基于项目的工程设计训练课程教学模式探索

基于项目的工程设计训练课程教学模式探索

施永清^[1]

（浙江工商大学食品与生物工程学院）

摘　要：针对工程设计训练课程教学难度大的问题，笔者按照CDIO工程教育模式，采用项目教学法，向学生充分展示自己多年工程实践积累的各类项目图纸、照片以及生产线视频资料，通过学生分组进行真实项目的设计和交流讨论，活跃课堂气氛，激发学生的发散性思维，提高学生实践能力和创新能力。

关键词：工程设计；卓越工程师；项目教学法

一、前　言

随着生产国际化程度越来越高，企业产品竞争不断加剧，创新周期缩短，企业迫切需要合格的工程技术人员。工程教育的目标就是要培养符合经济发展要求的合格工程师。如何在有限的学制内培养知识和能力协调发展的工程人员，已成为世界各国工程教育面临的问题。麻省理工学院联合几所高校开发的全新工程教育理念和实施体系——CDIO工程教育模式，对高校教育与工程实践关系进行重构——在继续加强基础理论学习的基础上，向关注生产实践回归。联合国教科文组织产学合作教席认为，中国工程教育改革目标应当包括：尽快解决合格工科毕业生和在岗优秀工程师短缺的问题；培养工科学生成为更有成就的工程师和具有领导力的工程人才。工程设计训练课程是为了增强学生工程意识，培养创新思维和团队合作精神，提高工程实践能力的一门重要训练课程。

工程设计训练涉及多门学科知识，设计比较抽象，学生难以迅速集中注意力进行训练，学习难度大。以往学生在课堂上似乎听懂了知识，但是遇到生产实际问题时却不知所措。笔者重新审视和思考原有教学内容和方式，尝试采用基于项目的教学模式。尽可能让学生观看工厂、设备相关图纸、照片、生产线运作视频，使学生对工厂生产线和车间情境有直观感受。以实际工程项目引导学生，促使学生主动查阅资料，认真学习和设计工艺流程、车间设备平面布置等图纸。经过班级师生讨论交流，增加专业知识，熟悉设计方法和企业工作环境，提高解决问题、沟通表达和团队合作能力。在德国的工程教育领域，“项目教学法”被推崇为培养学生关键能力的最有效方法。

本文阐述工程设计训练课程教学模式探索与实践，以期抛砖引玉，促进我国卓越工程师的培养。

二、多媒体展示培养学生工程思维

大学生虽然参观过工厂或经过生产实践环节，但是，往往走马看花，对企业生产和运作过程一知半解，难于进一步创新。在工程设计训练课程教学过程中，笔者充分利用自己多年工程实践积累的各类项目图纸、照片以及视频资料，给学生提供真实、直观、形象生动的情景，方便学生体验企业生产过程和工程技术创新，有助于学生对工程设计内容的理解，突破难点，改善训练环境。

（一）工程实例图纸和照片展示

食品有乳品、罐头、饮料、肉类、酒类、调味品、速冻食品等多类品种。各类品种生产企业差别较大，一类产品的不同生产企业在设备、工艺等方面也有不同特点。尽管教师在工程设计训练时详细叙述工程设计内容和要求，但是学生往往难以理解，甚至感到茫然。为了避免这种情况的发生，笔者以行业生产典型实例向学生分类展示工程项目图纸和照片，让学生清楚地看到工程图纸与实际生产场景的对应关系，从专业的角度讲解图纸内容，丰富学生的专业知识，使抽象的知识具体化，复杂的知识简单化，激发学生的学习积极性，既降低了教学难度，又使学生更好地理解教学内容。

例如，在展示速冻食品工程实例时，让学生对照工厂鸟瞰图、透视图和厂景照片观看工程总平面图（见图1），便于学生对工程全局的理解和把握。然后讲解项目建设过程各阶段对设计的要求和具体的设计方法。

图1　速冻食品工程总平面图

进行总平面设计时，强调按规划条件通知书要求合理布局，并且需要特别重视环境保护。环境保护是关系到我们子孙后代的生活环境及其发展，必须严格设计实施三废综合治理，达标排放。鼓励学生按照优秀工程设计的标准严格要求，提高工程设计图纸质量。

为了便于学生看懂车间图纸，笔者将图纸与设备照片按照产品种类、生产车间前、中、后工段进行分类。在讲解生制品速冻和内包装线时，展示工程设计图纸（见图2）、对应的生产线和车间照片，详细说明工厂生产工艺流程、主要设备选型、生产物料衡算、辅助部门配套设备选型。

图2　生制品速冻和内包装线

在讲解冷库时，展示装箱、入库、冻藏和拣选配送平面图（见图3），说明现代化冷库设计的关键点，要求其设计不仅满足工厂产品贮存温度和容量需求，而且适合第三方物流公司的配送管理。接着播放装箱、入库、冻藏和拣选配送仿真动画演示，受到学生欢迎。

通过对图纸中生产设备逐台展示设备照片，并且介绍设备性能，以及在生产线中的作用，帮助学生进一步理解产品生产工艺技术，达到理论与实践无缝衔接。学生普遍反映新的训练模式使他们容易理解图纸，印象深刻，有利于走上工作岗位后迅速适应工厂环境。

（二）工程实例视频展示

作为一种以形象的方式表达信息的媒体，视频资料能形象、直观和按一定的结构以动态画面的形式将信息呈现在人们的视觉和听觉范围内，这对于人们接受和保存信息有着十分重要的促进作用。由于工程项目场景非常大，食品生产过程是动态的，是全车间甚至全厂协调合作过程，采用常规手段很难展现给学生观看。视频将宏观的工程项目场景、产品生产线动态地呈现在教室内屏幕上。运用视频可让学生从不同角度观看工程真实情况，了解产品生产过程。运用视频实例辅助工程设计训练，能给学生以生动、形象的感性认识，可以激发学生学习兴趣，促进积极思维，提高教学效率和质量。例如：在讲解肉类罐头工程项目时，配合训练进程，适时选择播放肉类分割、加工、灌装、杀菌等车间生产线视频，增强直观性，刺激学生的多种感官，提高学生的求知欲，使学生上课时思想高度集中，对所要掌握的技术要领理解透彻、记忆深刻，提高训练效果。在讲解水果软罐头加工工程项目时，播放各类水果去皮分切设备操作运转视频；在讲解蔬菜加工工程项目时，播放各类蔬菜清洗设备运转视频；当播放各种焙烤食品自动化包装生产线视频时，学生被自动化机械手高速、灵巧的操作过程深深吸引，思维极度活跃，在轻松愉快的氛围中获得知识；最后播放第三方物流公司自动化仓储配送设备运转视频，使学生深刻感受到我国物流业快速发展良好形势，对企业需要的工程师标准有较清醒的认识。

图3　装箱、入库、冻藏和拣选配送平面图

通过视频播放，将工程实例内容形象地展示出来，给学生直观、真实、动态的感受，扩大学生观察工程项目的广度，有助于学生对教育内容的感知和记忆。

三、真实项目设计提高学生工程能力

（一）项目选题

围绕教育部“卓越工程师教育培养计划”目标，面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国力。在工程设计训练中，笔者根据项目难易程度和学生实际能力，结合当今行业的发展动态，将大型工程项目分解成多个小项目，选好学生训练题目。例如，在果汁饮料厂项目中为学生选择设计饮料调配车间、杀菌车间、包装车间等训练项目；保健品公司工程项目中为学生选择设计口服液生产车间、灌装车间等训练项目。选题时还需注意训练项目能反映工程的一般特性，对学生能起到举一反三、触类旁通的作用，提高学生分析问题和解决问题的能力。

（二）项目引导设计

人才培养中要尊重学生的个性，培养学生的创新意识、缜密的思维能力和行动习惯。工程设计新模式强调学生的主动参与，体现“以学生为本”的教育理念。整个训练过程采用积极的启发式、基于项目的教育方法，给学生留下独立思考的空间。学生带着自己提出的和教师初步提供的问题，充分利用资源搜集相关的参考资料，把学习重点放在具体项目设计上，强调学以致用，在应用中学习。积极引导学生综合考虑工程设计中原料贮藏、运输、加工工艺、包装形式、配送、销售等各因素间关系，使设计图纸具有较强的实用性。通过工程设计训练，培养学生将不同学科的知识和能力要素融合在工程实践活动中，让学生体会到掌握、运用知识和技能的乐趣。项目设计完成后，学生有一种成就感，教学效果明显改善。

教师采用巡回指导的方式检查学生设计进程，及时发现学生设计过程中出现的问题，分析原因，并且在讲台电脑上讲解演示，纠正错误。鼓励学生提出解决问题的不同思路，并且进一步深化发展，努力使每一位同学保持浓厚的兴趣参与工程设计训练。

（三）设计交流与总结

在项目设计过程中特别需要鼓励学生进行创新设计，使他们养成创新性学习习惯。项目设计的交流和讨论是一种非常有效地提高学生创新能力的方法，不但调动学生的主动性、积极性，活跃了课堂气氛，还可刺激学生对问题的批判性思维，挖掘运用知识的潜能。经过几届学生工程设计训练过程，笔者深刻体会到教师应该了解学生们精神上的追求，人格尊重、专业发展和自我价值实现等内在需要。

教师需要在训练课前认真备课，预计在讨论中可能出现的问题，准备好该项目相关理论知识。紧密结合项目设计，引导学生从理论和实践两个方面进行分析、讨论，不但让学生掌握了专业理论知识，还培养了解决实际问题的能力。在交流讨论过程中，鼓励学生自由发表不同观点，使各种意见互相交流与碰撞，激发出新的创意。教师需特别注意面向全体学生提问，要使所有学生都有回答问题的机会，在公平的基础上，使每位学生参与讨论，感受创新的乐趣。

交流和讨论也是提高学生社会智力的重要方法之一。社会智力的提出被认为是人际关系的革命。社会智力指的是应用复杂社会技能的能力，如：团队合作能力、沟通能力、冲突解决能力、寻求一致能力、协调能力、多元文化能力等。社会智力是人们与他人建立有效联系、理解和互动的能力，可以通过技术手段进行训练。对于一个创新型人才而言，这方面的能力是不可缺少的。交流和讨论过程使学生沟通、协调能力明显提高。

在讨论完成以后，教师引导学生结合相关理论对所讨论的结果进行归纳总结。这种学生自我分析和总结，可以加深学生对知识和技能的记忆、理解，使学生对工程项目设计具有系统、完整的认识。

四、结　语

基于项目的工程设计训练使学生透彻理解所学知识，提高工程空间思维能力。经过工程设计训练交流讨论过程，激发学生批判性思维，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，最终实现提高学生实践能力和创新能力的目标。

参考文献

［1］陆一平，查建中.缤纷课堂：源于国外的工程教育实践教学方法［J］.高等工程教育研究，2009（6）：137—142.

［2］王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式［J］.理工高教研究，2009，28（4）：116—119.

［3］Edward F.Crawley，查建中，Johan Malmquist，等.工程教育的环境［J］.高等工程教育研究，2008（4）：13—21.

［4］蒯超英.视频资料在学校教育中的应用［J］.教学与管理，2011（18）：34—35.

［5］徐小洲，叶映华.创新型人才的素质结构与生成转化机制［J］.高等工程教育研究，2012（1）：70—74，96.

【注释】

[1]施永清，工程学院工程教学与实训中心主任，教授级高级工程师，硕士，研究方向为食品工程设计和农产品安全控制。