工程理论与工程设计论文

摘要：环境工程专业（工程设计类）毕业设计是培养和提高学生工程能力以及分析和解决问题能力的重要实训环节。本文系统分析我校环境工程专业（工程设计类）毕业设计在设计选题、任务书、资料收集、方案论证、设计计算和制图等不同阶段存在的问题，探讨提高学生方案论证、技术规范应用等方面的工程能力要求和方法，并提出提高我校环境工程设计类毕业设计质量及规范性的建议。下面是小编整理的《工程理论与工程设计论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

工程理论与工程设计论文 篇1：

高等工程教育与工程设计能力培养

摘 要：以高等工程教育中工程设计能力培养为核心，明晰了高等工程教育培养现代工程师的目标，阐述了工程设计能力是现代工程师必须具备的核心能力。在确立工程设计及其内涵的基础上，论述总结了工程设计教育中学生必须掌握的工程设计方法。最后提出了院校工程教育阶段工程设计能力培养的实施环节、途径和方法，并讨论分析了各环节的内容与目标。实践表明这些环节、途径和方法的实施对学生工程设计能力培养和提升效果明显。

关键词：工程教育 ； 现代工程师 ； 工程设计教育；工程设计能力

当前我国正在加快转变经济发展方式，调整经济结构，转型、升级产业，走中国特色新型工业化道路，到2020年，全面建成小康社会、实现创新型国家建设目标。实施创新驱动发展战略是我国的必然选择，创新特别是技术创新，主体是企业，关键靠人才。高等工程教育担负着培养各种类型的创新型“工程师”和生产服务一线高素质的技术技能型人才的重任。以工程设计能力为核心的工程实践能力训练是高等工程教育的本质所在，强调通过现代工程设计思想和设计方法教育，通过工程设计能力培养和工程实践训练，使工科本科学生在校期间获得现代工程师的基本训练。因此，本文主要讨论在转变经济发展方式、推进供给侧结构性改革的经济背景下，工程教育中本科学生工程设计能力培养的途径和方法。主要包括高等工程教育及其目标，现代工程师的能力要求，工程设计及其方法，院校工程教育阶段（工程设计教育）的工程设计能力培养等四个方面的内容。通过分析讨论使工程教育中更加突出工程设计能力培养，更加科学合理、规范有效地设置和实施工程设计能力培养环节，培养以创新为特征的时代所需要的工程技术人才。

1 高等工程教育及其目标

教育承担着培养什么样的人和怎样培养人的重大社会使命。高等工程教育是教育科学与工程技术的交叉与融合，是专业教育。它的显著特点有三个：一是以技术科学作为主要学科基础；二是以工程技术应用作为主要研究内容；三是以培养能将科学技术转化为生产力的工程师为人才培养目标。[1]，技术科学基础与工程技术应用之间的矛盾运动构成了高等工程教育区别于其它类高等教育的特殊性。技术科学是基础科学与工程技术之间联系的桥梁，其内涵是“研究相邻几门工程技术方面普遍出现的问题---共同性自然规律，把工程实际中所用的许多设计原则加以提炼、整理和总结，使之上升成为理论，因而就能够把各个不同领域的工程实际的共同性显示出来，并服务于工程技术”[1]。基于高等工程教育的特征、内涵，院校工程教育阶段的主要任务是使受教育者获得较为系统的理工学科的理论知识、基本技能的学习和训练，使其在毕业时具备成为合格现代工程师的基本素质和条件，或者称为现代工程师的毛坯。

2 现代工程师的能力目标

高等工程教育的人才培养目标是工程师，中国特色现代化建设需要大量的多层次、多类型的现代工程师。因此，必须用符合时代要求的先进的现代工程教育观指导现代工程师培养。理论知识、理论教学和实践教学、工程实践训练之间的关系、地位与内容融合问题一直是高等工程教育讨论的核心问题，因而其改革的重点和策略一直围绕着核心问题而展开。长期的工程教育实践使教育者深刻反思、认识到：培养现代工程师，必须坚持科学教育与工程实践训练并重的核心理念。二者并重并统一于工程师培养过程的工程教育观是现代工程教育观的核心内容。现代工程对现代工程师的基本素养和能力要求也证明了现代工程教育观的科学合理性。现代工程已经形成了以市场需求为源驱动力，以研究开发、技术设计、制造运行、营销管理和咨询服务等为主要服务环节，以有效供给市场、提高供给质量为目的，以绿色技术、绿色制造、绿色产品和资源循环为工程理念的工程生命周期，如图1所示。其中，最基本的是研发、设计、制造和营销，而设计处于中心地位，是联系他们的纽带。

设计活动的驱动输入是基于主体需求和研发的初步试验品，其输出结果是明晰和规范的纸质和电子图式（图示、图形）模型、程序及操作流程和相应的技术说明文档，也包括在不同的设计阶段试制的样机或实物模型。制造（建造）的驱动输入是设计输出的结果，其输出是投放市场或服务社会的工业产品（软件、硬件）与服务。在经营销售与服务活动过程中，工业产品完成自己的寿命（主要是产品或者设备的技术寿命和经济寿命），从而为下一代产品设计提供新的需求和技术信息。这就要求现代工程师必须掌握扎实的自然、人文社会和管理科学基础，掌握以技术科学为主要学科基础、工程技术专业知识与技能，并能够综合应用科学的知识、方法和技术手段分析和解决各种工程实际问题。 [2]美国经过大量研究论证，发现产品成本的70%由设计阶段决定，有效的设计能够提高产品质量、减少成本、缩短生产周期，更好的满足客户的需求。[3]因此，工程设计能力，包括工程创意创新设计能力是现代工程師必须具备的核心能力，它决定着国家工业化水平和创新能力能否走在世界前列。必须将工程设计能力培养包括科学知识、工程设计理论方法、工具手段和创新意识、能力等贯穿于工程教育全过程。

3 工程设计及其方法

设计是基于某种需求的有目的性的创造活动，设计需要有创意构思和设想计划。在我国2012年公布的学位授予和人才培养学科门类设置中，设计学第一次独立以一级学科的形式出现，设计学的主要研究领域有工程设计、工业设计、环境设计、视觉传达与媒体设计、信息与交互设计和手工艺设计等。

3.1 工程设计的内涵与发展

辞海[4]中关于工程设计概念的外延侧重于建造性工程设计，实际上除建造性工程设计外，还有大量的不断延伸和拓展的制造性工程设计。本文主要讨论制造性工程设计，就是将多种材料经过多个复杂的加工处理过程，做出一种新的复合材料或者、产品、设备、装置、装备和系统来的工程设计方法。工程设计的研究内容注重于功能、性能、结构、材料、环境、成本、程序、工艺和流程等。文献[5]将工程设计的内涵概括为：工程设计实际上是求解一个工程问题的思维和实践过程。进一步说，也就是在给定的初始状态和各种约束条件下，经过构思和创造，解决有关参数的选择与优化问题、设备工具与工序的选择、各种界面的衔接与匹配问题、工程组织管理问题，效率、效力和功能的提升与优化问题，形成一个能够从初始状态经过一系列中间环节转化为现实目标状态的设计结果的活动过程。该设计结果可以是工程设计图纸、运作方案、工程规划（计划）、工程规范和工程标准等，更为显著的特征是，在工程实践中依据这些工程设计结果，可以建造或者制造出人造物来。

伴随着科学技术和工程技术的发展，工程设计的演化大体可分为传统工程设计、现代工程设计和创新设计三个阶段。[6]传统工程设计，指工业革命之前的工程设计活动，是基于个体和手工作坊制的师徒口头传授经验和技艺的设计，设计工作主要在于产品或系统功能的构造。工匠既是设计者、制造者也是销售者，制造过程主要依靠手工完成。现代工程设计开始于工业革命之后，特别是电气化时代的出现，社会化机器大生产的分工，设计逐渐和制造分离开来，逐步形成了专业的设计工程师。这时，大学也将工程设计作为课程教学的内容，1852年，德国Reuleaux教授的《机械原理》教材问世，工程设计主要基于现代科学技术知识，创造应用价值，通过市场竞争与选择创造经济品牌价值。在此阶段，工程设计理论与方法学，工程设计方法与技术，设计自动化方法和技术，设计工具等逐步建立、形成和发展。工程设计作为广义制造中的核心和灵魂等到确立。20世纪60年代，美国、英国和德国发起了一系列的有关工程设计的研究活动。德国提出了“提高竞争力的关键在设计”的口号，对工业中获得的经验进行提升和理论概括，1976年，Pahl和Beiti教授的《工程设计学问世》，随后被译成了包括中文在内的七种语言，成为指导工程设计的经典著作。[7]美国主要通过从外部观察对工程设计过程进行归纳概括，目的在于建立工程设计理论和支持工具。目前我们国内流行的仿真、工程设计支持软件几乎全部是美国公司的产品。基于传统工程设计、现代工程设计而成长起来的创新设计，设计的过程、方法、对象、制造和经营服务都依赖于互联网环境、知识信息大数据，设计更具有个性化、定制式和系统创新的特征，设计以绿色化、数字化、网络化和智能化为未来发展方向。在产品的全生命周期内，以系统建模与优化计算等先进工程设计技术为支撑，建立具有丰富设计知识库和模拟仿真的数字化智能设计系统，并能够在不同地域的虚拟数字化环境里并行、协同地完成全数字化产品设计，结构、功能和性能的计算、优化仿真和整体装配运行。[8]创新设计是我们当前和后续努力达到和实现的目标，通过创新设计引领我国制造业强国、现代化国家的实现。创新设计的实施需要大批的掌握创新设计理论、技术和方法的人才支撑，以工程设计的教授与学习为核心的工程设计教育，就成为了高等工程教育培养现代工程师的第一位的核心的内容。

3.2 工程设计的显著特点

世界著名空气动力学大师冯·卡门说：科学家发现（discover）已经存在的世界；工程师创造（create）一个过去从来没有的世界。后来有人补充说，艺术家想象（imagine）一个过去和将来都“不存在”的世界。因此，“科学发现”“技术发明”“技术创新”和“工程设计”成了固定搭配词语。工程设计把工程和科学明显的区分开来了。科学研究只有第一，没有第二；工程问题的解答具有非唯一性，是在多项约束和矛盾冲突中协调实现的。因此，工程设计的显著特点包括：创造性、复杂性、选择性和妥协性。工程设计要求工程师以工程可实现性为必须前提条件，针对实际的工程问题给出可行的、可操作的实施方案。

3.3 工程设计基本方法

国民经济各个产业部门，特别是细分的各工程领域在其单元（部件）、设备、系统及其产品或者工艺流程的设计方法上各有特点，综合各方共性，讨论一般工程设计的基本环节、内容要求，对提高工程设计教育质量，培养适应创新驱动发展战略的工程技术人才是有重要意义的。一个基本的设计过程通常包括：需求调查与分析，制定设计方案，模型制作，方案测试评估与优化和编制用户手册等主要环节，是一个具有反馈和循环的动态过程。设计流程如图2所示。

（1）需求分析。以需求为源驱动力，发现与明晰工程设计问题，以形成设计要求说明书文档为标志。设计要求说明书的主要内容包括：设计对象的总体目标，功能要求，性能指标（技术指标或总体技术水平的要求），结构外观要求，环境目标要求，安全性，可靠性要求，成本要求和时限要求，等等。

（2）方案设计。以所形成的设计要求说明书内容为目标，收集设计所需要的信息完成设计分析；以工程设计的主要因素为主线，提出尽可能多的设计构思，将最能取得希望效果的构思以功能结构图、模型、语言和文字等方式呈现出来；进而对各种构思进行筛选，从而获得实现目标的比较满意的设计方案。

（3）模型（原型）制作。以获得的满意设计方案为指导，以模型（原型）制作或者开发原型机为主要任务，发展构思、检验产品的造型结构以及零部件的装配关系，进一步完善产品设计方案。该环节包括图样绘制和制作模型两个阶段，产生工作原理图、整体和局部结构图（包括加工要求）、装配图和不同的模型制作。现代设计过程中广泛使用计算机辅助设计制造技术，模型或原型连接、装配和试验，全部在计算机支持的可视化系统中可以完成。

（4）方案测试、评估与优化。测试的目的是检验产品在结构、功能和技术性能等方面是否达到了设计要求说明书的指标要求，同时，对设计方案和产品进行全面的评估，以便进一步优化设计方案。

（5）编写用户手册。用户手册也称为产品说明书，它可以帮助消费者正确使用、保养产品，有效发挥产品使用价值。产品说明书一般由标题，正文和标记等组成，要求语言准确、通俗、简洁、内容条理清楚。

4 工程设计能力培养

工程设计教育的主要任务是培养工科学生的工程设计能力，工程设计能力培养必须以掌握和运用工程设计方法为主要内容。院校工程教育中的工程实践训练担负着培养学生工程实践能力、特别是创新设计能力的重任，通过工程实践教育、训练，着力培养学生的工程实践能力、工程设计能力和创新能力。工程设计能力培养必须分层次循序渐进，由基础的初步设计、综合到创新，由相对独立到交叉融合。相应的环节包括：设计性、综合性实验，课程设计，综合实训，科技创新和学科竞赛，毕业设计等。

設计性、综合性实验：设计性和综合性实验是培养学生设计能力的基础。其中，设计能力的培养过程是在明确实验目标任务与要求的基础上（需求），由学生自行设计实验方案（设计方案）、选择仪器设备、自行搭接实验线路（模型制作）、拟定实验步骤、完成实验任务（方案测试）、撰写实验报告与交流等阶段组成。这是工程设计能力培养的起步，必须把工程设计的基本思想和方法融入其中，指导学生熟练掌握和运用。从基础课、专业基础课到专业课，设计性和综合性实验项目的数量应依次增加。以项目数计，总的设计性、综合性的项目数应在60%以上。

课程设计：该环节是在工程基础课程、专业基础和专业课程之后设置，与课程学习内容紧密相关的具有综合性的小系统、产品或者设备、单元（部件）等的设计/开发任务。主要包括任务确立、市场分析、方案设计、加工制作、调试运行、分析测试和撰写设计报告的全过程。总体课程设计设置数目不少于3个。通过训练，使学生能够巩固和提升工程设计能力，将所学习的工程设计理论和方法、专门领域的设计知识、设计支持工具（CAD、CAE、EDA）等方法和工具与实际应用紧密结合起来，解决工程实际问题。同时，能够考虑各种约束关系。

综合实训：为提升工科大学生工程技术设计能力而设置工程实训环节，实训以各专业工程技术专题为基础、实施“实践（习）+培训”的工程实践训练。真实的企业环境，严格的企业运营管理制度和市场化的设计项目实战是达到综合实训目标的三大必备要素。

科技创新和学科竞赛：是工程设计能力和个性化培养的重要途径。根据兴趣和特长，学生自由选择项目，撰写提交项目申请书（包括项目的依据和需求，实施方案，仪器设备和工具，项目计划与经费预算等），自行组织3人左右的项目团队。指导教师团队对学生选题进行答辩，确定资助项目与经费，项目完成时必须提供设计作品，进行验收和答辩。此基础上，进一步选拔部分学生参加如电子设计竞赛、“飞思卡尔”杯智能汽车和机器人竞赛等学科竞赛项目。实践证明，这些科技创新活动能够充分发挥学生的学习积极性、主动性，有效提高学生设计、综合能力，运用新型设计/开发工具的能力和创新设计能力。

毕业设计：是工科各专业本科生在院校工程教育阶段工程设计能力培养的最后一个全面的综合性实践环节，是针对某一课题任务（企业实际问题）综合运用所学专业理论知识、技术和设计开发工具来构思设计方案，并予以实现的创新过程。具体需要完成调研选题、需求分析、文献综述、方案论证、系统设计、分析测试、性能分析与交流和撰写设计报告等工程设计方法的基本步骤。毕业设计题目类型可分为工程设计型、实验设计研究型和软件设计/开发型等。此环节采取校内外相结合，以校外企业实践基地为主来实施。

依照上述思想，作者及其团队在江苏理工学院电气信息工程学院教学实践中实施了多年，学生普遍掌握了基本的工程设计方法，具备了工程设计的初步能力。近10年电气信息工程学院学生获得了全国电子设计竞赛省级三等奖以上奖项85项，近6年获江苏省大学生实践创新训练计划项目44项，近4年的全国大学生“飞思卡尔”智能车竞赛获得赛区二等奖以上奖项15项、全国一等奖2项，近3年的全国大学生物联网工程设计竞赛赛区特等奖2项、全国二等奖1项。

5 结语

综上所述，紧紧围绕院高等工程教育中工程设计能力培养问题，从高等工程教育及其目标、现代工程师的能力要求、工程设计及其方法、院校工程教育阶段（工程设计教育）的工程设计能力培养等四个方面进行了论述和探讨。目的使得工程教育中更加突出工程设计能力培养，更加科学合理、规范高效地设置和实施工程设计能力培养环节，培养适应以创新设计为时代特征的工程技术人才，为实现两个百年的奋斗目标提供强大的人才支撑。

参考文献：

[1] 张光斗，王冀生.中国高等工程教育[M].北京：清华大学出版社，1995.

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[5] 殷瑞钰，汪应洛，李伯聪.工程哲学[M]. 2版.北京： 高等教育出版社，2013.

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[8] 周济.制造业数字化智能化[J].机械工程导报，2013（1/2）：3-9.

Higher Engineering Education and Training of Engineering Design Ability

LUO Yin-sheng， YU Yang， TAO Wei-ge， LIU Xiao-jie， SONG Wei

（School of Electrical Information Engineering， Jiangsu University of Technology， Changzhou 213001， China）

Key words： engineering education； modern engineer； engineering design education； engineering design ability

責任编辑 祁秀春

作者：罗印升 俞洋 陶为戈 刘晓杰 宋伟

工程理论与工程设计论文 篇2：

以工程能力培养为导向的环境工程专业（工程设计类）毕业设计过程控制探析

摘要：环境工程专业（工程设计类）毕业设计是培养和提高学生工程能力以及分析和解决问题能力的重要实训环节。本文系统分析我校环境工程专业（工程设计类）毕业设计在设计选题、任务书、资料收集、方案论证、设计计算和制图等不同阶段存在的问题，探讨提高学生方案论证、技术规范应用等方面的工程能力要求和方法，并提出提高我校环境工程设计类毕业设计质量及规范性的建议。

关键词：环境工程；毕业设计；工程能力

一、引言

工科院校主要任务是培养具有实际应用能力的工程技术人才，而现有的教学模式普遍存在“重科学轻技术”的倾向，导致工科学生的工程训练普遍不足，缺乏综合运用多方面知识解决工程问题的能力。环境工程专业是一门工程应用型很强的专业，在工程教育专业认证中把对实践教学环节的考查放在突出位置。在现有的课程设置和培养模式下，通过实践环节尤其是毕业设计实践环节提高环境工程专业学生的工程能力，对促进环境工程专业教育的规范化和提高人才培养的质量具有重要的意义。环境工程专业（工程设计类）毕业设计目标是初步培养学生独立解决环境污染问题的工程能力。因此，本文基于对我校环境工程专业（工程设计类）毕业设计过程中存在问题的系统分析，针对不同设计环节存在的问题，探讨如何提高学生方案论证、工程工艺设计、技术规范应用等方面的工程能力并提出建议。

二、毕业设计过程中存在的主要问题

我校环境工程专业（工程设计类）毕业设计选题一般源自实际工程或者虚拟工程，设计完成需要经历指导教师设计选题、下达设计任务书；学生依据设计任务书的要求收集资料、论证方案（开题报告）、设计计算（含设备选型）和工程制图等阶段。由于受多方面因素的影响，环境工程专业的工程设计类毕业设计质量不高，学生实际应用能力的培养不尽人意，在设计不同阶段主要存在以下问题：

（一）设计选题阶段

选题是毕业设计工作的龙头，选题质量是影响毕业设计质量的重要因素。毕业设计主要目标是培养和提高学生工程设计能力，因此题目难度要适中，涉及的知识范围、理论深度要符合学生在校所学理论知识和实践水平。目前，我校毕业设计题目一般由指导老师按照专业培养目标要求，结合生产实际以及经济、社会发展的需要提出，较少考虑到学生的个人能力、兴趣等方面的差异，导致学生对毕业设计工作的主观能动性较差，毕业设计质量较低。另一方面，部分老师的教育和从业经历简单，缺乏必要的工程训练和工程背景，毕业设计的选题把握不当，影响学生毕业设计质量。

（二）毕业设计任务书阶段

毕业设计任务书是学生开展毕业设计工作的依据，也是确定设计内容和深度的重要依据。目前，设计任务书主要存在着项目概况及基础资料不完善，设计内容及设计成果要求不能满足工程能力培养的要求等问题。项目概况及基础资料不完善方面的问题主要体现为缺乏拟建污染控制工程的地区背景资料、拟建工程场地资料、污染物的来源及性质，处理目标不明确等问题，这类问题直接导致学生在毕业设计过程中设计的基础资料不够，导致学生设计的随意性，不利于学生工程思维的培养和提高。设计内容及设计成果要求不能满足工程能力培养的要求，主要体现为技术方案要求不明确，对设计程序、设计深度、图纸设计的规范性等未提出要求或要求过低，降低了对学生工程能力的培养要求。

（三）资料收集阶段

资料质量和完善程度是保障毕业设计质量提高的主要依据。学生前期的学习以理论学习为主，对设计工作认识的片面性，导致大部分学生对资料的收集工作仅限于课本或者期刊资料，较少收集相关的设计规程规范、制图规范和实际工程资料（包括设计计算書和工程图纸）。规程规范性资料缺失直接影响学生后续工作的开展，部分基础差的学生甚至无从下手，直接影响学生毕业设计工作开展。

（四）方案论证阶段（开题报告）

设计方案的合理性直接影响着设计进度和设计质量。在方案论证阶段，大多数学生均能综合运用专业知识完成方案的论证，但资料收集不全面，对国内外的处理技术及发展现状了解不全面，缺乏对类似工程的分析和整合能力，不能深入理解设计规范并灵活运用，对污染物的来源和特性了解不足，设计采用工艺流程不合理或存在严重的错误；另一部分学生在进行方案比较中，较少考虑到经济、运行等方面的问题，选用的设计工艺严重脱离实际。

（五）设计及制图阶段

设计及制图阶段是整个毕业设计过程中学生投入时间最多、最重要的阶段。在该阶段，学生要编制设计说明书、设计计算书和所有图纸的绘制工作，也是学生毕业设计成果的最终体现。通过该阶段的工作，能极大程度地提高学生工程工艺设计、技术规程、规范应用等方面的工程能力。学生缺乏工程经验，同时又不熟悉与设计相关的技术标准和规范，不能合理参照设计规范进行相关设计工作，出现设计说明书和设计计算书编写不规范，设计参数选取不合理、计算错误等问题，甚至出现设计用材料或设计尺寸严重脱离实际的设计结果，缺乏工程制图规范性的系统训练，少数学生甚至缺乏图幅标准、线型、字号、字体、标注等基本概念，绘制图纸不能够执行国家有关标准和相关的技术标准；对图纸应表达的内容缺乏基本认识，提交的图纸不能清楚、完整地表达出工程信息，失去工程图纸的用途。因此，环境工程专业（工程设计类）毕业设计环节主要存在设计选题不当、设计任务书内容不全、任务不明确，设计工艺选用不合理、设计参数选取不当且规范性差等问题。导致上述问题出现的原因一方面与指导教师缺乏工程背景、指导能力不足有关，另一方面也与学生前期工程训练不足、工程经验缺乏有关。

三、毕业设计过程中工程能力培养要求和方法

毕业设计过程出现上述问题，既有指导教师的原因，也有学生方面的原因，针对不同的问题和原因，以工程能力培养为导向，规范环境工程专业工程设计类毕业设计过程，是提高学生毕业设计质量的有效方法。

（一）提高指导教师的工程能力

指导教师的工程能力在设计选题阶段、任务书阶段及学生开展具体毕业设计过程中的监督和指导过程中具有重要作用。而目前我校指导教师的工程能力参差不齐，大部分教师从业经历简单，从学校到高校，缺乏必要的工程经历，因此提高指导教师的工程能力具有现实的迫切性。提高老师的工程能力和指导能力可从以下几方面进行：（1）定期外聘具有丰富工程经验的专家对指导教师进行培训，提高指导教师的工程素质。培训可以分为工程技术标准和规范应用专题、设计方案论证专题、设计文件编制规范专题、工程制图规范专题开展专项培训。（2）强化与行业企业的联系，定期委派教师到企业接受工程培训。（3）开展指导教师毕业设计指导经验交流会，经验丰富的老教师对缺乏工程经验的指导教师起到传帮带的作用。（4）设置双导师制度，对缺乏“双师”（教师、工程师）背景的老师，配置校外具有丰富工程经验的工程师合作指导，为了避免校外导师指导流于形式，可采用教研室统一遴选并配置校外导师的模式。

（二）全过程培养学生工程能力

学生从设计选题开始全过程参与，有利于提高学生毕业设计的主动性和积极性。教师确定的工程设计题目选题方向必须符合学科培养目标，符合实际工程要求；同时设计题目要有难度梯度，对于基础较好的同学，适当提高设计难度，有利于这部分同学工程能力、综合分析和解决问题能力的提高；而对基础较薄弱的同学，在满足培养目标的基础上适当降低设计难度，有利于保护和激发同学的兴趣，达到培养其工程能力的目的。因此，可采用“教师、学生双向选择”的形式确定每个学生的设计题目。教师下达的任务书应该有统一的内容和格式，设计任务中应该包括项目概况、项目基础资料、设计原则和要求、设计成果要求、设计进度安排及应收集的资料清单（分类清单）等内容。

在资料收集阶段，学生根据教师下达的任务书分类设计所需要的资料：（1）根据污染物的来源及种类等，收集期刊资料中对相关污染物处理技术的研究现状，确定污染物特性，判定新工艺的可行性；（2）收集与拟设计的污染控制工程类似的实际工程资料，包括设计说明书、设计计算书和相关的工程图纸；（3）收集相关环境工程设计规范、构筑物规范和技术标准；（4）收集制图规范；（5）收集主要设备手册、五金手册、材料手册等；（6）收集标准图册。其中资料清单中的前三类类资料是学生进行方案论证、确定设计工艺提交开题报告的依据，这部分资料收集越全面越有利于方案论证工作的开展。资料后四类是学生进入具体工程设计计算和工程制图所必需的，资料是否全面直接关系设计规范化程度。在该阶段，指导教师的工作重点是确保学生收集资料，尤其是规范的时效性和全面性。

方案论证阶段（开题报告阶段），指导教师工作重点集中在指导学生如何追踪技术前沿、综合分析各类资料，尤其是前三类资料，指导并帮助学生进行污染物来源途径及污染物特性分析，把握各种污染控制技术及构筑物的优选原则，最终确定合理的工艺流程，顺利完成开题报告。处理工艺方案一旦确定，设计工作重点转移到处理工程的场地布置和设计计算。一般过程如下：（1）计算单体构筑物或建筑物的尺寸，根据要求进行各构筑物选配各构筑的附属设备；（2）根据计算得到的构筑物尺寸和场地状况，结合场地布置原则完成各单体构筑物的平面布置；（3）计算构筑间及构筑物的阻力损失，在此基础上完成处理工艺的高程布置；（4）完成设计计算书和设计说明书，设计计算书和设计说明书按照工程设计要求，制定统一的格式。在整个设计计算过程中，指导教师应加强对学生规范理解和应用的指导，帮助学生理解设计参数选取的差别和合理选择设计参数的重要性，确保学生设计参数选取合理。环境工程专业的工程设计需要提交的工程图纸一共有3类：平面布置图、高程布置图、构筑物图。不同类型的图纸技术要求不同，指导教师要根据不同类型的图纸，对学生提出不同的要求，该阶段重点帮助学生理解工程图纸的规范性，提高学生工程图纸的绘制能力，逐步培养学生的工程设计能力。

四、結语

学生工程能力的培养和提高是工科院校的核心任务之一，毕业设计是学生离开学校步入社会前重要的模拟实训环节，该环节虽然短暂（14周），但可以有效提高学生的工程能力、知识整合能力以及分析问题和解决问题的能力。提高环境工程设计类毕业设计质量及规范性，亟待开展以下工作：

1.加强教师培训，使其具备良好的工程能力、指导能力及正确的指导方法，指导教师全过程跟踪学生的设计，并分阶段对学生提出具体设计要求。

2.引导学生主动学习，能根据指导教师对设计进度安排开展相应的设计工作。

3.针对我校环境工程专业尚无工程设计类的毕业设计指导书，工程设计类的毕业设计无规范化要求的现状，尽快制定环境工程专业（工程设计类）毕业设计指导书，保障工程设计类毕业设计的规范性和质量。

4.建立科学的工程设计类毕业设计质量评价指标体系，客观公正评价我校环境工程专业（工程设计类）毕业设计质量。

参考文献：

[1]张光斗，王冀生.中国高等工程教育[M].北京：清华大学出版社，1995：29.

[2]王存文，韩高军，雷家彬.高等工程教育如何回归工程实践——以省属工科类高校为例[J].高等工程教育研究，2012，（4）：34-39.

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[5]高林.以工程应用能力为主导，提高工程教育人才培养质量[J].中国大学教学，2013，（1）：27-29.

[6]梁淑轩，路达，刘微.创新创业背景下以工程能力提升为目标的环境工程课程体系构建[J].教育教学论坛，2016，（34）：29-30.

[7]汪云香，张济建，符永宏.基于“能力导向”的地方院校工程教育改革[J].教育与职业，2015，（10）：73-75.

作者：李湘凌，崔康平，许为义，周元祥

工程理论与工程设计论文 篇3：

强化交通调查的交通流理论与仿真教学研究

[摘 要]交通调查在交通流理论与仿真课程中具有举足轻重的作用。针对交通调查涉及面广、直观可操作、系统性强、实践性强等特点，提出强化交通调查的交通流理论与仿真课程改革思路。考虑学生学习的心理特点和规律，首先对交通流理论与仿真课程的核心知识点进行系统梳理，其次设计交通调查方案示意图、获取实地调查影像图和交通仿真数据采集图，然后借助视频编辑软件制作适合课堂教学的交通调查视频剪辑影片，最后设计强化交通调查的交通流理论与仿真课程教学内容与方案，并形成多媒体教学课件。新教学方案有助于学生直观感受与充分重视交通调查，并在实践中深刻理解核心知识点与理论方法，从而激发学生的学习兴趣、促使其主动思考。该方案对于培养学生理论联系实际的能力具有重要作用与推广价值，能有效提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。

[关键词]教学改革;课程改革;课堂教学;交通流理论;交通仿真;交通调查

高等教育是建立在中等教育基础上的专业教育，承担着培养高级专门人才、促进科技文化发展和社会主义现代化建设的重要任务。为了适应社会、经济发展需要，我校于2007年在本科教育阶段设立交通工程专业，并开始招生。交通工程专业培养具备交通系统规划、控制与管理以及道路桥梁工程技术等方面知识，能在勘察规划、交通管理、道路工程技术和管理等部门从事交通运输规划、交通工程设计、施工和管理、交通控制系统开发等方面工作的高级工程技术人才，具有很强的应用性和实践性。

我校交通工程专业2007级本科培养方案是参考几所兄弟院校交通工程专业的本科培养方案而制定的。作为我校的一个新专业，直至2012年，交通工程专业每年都进行常规的本科培养方案修订工作，所以其每个年级的培养方案都略有不同。例如，2008级和2009级的培养方案中开设了交通系统仿真课程，其为专业必修课，共32学时，开课时间为三年级第二学期;2010级和2011级的培养方案中开设了交通流理论课程，其为专业必修课，共32学时，开课时间为三年级第二学期。

2012年，我校启动并实施了全校各个本科专业培养方案的全面修订工作。根据全校本科专业培养方案修订工作的总体要求，在通识课与公共基础课程、大类与专业基础课程培养方案修订稿的基础上，交通运输学院对交通工程专业本科培养方案中的专业基础课、专业课程和专业实践课进行了全面修订。在培养方案修订过程中，我院全体教师进行了认真分析与讨论，确定了我校交通工程专业的培养目标、培养模式以及课程体系。考虑到各门课程教学内容之间的相关关系以及知识点的内在逻辑关系，在新的培养方案中，原先设置的交通流理论与交通系统仿真被合并为交通流理论与仿真，该课程为专业必修课，共32学时，开课学期提前至二年级第二学期。

一、课程定位与问题提出

交通流理论与仿真是交通工程专业的基础课，是交通工程专业本科生的必修课，是培养交通工程专业人才的主干课程之一，在交通工程专业的授課计划中具有举足轻重的地位。通过本课程的学习，学生应该熟练掌握交通流参数的基本含义与调查方法、交通流参数之间的关系模型以及再现交通流运行规律的仿真原理与手段，能够综合运用所学知识分析和解决交通流仿真与评价等相关方面的具体问题。该课程着重介绍描述与再现交通流现象、特征与规律的原理与方法。无论是交通流参数的统计分布还是交通流参数的关系模型，都离不开科学、严谨的交通调查所获得的样本数据。“没有调查就没有发言权”，这一特点在交通流理论与仿真中显得尤为突出。

2014年，我们面向2012级本科生第一次开设交通流理论与仿真。如前所述，该课程由交通流理论与交通系统仿真合并而成，而且授课学期提前了一学年，课程面临着大幅压缩学时的问题。如何使新课程系统、全面地涵盖原有课程的基本内容和核心内容是值得思考的问题。因此，有必要对该课程的教学内容与方法进行深入改革和创新。

目前，大多数介绍交通流理论的书籍主要参考了美国联邦公路局出版的《交通流理论专著》[1-3]，该专著的最后一章简要介绍了交通仿真。对于初学者来说，理解这些书籍所讲的内容比较困难。虽然书中强调交通调查在交通流分析与建模中非常重要，但是有关交通调查的介绍比较抽象，而且一些调查仪器随着科学技术的发展逐渐被淘汰。

另一方面，大多数介绍交通仿真的书籍着眼于系统仿真与建模技术在交通流现象描述中的应用以及交通仿真软件的使用[4-5]。这些书籍较少关注交通调查数据的获取方法。

从指导本科生参加交通科技大赛或创新性实验项目，以及指导研究生从事科学研究的经历和经验来看，学生对交通现象的直观认识和深刻理解影响并决定着他们分析问题和解决问题的正确性和科学性。要对交通现象有直观认识和深刻的理解，离不开交通调查。由此可见，如何进行交通调查、如何获得交通调查数据对于学生理解交通流参数的概念、统计分布及其关系模型以及交通参与者的行为特性都具有重要的作用，其同时也有助于学生理解交通仿真原理并正确地使用交通仿真软件。因此，在交通流理论与仿真课程中应该强化交通调查的内容与方法这部分的教学。

随着计算机技术与智能移动终端设备的发展，数码照相机、数码摄像机、智能手机、掌上电脑等设备的使用非常普及。这些设备的运用让现代大学生的学习态度、方式与方法发生了深刻的变化。从科研经验来看，这些设备都可用于交通调查，为交通调查服务。

鉴于以上理由，课题组提出强化交通调查的交通流理论与仿真课程改革思路，在梳理核心知识点体系的基础上，使用智能移动终端设备与计算机软件收集和整理交通调查资料，并制作适合课堂教学的交通调查方案设计图和视频剪辑影片，根据教学内容的逻辑关系串联有关交通调查的数据和资料，最终形成一套强化交通调查的交通流理论与仿真多媒体教学课件。

二、交通流理论与仿真教学方案设计

基于强化交通调查的教学理念，考虑交通调查的直观性、可操作性、系统性和实践性等特点，针对交通流理论与仿真课程设计强化交通调查的教学改革方案，具体内容包括以下几方面。

（一）核心知识点梳理

查阅国内外相关教材、专著和文献，通过梳理交通流理论与仿真的核心知识点，提取关键的交通流参数，并剖析这些参数的内在联系，绘制核心知识点结构图。这些知识点包括：主要交通流参数及其相互关系;主要交通流参数及其数学描述模型;主要交通流参数及其调查方法;记录的和统计的交通流数据及其采集设备之间的关系;主要交通流参数及其理论体系之间的关系。利用知识点结构图能够直观地强调交通调查在交通流理论与仿真课程中的重要性与作用。

（二）交通调查方案设计

为使交通调查在课堂教学中得以强化，针对主要交通流参数设计调查方案。第一，使用Visio软件绘制一系列交通调查方案示意图。第二，借助智能移动终端设备采集交通流数据，并获取一系列交通调查的实地影像图。第三，利用交通仿真软件获得一系列交通仿真数据采集图。

1. 交通調查方案示意图

为强化交通调查，给出主要交通流参数的获取原理。为单断面调查示意图，该方案可获得流量、车头时距、点速度等数据。双断面短距离调查示意图，该方案能获得流量、车头时距、速度、占有率等数据。双断面长距离调查示意图，该方案可测得密度。多观测站调查示意图，该方案能获得行驶时间、行程时间、行驶速度、行程速度、延误等数据。通常，一次交通调查所采取的方案往往涉及两种或两种以上的调查方法。例如，起动-停车波调查或排队长度调查都需要设置多个观测站，而且分固定观测站和移动观测站。

2. 交通调查的实地影像图

根据交通调查示意图明确调查目的与内容，通过实地踏勘选择适合的调查地点。然后，选用合适的调查工具，并配备适当的调查人员。在有代表性的时段，组织调查人员实施现场观测，再利用摄像机、照相机等设备获取交通现象的视频或图片影像。

3. 交通仿真数据采集图

交通仿真使用计算机技术模拟交通流运行状况。常用的交通仿真软件都提供多种工具来采集交通数据。这些数据采集工具可实现交通调查的功能。为强化交通调查的同时使学生更好地理解交通仿真原理，可利用交通仿真软件设计交通流模拟案例，采用相关工具设置数据采集方案。

（三）交通调查数据处理

1. 交通数据统计分析表

为便于存储和加工现场调查获得的数据资料，需要设计交通数据统计分析表。该表通常由多张分表组成，其设计应遵循方便输入、易于计算、完整显示、相互关联等原则。表1和表2举例说明了交通数据统计分析表的设计。表1为交叉口饱和流率和流量统计分析表，表2为起动-停车波数据统计分析表。表中灰色区域表示输入数据，蓝色区域表示计算或统计数据。

2. 交通调查视频剪辑

根据交通流参数特性和交通流模型特点，使用视频编辑软件对获取的交通调查影像资料进行剪辑，并加入强化知识点的图片、文字、声音和特效等，形成适合PPT播放和课堂教学的影片或动画。例如，通过展示交通调查视频剪辑影片的某个瞬间，可以强调地点速度的概念和调查方法，以及时间平均速度与空间平均速度的概念、调查方法以及两者的区别与联系。

（四）教学内容设计及实践检验

1. 教学内容设计

将梳理的核心知识点、设计的交通调查方案与数据统计分析表以及获取的交通调查视频进行有机融合，科学、合理地设计交通流理论与仿真的教学内容，使交通调查贯穿于其中。根据设计的教学内容，考虑知识点的先后顺序和学生接受新知识的学习心理，使用多媒体技术制作交通流理论与仿真课堂教学课件，使文字、视频、语音等有机结合，从而使交通流理论与仿真的概念、原理、模型、方法与技术等有机地融为一体。

2. 实践检验

以交通工程专业本科生为对象载体，在教学过程中，应用强化交通调查的交通流理论与仿真多媒体课件，通过交通调查视频让学生对交通流现象有直观认识，从而让学生深刻理解交通流参数、模型、原理与方法，进而具备设计交通调查方案、提出新的模型与方法的能力，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力[6-7]。根据教学效果的反馈情况，教师可对教学内容和教学方法进行改进、调整或完善。

三、结束语

为提高交通流理论与仿真课程的教学质量，基于强化交通调查的教学理念，提出交通流理论与仿真课程教学改革思路与方案。通过查阅国内外相关文献对交通流理论与仿真课程中的核心知识点进行了系统梳理;根据交通调查原理绘制了主要交通流参数的调查方案示意图，借助智能移动终端设备获取了有代表性的实地调查影像图，并利用交通仿真软件获得了实现交通调查功能的交通仿真数据采集图;依据交通流参数关系设计了相关的交通数据统计分析表;使用视频编辑软件制作了适合PPT播放和课堂教学的交通调查影片或动画。针对课堂教学特点系统设计了强化交通调查的交通流理论与仿真课程教学内容，并制作了多媒体教学课件;通过教学实践，对所提出的教学改革方案进行检验和完善。

鉴于新教学思路和方案存在的种种不足，课题组将在今后的教学活动中不断完善和强化交通调查的交通流理论与仿真课程教学内容与方案，同时不断丰富、强化交通调查的各种图片、视频、影片或动画等资料。

交通调查在交通流理论与仿真课程中具有举足轻重的作用，又具有很强的实践性。因此，强化交通调查有助于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，同时有助于培养学生深刻认识问题、生动活泼地表达观点以及团队合作等方面的能力。综上所述，本文针对交通流理论与仿真课程提出的强化交通调查的教学改革思路具有良好的应用价值，值得推广与借鉴。

[ 参 考 文 献 ]

[1] Gartner NH， Messer CJ， Rathi AK. Monograph on Traffic Flow Theory [M]. Washington DC： Federal Highway Administration （FHWA）， 1996.

[2] 王殿海.交通流理论[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 邵春福，魏丽英，贾斌.交通流理论[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4] 邓建华，冯焕焕，邬岚.道路交通系统仿真技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2012.

[5] 孙剑.微观交通仿真分析指南[M].上海：同济大学出版社，2014.

[6] 徐颖秦，陶洪峰，刘艳君，潘丰.“问题驱动+能力提升”卓越课程建设与实践——以自动控制原理课程建设为例[J].大学教育，2016（11）：125-126，156.

[7] 姚荣涵，潘宝峰，赵胜川.问题驱动和案例主导的交通规划教学研究[J].大学教育，2017（10）：1-3.

[责任编辑：陈 明]

作者：姚荣涵 周红媚 赵胜川