基于新工科平臺的機電控制類系列課程實驗建設與探索

吳濤

摘要：當今社會人工智能、虛擬現實等的快速發展迫切需要新型工科人才支撐，機電專業作為裝備制造業的重要支柱學科，對其課程進行建設以適應面向未來布局的新工科建設的要求，培養具有創新創業能力和組織領導能力的工程科技人才是我們迫在眉睫的任務。為了切實培養學生機電控制系統分析與設計的綜合應用能力，本文從課程的設立、教學模式的改革和評價體系等方面進行了一些有益的探討與實踐，這些經驗對該課程教學質量的提高有較好的參考價值。

關鍵詞：新工科；機電控制；教學模式；評價體系；實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0139-03

一、引言

機電專業控制類系列課程整合了必備的電氣控制系統設計知識及相關機械設計知識，可提高學生學習的綜合應用能力。該系列課程是本校機械工程及自動化、機械電子工程的專業必修系列課程。新工科強調創新與實踐[1]，通過機電控制類系列課程的建設希望增強學生專業技能，提高同學們的動手實踐能力、培養學生對機電控制系統的綜合分析及設計能力。我們依托教育部產學合作協同育人項目，從以下四個方面入手，探索適合本校機電控制類課程實驗的新工科建設。

二、合理規劃培養方案

在課程設置上考慮學科的發展方向、用人單位的需求，不因人設課，根據時代發展合理設置課程，整合一些課程，加大實踐教學的力度，充分調動教師的積極性，激發學生的學習熱情，給學生個性化發展提供更加廣闊的空間。

（一）開展多樣化、個性化人才培養模式

學生到校學習的目的除了獲得分數以外，更關注的是能力的提升以及將來的就業、發展。鼓勵學生在教師引導下，根據自身專業興趣、能力素質提高、職業規劃，用發展的眼光考慮專業與就業、專業與職業、專業與創業，選擇專業和課程，加強實踐鍛煉，提高自身綜合能力，開拓創新。

（二）使培養過程更強調應用性，調整考核比例

一方面增加實驗教學內容，不僅提升每門課程開出的實驗教學內容，更要注意開展綜合度較高的實驗，融會貫通上述系列課程。減少分組的人數，嚴格實驗過程的考核，讓每個學生積極參與進來，提升實驗操作水平，使學生實踐動手能力[2]、科研水平得到切實提升；另一方面對現行的末考比重過大進行調整，加大實驗成績占比。

（三）利用新工科平臺，探索產學合作機制

加強學生的企業實習，探索高校與企業的產學合作人才雙向交流的機制，根據機電專業自身特點，積極凝聚學校與企業共識，促進產學融合，真正打通實踐教學的“最后一學里”，培養真正的零適應期機電專業學生，推進傳統機電技術與工程教育深度融合，提升學習效率，提高教學效果[3]。

三、多渠道開展實驗，提高實踐創新能力

人類的能力與才干來自于人們的指尖，手指那些細小的溪流可以不斷補充創造性思維的源泉。教師要秉承以學生為主體，通過實驗室（場地和設施）、時間、教學內容、教學過程、教學管理與評價方式的改革創新，為學生營造充分發揮自主性和創造性的實驗學習環境。新工科建設強調實踐能力提升，我們主要從以下幾個方面來提升。

（一）仿真實驗平臺建設

虛擬仿真是隨著計算機技術的發展而逐步形成的一類試驗研究的新技術，由于計算機技術的發展，仿真技術逐步自成體系，成為繼數學推理、科學實驗之后人類認識自然界客觀規律的第三類基本方法。

以往的教學主要以課堂講授理論知識為主，開設的實驗由于受設備條件的制約，主要是一些驗證性實驗，這些實驗要和實驗指導老師聯系好時間到指定地點完成，這些實驗很傳統，不利于激勵學生深入學習研究。而現在仿真軟件的使用，學生可以利用業余時間，針對自己的愛好，開展實驗。

（二）依托現有資源，開發新實驗

我校實驗室資源投入不足，實驗設備陳舊，所列的實驗內容均為傳統的諸如指示燈的亮、滅等傳統驗證型實驗，不能激發學生的創新意識，更不適應現代科技的發展需求。實驗室里還有些設備，經常放置，有些選修課選課的學生不多，開不起班造成相關實驗室長期停滯，但是想學的學生還是有，我們如何應用好現有資源，不要讓這些設備閑置。再者，實驗室管理制度欠佳，實驗設備擺放在實驗室，專人看管，固定時間開放、不靈活，學生有時間想做實驗的時候，實驗室人員又下班了。通過建立共享實驗室的方法，實現實驗室的時間、空間上的開放[4]。

機械設計的圖紙究竟是否可行？機電類的學生設計的圖紙，能否進行加工？還有待檢驗。我們聯系校內的實習工廠，學生利用課外活動基金或教師的科研經費，支付少許的原材料費就可以自己動手加工制作出實物，檢驗一下設計的合理性，提高了實際動手能力。

（三）師生合力，共同開拓新實驗

我們主要從以下兩個方面著手開展：

1.由于是工科，需要大量的實驗平臺建設，基礎算法的研究，也需要實驗的驗證，作者自身的科研課題的實驗平臺的開發分解成若干小的實驗課題，學生可任選其中之一開展工作深入下去，然后再統一匯總成一個大的平臺。學生開發出來的新實驗也可作為實驗指導書新的內容。

2.重視學生的新思路，年輕人的想法有些時候天馬行空，當中有些構想肯定會成為未來發展的方向，應鼓勵學生努力將這些想法付諸實現。當然這個過程是枯燥且艱難的，而且還伴隨著巨大的壓力，所以這個過程能夠很好地培養吃苦耐勞的精神。

（四）產學合作，共同開發新實驗

產教結合相互融合，相輔相成。和企業共同探索的一些人工智能、機器人開發的項目，既是當下研究的熱點，能解決社會亟待解決的問題；而且學生的熱情也容易調動。來自于企業的研發實驗，一方面，學生得到了鍛煉；另一方面企業也獲得了一些解決問題的新思路實現合作共贏。

我們在機電控制系統綜合實驗中采用由教育部產學合作協同育人項目所依托的開來科技公司提供了一些小型單片機的開發套件，學生整合自己的學習時間、業余時間完成實驗內容，在此基礎上根據自己的想法開發新的實驗內容。當靈感來了的時候，學生可以隨時隨地實現。采用口袋實驗室可以改變以往傳統實驗在規定的時間、指定地點完成規定內容的實驗，實現時間、空間上的開放，更大程度拓展開發空間。

四、鼓勵成立科技創新小團隊，積極參加課外科技活動

古希臘哲學家普羅塔戈說過：“學生的頭腦不是用來被填滿知識的容器，而是需要被點燃的火把。”我們鼓勵學生在課內學習的基礎上，充分利用了課余時間多參加課外科技學術活動，努力建立以學生為中心，以問題為導向的研究型學習平臺，使學生綜合能力得到全面的提升[5]。針對社會生活中出現的一些問題，指導老師和學生共同探討，彼此調動思維、發揮想象，積極創新，搞一些小發明、報一些項目，寫一些專利和小論文，學生通過取得一些小的成就，積少成多，積累經驗。鼓勵學生多參加學科競賽，將自己的想法、作品展示出來，通過參加比賽實現以賽促學，學賽相輔。我們經過多年的積累，跟蹤調查，發現參加過課外科技活動的同學對專業知識的理解更深入，動手實踐能力更強，思維更活躍，更善于表達自己的想法；取得一些成果后，自信心大幅度提升。

五、產學合作模式下建立合理的實驗教學評價體系

真正使“考生”變為學生，其切入路徑可以改變現有的評價體系以及評獎評優模式。我院通過多年探索，除了實行傳統的獎“考”金以外，新增了獎“研”金、獎“創”金，學生課外科技活動獎勵，鼓勵學生積極參與課外科技活動。我們建設基于新工科機電控制類系列課程評價體系的目的是針對以往傳統課堂講授為主，問題討論和知識應用實踐等環節較少；考核方式以期末考試為主，對學生的動手能力以及創新實踐能力的考核較少，開展基于理論實踐一體化模式的機電控制類實驗評價體系的改革、探索，建設科學完整、導向明確、簡化易行的評價體系[6]。我們擬從以下兩個方面入手：

（一）評價主體多元化

實驗的評價不是單純的學生、學校評價或者是教育行政部門評價、外部的評價專家和校內的督導以及關注人才培養的社會團體等，它的評價主體可以是與課程建設有關的用人單位，因為最終能否適應經濟的發展，滿足社會的需求，還是要靠實踐來檢驗。不同的評價主體出于自身角度以及需要的不同會對同一門課程做出多維度的判斷。因此，在課程評價主體的考慮上應當盡可能包括課程建設和改革的主要相關方，盡量以主體的多元化和分析的多維度使評價的結果趨向合理和公平更好地平衡和體現各方的要求。

（二）評價方式實踐化

工科的發展離不開企業的高度參與，產學結合的課程評價是由學校與企業共同完成的“復合型”評價體系，該體系的建構主要包括以下幾個方面的內容：

1.成立校企合作專業建設指導委員會。該委員會由教授、企業技術專家、人力資源等管理專家共同組成，主要負責專業培養目標等的論證與審定，共同協商確定專業人才實踐培養方案，具體指導專業教學改革和專業建設，促進校企緊密合作。

2.完善“產學結合”的課程評價制度，制定各單項實驗內容的操作細則及實驗成績評價規則以及學生綜合能力評價標準，如：校內理論課程評價表、校內實驗指導老師評價表、企業實驗指導老師評價表等。共建校企共評學生考核體系。邀請行業、企業的技術骨干、專家等與專業教師一起參與到學生的實驗考核與評價中。理論教學考核在學校進行，實踐教學考核在由學校、企業指導教師共同進行評價，以實現真實職業環境中多元化評價的有效結合。

六、結語

從20世紀末開始，國際工程教育改革風起云涌。“回歸工程”、“工程教育范式轉移”、“再造工程教育”等口號的提出，無不反映出創新工程教育的國際發展趨勢。在這一意義上，“新工科”的提出為工程教育的理論和實踐探索提供了一個全新的視角，為機電專業未來的發展創造了更好的契機。我們在機電控制類系列課程實驗的教學與改革中，總結了以下幾點經驗：

1.本文對基于新工科的機電系統控制類系列課程的建設進行了探討，在教學內容、實驗形式、評價體系等方面都進行了較為深入的探索。

2.在實驗改革上著重提高學生的動手能力，分析問題與解決問題的能力。

3.鼓勵學生積極參加課外科技活動，構思新的小實驗，培養創新意識。

4.以上教學改革在本校機械工程及自動化專業2016—2018屆學生中進行試驗，取得了較好的教學效果，提高了學生的創新能力和探索意識。

參考文獻：

[1]吳愛華，侯永峰，楊秋波，郝杰.加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J].武漢：高等工程教育研究，2017，（1）：1-9.

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[3]韋鈺，石蘊玉，曾國輝.新工科背景下的電氣工程專業實踐教學模式探究[J].北京：中國現代教育裝備，2017，（11）：72-74.

[4]閆陽，史永宏，王林.高校計算機實驗室開放模式的研究與實踐[J].教育與社會科學綜合·高等教育，2018，（3）：232.

[5]郭卉，韓婷，黃剛.大學生科技創新團隊：最有效的本土化大學生科研學習形式——基于三所研究型大學的調查[J].高教探索，2018，（1）：5-10.

[6]董艷燕，沈為民，李晨霞，等.設計性實驗評價體系的研究與實踐[J].石家莊：教育教學論壇，2016，（1）：115-116.