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[摘要]现代工程教育课堂教学面临着增加实践内容、面向工程实际的要求，课堂教学授课方式方法需要进行改革以适应人才培养的需求。以开阔学生视野，提升学习兴趣为目的探讨了基于实景教学的三位一体教学方法，该方法在工程应用的背景下以工程问题为主线讲述基本原理，降低了理论深度、拓展了理论应用宽度，同时增加了工程实践相关的授课内容。
[关键词]工程教育；课堂教学；教学方法
[中图分类号]G642.421 [文献标识码]A [文章编号]1005-4634(2011)04-0044-03
0 引言
开展工程教育目的是把学生培养成为满足社会需要的工程人才。而传统、单一的工程概念慢慢弱化甚至淘汰，现代工程逐渐构成了以研究、开发、设计、制造、运行、营销、管理、咨询等为主要环节的工程链，现代工程已将科学、技术、非技术、工程实践融为一体，成为多学科的综合体。创新型工程师的知识特征应该是宽、专交相结合。
世界各国都在研究怎样培养工程人才，中国更为急切——未来20年，中国将继续保持宏大的工程规模，许多重大工程项目从跟踪走向领跑，这些都需要更多优秀工程科技人才化蓝图为实景。工程教育如何呼应这样的时代要求?2010年6月，教育部启动卓越工程师培养计划试点，目标直指建设创新型国家所需的高素质建设者。
真正的卓越工程师如何培育?面向工程教育的教学改革势在必行，在拥有世界上最大规模高等工程教育的中国，思考正当其时。
1 存在的问题
课堂授课是目前中国最主要的教育教学方法，早期以板书、讲述为主；近期随着多媒体技术的发展，PPT使教学手段更为灵活。但是无论过去和现在，讲授课程的主线都是按照教材的逻辑顺序。虽然近期PPT使课程的灵活性增色不少，但仍然摆脱不了大量文字叙述、长篇理论讲述的窠臼。同时课本一直沿袭着强调基础的态势，基础固然重要，但过度长篇累牍的讲述工程问题不形象、不具体，最大弊端是学生一直在怀疑“这么多理论到底有什么用”?致使学生缺乏兴趣，失去兴趣的学习很难做到学以致用。
教材编排与课程讲授客观上讲并不存在必然联系，教材总体上体现的是知识结构，内容上由浅入深，而任何一本教材的出炉都反映了编者个人的思想，对于授课者而言则可能需要体现另一种思想，因此有经验的教师都是以一本教材为主，广泛地借鉴其他教材的内容。每一本教材由于思路的不同都有自身的优势和劣势，比如对于设备、工艺的分类问题很多教材都编排在章节的开始部分，这并不符合学生的认知习惯，在没有搞清每一种设备、工艺概念的阶段如何谈分类?
教材质量良莠不齐。虽然国内外的教材本质上讲述的科学原理内容是相同的，但国外教材内容简洁更易于自学，且概念具有开放性，与工程实际紧密相连。反观国内教材则更注重于理论性，文字篇幅较长而显得繁冗。强调原理没有错，但有时候一副形象的图画比几段文字表达得更清楚。更有甚者，几本教材整段文字雷同现象经常出现，只是因为该段内容是精品而不忍改变吗，值得人们反思。
在不同的场合已经有多位专家呼吁工科教师本身要有丰富的工程背景，但问题是，国内高校极其缺乏“工程型师资”。目前工科教师自身的工程实践背景不足，尚难适应工程人才培养之需。当下，国内不少工科博士毕业后就直接留校，教育背景只是“从学校到学校”。而反观国外，尤其是在德国等一些工程强国，只有具备5年以上的企业工程经理资历者，才能进入高校成为工科师资；还有如麻省理工学院等高等学府，工科教授也往往长期担任企业工程专家。工程人才的培养实际上需要更加强调理论联系实践，实践在工程教育领域被提到了前所未有的高度。
当今工程教育尤其是高等教育中的工程教育教学已经不同于以往任何一个时代，对工程人才培养提出了较高的要求。工程教育照本宣科，过于死板和程式化的模式势必要发生改变。工程教育强调解决实际问题的能力，而能力的培养离不开大量的实践锻炼。国外工程教育讲授课时少，工程实践丰富，而中国国情是教学资源有限，主要体现在教师数量和实验条件上，如何利用有限的资源发挥教师、学生的主观能动性值得思考。
教学中包含教与学两个因素，教的效果不仅取决于教师，还要看学生“吸收”的情况。事实上学生对教师的理论不甚感兴趣，尤其空洞的为人处事理论和有些过长的工程技术基础理论。如果学生能够按照教师要求安排自己的学业，那么一句类似“好好学习天天向上”就可以了事。实践中学生对一些案例会听得聚精会神，包括工程技术案例和求职择业等，尤其是本领域的新技术新工程。这说明学生也并不是顽固不化，对于技术上的原理还是有兴趣的，对于国内外前沿还是充满了求知欲，如果能够以先进的技术为引线，辅之基本原理的讲述，将会别具效果。
本文针对目前工程教育课堂教学劣势进行了教学改革，并以塑性成形专业的《冲压工艺学》为例，在教学内容筛选编排、教材利用、教学方法上进行了尝试，取得了较好的授课效果。
2 教改示例
工程教育越来越向增加生产实践的方向改进，但课堂授课必不可少；此外国内高校的实际情况是资源匮乏，尤其是工程实践资源。近期不可能允许全部工科学生大量增加工程实践，即便是国家卓越工程师培养计划也只限于10％的学生。较多学时的课堂授课将会在很长时间内存在于我国目前的工程教育教学。所以改进目前的教学授课方式，使授课更贴近工程实践将是一条不得不走的路。
2.1工程技术实景教学
充分利用多媒体手段是改善教学效果的重要方法，但必须避免只是简单地把课本中的文字、图片搬到PPT上，即使在图片丰富的前提下辅以多角度的问题讲解可能仍然无法吊起学生的胃口，这种情况下需要教师在教学方法上做出改变。
以冲压工艺学为例，笔者的做法是把国内外知名企业的生产过程录像给学生播放，通过录像资料逐渐阐述每一步生产过程的原理，称之为工程技术实景教学。把教材中所涉及的问题打包，教材被分解成若干个问题。比如冲压工艺学被分解成冲裁、弯曲、拉深、胀形等若干个问题，然后分别剪辑每一问题的一段录像资料，要求该段资料比较典型。以录像资料为对象提出多个问题供学生思考，这些问题就是教材章节的核心内容。
以实景教学吸引学生注意力，以问题的形式把要讲授的内容先抛给学生，这样可以把学生的大脑活动拉入生产过程。以前教学实践中，苦于不能让学生始终跟上教师的思路，学生缺乏主动思考能力，即使可以做到也有强拉硬拽之嫌。而以先进的加工技术作为背景，尤其是学科领域的前沿性技术，从中寻找先进技术中包含的共性基础理论。直接的作用就是给学生诠释学以致用，同时间接地告诉学生未来所从事的工作很具有挑战性，这样的作用可能要比空讲理论的重要性要有价值。
以冲压工艺为例，在讲到其他拉深方法的时候播放目前应用于生产的软膜成形、差温拉深、电磁 成形等工程实景，结合声像资料对其中涉及的科学问题进行讲解。实践证明国际国内前沿的相关设备和工艺将会使学生兴趣倍增。
2.2工程技术的基本理论
教师以回答问题的方式引出每一段要讲的内容。以拉深工艺为例，实景教学可看到如图1(a)所示一个金属筒，其生产工艺过程如图1(b)～(e)，可提出若干问题：(1)筒形件的坯料是圆形，参数半径该如何确定?(2)圆筒在拉深成形的过程中需要多大的拉力?(3)筒形件在拉入模具时会不会起皱?(4)筒形件在拉入模具时会不会破裂?(5)筒形件拉深模具的加工精度如何?……
每一个问题结合实际生产过程都成为一个工程实际问题，而每一个问题又是教材中整块同一性质理论内容的打包，比如同样是上面所提出的问题对应教材中的章节名称是：(1)筒形件拉深毛坯尺寸的计算；(2)筒形件拉深过程拉深力计算；(3)筒形件无压边圈的拉深；(4)筒形件的拉深成形极限；(5)筒形件拉深模具设计……
虽然二者的表述内容是一致的，但在表述的方式上是有区别的。教材是按照工程问题所蕴含的科学理论逻辑关系安排顺序的，而且表述的方式更侧重于应对普遍科学问题，因而显得理论性较强；而以工程问题为背景安排教学内容，主线是现代生产过程，而不是课本的章节。以生产过程遇到的问题需要安排讲解的内容会更加突出理论的应用性，这一点在目前工科教学中体现的不足。
但一味地追求授课内容的工程性也不是高等工科教育的方向，他应该有别于职业教育，因此授课内容还必须遵循一定的理论体系。实践中是将目前的教材安排分别按问题打包，该问题与生产过程中的问题一致，但在生产过程中问题讲述的顺序将遵循现教材的理论体系，使其符合理论上的逻辑关系，这一点教师是有能力做到的。
这样的做法同时引出另一个值得思考的问题：教材的作用是什么?工科工程教育自然不能拘泥于一本教材，教材更应该担当参考、秉承理论体系的作用。
2.3基于工程技术的理论延伸
目前高等工程教育延续着一种传统的教学方式，就是要把深奥的理论讲透。而理论的深奥之处恰恰在于他是“理论上的”深奥，普通常规的技术应用往往不涉及理论的深处，只有科学研究才会追究如何更加深入，因此有选择地适可而止是工程技术理论讲授的明智之举。降低理论难度并不意味着学生无缘领会人类文明的精髓，可以通过拓展应用，通过更多的应用实例展现理论的精妙之处，而对于理论上深入的探讨则以悬而未决的形式留给学生。这样欲说还休反而能够激发学生对理论指导意义的更深认识，即使这时老师戛然而止，对于有较高求知欲的学生而言已经没有了困难。而实际上，能够做到激发学生兴趣也是一种艺术。
教师讲解如同给学生打开了一扇门，门里面分门别类学生往往无所适从，适当的引导有助于充分发挥学生的主体地位。比如教师可以设计几个命题，该命题没有唯一答案，专门拿出课堂时间段以讨论的形式把一个实际工程问题的多种方案展示给学生，或者让学生登上讲台对自己思考的问题进行讲解。这时候讲解的结果已经不重要，而学生的参与程度则反映了教学的效果。
对冲压工艺而言，工程技术理论的延伸选择了板材冲压成形的数值模拟，利用有限元软件把教材中的板材成形过程模拟出来，就如同给学生打开了一扇新领域的大门。可通过有限元软件模拟筒形件的拉深、V形件的弯曲以及各种复杂零件的胀形、翻边等工艺过程。展示数值模拟的目的并不是给学生讲授如何模拟，而是通过模拟结果验证理论，应力应变分布只靠方程过于抽象，而数值模拟技术则形象生动。这样有两个好处，一是对理论的认识更加深刻，二是使学生领略了先进技术在工程应用中的效果，因为现代工艺设计中有限元的分析已是必不可少，能让学生在应用中增加难得的见识机会。
3 结束语
通过改革，突破了囿于教材的观念，进而以工程实践为主线，把冲压工艺学的授课分解成上述三部分，建立在精简理论、精讲核心理论基础上，压缩理论所占比重，突出理论的应用和延伸。但三部分的核心仍是工程技术基本理论，因为是面向设计领域培养人才，没有理论的指导设计缺乏依据；而工程实景教学和工程技术理论延伸则是为更好的使学生理解理论，实景教学起到一个背景的作用，理论延伸起到一个开阔视野的作用，在这样的氛围下更烘托出理论的重要。这个框架被称为三位一体，理论是核心，理论的背景、理论的延伸是支撑。
参考文献
[1]金龙.工程教育的目标内涵[J].石家庄铁道大学学报(社会科学版)，2010,4(4)：1-5.
[2]马银平，袁群.从国外制图教材看国内教材的建设[J].理工高教研究，2003,22(6)：107-108.
[关键词]工程教育；课堂教学；教学方法
[中图分类号]G642.421 [文献标识码]A [文章编号]1005-4634(2011)04-0044-03
0 引言
开展工程教育目的是把学生培养成为满足社会需要的工程人才。而传统、单一的工程概念慢慢弱化甚至淘汰，现代工程逐渐构成了以研究、开发、设计、制造、运行、营销、管理、咨询等为主要环节的工程链，现代工程已将科学、技术、非技术、工程实践融为一体，成为多学科的综合体。创新型工程师的知识特征应该是宽、专交相结合。
世界各国都在研究怎样培养工程人才，中国更为急切——未来20年，中国将继续保持宏大的工程规模，许多重大工程项目从跟踪走向领跑，这些都需要更多优秀工程科技人才化蓝图为实景。工程教育如何呼应这样的时代要求?2010年6月，教育部启动卓越工程师培养计划试点，目标直指建设创新型国家所需的高素质建设者。
真正的卓越工程师如何培育?面向工程教育的教学改革势在必行，在拥有世界上最大规模高等工程教育的中国，思考正当其时。
1 存在的问题
课堂授课是目前中国最主要的教育教学方法，早期以板书、讲述为主；近期随着多媒体技术的发展，PPT使教学手段更为灵活。但是无论过去和现在，讲授课程的主线都是按照教材的逻辑顺序。虽然近期PPT使课程的灵活性增色不少，但仍然摆脱不了大量文字叙述、长篇理论讲述的窠臼。同时课本一直沿袭着强调基础的态势，基础固然重要，但过度长篇累牍的讲述工程问题不形象、不具体，最大弊端是学生一直在怀疑“这么多理论到底有什么用”?致使学生缺乏兴趣，失去兴趣的学习很难做到学以致用。
教材编排与课程讲授客观上讲并不存在必然联系，教材总体上体现的是知识结构，内容上由浅入深，而任何一本教材的出炉都反映了编者个人的思想，对于授课者而言则可能需要体现另一种思想，因此有经验的教师都是以一本教材为主，广泛地借鉴其他教材的内容。每一本教材由于思路的不同都有自身的优势和劣势，比如对于设备、工艺的分类问题很多教材都编排在章节的开始部分，这并不符合学生的认知习惯，在没有搞清每一种设备、工艺概念的阶段如何谈分类?
教材质量良莠不齐。虽然国内外的教材本质上讲述的科学原理内容是相同的，但国外教材内容简洁更易于自学，且概念具有开放性，与工程实际紧密相连。反观国内教材则更注重于理论性，文字篇幅较长而显得繁冗。强调原理没有错，但有时候一副形象的图画比几段文字表达得更清楚。更有甚者，几本教材整段文字雷同现象经常出现，只是因为该段内容是精品而不忍改变吗，值得人们反思。
在不同的场合已经有多位专家呼吁工科教师本身要有丰富的工程背景，但问题是，国内高校极其缺乏“工程型师资”。目前工科教师自身的工程实践背景不足，尚难适应工程人才培养之需。当下，国内不少工科博士毕业后就直接留校，教育背景只是“从学校到学校”。而反观国外，尤其是在德国等一些工程强国，只有具备5年以上的企业工程经理资历者，才能进入高校成为工科师资；还有如麻省理工学院等高等学府，工科教授也往往长期担任企业工程专家。工程人才的培养实际上需要更加强调理论联系实践，实践在工程教育领域被提到了前所未有的高度。
当今工程教育尤其是高等教育中的工程教育教学已经不同于以往任何一个时代，对工程人才培养提出了较高的要求。工程教育照本宣科，过于死板和程式化的模式势必要发生改变。工程教育强调解决实际问题的能力，而能力的培养离不开大量的实践锻炼。国外工程教育讲授课时少，工程实践丰富，而中国国情是教学资源有限，主要体现在教师数量和实验条件上，如何利用有限的资源发挥教师、学生的主观能动性值得思考。
教学中包含教与学两个因素，教的效果不仅取决于教师，还要看学生“吸收”的情况。事实上学生对教师的理论不甚感兴趣，尤其空洞的为人处事理论和有些过长的工程技术基础理论。如果学生能够按照教师要求安排自己的学业，那么一句类似“好好学习天天向上”就可以了事。实践中学生对一些案例会听得聚精会神，包括工程技术案例和求职择业等，尤其是本领域的新技术新工程。这说明学生也并不是顽固不化，对于技术上的原理还是有兴趣的，对于国内外前沿还是充满了求知欲，如果能够以先进的技术为引线，辅之基本原理的讲述，将会别具效果。
本文针对目前工程教育课堂教学劣势进行了教学改革，并以塑性成形专业的《冲压工艺学》为例，在教学内容筛选编排、教材利用、教学方法上进行了尝试，取得了较好的授课效果。
2 教改示例
工程教育越来越向增加生产实践的方向改进，但课堂授课必不可少；此外国内高校的实际情况是资源匮乏，尤其是工程实践资源。近期不可能允许全部工科学生大量增加工程实践，即便是国家卓越工程师培养计划也只限于10％的学生。较多学时的课堂授课将会在很长时间内存在于我国目前的工程教育教学。所以改进目前的教学授课方式，使授课更贴近工程实践将是一条不得不走的路。
2.1工程技术实景教学
充分利用多媒体手段是改善教学效果的重要方法，但必须避免只是简单地把课本中的文字、图片搬到PPT上，即使在图片丰富的前提下辅以多角度的问题讲解可能仍然无法吊起学生的胃口，这种情况下需要教师在教学方法上做出改变。
以冲压工艺学为例，笔者的做法是把国内外知名企业的生产过程录像给学生播放，通过录像资料逐渐阐述每一步生产过程的原理，称之为工程技术实景教学。把教材中所涉及的问题打包，教材被分解成若干个问题。比如冲压工艺学被分解成冲裁、弯曲、拉深、胀形等若干个问题，然后分别剪辑每一问题的一段录像资料，要求该段资料比较典型。以录像资料为对象提出多个问题供学生思考，这些问题就是教材章节的核心内容。
以实景教学吸引学生注意力，以问题的形式把要讲授的内容先抛给学生，这样可以把学生的大脑活动拉入生产过程。以前教学实践中，苦于不能让学生始终跟上教师的思路，学生缺乏主动思考能力，即使可以做到也有强拉硬拽之嫌。而以先进的加工技术作为背景，尤其是学科领域的前沿性技术，从中寻找先进技术中包含的共性基础理论。直接的作用就是给学生诠释学以致用，同时间接地告诉学生未来所从事的工作很具有挑战性，这样的作用可能要比空讲理论的重要性要有价值。
以冲压工艺为例，在讲到其他拉深方法的时候播放目前应用于生产的软膜成形、差温拉深、电磁 成形等工程实景，结合声像资料对其中涉及的科学问题进行讲解。实践证明国际国内前沿的相关设备和工艺将会使学生兴趣倍增。
2.2工程技术的基本理论
教师以回答问题的方式引出每一段要讲的内容。以拉深工艺为例，实景教学可看到如图1(a)所示一个金属筒，其生产工艺过程如图1(b)～(e)，可提出若干问题：(1)筒形件的坯料是圆形，参数半径该如何确定?(2)圆筒在拉深成形的过程中需要多大的拉力?(3)筒形件在拉入模具时会不会起皱?(4)筒形件在拉入模具时会不会破裂?(5)筒形件拉深模具的加工精度如何?……
每一个问题结合实际生产过程都成为一个工程实际问题，而每一个问题又是教材中整块同一性质理论内容的打包，比如同样是上面所提出的问题对应教材中的章节名称是：(1)筒形件拉深毛坯尺寸的计算；(2)筒形件拉深过程拉深力计算；(3)筒形件无压边圈的拉深；(4)筒形件的拉深成形极限；(5)筒形件拉深模具设计……
虽然二者的表述内容是一致的，但在表述的方式上是有区别的。教材是按照工程问题所蕴含的科学理论逻辑关系安排顺序的，而且表述的方式更侧重于应对普遍科学问题，因而显得理论性较强；而以工程问题为背景安排教学内容，主线是现代生产过程，而不是课本的章节。以生产过程遇到的问题需要安排讲解的内容会更加突出理论的应用性，这一点在目前工科教学中体现的不足。
但一味地追求授课内容的工程性也不是高等工科教育的方向，他应该有别于职业教育，因此授课内容还必须遵循一定的理论体系。实践中是将目前的教材安排分别按问题打包，该问题与生产过程中的问题一致，但在生产过程中问题讲述的顺序将遵循现教材的理论体系，使其符合理论上的逻辑关系，这一点教师是有能力做到的。
这样的做法同时引出另一个值得思考的问题：教材的作用是什么?工科工程教育自然不能拘泥于一本教材，教材更应该担当参考、秉承理论体系的作用。
2.3基于工程技术的理论延伸
目前高等工程教育延续着一种传统的教学方式，就是要把深奥的理论讲透。而理论的深奥之处恰恰在于他是“理论上的”深奥，普通常规的技术应用往往不涉及理论的深处，只有科学研究才会追究如何更加深入，因此有选择地适可而止是工程技术理论讲授的明智之举。降低理论难度并不意味着学生无缘领会人类文明的精髓，可以通过拓展应用，通过更多的应用实例展现理论的精妙之处，而对于理论上深入的探讨则以悬而未决的形式留给学生。这样欲说还休反而能够激发学生对理论指导意义的更深认识，即使这时老师戛然而止，对于有较高求知欲的学生而言已经没有了困难。而实际上，能够做到激发学生兴趣也是一种艺术。
教师讲解如同给学生打开了一扇门，门里面分门别类学生往往无所适从，适当的引导有助于充分发挥学生的主体地位。比如教师可以设计几个命题，该命题没有唯一答案，专门拿出课堂时间段以讨论的形式把一个实际工程问题的多种方案展示给学生，或者让学生登上讲台对自己思考的问题进行讲解。这时候讲解的结果已经不重要，而学生的参与程度则反映了教学的效果。
对冲压工艺而言，工程技术理论的延伸选择了板材冲压成形的数值模拟，利用有限元软件把教材中的板材成形过程模拟出来，就如同给学生打开了一扇新领域的大门。可通过有限元软件模拟筒形件的拉深、V形件的弯曲以及各种复杂零件的胀形、翻边等工艺过程。展示数值模拟的目的并不是给学生讲授如何模拟，而是通过模拟结果验证理论，应力应变分布只靠方程过于抽象，而数值模拟技术则形象生动。这样有两个好处，一是对理论的认识更加深刻，二是使学生领略了先进技术在工程应用中的效果，因为现代工艺设计中有限元的分析已是必不可少，能让学生在应用中增加难得的见识机会。
3 结束语
通过改革，突破了囿于教材的观念，进而以工程实践为主线，把冲压工艺学的授课分解成上述三部分，建立在精简理论、精讲核心理论基础上，压缩理论所占比重，突出理论的应用和延伸。但三部分的核心仍是工程技术基本理论，因为是面向设计领域培养人才，没有理论的指导设计缺乏依据；而工程实景教学和工程技术理论延伸则是为更好的使学生理解理论，实景教学起到一个背景的作用，理论延伸起到一个开阔视野的作用，在这样的氛围下更烘托出理论的重要。这个框架被称为三位一体，理论是核心，理论的背景、理论的延伸是支撑。
参考文献
[1]金龙.工程教育的目标内涵[J].石家庄铁道大学学报(社会科学版)，2010,4(4)：1-5.
[2]马银平，袁群.从国外制图教材看国内教材的建设[J].理工高教研究，2003,22(6)：107-108.