、鼓励自主创新、加强综合能力培养和企业深度参与等方式不断提高教学质量，改进和完善课程的组织管理、过程控制和考核评价体系。当然，教学改革永无止境，“材料成型工程设计”课程必须紧跟最新的教育理念和时代发展变革，持续对教学方法和过程管控进行改进，才能满足当前社会不断更新的人才需求。

参考文献：

[1]郭哲,王玉佳,王孙禺.聚焦专业认证改革提升工程人才培养质量:“评估认证与中国高等工程教育质量保障座谈会”综述[J].高等工程教育研究,2021(6):196-198.

[2]郄海霞,陈艳艳.秉承卓越:美国工程教育专业认证标准的变革路径与价值趋向[J].现代教育管理,2021(2):63-69.

[3]吕东莉,杨眉,王斌.工程教育专业认证背景下的“材料成型数值模拟”课程改革:以西南石油大学材料成型及控制工程专业为例[J].西部素质教育,2021,7(7):152-154.

[4]王辉虎,龙威,卜智翔.面向专业认证的材控专业课程体系构建与改进[J].教育教学论坛,2020(47):126-127.

[5]曹芳,肖光春,许崇海.基于工程教育专业认证的材控专业教学改革与实践[J].高教学刊,2020(6):132-134.

[6]王健,李仁兴,徐文婷,等.基于“工程教育认证”下材控专业实践教学模式探索[J].就业与保障,2020(18):99-100.

[7]王开,王萌,何乃军,等.专业认证背景下铸造工艺课程设计教学改革的探讨[J].铸造技术,2020,41(1):87-90.

[8]陈姗姗.《铸造工艺课程设计》课程教学改革与实践[J].财富时代,2020(3):67-69.

[9]胡双锋,江学良,刘仿军,等.工程教育认证下工科生毕业课题选择原则探讨[J].广州化工,2021,49(15):252-254.

[10]陈亚洲,荣星,王琳,等.面向新工科的计算机辅助设计课程教学改革[J].集美大学学报(教育科学版),2020,21(6):76-81.

作者：王杰 黄本生 范舟 杨眉 单位：西南石油大学新能源与材料学院