1、国家级教学成果一等奖申报材料材料工程专业学生工程能力培养的研究与实践总 结 报 告昆明理工大学史庆南 刘荣佩 周融 张代明本项目是由昆明理工大学承担，21 世纪世行贷款高等理工科教育教学国家级重大改革项目立项资助的 “材料工程专业学生工程能力培养的研究与实践” 的教学成果，项目编号：1282B10032。 在这里， “材料工程专业” 的内涵指材料科学与工程专业包含的金属材料工程和无机非金属材料工程。一、改革背景和目标高等工程教育以培养和造就现代工程师为主要目的，它对工程技术人员的知识、能力、素质等的形成起着主要作用。工程教育的属性决定了其人才培养必须参与工程实际，加强工程训练，培养工程能力。工
2、程能力是内涵丰富的概念，包括：计算、设计、制造、运行、施工、研发、技术创新能力和解决关联社会、政治、经济、环境、法律、文化背景的工程领域重大问题的能力。具体包括：与现代工业生产水平相应的设计、制造、运行、施工、开发、管理能力和素质的训练；与现代科技发展水平相适应的研究开发能力和创新能力的训练；与现代工程相适应的质量意识、安全意识、环境意识、竞争意识和协作意识的培养。在我国现行的工程教育体制下，工程能力的培养是薄弱环节，教学计划和教学方法与工程能力培养不相适应；实验教学经费不足，设备条件差，大多数实验为理论验证性实验，缺少综合性和设计性实验，不能满足学生科研能力和创新能力的培养；实习环节运作存在
3、一定问题，学生没有太多的机会在工厂中进行实践；课程设计、毕业设计的选题脱离实际等问题，致使我们的毕业生缺乏解决实际工程问题的能力，缺乏对现代工程所必须具备的经济、社会、政治、环境、法律等方面知识的了解，缺乏参与现代工程的决策、协调、控制、领导的初步能力和管理的基本素质，远远满足不了我国推进新型工业化进程的要求，离高等工程人才的国际交流要求相差甚远。针对这些制约学生工程能力培养的不利因素，开展学生工程能力培养的研究与实践，以求找到一种符合我国实际，并具有实效的学生工程能力培养方法，对培养具有优良工程能力和现代工程意识的高级工程技术人才具有重大意义。 在这样的背景下，我们提出了“材料工程专业学生工
4、程能力培养的研究与实践”的教育教学改革研究课题。针对现代材料科学与工程的发展趋势和其专业实践性很强的特点，我们指出工程能力培养的内容包括：与材料设计、材料制备、加工成型、结构与性能、分析测试相关的实验研究、工艺设计、产品开发、设备仪器选型和应用、生产管理的能力；与新材料、新工艺开发相关的创新能力；与材料应用开发相关的经济、社会、环境等意识。在昆明理工大学领导的支持与扶植下，立项研究，付诸实施。并于 2000 年获得国家教育部“世行贷款21 世纪初高等理工科教育教学改革重大项目”的立项资助。开始系统地、全面地，多角度地开展学生工程能力培养的研究与实践，明确提出了建立完整的材料科学与工程专业工程能
5、力培养教学体系的改革内容和改革目标：强化工程能力培养在材料科学与工程专业中的地位与作用，提出本专业工程能力培养方案，建立完整的工程能力培养教学体系；建立面向 21 世纪的工程能力培养实践基地；构建学生工程能力评价体系。培养高层次、高素质、适应时代要求的现代材料工程师。二、研究内容及成果1、 建立了具有时代特征的工程能力培养方案在工程能力培养方案的研究和实践基础上，形成了培养现代材料工程师的教学计划，在强调工程能力培养的前提下，提出“拓宽专业口径，夯实专业基础，注重能力培养，加强素质教育，体现课程优化”的原则，构建材料科学与工程一级学科教学平台和新的实践教学体系。基于现代材料科学与工程的四个要素
6、（材料成分、加工制备、组织结构、使用性能） ，设计课程体系，确定综合性及设计性实验、课程设计、毕业设计、课外科技活动和创业计划设计的实践教学内容，赋予了工程能力培养方案的时代特征。在工程能力培养的各环节上，以其“亲身经历与感受”和“创造性思维基于实践始于问题”为出发点，与生产实际和科研工作相结合，对学生进行科学研究基本技能和工程技术的综合性训练，达到学以致用的目的。2、 建立和完善了独具特色的校外工程实践基地积极探索与企业联合开展科学研究、产品开发、共建研究开发中心等产、学、研合作模式，企业借学校人力资源进行研发工作，学校利用企业条件培养人才，互利互惠，建设了一批工程实践基地，形成了长期稳定的
7、合作关系；学生作为生力军，直接参与工艺设计、产品研制、科技开发工作，锻炼了学生的工程能力，形成了特色。根据工程能力培养目标的需要，分别建立了以攀枝花钢铁集团公司为典型代表的材料生产和材料应用的工程实践基地和以昆明贵金属研究所为典型代表的材料研究开发为主的工程实践基地。独具特色的十余个校外工程实践基地的建立，解决了教学设施和工程训练场地不足，到企业实习只能以参观形式进行的困难。为学生工程能力的培养提供了有力的硬件支撑和保障。3、建立和完善了实效显著的校内工程训练基地利用校内资源条件，发挥学科优势，依托材料与冶金工程学院综合实验室、八个研究所、四个高科技公司和云南省新材料制备与加工重点实验室组建了
8、培养学生工程能力校内工程训练基地，为综合性、设计性实验开出和材料工程实训提供了有力保障，纳入教学计划中实施。在训练过程中采用导师制，安排二、三年级本科生进入工程训练基地，内容是参与生产实践和科学研究相关联的、以科技开发和新技术应用为主要特征的工程实践；目的是使学生较早地参与科学研究和创新活动，激发学生的创新意识和欲望，训练学生的创新思维，培养学生的实践能力，锻炼学生独立获取知识和团结协作解决问题的能力。5 年来已有百余名学生进入校内工程训练基地，取得了工程能力培养的显著实效，2004 年开始把工程能力训练纳入教学计划中实施。4、构建了具有可操作性的工程能力培养评价体系为考核学生工程能力培养效果
9、，形成了质量保证和监控系统，构建了客观的、可操作性强的学生工程能力培养评价体系。确定了专业知识应用、思维判断、创造创新、工程计算和设计、团结协作等工程能力的评价要素，确定了材料科学与工程专业学生工程能力培养的评价内容和指标体系，提出了评价的操作及过程控制方法。具体制订了材料科学与工程专业综合性实验、课程设计、实习教学、毕业设计（论文）等实践性教学环节的评价方法及评价指标，在毕业设计（论文）中实行 5%末位复审制，保证了培养质量。5、建设了一支胜任学生工程能力培养的高素质教师队伍针对一些教师在工程设计、工程规划等方面缺乏相应的工程实践经验，没有工厂企业工作的经历，缺乏工程能力方面的素质。安排他们
10、到企业挂职锻炼，亲身体验工程实际和生产管理运行过程，积累工程经验。聘请校外工程实践基地的工程技术人员作为毕业环节的指导教师，参与教学活动，并开设讲座。通过校内外结合，共同建设了一支具有坚实专业知识、又有工程实践经验、能胜任学生工程能力培养的高素质师资队伍。三、工程能力培养实践与效果截止 2004 年，已对材料科学与工程专业 1998、1999、2000、2001 级 180 余名学生进行了试点培养。1、实验教学改革试点专业实验独立设课，增加学分比重，开设选修实验课，学生完成规定的实验门数，经考核合格后，获得相应学分。改进实验课教学内容，实行开放实验，通过对原来实验教学内容进行整合和调整，建立了
11、系列化、模块化的实验教学体系，分为四大模块实验，即材料科学基础实验、材料工程基础实验、材料测试技术实验和综合性、设计性实验。在综合性、设计性实验教学中，以材料成分、加工制备、组织结构、使用性能四个要素以及它们之间的相互关系这个当代材料科学与工程的核心为主线，对学生进行从方案设计、成分设计计算、材料选购、实验工艺过程、材料组织及性能检测、实验结果分析到实验报告形成整个过程的综合训练。通过“金属材料制备与成形” 、 “功能陶瓷制备工艺系列实验” ， “生物金属种植体的表面处理”等若干综合性和设计性实验的实践，使学生不仅从专业方面掌握了实验技能，还通过查阅中外文献资料，进行市场调查，了解价格、购买原
12、料等工作，提高了综合处理问题的能力。试点表明，综合性、设计性实验能充分发挥学生主观能动性，使学生得到了综合的实验技能和应用知识的能力等方面的训练，在培养学生工程意识、动手能力和团结协作精神等综合素质方面发挥了很好的作用。2、 课程设计改革试点根据材料科学与工程专业学生必须具备的工程设计基础和将来所要面对的实际工作，系统地进行了机械设计基础 、 金属塑性加工工艺 、 板带材轧制工艺设计等 5 门课程设计的改革，强化训练工程设计的基本功。在课程设计过程中，改变过去学生被动地按教师制定的程序进行设计的模式。教师提出设计题目和要求，由学生自己制定产品设计方案及工艺设计方案，在老师指导下完善并进行设计。
13、充分让学生独立思考，使他们更好地理解和掌握设计的基本原理、步骤、方法，获得工程设计和计算的基本技能。下面仅举一例说明：“金属塑性加工工艺”课程设计给定一个产品的尺寸、交货状态、合金种类，由学生查找有关的资料和国家技术标准，弄清产品的特性、性能及质量要求，制定出合理的工艺流程，确定坯料尺寸和形状，进行挤压和拉拔工序的工艺参数的计算与选择，计算力能参数，挤压机、拉拔机及其辅助设备的选取。要求用计算机编程进行整个工艺计算和绘制图纸。最后，指导老师按方案确定、工程计算、工程图纸和设计说明书的完成情况进行答辩和考核。由于给学生独立的思考的空间，对铝及铝合金、铜及铜合金的管、棒、型、线产品的生产工艺及设备
14、有了更为深刻地理解，用计算机编制计算程序和绘制图纸的能力得到很大的实际锻炼。3、校外实践教学改革试点在校外实践基地的教学中，让学生深入生产实践第一线，安排学生跟班劳动，在生产实践中学习，使学生对材料生产过程的工艺、设备、车间布置、劳动组织、产品物流、市场状况、环保要求和新材料、新工艺研究开发等有全面的了解和认识，建立“大工程”意识。学会应用所学的专业知识，综合考虑问题，掌握工艺或产品设计的流程，学习工程设计和工程研究。例如学生在攀钢集团钢管公司昆明焊管厂进行毕业实践时，由于该厂在购买全套轧辊时，没有购进配套的轧辊图纸，教师指导学生亲自动手，在没有任何参考资料的情况下，想方设法测量了 3 寸、4
15、 寸和 5 寸焊管的辊型，并绘制好轧辊图纸，给厂方提供了宝贵的技术资料。4、毕业设计（论文）改革试点积极组织学生在校内外工程实践基地参与开展科学研究和产品开发，面向工程实际进行毕业设计和论文工作。在毕业设计选题中，设计类选题与生产实际相结合的大于 70%，研究类选题大多选自攻关项目、重点项目、基金项目，与科研工作相结合的选题达 95%以上。在毕业设计过程中，学生通过工程计算、工程设计、技术开发逐步建立了解决国民经济发展及其工程领域重大问题的现代工程概念，受到了工程能力相关内容的综合训练。学生通过课题的研究，了解学科前沿，受到了良好的科研素质训练，并撰写和发表了学术论文。一些设计和研究成果对企业
16、具有参考应用价值，例如 2 寸半焊管、方（矩）形管、高速公路护栏板、汽车用冷弯冒型钢、火箭发射塔架用冷弯型钢等设计题目，在现有孔型设计基础上，研究出一些新的设计思路和设计方法已应用于实践；为广东某企业设计的不锈钢板带酸洗生产线已被厂方采用；为昆明某国防工业研究所成功地完成了鱼雷发射筒内衬板冷弯型钢孔型设计和计算机模拟；为广东某民营企业完成了十二辊轧机轧制工艺设计，制定了多种产品的轧制工艺规程，提供了整套的技术资料。诸如此类的工作既锻炼了学生又为企业解决了实际问题。5、学生科技创新活动改革试点把课内培养延伸到课外培养，开展多种形式的科技创新活动，进行“创业计划设计”实践。经过试点培养的学生，体现
17、出良好的综合能力和素质，取得了显著成绩：获准昆明理工大学学生创新基金的项目数居学校各专业首位，研究成果获得一等奖 1 项，二等奖 1项，三等奖 2 项，鼓励奖 9 项，名列全校第一。积极参加首届昆明理工大学学生“创业计划”大赛，同学们组队参赛的“昆明快速成型技术服务公司”创业计划以本科生第一名的成绩被推荐参加云南省和全国大学学生“创业计划”大赛，获云南省首届大学生“创业计划”大赛金奖。四、结语成果创新点体现在：制定了符合现代材料科学与工程专业的工程能力培养方案，建立和完善了独具特色的工程能力培养实践基地，构建了具有可操作性的工程能力培养评价体系。本项目的研究成果获得 2004 年云南省高等教育
18、教学成果一等奖，昆明理工大学优秀教学成果特等奖。项目成果包括工程能力培养教学计划一套，研究总结 6 份，评价体系一套，发表教改论文 19 篇，报道 3 篇。研究成果已在新制定的 2004 材料科学与工程专业培养方案中具体实施，并在昆明理工大学冶金、机械、建筑等工程类专业推广，起到了明显的示范作用。项目于 2004 年 12 月 22 日通过国家级教学成果奖鉴定，专家组认为：该成果经过多年的研究与实践，取得了显著的效果，在培养方案、实践基地建设、评价体系等方面有明显的创新性，并具有很强的示范性和可操作性，达到国内领先水平。本项目成果是材料科学与工程专业教学和教育的重大改革，对培养具有工程和创新能力的材料工程高素质人才，为材料工业领域提供有力的人才贡献，提高我国在材料工程领域的国际竞争力，具有深远而重大的意义。
