摘要：
对大学生自主学习教育的培养是工程教育的重要内容。本文以天津科技大学“过程装备与控制工程”专业的课外工程教育为范例，探讨了课外工程教育的实施方法，着重讨论了工程师认知教育、科技创新活动、产学合作工程实践等三个方面，并指出了课外工程教育存在的一些问题。实践表明，该措施可提高工科大学生的工程意识和创新能力。
关键词：
课外工程教育；创新；自主学习
在全球化背景下，工程教育对于增强国力和未来竞争力日显重要。本世纪以来，欧美各国特别将加强和改革工程教育作为高等教育发展的重要内容[1]。欧盟委员会资助下构建并实施了“欧洲高等工程教育”（H3E）、“加强欧洲工程教育”（E4）、“欧洲工程的教学与研究”（TREE）等系列主题研究[2-4]。从2000年起，麻省理工学院等四所大学组成的跨国研究团队，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念[5]，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。我国教育部也提出“卓越工程师教育培养计划”[6]，旨在全面提高我国工程人才培养质量。我国要建设创新型国家，需要培养造就创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质工程技术人才。以汕头大学为代表，国内50多所高校正在开展CDIO教学实践[7]。此外，华东理工大学还提出了“全面工程教育”理念[8]。综观各种教育模式，实践是关键词之一[9-10]，而课外是学生学习生活非常重要的一部分，也是学生自主学习提高的时间，合理利用课外组织开展工程教育，对于学生能力、素质的培养具有重要的意义。这里，课外工程教育指课内教学计划规定之外的学生工程教育活动，其特征是强调学生的自主性和教师的引导作用。天津科技大学的“过程装备与控制工程”专业是天津市高校“十二五”综合投资规划的品牌专业建设项目，有着50多年的办学历史，拥有本科、硕士、博士以及工程硕士培养等完整的人才培养体系，为课外工程教育的实施提供了良好的平台。落实“轻工过程装备”人才培养的特色定位，对本科生开展课外工程教育，是提升人才培养质量的必要手段，与培养计划内的教学相辅相成。目前，工科类为主的普通院校针对本科生教育尝试实行“3＋1”的培养模式，即“3年专业基础学习+1年实训实践学习”。但是，作为工科学生，工程教育应该努力使之贯穿大学四年的学习始末，模块化的分段式培养方式某种程度上不能很好地使学生对知识融会贯通，因此，效果并不明显。尤其是在大众化教育背景下，如何能够让学生将专业知识的“片段”连接组织在一起，是值得研究的内容。本文主要从工程师认知教育、科技创新活动、产学合作工程实践等三个方面探讨对本科生课外工程教育的实践。
一、工程师认知教育
从大学一年级入学开始，为了帮助学生更好地了解专业培养体系、发展方向以及就业情况等，我们编制了《机械导航》作为学生了解所学专业的入学手册。每年定期举办“卓越工程师成长之路”、“教授讲坛”等活动，邀请学术领域的教授和企业界工程领域的专家，为学生带来不同主题的讲座。包括针对某一专题内容，请工程领域专家进行详细讲授；在本科生进入毕业设计之前，请具有丰富工程设计经验的企业或设计院的专家为毕业生开辟设计类专题指导讲座等；以工程技术讲座的形式，对学生加强工程修养以及工程师伦理教育。同时，借助学院的大学生职业生涯规划中心，为学生提供与工程师们沟通和交流的机会，激发他们的学习兴趣，拓展思维空间，提高工程和科研能力。这些认知教育使得学生明确认识到工程师不但能“造物”，而且能“做事”。
二、科技创新活动
大学生的科技创新活动有助于营造大学学术氛围和培养积极向上的学风[11]。科学研究是大学的基本职能之一，培养卓越工程师必须使之兼备科学家和工程师的双重素质和能力，因此大学既要注重新技术的研发，注重解决工程实际中的科学技术问题，又要注重对学生能力的培养。此外，现代工程实际应用中很大程度上是基于多学科的科学和技术知识的交叉与应用，因此，学生在校期间开展科技创新活动对培养学生的创新精神和实践能力具有重要意义。
1.参与科学研究科学研究是非常有效的实践训练方法，理论知识与具体实践结合，锻炼了学生的项目组织实施能力。我们以研究室为科技创新平台，教师指导，研究生协助，本科学生以项目成员的身份参与或者基于某个项目组独立从事科研工作。比如在试办“卓越人才实验班”过程中，除了课程体系的区别设置之外，还重点强化了学生参与科技活动的内容，从大二开始实行导师培养制，类似于研究生导师制，以科研实绩好、责任心强的教师为导师，指导学生的研究工作。为了达到较好的学习效果，一般每名导师指导两名学生。再如，“过控”专业的特色研究室吸收了部分大三、大四的本科生，通过积极参与科研项目，导师指导和与研究生的合作，可以使学生较早地进入科研状态，明确科研的基本方法和思路。在这个过程中，学生将得到文献检索和论文撰写能力的训练，充分发挥其创新思维能力，促进了课程体系中知识的掌握，增强了学术交流和技术交流能力，提高了分析问题和解决问题的能力。同时，导师们也可以借此了解学生的认知及需求，有利于提升课堂教学效果，满足学生的学习需求。另外，多年来实施的推荐免试研究生提前进入实验（研究）室从事科学研究的计划，也收到了较好的效果。
2.专业软件的学习和使用专业软件是将来工程实践必不可少的工具，同时利用软件可开展虚拟现实设计、制造、过程优化等虚拟教育。目前，AutoCAD、Matlab、Pro/E等绘图、科学计算和工程类软件已进入本科教学内容，随着知识的积累和学习的深入，通过选修课或指导性推荐，可以让学生接触诸如ANSYS、FLUENT、COMSOLMultiphysics、EDEM等分析计算设计相关的软件。软件的使用对于调动同学们的学习积极性很有帮助。比如，要求学生熟悉ANSYS的分析问题的步骤，掌握ANSYS建模、网格划分、求解和后处理的基本方法，可以使学生具备初步的利用有限元软件求解工程问题的能力。对于过程装备与控制工程专业学生而言，单元操作及过程优化是重要的学习内容，建议学生使用试验版Symprosys软件（http：//www.simprotek.com/），针对干燥、蒸发等特色课题进行过程分析和优化，对于锻炼学生的分析抽象能力、知识表达能力和综合运用所学知识解决问题的能力有很大帮助。
3.科技竞赛机械工程学院设置了大学生科技创新基金，积极引导学生参加各类科技竞赛活动。比如，鼓励学生积极申报“大学生创新创业训练项目”，导师提供条件，学生自主完成创新性实验的设计、实验条件的准备、实验的实施、数据处理与分析、报告撰写、成果（学术）交流等。利用天津科技大学实验室开放基金项目，加强工程专业人才培养[12]。经历这些过程后，学生能够逐步形成独立思考问题、解决问题的能力以及组织实施实验设计的能力，为今后的工作取得宝贵的实践经验，同时也可以为毕业设计积累素材和资料。
4.学术交流高校是学术交流最活跃的地方，可是真正面向本科生的却比较少见，而本科生也还没有意识到要主动去参与这些活动。因此，设计面向本科生的学术交流活动对于开阔大学生视野很有必要。这些年，我们开设了“博士讲坛”，由中青年博士为本科生讲授其所属研究领域的发展与自己的研究实践，能够很好地贴近学生，使学生对专业领域的未来以及自己的职业规划有较好的了解和认识。此外，借助国外来访学者，专门开设面向本科生的学术讲座，让学生了解国外工程教育情况和科研方法，尝试进行国际型工程人才培养。近年来，来自美国、加拿大、俄罗斯、日本等国家的高校和研究单位的专家为我们做了讲座，交流语言为英语，本科生能够与国外专家互动交流，一定程度上说明了学生的潜力，因而更应该为学生们提供更多的机会，以满足不同学生的不同需求，适应工程教育国际化的需要。
三、产学合作工程实践
一般来说，大学课堂课程内的学生仍处在一个假定的实验环境中，要拓展到工程实践的实际体验还有一定难度。针对过程装备与控制工程专业，我们与企业合作，引进了中试规模的提取、干燥、蒸发等多套设备，这样学生的实验活动就与企业的实际生产相类似，可以培养学生工业生产及企业运营管理的大局观。其实，在学生毕业设计期间与企业合作，让学生深入企业，在企业工程师和学校教师的共同指导下研发产品、解决工程实际问题是培养学生工程能力的最好途径，但是该途径的实施因客观原因仍有一定难度。产学合作需要本科生综合各基础课程中所学到的知识，充分发挥学生的创新思维能力[13]。一方面，可以以企业合作或单独委托项目为抓手，在工程师的指导下开展工程实践，尽可能涉及到项目的全过程，如工程设计、加工、组装、测试等。另一方面，依托本专业建立的校外实习基地、工程训练中心等培养学生的工程能力。如，过控专业在天津市津南区多个企业建立了校外实习基地，天津市荣光特种风机有限公司、永恒电机厂、天炉科技发展有限公司、尼特风机有限公司、宝成集团等均已成为本专业学生进行工程实践的重要场所。
四、结束语
本科生的课外工程教育需要有比较大的平台，才能够为学生提供工程实践的机会，才能在大学期间切实提高学生自主学习和工程实践的能力。在实践过程中，我们还发现了一些问题需要在今后的工程教育中进行改进。一是教学模式需要及时革新。沿用以往的教学模式，以知识传授为主，只关注“做中学”是不够的，教师和学生的工程教育意识仍需要重视和提升，只关心“规定内的动作”是远远不能达到要求的。二是高校与企业在人才培养上的合作缺乏更为深入的开展，需要研讨“共赢”机制和相关措施。高校内具有工程素养的教师队伍不足，走出校园的机会不多，缺乏更多的与企业合作的切合点。综上所述，在今后本科生的课外工程教育中，应在动手实践、分工合作、交流研讨等能力培养和素质养成方面进行提高，并形成对课内教学的有力支撑。同时，为了更好地培养具有国际化视野的毕业生，学校仍需要面向实际改革创新教学模式，开拓并建立更多的与企业合作共赢的机会和平台。
作者：徐庆 宋继田 单位：天津科技大学
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