機械類專業capstone綜合實作課程建設初探

黃曉林 曹玉華 李林 游小平 趙新順

摘 要：以工程教育專業認證為契機，初步探討機械類專業Capstone課程體系建設。通過校企合作，理清機械類專業應用型人才應達到畢業要求或核心能力。通過校企協同育人，按照工程教育認證規范，初步構建機械類專業Capstone課程體系，以實際課題項目為驅動，整合學生知識結構和團隊協作能力、初步探索實施Capstone課程的教學方式以及Capstone課程的教學產出成效評價方案，提升學生解決機械領域復雜工程問題的能力。

關鍵詞：Capstone課程 課程建設 工程教育認證 高等職業教育 應用型人才培養

Capstone課程（capstone courses）是國際工程教育專業認證規范所要求的重要必修課，受到國際工程教育界的廣泛重視。Capstone課程，即整合性綜合實作課程，或頂石課程，是指大學高年級學生在校內教師（或企業教師）指導下，應用所學專業課程知識，解決復雜且整合性工程設計制造問題的教學過程，是本科課程教學的最后一門課程。通過Capstone課程的教學，引導學生，促進教學。

在2019年1月24日頒布的《國務院關于國家職業教育改革實施方案的通知》（國發[2019]4號）中，把“推動高等職業教育高質量發展”作為國家發展戰略，把“推動校企全面加強深度合作”作為高等職業教育應用型人才培養的有效途徑。廣東白云學院立足于服務廣東省和珠三角區域經濟發展，秉持“以需求為導向，以學生為中心，以能力為本位，以服務為宗旨”的辦學理念，推進“產教融合、校企合作、工學結合”的校企協同育人“3+1”人才培養模式改革，致力于培養工程應用型人才。廣東白云學院機電工程學院開設機械設計制造及自動化、機械電子工程等機械類本科專業，培養機械類專業高素質應用型人才。

一、Capstone課程建設思路

廣東白云學院一直以高等職業教育為己任，在機械類專業應用型人才培養和專業建設中，立足于校企協同育人、通過開展Capstone課程建設，推動國際工程教育專業認證。

廣東白云學院Capstone課程建設思路是，以Capstone為頂石課程，以OBE（outcome-based education）教育為導向，理清機械類專業應用型人才應達成的畢業要求及核心能力，校企共同構建知識傳授、能力培養、工學交替、理論與實踐相結合、交叉融合的機械產品（或機電產品）設計、制造全周期的Capstone課程體系，促進學生對已學理論知識、技術技能的跨學科整合，提升學生團隊交流、分工協作、創新思維和解決復雜工程問題的能力。

二、構建以機械類專業以Capstone課程為頂點的課程體系

在Capstone課程建設中，結合國際工程教育專業認證規范，通過大量調研以及校企協同反復多次研討機械類專業畢業生應達到的行業創新能力及解決復雜機械工程問題的能力，梳理、理清機械類專業畢業生應達到畢業要求或核心能力8項，以達成培養應用型人才的培養目標。廣東白云學院機械類專業應達成的畢業要求及核心能力如表1所示。

按照國際工程教育專業認證規范，Capstone課程體系由基石類課程和要石類課程以及整合的綜合實作Capstone頂石課程等3大部分構成。其中，基石類課程包括數學與基礎科學類課程，要石類課程包括專業基礎和專業類課程，整合的綜合實作Capstone頂石課程針對畢業前的高年級大學生開設，整合本科所學的模塊化理論、技術、技能，梳理和總結本科期間所學專業知識，深化為綜合性的結構化專業整體能力，覆蓋全部畢業要求及核心能力。

廣東白云學院機電學院與北京精雕集團（東莞）公司校企多次研討綜合性實作項目需要整合的課程內容、實作項目間的聯系主線、項目的技術要求、項目設計與制造加工要求、研討Capstone課程實施過程中設計與制造加工的校企對接，經校企共同協商整合的綜合性典型復雜實作項目，包括軸系、齒輪系、箱體系、連桿系及電控系等5個設計制造加工內容的18個綜合課題項目，在人才培養方案中正式設置以《現代設計與制造技術綜合實習》作為Capstone頂石課程，包含基石課程和要石課程的理論和技術、技能等知識和能力結構，由學生分組選題協同實施。由此，構建廣東白云學院機械類專業綜合性Capstone課程體系，以高等數學、工程數學、大學物理、大學化學、計算機應用基礎、C語言程序設計、理論力學、材料力學等數學及基礎科學課程作為基石課程，以機械原理、機械設計、機械制造工藝、電工電子技術、微機原理與接口、工裝夾具設計、模具設計與制造、機電控制技術、精密與超精密加工技術等專業理論與實踐課程作為要石課程、以現代設計與制造技術綜合實習作為Capstone頂石課程，包括機電產品設計與制造等專業理論、技術、技能等全覆蓋，涉及企業技術研發、實驗、生產、檢測等全過程。校企雙方商定Capstone課程在北京精雕集團（東莞）公司開設，由雙方共同制定教學大綱、共同確定18個綜合課題項目、共同撰寫課題項目任務書、共同撰寫教學指導書、共同指導實施教學過程、共同對課程實施情況進行總結、補充完善提高。

三、機械類專業Capstone課程的教學設計

機械類專業Capstone課程的教學設計以引導學生對所學專業理論、技術、技能進行系統化、整體化整合，結合企業開發產品、設計與制造以及生產管理的實際過程、通過團隊分工協作、在企業現場生產環境的實踐中培養創新能力為目標，以機械設計、機械制造工藝、電工電子技術、機電控制技術、精密加工制造技術等綜合性工程課題項目為載體，在實施Capstone頂石課程中，以團隊研討、分工協作、分析計算、設計驗證、選擇加工制造手段、制造工藝編排、零件數控制造編程、數控加工中心設備操作、總體裝配調試、課題裝置總成測試等全周期的工程過程作為教學重點，為學生今后從事機械工程類的工作培養綜合工程能力和分析、解決問題的能力。18個綜合課題項目與實際產品和工作任務完全一致，大部分是企業的實際項目，每個學生團隊任選一個項目，采用企業設計、生產制造的實際流程，采用企業的設計平臺、生產制造設備和車間，在企業實施教學做一體化培養。學生團隊在對項目進行設計、制造加工過程中與企業研發、生產過程基本保持一致，既要滿足技術要求和可靠性、又要降低成本、也要滿足環保要求。學生團隊在真實的復雜項目設計制造加工過程中，整合所學理論知識、引入行業規范、標準和工程倫理、整合設計流程、掌握制造加工工藝細則。既學習設計工具平臺、掌握加工制造設備，在“學中做”，也通過企業的工程環境，使學生體驗企業設計、生產的工作過程和團隊協作的氛圍、熏陶素質、增強對機械工程復雜問題的分析與設計、制造與加工的綜合能力，在“做中學”，廣東白云學院機械類專業Capstone課程實施流程。

在實施過程中，包括總體方案設計、各個零部件的設計、分析計算、相互誤差配合、驗證、制造加工手段選擇、制造加工工藝設計、編制加工制造工藝卡、電控系統設計與調試、設計制造加工夾具、各個零部件實際加工制造、調試、總體裝配調試、參數測試及功能驗證、設計制造說明書的撰寫、答辯PPT。這期間，團隊討論、爭論、分析、查閱資料、甚至反復設計計算、反復加工才能達到要求，這需要團隊每個成員整合所學專業理論、技術技能、共同協作才能完成，所以每個項目課題都覆蓋全部8項核心能力，由于各個項目課題的結構、功能的要求不同，因此，各個項目課題的設計要求和制造要求也不同，所以每個實際項目課題對8項核心能力的覆蓋加權系數是不一樣的，比如某實際項目課題對8項核心能力的覆蓋加權系數如表2所示。根據8項實際得分和加權系數，Yi為團隊分項權重得分，各分項分為4個等級，若90≤Yi<100說明學生團隊充分具有該分項核心能力，若75≤Yi≤89說明學生團隊具有該分項核心能力，若60≤Yi≤74說明學生團隊稍微具有該分項核心能力，若0≤Yi≤59說明學生團隊不具有該分項核心能力。∑Yi是團隊總體成績，也分為4個等級，若90≤∑Yi<100說明學生團隊充分具有8項核心能力，若75≤∑Yi≤89說明學生團隊具有8項核心能力，若60≤∑Yi≤74說明學生團隊稍微具有8項核心能力，若0≤∑Yi≤59說明學生團隊不具有8項核心能力，通過考核學生團隊Capstone課程的分項成績Yi和總體成績∑Yi，對Capstone課程的教與學進行評判，當分項成績在第三級和第四級時，指導教師和學生團隊都要特別關注并加以反思，仔細分析查找原因，對于教師改進教學，對于學生補齊短板。

對Capstone課程的考核方案，實際上是考核8項核心能力的達成度。當然，8項核心能力的達成度既是考核學生的知識、能力、素質是否達標，也是考核課程體系是否合理。因此，Capstone課程的考核是多元化的，既考核團隊、也考核隊員，既考核過程、更考核結果。Capstone課程結束后，學生團隊要提交設計制造說明書、團隊研討記錄、作品總成、答辯PPT。校企指導教師根據答辯記錄、指導過程記錄、團隊研討記錄和設計制造說明書，綜合給出團隊8項核心能力的成績如表2所示。廣東白云學院機械專業15級第5學生團隊按照100：1比例，經過設計、計算、驗證、加工制造的綜合實作塔吊作品展示。Capstone課程結束后，校企指導教師將全班各個團隊的8項核心能力成績進行匯總，分析團隊在8個核心能力方面的掌握程度，撰寫Capstone課程總結（反思表）報告，全面總結（反思）Capstone課程教學中，團隊學生8項核心能力達成的程度，從培養要求方面，重點分析學生是否達到8項核心能力的培養要求、特別是分析某一項或幾項核心能力未達到培養要求的原因，分析是否需要調整教學指導方式方法。從課程體系方面，重點分析課程體系是否合理、分析綜合實作課題項目是否合理、是否覆蓋8項核心能力。總結（反思）報告的結果作為下次Capstone課程教學經驗積累，也作為調整補充課程體系和調整綜合實作課題項目的依據。

結語

長期以來，適合高等職業教育應用型人才培養的課程比較少，特別是體現綜合性、團隊分工協作性、解決復雜工程問題方面的課程比較少，絕大部分高等職業教育應用型人才培養的課程與普通高等院校的課程基本雷同，在課程的教學方式方法上，適合綜合性實作Capstone課程的教學方式方法也不多。廣東白云學院以國際工程教育認證為契機，借鑒國際工程教育專業認證規范，初步探討機械類專業Capstone課程建設，探討基本支撐8項畢業要求或者核心能力的Capstone課程體系架構，探討具有機械領域復雜工程問題的、通過整合的綜合性Capstone實作項目課題的遴選，探討培養學生對專業理論和技術、技能的整體應用能力和團隊合作能力，初步探討按照企業研發、生產過程基本保持一致的、完全在企業實施的、由校企雙方共同指導的教學方式方法和Capstone課程教學產出成績評價方案等，都收到初步的效果。通過機械類專業Capstone課程初步建設，探索畢業生從學校走向工作崗位、從學生轉變為工程技術人員的工程實踐教學模式，這對高等職業教育教學改革具有重要意義，也為高等職業教育教學改革提供一種新思路，對高等職業教育教學改革具有一定的參考價值。

參考文獻

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作者簡介

黃曉林（1958—），男，籍貫：湖北天門，碩士，教授，長期從事汽車電子的教學與科研工作。