高等工程教育與工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)探討

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摘要：以高等工程教育中工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)為核心，明晰了高等工程教育培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的目標(biāo)，闡述了工程設(shè)計(jì)能力是現(xiàn)代工程師必須具備的核心能力。在確立工程設(shè)計(jì)及其內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，論述總結(jié)了工程設(shè)計(jì)教育中學(xué)生必須掌握的工程設(shè)計(jì)方法。最后提出了院校工程教育階段工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的實(shí)施環(huán)節(jié)、途徑和方法，并討論分析了各環(huán)節(jié)的內(nèi)容與目標(biāo)。實(shí)踐表明這些環(huán)節(jié)、途徑和方法的實(shí)施對(duì)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和提升效果明顯。

關(guān)鍵詞：工程教育；現(xiàn)代工程師；工程設(shè)計(jì)教育；工程設(shè)計(jì)能力

當(dāng)前我國(guó)正在加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)型、升級(jí)產(chǎn)業(yè)，走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，到2020年，全面建成小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)目標(biāo)。實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略是我國(guó)的必然選擇，創(chuàng)新特別是技術(shù)創(chuàng)新，主體是企業(yè)，關(guān)鍵靠人才。高等工程教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)各種類(lèi)型的創(chuàng)新型“工程師”和生產(chǎn)服務(wù)一線(xiàn)高素質(zhì)的技術(shù)技能型人才的重任。以工程設(shè)計(jì)能力為核心的工程實(shí)踐能力訓(xùn)練是高等工程教育的本質(zhì)所在，強(qiáng)調(diào)通過(guò)現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法教育，通過(guò)工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和工程實(shí)踐訓(xùn)練，使工科本科學(xué)生在校期間獲得現(xiàn)代工程師的基本訓(xùn)練。因此，本文主要討論在轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的經(jīng)濟(jì)背景下，工程教育中本科學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的途徑和方法。主要包括高等工程教育及其目標(biāo)，現(xiàn)代工程師的能力要求，工程設(shè)計(jì)及其方法，院校工程教育階段（工程設(shè)計(jì)教育）的工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)等四個(gè)方面的內(nèi)容。通過(guò)分析討論使工程教育中更加突出工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，更加科學(xué)合理、規(guī)范有效地設(shè)置和實(shí)施工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)以創(chuàng)新為特征的時(shí)代所需要的工程技術(shù)人才。

1高等工程教育及其目標(biāo)

教育承擔(dān)著培養(yǎng)什么樣的人和怎樣培養(yǎng)人的重大社會(huì)使命。高等工程教育是教育科學(xué)與工程技術(shù)的交叉與融合，是專(zhuān)業(yè)教育。它的顯著特點(diǎn)有三個(gè)：一是以技術(shù)科學(xué)作為主要學(xué)科基礎(chǔ)；二是以工程技術(shù)應(yīng)用作為主要研究?jī)?nèi)容；三是以培養(yǎng)能將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的工程師為人才培養(yǎng)目標(biāo)。[1],技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)與工程技術(shù)應(yīng)用之間的矛盾運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了高等工程教育區(qū)別于其它類(lèi)高等教育的特殊性。技術(shù)科學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)之間聯(lián)系的橋梁，其內(nèi)涵是“研究相鄰幾門(mén)工程技術(shù)方面普遍出現(xiàn)的問(wèn)題---共同性自然規(guī)律，把工程實(shí)際中所用的許多設(shè)計(jì)原則加以提煉、整理和總結(jié)，使之上升成為理論，因而就能夠把各個(gè)不同領(lǐng)域的工程實(shí)際的共同性顯示出來(lái)，并服務(wù)于工程技術(shù)”[1]?；诟叩裙こ探逃奶卣?、內(nèi)涵，院校工程教育階段的主要任務(wù)是使受教育者獲得較為系統(tǒng)的理工學(xué)科的理論知識(shí)、基本技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，使其在畢業(yè)時(shí)具備成為合格現(xiàn)代工程師的基本素質(zhì)和條件，或者稱(chēng)為現(xiàn)代工程師的毛坯。

2現(xiàn)代工程師的能力目標(biāo)

高等工程教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)是工程師，中國(guó)特色現(xiàn)代化建設(shè)需要大量的多層次、多類(lèi)型的現(xiàn)代工程師。因此，必須用符合時(shí)代要求的先進(jìn)的現(xiàn)代工程教育觀指導(dǎo)現(xiàn)代工程師培養(yǎng)。理論知識(shí)、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)、工程實(shí)踐訓(xùn)練之間的關(guān)系、地位與內(nèi)容融合問(wèn)題一直是高等工程教育討論的核心問(wèn)題，因而其改革的重點(diǎn)和策略一直圍繞著核心問(wèn)題而展開(kāi)。長(zhǎng)期的工程教育實(shí)踐使教育者深刻反思、認(rèn)識(shí)到：培養(yǎng)現(xiàn)代工程師，必須堅(jiān)持科學(xué)教育與工程實(shí)踐訓(xùn)練并重的核心理念。二者并重并統(tǒng)一于工程師培養(yǎng)過(guò)程的工程教育觀是現(xiàn)代工程教育觀的核心內(nèi)容。現(xiàn)代工程對(duì)現(xiàn)代工程師的基本素養(yǎng)和能力要求也證明了現(xiàn)代工程教育觀的科學(xué)合理性?，F(xiàn)代工程已經(jīng)形成了以市場(chǎng)需求為源驅(qū)動(dòng)力，以研究開(kāi)發(fā)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制造運(yùn)行、營(yíng)銷(xiāo)管理和咨詢(xún)服務(wù)等為主要服務(wù)環(huán)節(jié)，以有效供給市場(chǎng)、提高供給質(zhì)量為目的，以綠色技術(shù)、綠色制造、綠色產(chǎn)品和資源循環(huán)為工程理念的工程生命周期。其中，最基本的是研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和營(yíng)銷(xiāo)，而設(shè)計(jì)處于中心地位，是聯(lián)系他們的紐帶。設(shè)計(jì)活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輸入是基于主體需求和研發(fā)的初步試驗(yàn)品，其輸出結(jié)果是明晰和規(guī)范的紙質(zhì)和電子圖式（圖示、圖形）模型、程序及操作流程和相應(yīng)的技術(shù)說(shuō)明文檔，也包括在不同的設(shè)計(jì)階段試制的樣機(jī)或?qū)嵨锬Ｐ?。制造（建造）的?qū)動(dòng)輸入是設(shè)計(jì)輸出的結(jié)果，其輸出是投放市場(chǎng)或服務(wù)社會(huì)的工業(yè)產(chǎn)品（軟件、硬件）與服務(wù)。在經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售與服務(wù)活動(dòng)過(guò)程中，工業(yè)產(chǎn)品完成自己的壽命（主要是產(chǎn)品或者設(shè)備的技術(shù)壽命和經(jīng)濟(jì)壽命），從而為下一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供新的需求和技術(shù)信息。這就要求現(xiàn)代工程師必須掌握扎實(shí)的自然、人文社會(huì)和管理科學(xué)基礎(chǔ)，掌握以技術(shù)科學(xué)為主要學(xué)科基礎(chǔ)、工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技能，并能夠綜合應(yīng)用科學(xué)的知識(shí)、方法和技術(shù)手段分析和解決各種工程實(shí)際問(wèn)題。[2]美國(guó)經(jīng)過(guò)大量研究論證，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品成本的70%由設(shè)計(jì)階段決定，有效的設(shè)計(jì)能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少成本、縮短生產(chǎn)周期，更好的滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。[3]因此，工程設(shè)計(jì)能力，包括工程創(chuàng)意創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力是現(xiàn)代工程師必須具備的核心能力，它決定著國(guó)家工業(yè)化水平和創(chuàng)新能力能否走在世界前列。必須將工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)包括科學(xué)知識(shí)、工程設(shè)計(jì)理論方法、工具手段和創(chuàng)新意識(shí)、能力等貫穿于工程教育全過(guò)程。

3工程設(shè)計(jì)及其方法

設(shè)計(jì)是基于某種需求的有目的性的創(chuàng)造活動(dòng)，設(shè)計(jì)需要有創(chuàng)意構(gòu)思和設(shè)想計(jì)劃。在我國(guó)2012年公布的學(xué)位授予和人才培養(yǎng)學(xué)科門(mén)類(lèi)設(shè)置中，設(shè)計(jì)學(xué)第一次獨(dú)立以一級(jí)學(xué)科的形式出現(xiàn)，設(shè)計(jì)學(xué)的主要研究領(lǐng)域有工程設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、視覺(jué)傳達(dá)與媒體設(shè)計(jì)、信息與交互設(shè)計(jì)和手工藝設(shè)計(jì)等。

3.1工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與發(fā)展

辭海[4]中關(guān)于工程設(shè)計(jì)概念的外延側(cè)重于建造性工程設(shè)計(jì)，實(shí)際上除建造性工程設(shè)計(jì)外，還有大量的不斷延伸和拓展的制造性工程設(shè)計(jì)。本文主要討論制造性工程設(shè)計(jì)，就是將多種材料經(jīng)過(guò)多個(gè)復(fù)雜的加工處理過(guò)程，做出一種新的復(fù)合材料或者、產(chǎn)品、設(shè)備、裝置、裝備和系統(tǒng)來(lái)的工程設(shè)計(jì)方法。工程設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容注重于功能、性能、結(jié)構(gòu)、材料、環(huán)境、成本、程序、工藝和流程等。文獻(xiàn)[5]將工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵概括為：工程設(shè)計(jì)實(shí)際上是求解一個(gè)工程問(wèn)題的思維和實(shí)踐過(guò)程。進(jìn)一步說(shuō)，也就是在給定的初始狀態(tài)和各種約束條件下，經(jīng)過(guò)構(gòu)思和創(chuàng)造，解決有關(guān)參數(shù)的選擇與優(yōu)化問(wèn)題、設(shè)備工具與工序的選擇、各種界面的銜接與匹配問(wèn)題、工程組織管理問(wèn)題，效率、效力和功能的提升與優(yōu)化問(wèn)題，形成一個(gè)能夠從初始狀態(tài)經(jīng)過(guò)一系列中間環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)目標(biāo)狀態(tài)的設(shè)計(jì)結(jié)果的活動(dòng)過(guò)程。該設(shè)計(jì)結(jié)果可以是工程設(shè)計(jì)圖紙、運(yùn)作方案、工程規(guī)劃（計(jì)劃）、工程規(guī)范和工程標(biāo)準(zhǔn)等，更為顯著的特征是，在工程實(shí)踐中依據(jù)這些工程設(shè)計(jì)結(jié)果，可以建造或者制造出人造物來(lái)。伴隨著科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計(jì)的演化大體可分為傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)三個(gè)階段。[6]傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，指工業(yè)革命之前的工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，是基于個(gè)體和手工作坊制的師徒口頭傳授經(jīng)驗(yàn)和技藝的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作主要在于產(chǎn)品或系統(tǒng)功能的構(gòu)造。工匠既是設(shè)計(jì)者、制造者也是銷(xiāo)售者，制造過(guò)程主要依靠手工完成?，F(xiàn)代工程設(shè)計(jì)開(kāi)始于工業(yè)革命之后，特別是電氣化時(shí)代的出現(xiàn)，社會(huì)化機(jī)器大生產(chǎn)的分工，設(shè)計(jì)逐漸和制造分離開(kāi)來(lái)，逐步形成了專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工程師。這時(shí)，大學(xué)也將工程設(shè)計(jì)作為課程教學(xué)的內(nèi)容，1852年，德國(guó)Reuleaux教授的《機(jī)械原理》教材問(wèn)世，工程設(shè)計(jì)主要基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)，創(chuàng)造應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與選擇創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)品牌價(jià)值。在此階段，工程設(shè)計(jì)理論與方法學(xué)，工程設(shè)計(jì)方法與技術(shù)，設(shè)計(jì)自動(dòng)化方法和技術(shù)，設(shè)計(jì)工具等逐步建立、形成和發(fā)展。工程設(shè)計(jì)作為廣義制造中的核心和靈魂等到確立。20世紀(jì)60年代，美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)發(fā)起了一系列的有關(guān)工程設(shè)計(jì)的研究活動(dòng)。德國(guó)提出了“提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵在設(shè)計(jì)”的口號(hào)，對(duì)工業(yè)中獲得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提升和理論概括，1976年，Pahl和Beiti教授的《工程設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)世》，隨后被譯成了包括中文在內(nèi)的七種語(yǔ)言，成為指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的經(jīng)典著作。[7]美國(guó)主要通過(guò)從外部觀察對(duì)工程設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行歸納概括，目的在于建立工程設(shè)計(jì)理論和支持工具。目前我們國(guó)內(nèi)流行的仿真、工程設(shè)計(jì)支持軟件幾乎全部是美國(guó)公司的產(chǎn)品?；趥鹘y(tǒng)工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)而成長(zhǎng)起來(lái)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的過(guò)程、方法、對(duì)象、制造和經(jīng)營(yíng)服務(wù)都依賴(lài)于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、知識(shí)信息大數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)更具有個(gè)性化、定制式和系統(tǒng)創(chuàng)新的特征，設(shè)計(jì)以綠色化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為未來(lái)發(fā)展方向。在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，以系統(tǒng)建模與優(yōu)化計(jì)算等先進(jìn)工程設(shè)計(jì)技術(shù)為支撐，建立具有豐富設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)和模擬仿真的數(shù)字化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并能夠在不同地域的虛擬數(shù)字化環(huán)境里并行、協(xié)同地完成全數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)、功能和性能的計(jì)算、優(yōu)化仿真和整體裝配運(yùn)行。[8]創(chuàng)新設(shè)計(jì)是我們當(dāng)前和后續(xù)努力達(dá)到和實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)引領(lǐng)我國(guó)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)、現(xiàn)代化國(guó)家的實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)施需要大批的掌握創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、技術(shù)和方法的人才支撐，以工程設(shè)計(jì)的教授與學(xué)習(xí)為核心的工程設(shè)計(jì)教育，就成為了高等工程教育培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的第一位的核心的內(nèi)容。

3.2工程設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)

世界著名空氣動(dòng)力學(xué)大師馮•卡門(mén)說(shuō)：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)（discover）已經(jīng)存在的世界；工程師創(chuàng)造（cre-ate）一個(gè)過(guò)去從來(lái)沒(méi)有的世界。后來(lái)有人補(bǔ)充說(shuō)，藝術(shù)家想象（imagine）一個(gè)過(guò)去和將來(lái)都“不存在”的世界。因此，“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”“技術(shù)發(fā)明”“技術(shù)創(chuàng)新”和“工程設(shè)計(jì)”成了固定搭配詞語(yǔ)。工程設(shè)計(jì)把工程和科學(xué)明顯的區(qū)分開(kāi)來(lái)了。科學(xué)研究只有第一，沒(méi)有第二；工程問(wèn)題的解答具有非唯一性，是在多項(xiàng)約束和矛盾沖突中協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的。因此，工程設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)包括：創(chuàng)造性、復(fù)雜性、選擇性和妥協(xié)性。工程設(shè)計(jì)要求工程師以工程可實(shí)現(xiàn)性為必須前提條件，針對(duì)實(shí)際的工程問(wèn)題給出可行的、可操作的實(shí)施方案。

3.3工程設(shè)計(jì)基本方法

國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門(mén)，特別是細(xì)分的各工程領(lǐng)域在其單元（部件）、設(shè)備、系統(tǒng)及其產(chǎn)品或者工藝流程的設(shè)計(jì)方法上各有特點(diǎn)，綜合各方共性，討論一般工程設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)、內(nèi)容要求，對(duì)提高工程設(shè)計(jì)教育質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的工程技術(shù)人才是有重要意義的。一個(gè)基本的設(shè)計(jì)過(guò)程通常包括：需求調(diào)查與分析，制定設(shè)計(jì)方案，模型制作，方案測(cè)試評(píng)估與優(yōu)化和編制用戶(hù)手冊(cè)等主要環(huán)節(jié)，是一個(gè)具有反饋和循環(huán)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。（1）需求分析。以需求為源驅(qū)動(dòng)力，發(fā)現(xiàn)與明晰工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，以形成設(shè)計(jì)要求說(shuō)明書(shū)文檔為標(biāo)志。設(shè)計(jì)要求說(shuō)明書(shū)的主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)對(duì)象的總體目標(biāo)，功能要求，性能指標(biāo)（技術(shù)指標(biāo)或總體技術(shù)水平的要求），結(jié)構(gòu)外觀要求，環(huán)境目標(biāo)要求，安全性，可靠性要求，成本要求和時(shí)限要求，等等。（2）方案設(shè)計(jì)。以所形成的設(shè)計(jì)要求說(shuō)明書(shū)內(nèi)容為目標(biāo)，收集設(shè)計(jì)所需要的信息完成設(shè)計(jì)分析；以工程設(shè)計(jì)的主要因素為主線(xiàn)，提出盡可能多的設(shè)計(jì)構(gòu)思，將最能取得希望效果的構(gòu)思以功能結(jié)構(gòu)圖、模型、語(yǔ)言和文字等方式呈現(xiàn)出來(lái)；進(jìn)而對(duì)各種構(gòu)思進(jìn)行篩選，從而獲得實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的比較滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案。（3）模型（原型）制作。以獲得的滿(mǎn)意設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)，以模型（原型）制作或者開(kāi)發(fā)原型機(jī)為主要任務(wù)，發(fā)展構(gòu)思、檢驗(yàn)產(chǎn)品的造型結(jié)構(gòu)以及零部件的裝配關(guān)系，進(jìn)一步完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。該環(huán)節(jié)包括圖樣繪制和制作模型兩個(gè)階段，產(chǎn)生工作原理圖、整體和局部結(jié)構(gòu)圖（包括加工要求）、裝配圖和不同的模型制作?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)過(guò)程中廣泛使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)，模型或原型連接、裝配和試驗(yàn)，全部在計(jì)算機(jī)支持的可視化系統(tǒng)中可以完成。（4）方案測(cè)試、評(píng)估與優(yōu)化。測(cè)試的目的是檢驗(yàn)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能和技術(shù)性能等方面是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求說(shuō)明書(shū)的指標(biāo)要求，同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)方案和產(chǎn)品進(jìn)行全面的評(píng)估，以便進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。（5）編寫(xiě)用戶(hù)手冊(cè)。用戶(hù)手冊(cè)也稱(chēng)為產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，它可以幫助消費(fèi)者正確使用、保養(yǎng)產(chǎn)品，有效發(fā)揮產(chǎn)品使用價(jià)值。產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)一般由標(biāo)題，正文和標(biāo)記等組成，要求語(yǔ)言準(zhǔn)確、通俗、簡(jiǎn)潔、內(nèi)容條理清楚。

4工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

工程設(shè)計(jì)教育的主要任務(wù)是培養(yǎng)工科學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)必須以掌握和運(yùn)用工程設(shè)計(jì)方法為主要內(nèi)容。院校工程教育中的工程實(shí)踐訓(xùn)練擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、特別是創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的重任，通過(guò)工程實(shí)踐教育、訓(xùn)練，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)必須分層次循序漸進(jìn)，由基礎(chǔ)的初步設(shè)計(jì)、綜合到創(chuàng)新，由相對(duì)獨(dú)立到交叉融合。相應(yīng)的環(huán)節(jié)包括：設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，課程設(shè)計(jì)，綜合實(shí)訓(xùn)，科技創(chuàng)新和學(xué)科競(jìng)賽，畢業(yè)設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)。其中，設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)過(guò)程是在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)任務(wù)與要求的基礎(chǔ)上（需求），由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（設(shè)計(jì)方案）、選擇儀器設(shè)備、自行搭接實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路（模型制作）、擬定實(shí)驗(yàn)步驟、完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)（方案測(cè)試）、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告與交流等階段組成。這是工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的起步，必須把工程設(shè)計(jì)的基本思想和方法融入其中，指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用。從基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課到專(zhuān)業(yè)課，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量應(yīng)依次增加。以項(xiàng)目數(shù)計(jì)，總的設(shè)計(jì)性、綜合性的項(xiàng)目數(shù)應(yīng)在60%以上。課程設(shè)計(jì)：該環(huán)節(jié)是在工程基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課程之后設(shè)置，與課程學(xué)習(xí)內(nèi)容緊密相關(guān)的具有綜合性的小系統(tǒng)、產(chǎn)品或者設(shè)備、單元（部件）等的設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)任務(wù)。主要包括任務(wù)確立、市場(chǎng)分析、方案設(shè)計(jì)、加工制作、調(diào)試運(yùn)行、分析測(cè)試和撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告的全過(guò)程?？傮w課程設(shè)計(jì)設(shè)置數(shù)目不少于3個(gè)。通過(guò)訓(xùn)練，使學(xué)生能夠鞏固和提升工程設(shè)計(jì)能力，將所學(xué)習(xí)的工程設(shè)計(jì)理論和方法、專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)支持工具（CAD、CAE、EDA）等方法和工具與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái)，解決工程實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)，能夠考慮各種約束關(guān)系。綜合實(shí)訓(xùn)：為提升工科大學(xué)生工程技術(shù)設(shè)計(jì)能力而設(shè)置工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)以各專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)專(zhuān)題為基礎(chǔ)、實(shí)施“實(shí)踐（習(xí)）+培訓(xùn)”的工程實(shí)踐訓(xùn)練。真實(shí)的企業(yè)環(huán)境，嚴(yán)格的企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理制度和市場(chǎng)化的設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)是達(dá)到綜合實(shí)訓(xùn)目標(biāo)的三大必備要素?？萍紕?chuàng)新和學(xué)科競(jìng)賽：是工程設(shè)計(jì)能力和個(gè)性化培養(yǎng)的重要途徑。根據(jù)興趣和特長(zhǎng)，學(xué)生自由選擇項(xiàng)目，撰寫(xiě)提交項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)（包括項(xiàng)目的依據(jù)和需求，實(shí)施方案，儀器設(shè)備和工具，項(xiàng)目計(jì)劃與經(jīng)費(fèi)預(yù)算等），自行組織3人左右的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生選題進(jìn)行答辯，確定資助項(xiàng)目與經(jīng)費(fèi)，項(xiàng)目完成時(shí)必須提供設(shè)計(jì)作品，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯。此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選拔部分學(xué)生參加如電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)和機(jī)器人競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目。實(shí)踐證明，這些科技創(chuàng)新活動(dòng)能夠充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，有效提高學(xué)生設(shè)計(jì)、綜合能力，運(yùn)用新型設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)工具的能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)：是工科各專(zhuān)業(yè)本科生在院校工程教育階段工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的最后一個(gè)全面的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是針對(duì)某一課題任務(wù)（企業(yè)實(shí)際問(wèn)題）綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)、技術(shù)和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具來(lái)構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，并予以實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新過(guò)程。具體需要完成調(diào)研選題、需求分析、文獻(xiàn)綜述、方案論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析測(cè)試、性能分析與交流和撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告等工程設(shè)計(jì)方法的基本步驟。畢業(yè)設(shè)計(jì)題目類(lèi)型可分為工程設(shè)計(jì)型、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究型和軟件設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)型等。此環(huán)節(jié)采取校內(nèi)外相結(jié)合，以校外企業(yè)實(shí)踐基地為主來(lái)實(shí)施。依照上述思想，作者及其團(tuán)隊(duì)在江蘇理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施了多年，學(xué)生普遍掌握了基本的工程設(shè)計(jì)方法，具備了工程設(shè)計(jì)的初步能力。近10年電氣信息工程學(xué)院學(xué)生獲得了全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽省級(jí)三等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng)85項(xiàng)，近6年獲江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目44項(xiàng)，近4年的全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”智能車(chē)競(jìng)賽獲得賽區(qū)二等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)項(xiàng)15項(xiàng)、全國(guó)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，近3年的全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽區(qū)特等獎(jiǎng)2項(xiàng)、全國(guó)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，緊緊圍繞院高等工程教育中工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)問(wèn)題，從高等工程教育及其目標(biāo)、現(xiàn)代工程師的能力要求、工程設(shè)計(jì)及其方法、院校工程教育階段（工程設(shè)計(jì)教育）的工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)等四個(gè)方面進(jìn)行了論述和探討。目的使得工程教育中更加突出工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，更加科學(xué)合理、規(guī)范高效地設(shè)置和實(shí)施工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)適應(yīng)以創(chuàng)新設(shè)計(jì)為時(shí)代特征的工程技術(shù)人才，為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)百年的奮斗目標(biāo)提供強(qiáng)大的人才支撐。

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作者：羅印升 俞洋 陶為戈 劉曉杰 宋偉 單位：江蘇理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院