English (United Kingdom)

https://curated-unify.zendy.io/wp-json/zendy-region/v1/featured_content/oa?rat=en

https://curated-unify.zendy.io/wp-json/zendy-region/v1/highlighted_journal/

Global: Zendy Plus annual

Presents the access of premium content as premium feature

Premium Content

Presents the keyphrase highlighting as premium feature

Keyphrase Highlighting

Presents the summarisation as premium feature

Summarisation

Insights

Presents the pdf analysis as premium feature

PDF Analysis

Presents the zaia usage as premium feature

ZAIA

Global: Zendy Tools annual

Global: Zendy Free Plan

Global: Zendy Tools monthly

Global: Zendy Plus monthly

Solving complex engineering problems is the requirement of engineering practice for the training of talents in Higher Engineering education. It requires engineering graduates to master the ability to solve complex engineering problems. The certification of engineering education clearly stipulates the knowledge, ability and quality requirements for solving complex engineering problems. The gradual cultivation of students' ability to solve complex engineering problems has the characteristics of continuity and periodicity. It conforms to the process from mastering basic skills, practical ability, innovative ability to finally forming the ability to solve complex engineering problems. It conforms to the rule of excellent output. Based on the analysis of the quality requirements of graduates, this paper puts forward the gradual cultivation of students' ability to solve complex engineering problems. By optimizing the curriculum system and innovating the teaching content, the cultivation efficiency and quality of college students are improved, which provides strong support for the cultivation of talents with innovative consciousness and ability to solve complex engineering problems. 贯通渐进式培养学生解决复杂工程问题能力研究 陈洪丽 , 罗晓梅, 李蓉 北京工业大学,北京,中国 *通讯作者 关键词:复杂工程问题;贯通渐进式;案例驱动;创新能力 摘要:解决复杂工程问题是工程实践对高等工程教育人才培养提出的要求,要求工程专业毕 业生必须掌握解决复杂工程问题的能力。工程教育认证对于解决复杂工程问题所需的知识、 能力和素质要求做出了明确规定。贯通渐进式培养大学生解决复杂工程问题能力具有连贯性 和周期性的特征,符合学生从掌握基本技能、具备动手能力和实践能力、拥有创新能力到最 终形成解决复杂工程问题能力的过程,符合优秀成果产出的规律。本文在分析毕业生素质要 求的基础上,提出贯通渐进式培养学生解决复杂工程问题能力,通过优化课程体系、创新教 学内容等措施,提高大学生的培养效率和培养质量,为培养具有创新意识和解决复杂工程问 题能力的人才提供有力支撑。 1.引言 在国家对创新型人才和复合型高级工程技术人才需求大幅增加的新形势下,教育部开展 了诸如卓越工程师教育培养计划、中国工程教育专业认证等多项工程教育实践改革,均在不 528 同程度上强调培养学生解决实际工程问题的能力。2014年中国工程教育专业认证协会又专门 提出了培养学生解决复杂工程问题的能力[1]。新工科建设是在“卓越计划”已取得的工程教育 改革成果的基础上,调整和转变学科专业建设思路[2-3],工科专业面临新机遇、新挑战。 为了积极推进工程教育改革,探索工程人才培养新模式及适应新形势的需求,信息类专 业以学生为中心,基于成果导向教育理念,以培养具有创新意识和解决复杂工程问题的能力 人才为目标,在教学体系重构,专业行业特色、工程实践教学、创新意识培养等环节展开积 极的探索和改革。本文在分析毕业生素质要求的基础上,提出贯通渐进式培养大学生解决复 杂工程问题能力,通过优化课程体系、创新教学内容等措施,提高大学生的培养效率和培养 质量,为培养具有创新意识和解决复杂工程问题能力的人才提供有力支撑。 2.解决复杂工程问题的能力要求分析 中国工程教育专业认证协会制定的《工程教育认证通用标准(2015版)》对于大学生毕业时 应掌握的知识、能力和素养做出了12项明确规定[4] ,其中有8项针对解决复杂工程问题,反映 出对毕业生在解决复杂工程问题的知识、能力和素质方面的不同要求。2016年我国成为《华 盛顿协议》正式缔约国,《华盛顿协议》清晰地界定了“复杂工程问题”的特征,明确提出工程 专业毕业生必须具备的12条素质要求。要求毕业生具有的复杂工程问题相关的能力和素质如 下表1所示。 表1 毕业生素质要求分类 序号 毕业生素质要求 (1) 工程知识 将数学、科学、基础性和专门性工程知识应用于解决复杂工程问题 (2) 问题分析能力 发现、明确表述、研究文献并分析复杂的工程问题,能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本原理分析复杂工程问题,以获得被证实的 结论 (3) 系统设计/开发能力 在设计复杂工程问题的解决方案以及设计满足其特点需求的系统、组 成部分或程序,需要适当考虑公共健康、安全、文化、社会、环境等 因素 (4) 研究能力 运用研究性知识及方法对复杂工程问题展开调研,包括实验设计、数 据分析和解读以及信息综合,从而得出有效的结论 (5) 现代工具使用技术 创造、选择适当的技术、资源和现代工程及信息技术工具,并将这些 工具运用到复杂工程活动中,并且对这些工具的局限性有充分的了解 (6) 社会责任意识 应用自身相关背景知识的理性思考来评价专业工程实践和复杂工程问 题解决方案对社会、健康、安全、法律和文化问题的影响以及其产生 于应负的责任 (7) 沟通交通能力 在复杂工程活动中能够与工程界乃至整个社会进行有效的沟通交流 (8) 环境和可持续发展意识 充分理解专业的复杂工程问题解决方案对环境和社会产生的影响,并 展现出对可持续发展的了解和需求 从表1可以看出,对毕业生这8项关于复杂工程问题的要求是体现在专业知识、技术及能 力上,不仅要掌握以数学和自然科学类知识作为基础的专业知识,能够灵活运用专业知识解 决问题,熟练掌握解决复杂工程问题所需的各种现代工具和技术,而且要求应用工程知识对 复杂工程问题进行分析,能够运用相关知识和技术进行系统设计与开发,甚至能够对复杂工 程问题进行相关研究。由此可见,这8项在能力上的要求是渐进式递增的,构成解决复杂工程 问题的核心要求。 与其它能力的形成和提升过程一样,复杂工程问题能力的培养也是一个逐渐形成、综合 作用和螺旋上升的过程,基于此,用于复杂工程问题能力培养不同阶段的复杂工程问题就需 要形成复杂性梯度,以适应复杂工程问题能力形成和提升的规律[5]。根据复杂工程问题的性 质和特征,本文围绕培养大学生解决复杂工程问题能力这一目标,我们提出通渐进式培养大 学生解决复杂工程问题能力,通过优化课程体系、创新教学内容等措施的支撑,构建出一个 529 复杂工程问题解决能力贯通渐进式培养的一套方案,提高大学生的培养效率和培养质量,为 培养具有创新意识和解决复杂工程问题能力的人才提供有力支撑。 3.培养复杂工程问题解决能力的贯通渐进式培养方案 贯通渐进式培养方案是指以培养大学生解决复杂工程问题能力为目标,把大学生的四年 培养阶段作为一个整体统筹考虑的培养模式,每一阶段的理论课程学习和实践课程具有连续 性,这样有利于提升大学生培养效率和质量,培养出一流的人才,产出一流的成果。 学生解决复杂工程问题能力的培养必须通过安排一系列理论与实践教学活动来实现,并 具体体现在理论课程和实践课程的教学内容和教学评价之中[6-7] 。 为了形成对解决复杂工程问题的贯通渐进式培养的完全支撑,以及满足学科知识的相关 性、理论与实践的相关性、复杂工程问题求解的多学科相关性等解决复杂工程问题的必然需 求,北京工业大学软件工程专业以培养大学生解决复杂工程问题能力为目标,重新设计课程 体系和课程目标,梳理学科内和学科间课程之间纵向和横向的关系,使知识点覆盖四学年, 在四年期间通过多个教学环节综合集成。四年期间强调传授知识结构的完整性、课程类型的 合理性、课程安排的科学性、教学内容的衔接性、知识点的贯通性。 图1 复杂工程问题解决能力贯通渐进式培养的课程体系 如图1所示的,以解决复杂工程问题所需的知识、能力和素质学年培养要求为主线,形成 了4个在解决复杂工程问题所需的知识、能力和素质培养要求上逐层渐进的课程模块。每个课 程模块内部均由学科知识课程、相应的实验课程和相应的工程实践课程以及第二课堂构成, 四部分相互协作、共同支撑每个阶段即每一学年的培养要求的达成。在解决复杂工程问题能 530 力的培养过程中,数字与自然科学类课程、工程基础类课程、专业基础类课程和专业类课程 等应承担责任并作出贡献。不同类型课程的设置在能力的培养上应具有连贯性,后续教学环 节的设计应基于前修环节的达成效果进行规则,以实现能力培养的渐进性。其中,数学与自 然科学类课程主要体现基本科学能力培养;工程基础类课程和专业基础类课程主要体现数学 和自然科学在本专业应用能力培养,以及工程与社会、职业规范等要求所需的知识与能力的 培养;专业类课程应能体现系统设计和实现能力的培养。 这种贯通渐进式培养要求主要体现在在专业知识、技术和能力要求方面,按照能力要求 由低到高依次培养。第一学年主要以程序设计语言知识以及程序设计实践为载体,培养学生 掌握工程基础知识和基本的现代工具技术;第二学年以专业基础知识和软件工程开发实践为 载体重点培养学生分析复杂工程问题的能力;第三学年依托专业核心知识以及综合项目实践, 重点培养学生的系统设计与实现能力;第四学年以前沿问题为依托,重点培养学生的系统开 发能力以及研究能力,完成创新设计与实践。那么具体到每一项知识、能力或素质培养要求, 也随着专业知识领域的不断拓展与深化,而在不同学年间呈现出由低到高的层次差异。课外 实践活动在复杂工程问题解决能力的培养方面可以有效弥补课堂教学的不足。将实践活动纳 入课程体系,实现课堂教学和课外教学的有机统一。我校将各类工程实践活动、创新实践训 练、学科竞赛活动、学术前沿讲座、社会实践、公益活动等课外活动作为第二课堂课程纳入 到课程体系中统一实施和管理,并与学分挂勾。 3.1 学科知识课程的改革 学生解决复杂工程问题能力的培养,不是一朝一夕之功,而是缓慢构建的过程,它需要 所有课程共同培养,所有教师共同努力。因此,课程群建设不仅是为了增加各门课程之间的 联系,更是使各门课程共同作用、协调发展,以提高整体的教学质量。掌握“复杂工程问题” 的内涵,将能力培养分解到各个环节中,包括每一门课程中的各个小环节,是至关重要的。 在学科知识课程方面,北京工业大学软件工程专业通过课程群建设来强化教学的综合性 和实践性,既为学生提供更加系统的知识体系,又将系统知识体系与重要的工程实践领域对 接,逐渐培养学生的学生解决复杂工程问题能力。课程群的建设增强了教学的综合性。在课 程群范围内,相互联系的几门课程的教学目标均通过课程群整体来实现,教师可以从相对综 合的角度来考虑教学,而非局限于单门课程,这样有效克服了知识点的重复和跳空不衔接的 问题,使得学生能够从全面的、综合的角度来整合知识,提高学生综合分析问题的能力。 课程群的构建,下面以软件开发类课程群建设为例。在新工科高等教育思想指导下,我 们打破单一软件开发类课程内容的归属性,从软件开发能力培养的角度出发,对软件开发类 课程进行课程群建设,搭建合理的课程群体系架构。依据软件开发能力的不同培养阶段,选 择对学生软件开发能力培养起关键作用的课程组成软件开发类课程群。课程群的内容有多门 课程构成,而且必须保证课程群的培养目标是连续性、动态性、整体性,这就要求必须对每 门课程内容进行变化与调整,以适应社会发展需要,这个过程要求定期对课程群内容进行更 新。一般高校信息类专业软件开发类课程群主要由以下课程组成,见下图2所示。

Research on Developing Students' Ability to Solve Complex Engineering Problems through Gradual Training