OBE理念下PDCA循環(huán)在大學生科研訓練中的應用-以交通工程專業(yè)為例

引言自20世紀90年代通過借鑒MIT倡導的“本科研究機會計劃”（UndergraduateResearchOpportunitiesProgram，UROP），我國高等院校將“大學生科研訓練”（StudentResearchTraining，SRT）納入培養(yǎng)計劃［1-2］。經(jīng)過三十余年的探索與實踐，廣義的大學生科研訓練涵蓋了從國家到學校層面、從課內(nèi)到課外范疇的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃、科技競賽、科研訓練課程等多種形式，在引導大學生及早參與科研活動、強化學生理論聯(lián)系實際的研學習慣、提升大學生科研素養(yǎng)和科研能力等方面發(fā)揮著關鍵作用。近年來，伴隨著工程教育本科專業(yè)認證的開展，以“學生中心、結果導向、持續(xù)改進”為核心的OBE（Outcome-basedEducation）理念被運用于高等教育尤其是高等工程教育改革中［3］。在此背景下，本文基于OBE理念將大學生科研訓練目標聚焦于大學生科研素養(yǎng)提升和科研能力成長。而相較于重復進行的常規(guī)教學管理，大學生科研訓練具有項目實施的一次性和漸進性、團隊組織的臨時性和開放性等特征，因而需要科學合理的實施與管理方法以保證人才培養(yǎng)質(zhì)量［4］。所以，本文將質(zhì)量控制理論中的PDCA循環(huán)應用于大學生科研訓練中，通過設計計劃任務強調(diào)OBE“結果導向”理念，同時圍繞“學生中心”理念明確計劃任務實施過程，通過計劃（Plan）、實施（Do）、檢查（Check）、處理（Action）四個階段的循環(huán)推進過程，實現(xiàn)大學生科研訓練質(zhì)量的“持續(xù)改進”［5］。一、OBE理念下大學生科研訓練的PDCA循環(huán)設計PDCA循環(huán)作為質(zhì)量管理方法被廣泛應用于高等院校課程體系構建、教學質(zhì)量提升、教學模式探索等方面。本文以交通工程專業(yè)為例，將OBE“學生中心、結果導向、持續(xù)改進”理念與PDCA循環(huán)相融合，設計大學生科研訓練PDCA循環(huán)。（一）“結果導向”理念下的計劃任務制定基于OBE理念，在科研訓練項目開始之初，需要對學生能夠獲取的訓練結果具有清晰的設想，這樣才能夠采用恰當?shù)牟呗裕源_保訓練結果的達成，即重視從結果到活動的反向設計。這一理念暗合了PDCA循環(huán)中以計劃任務（Plan）為依據(jù)進行后續(xù)的實施（Do）、檢查（Check）、處理（Action）的方法核心。所以在大學生科研訓練中，以OBE“結果導向”理念為指導進行PDCA循環(huán)的計劃任務制定。由于科研訓練的本真價值不在于有形的科研成果，而在于以科研實踐為機會、培養(yǎng)學生無形的科研素養(yǎng)，因此確定大學生科研訓練的兩個層次計劃任務。1.直接計劃任務。作為工程教育本科專業(yè)認證的國際互認協(xié)議，《華盛頓協(xié)議》基于OBE理念確定了工程專業(yè)學生的12條畢業(yè)要求。對應其中的問題分析、設計或開發(fā)解決方案、個人和團隊合作等畢業(yè)要求，在OBE“結果導向”理念下，對大學生科研訓練結果進行具體設計，確定以提升科研能力、掌握科研方法、端正科研態(tài)度為核心的大學生科研訓練直接計劃任務。2.間接計劃任務。從科研訓練項目開展的角度出發(fā)，針對科研訓練項目選題，在相關理論、方法、技術的創(chuàng)造性運用和充分論證基礎上，提出科學可行的項目解決方案，最終形成具有規(guī)范性、系統(tǒng)性的報告和作品，即有形的科研成果，這是大學生科研訓練的間接計劃任務。（二）“學生中心”理念下的計劃任務實施OBE“學生中心”理念來源于人本主義學習理論，為了發(fā)揮學生在科研訓練中的主觀能動性，不論科研訓練項目的來源是學生自選還是導師科研項目，明確計劃任務的實施主體是由學生組成的項目小組。科研訓練項目的核心內(nèi)容涵蓋選題、方案制定、成果整理與展示等項目實施過程，為了保證計劃任務的達成，對決定科研訓練質(zhì)量的項目選題和方案制定兩個環(huán)節(jié)分別設置PDCA子循環(huán)。1.項目選題子循環(huán)。大學生科研訓練項目來源可以是學生自選或指導教師已立項的科研項目。不論何種項目來源，項目的研究對象和研究方向都需要通過選題來聚焦，才能夠在時間、經(jīng)費等限制條件下順利結題，因此基于選題的重要性設置相應子循環(huán)：首先明確研究目的，然后通過文獻檢索和小組研討確定初步選題；其次由指導教師、相關專家學者評價選題的科學性和創(chuàng)新性；最后優(yōu)化與凝練選題。2.方案制訂子循環(huán)。項目研究方案凝聚了理論、方法、技術上的創(chuàng)新運用或改進，是學生從事創(chuàng)新活動的主要成果，也是學生創(chuàng)造新知識的具體反映。研究方案制訂子循環(huán)包括通過小組研討進行問題分析，從而找出問題破解的重難點；做好分工協(xié)作和整合，從而提出初步方案；由指導教師、相關專家學者論證研究方案的可行性；根據(jù)評價結果，進行方案的改進與結果分析。（三）“持續(xù)改進”理念下的檢查與處理OBE理念強調(diào)評價、反饋、改進反復循環(huán)的持續(xù)改進機制，這一思想主要借鑒了質(zhì)量管理理論中的持續(xù)改進概念，所以在理論和操作層面上，OBE的“持續(xù)改進”與PDCA循環(huán)推進具有相通之處。“持續(xù)改進”理念下，大學生科研訓練PDCA循環(huán)的計劃任務制定和實施之后，需要執(zhí)行檢查和處理環(huán)節(jié)，通過學生、指導教師和專家等多方參與的評價機制對訓練結果進行評價和意見反饋，總結經(jīng)驗教訓，實現(xiàn)大學生科研訓練模式的持續(xù)改進。“持續(xù)改進”理念下的檢查與處理包括過程性、終結性檢查與處理。1.過程性檢查與處理。通過實施環(huán)節(jié)的選題和方案子循環(huán)中的檢查與處理進行過程性評價與改進，其評價主體是指導教師、相關專家學者，評價和改進內(nèi)容是項目選題和研究方案的科學性、可行性，項目小組收集和落實改進意見。2.終結性檢查與處理。由系室或?qū)W院組織結題匯報，邀請專家進行評審和意見反饋，同時針對項目實施、指導和管理過程中的問題征詢解決對策。另外，開展學生和指導教師評價和自我評價與意見收集。二、項目實例南京林業(yè)大學交通工程專業(yè)開設的“交通工程綜合實訓”是面向該專業(yè)全體本科生的科研訓練課程，該課程在設立之初即確立了鼓勵學生及早參與科研活動以提升學生科研素養(yǎng)和科研能力的目標，該課程也是全國和江蘇省交通科技大賽參賽資格的選拔賽。在工程教育本科專業(yè)認證背景下，該科研訓練課程圍繞OBE的“學生中心、結果導向、持續(xù)改進”理念，完善課程教學大綱和課程內(nèi)容，借鑒PDCA循環(huán)方法設計課程教學環(huán)節(jié)。本文以該課程的已結題項目《電動自行車被動安全裝置設計》為例介紹應用情況。（一）計劃任務制定在OBE“結果導向”理念下，對照交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，通過“交通工程綜合實訓”課程教學大綱修訂，明確交通工程專業(yè)大學生科研訓練結果即直接計劃任務以提升科研能力、掌握科研方法、端正科研態(tài)度為核心，如表1所示，學生在指導教師的引導和指點下經(jīng)歷完整的科研過程，使之具備科學問題凝練、項目研究方案設計與評價優(yōu)化等科研能力，熟悉前沿工程技術篩選與運用、數(shù)據(jù)采集與分析、模型構建與求解等科研方法，樹立嚴謹求實、分工協(xié)作、合作溝通等科研態(tài)度。該課程的間接計劃任務則要求提交綜合實訓報告并進行成果匯報，具體報告內(nèi)容包含規(guī)劃設計圖、模型、軟件等多種形式的核心成果。表1“交通工程綜合實訓”的直接計劃任務（二）計劃任務實施圍繞OBE“學生中心”理念，在計劃任務實施過程中的選題和方案設計階段強調(diào)學生的主體性，并且通過選題和方案制定子循環(huán)保證任務實施質(zhì)量。例如，“交通工程綜合實訓”已結題項目《電動自行車被動安全裝置設計》即來自學生日常觀察形成的研究興趣，學生注意到近年來電動自行車交通事故數(shù)和死亡人數(shù)迅猛上升的趨勢，自發(fā)組成項目小組并聯(lián)系指導教師。同時，指導教師和項目小組成員按照該課程的教學環(huán)節(jié)設計，在具體的選題和項目研究方案設計與評價優(yōu)化過程中，執(zhí)行選題和研究方案設計優(yōu)化的PDCA子循環(huán)，不斷凝練項目的研究重點、完善項目研究方案，具體過程如下。1.選題階段。項目小組考慮到電動自行車防護性和穩(wěn)定性差尤其是在與機動車發(fā)生事故后騎車人易受到嚴重傷害的現(xiàn)狀，首先明確通過電動自行車的結構設計和安全裝置設計，減輕交通事故發(fā)生時騎車人的受傷害程度、提升電動自行車交通安全水平（Plan）；隨后，通過文獻檢索和組內(nèi)研討，借鑒車輛主動和被動安全技術，確定初步選題為電動自行車主動和被動安全裝置設計（Do）；根據(jù)事故數(shù)據(jù)分析和文獻檢索，結合指導教師意見，發(fā)現(xiàn)已有研究多集中于啟動控制、車速控制、碰撞預警等主動安全設計，故從創(chuàng)新性角度出發(fā)，放棄主動安全裝置設計（Check）；最終將研究對象鎖定為事故發(fā)生后發(fā)揮作用、減輕事故嚴重程度的被動安全裝置設計（Action）。2.項目研究方案設計階段。相關事故傷害類型分析的研究成果發(fā)現(xiàn)電動自行車騎車人四肢和軀干損傷占電動自行車相關損傷中較高的比例，明確被動安全裝置用于降低軀干損傷（Plan），初步確定采用穿戴式安全氣囊（Do）。通過與指導教師研討發(fā)現(xiàn)穿戴式氣囊被誤觸可能性大（Check），故考慮將氣囊裝配在電動自行車上，并與傾角傳感器、安全帶、聯(lián)動裝置協(xié)同工作，組成安全氣囊防護裝置，同時設計轉(zhuǎn)向軸潰縮裝置，用以在電動自行車撞擊低速或靜止物體的事故中降低騎車人頭部及胸部的損傷，通過分工協(xié)作完成設計圖繪制、潰縮裝置有限元建模與受力分析，完成設計方案效果分析（Action）。（三）檢查與處理在“交通工程綜合實訓”課程的初期、中期、終期三個階段分別設計了開題匯報、中期檢查、結題匯報三個環(huán)節(jié)，邀請指導教師和校內(nèi)外專家學者對各個階段的項目預期進度和成果進行把關和意見收集，通過上述過程性和終結性檢查與處理，實現(xiàn)大學生科研訓練質(zhì)量的“持續(xù)改進”。在《電動自行車被動安全裝置設計》項目實施過程中，指導教師作為顧問對初步選題和研究方案的科學性、創(chuàng)新性、可行性進行評價并給出改進意見，學生在上述意見基礎上完善選題和研究方案。在中期檢查階段，該項目小組根據(jù)專家提出的考慮潰縮裝置加工工藝難易程度的意見，確定采用工藝較為簡單的折紙式潰縮裝置并重新進行設計圖繪制、有限元建模與受力分析。在項目結題階段，