OBE理念下PDCA循环在大学生科研训练中的应用-以交通工程专业为例

引言自20世纪90年代通过借鉴MIT倡导的“本科研究机会计划”（UndergraduateResearchOpportunitiesProgram，UROP），我国高等院校将“大学生科研训练”（StudentResearchTraining，SRT）纳入培养计划［1-2］。经过三十余年的探索与实践，广义的大学生科研训练涵盖了从国家到学校层面、从课内到课外范畴的大学生创新创业训练计划、科技竞赛、科研训练课程等多种形式，在引导大学生及早参与科研活动、强化学生理论联系实际的研学习惯、提升大学生科研素养和科研能力等方面发挥着关键作用。近年来，伴随着工程教育本科专业认证的开展，以“学生中心、结果导向、持续改进”为核心的OBE（Outcome-basedEducation）理念被运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理念将大学生科研训练目标聚焦于大学生科研素养提升和科研能力成长。而相较于重复进行的常规教学管理，大学生科研训练具有项目实施的一次性和渐进性、团队组织的临时性和开放性等特征，因而需要科学合理的实施与管理方法以保证人才培养质量［4］。所以，本文将质量控制理论中的PDCA循环应用于大学生科研训练中，通过设计计划任务强调OBE“结果导向”理念，同时围绕“学生中心”理念明确计划任务实施过程，通过计划（Plan）、实施（Do）、检查（Check）、处理（Action）四个阶段的循环推进过程，实现大学生科研训练质量的“持续改进”［5］。一、OBE理念下大学生科研训练的PDCA循环设计PDCA循环作为质量管理方法被广泛应用于高等院校课程体系构建、教学质量提升、教学模式探索等方面。本文以交通工程专业为例，将OBE“学生中心、结果导向、持续改进”理念与PDCA循环相融合，设计大学生科研训练PDCA循环。（一）“结果导向”理念下的计划任务制定基于OBE理念，在科研训练项目开始之初，需要对学生能够获取的训练结果具有清晰的设想，这样才能够采用恰当的策略，以确保训练结果的达成，即重视从结果到活动的反向设计。这一理念暗合了PDCA循环中以计划任务（Plan）为依据进行后续的实施（Do）、检查（Check）、处理（Action）的方法核心。所以在大学生科研训练中，以OBE“结果导向”理念为指导进行PDCA循环的计划任务制定。由于科研训练的本真价值不在于有形的科研成果，而在于以科研实践为机会、培养学生无形的科研素养，因此确定大学生科研训练的两个层次计划任务。1.直接计划任务。作为工程教育本科专业认证的国际互认协议，《华盛顿协议》基于OBE理念确定了工程专业学生的12条毕业要求。对应其中的问题分析、设计或开发解决方案、个人和团队合作等毕业要求，在OBE“结果导向”理念下，对大学生科研训练结果进行具体设计，确定以提升科研能力、掌握科研方法、端正科研态度为核心的大学生科研训练直接计划任务。2.间接计划任务。从科研训练项目开展的角度出发，针对科研训练项目选题，在相关理论、方法、技术的创造性运用和充分论证基础上，提出科学可行的项目解决方案，最终形成具有规范性、系统性的报告和作品，即有形的科研成果，这是大学生科研训练的间接计划任务。（二）“学生中心”理念下的计划任务实施OBE“学生中心”理念来源于人本主义学习理论，为了发挥学生在科研训练中的主观能动性，不论科研训练项目的来源是学生自选还是导师科研项目，明确计划任务的实施主体是由学生组成的项目小组。科研训练项目的核心内容涵盖选题、方案制定、成果整理与展示等项目实施过程，为了保证计划任务的达成，对决定科研训练质量的项目选题和方案制定两个环节分别设置PDCA子循环。1.项目选题子循环。大学生科研训练项目来源可以是学生自选或指导教师已立项的科研项目。不论何种项目来源，项目的研究对象和研究方向都需要通过选题来聚焦，才能够在时间、经费等限制条件下顺利结题，因此基于选题的重要性设置相应子循环：首先明确研究目的，然后通过文献检索和小组研讨确定初步选题；其次由指导教师、相关专家学者评价选题的科学性和创新性；最后优化与凝练选题。2.方案制订子循环。项目研究方案凝聚了理论、方法、技术上的创新运用或改进，是学生从事创新活动的主要成果，也是学生创造新知识的具体反映。研究方案制订子循环包括通过小组研讨进行问题分析，从而找出问题破解的重难点；做好分工协作和整合，从而提出初步方案；由指导教师、相关专家学者论证研究方案的可行性；根据评价结果，进行方案的改进与结果分析。（三）“持续改进”理念下的检查与处理OBE理念强调评价、反馈、改进反复循环的持续改进机制，这一思想主要借鉴了质量管理理论中的持续改进概念，所以在理论和操作层面上，OBE的“持续改进”与PDCA循环推进具有相通之处。“持续改进”理念下，大学生科研训练PDCA循环的计划任务制定和实施之后，需要执行检查和处理环节，通过学生、指导教师和专家等多方参与的评价机制对训练结果进行评价和意见反馈，总结经验教训，实现大学生科研训练模式的持续改进。“持续改进”理念下的检查与处理包括过程性、终结性检查与处理。1.过程性检查与处理。通过实施环节的选题和方案子循环中的检查与处理进行过程性评价与改进，其评价主体是指导教师、相关专家学者，评价和改进内容是项目选题和研究方案的科学性、可行性，项目小组收集和落实改进意见。2.终结性检查与处理。由系室或学院组织结题汇报，邀请专家进行评审和意见反馈，同时针对项目实施、指导和管理过程中的问题征询解决对策。另外，开展学生和指导教师评价和自我评价与意见收集。二、项目实例南京林业大学交通工程专业开设的“交通工程综合实训”是面向该专业全体本科生的科研训练课程，该课程在设立之初即确立了鼓励学生及早参与科研活动以提升学生科研素养和科研能力的目标，该课程也是全国和江苏省交通科技大赛参赛资格的选拔赛。在工程教育本科专业认证背景下，该科研训练课程围绕OBE的“学生中心、结果导向、持续改进”理念，完善课程教学大纲和课程内容，借鉴PDCA循环方法设计课程教学环节。本文以该课程的已结题项目《电动自行车被动安全装置设计》为例介绍应用情况。（一）计划任务制定在OBE“结果导向”理念下，对照交通工程专业人才培养目标和毕业要求，通过“交通工程综合实训”课程教学大纲修订，明确交通工程专业大学生科研训练结果即直接计划任务以提升科研能力、掌握科研方法、端正科研态度为核心，如表1所示，学生在指导教师的引导和指点下经历完整的科研过程，使之具备科学问题凝练、项目研究方案设计与评价优化等科研能力，熟悉前沿工程技术筛选与运用、数据采集与分析、模型构建与求解等科研方法，树立严谨求实、分工协作、合作沟通等科研态度。该课程的间接计划任务则要求提交综合实训报告并进行成果汇报，具体报告内容包含规划设计图、模型、软件等多种形式的核心成果。表1“交通工程综合实训”的直接计划任务（二）计划任务实施围绕OBE“学生中心”理念，在计划任务实施过程中的选题和方案设计阶段强调学生的主体性，并且通过选题和方案制定子循环保证任务实施质量。例如，“交通工程综合实训”已结题项目《电动自行车被动安全装置设计》即来自学生日常观察形成的研究兴趣，学生注意到近年来电动自行车交通事故数和死亡人数迅猛上升的趋势，自发组成项目小组并联系指导教师。同时，指导教师和项目小组成员按照该课程的教学环节设计，在具体的选题和项目研究方案设计与评价优化过程中，执行选题和研究方案设计优化的PDCA子循环，不断凝练项目的研究重点、完善项目研究方案，具体过程如下。1.选题阶段。项目小组考虑到电动自行车防护性和稳定性差尤其是在与机动车发生事故后骑车人易受到严重伤害的现状，首先明确通过电动自行车的结构设计和安全装置设计，减轻交通事故发生时骑车人的受伤害程度、提升电动自行车交通安全水平（Plan）；随后，通过文献检索和组内研讨，借鉴车辆主动和被动安全技术，确定初步选题为电动自行车主动和被动安全装置设计（Do）；根据事故数据分析和文献检索，结合指导教师意见，发现已有研究多集中于启动控制、车速控制、碰撞预警等主动安全设计，故从创新性角度出发，放弃主动安全装置设计（Check）；最终将研究对象锁定为事故发生后发挥作用、减轻事故严重程度的被动安全装置设计（Action）。2.项目研究方案设计阶段。相关事故伤害类型分析的研究成果发现电动自行车骑车人四肢和躯干损伤占电动自行车相关损伤中较高的比例，明确被动安全装置用于降低躯干损伤（Plan），初步确定采用穿戴式安全气囊（Do）。通过与指导教师研讨发现穿戴式气囊被误触可能性大（Check），故考虑将气囊装配在电动自行车上，并与倾角传感器、安全带、联动装置协同工作，组成安全气囊防护装置，同时设计转向轴溃缩装置，用以在电动自行车撞击低速或静止物体的事故中降低骑车人头部及胸部的损伤，通过分工协作完成设计图绘制、溃缩装置有限元建模与受力分析，完成设计方案效果分析（Action）。（三）检查与处理在“交通工程综合实训”课程的初期、中期、终期三个阶段分别设计了开题汇报、中期检查、结题汇报三个环节，邀请指导教师和校内外专家学者对各个阶段的项目预期进度和成果进行把关和意见收集，通过上述过程性和终结性检查与处理，实现大学生科研训练质量的“持续改进”。在《电动自行车被动安全装置设计》项目实施过程中，指导教师作为顾问对初步选题和研究方案的科学性、创新性、可行性进行评价并给出改进意见，学生在上述意见基础上完善选题和研究方案。在中期检查阶段，该项目小组根据专家提出的考虑溃缩装置加工工艺难易程度的意见，确定采用工艺较为简单的折纸式溃缩装置并重新进行设计图绘制、有限元建模与受力分析。在项目结题阶段，