新工科背景下機械電子工程專業“超級金課”課程群建設

邊 輝 姚建濤 唐艷華

（[1]燕山大學河北省并聯機器人與機電系統實驗室 河北·秦皇島 066004；[2]先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室（燕山大學） 河北·秦皇島 066004）

0 引言

機械電子工程專業作為典型工科專業，[1]其課程內容涉及機械、電子和計算機工程等多個學科，且具有較強的學科交叉、融合特性，我校在新工科背景下，[2]繼承優良傳統，立足專業基礎，融合CDIO、OBE教學模式，全面推進機械電子工程專業課程群建設，[3,4]不斷提高課程“兩性一度”，打造多元化項目制“超級金課”?！俺壗鹫n”是以不同層級項目為載體的高水平課程群，將傳統課程體系推陳出新、打破隔閡，通過設置前后連貫的基于學生團隊協同、并具有相當難度和挑戰性的實訓項目，實現課程知識體系與能力體系一體化培養。

1 問題分析

隨著我國新經濟、新技術、新產業，跨領域、跨行業的快速發展，對工程教育不斷提出新要求，機械電子工程專業人才需面對的工程問題日益復雜化、體現出更強的機、電、控等多學科交叉特性。我校機械電子工程專業課程體系較為完備，課程內容以機器人為特色，涉及工業機器人、移動機器人、機電一體化系統集成等不同領域，能夠全面覆蓋機械、電氣、控制等多學科知識，多年來堅持CDIO、OBE教學模式，每門專業課程通過設置三級項目強化對學生理論知識和實踐能力的培養。隨著“金課”建設的不斷深入，原課程系統中因存在“各自為政”現象所帶來的影響日益體現，各門課程在高階性、創新性、挑戰度上的提升出現瓶頸，無法滿足新工科背景下對人才培養要求，具體表現為：

（1）強化以能力培養為導向的項目式教學模式，我校機械電子工程專業課程門類相對較多且每門專業課程均設有不少于總學時1/3 的三級項目，同一時間段內學生需完成多個不同項目，過多的項目數量使學生疲于應付，無法保證項目實施質量。

（2）機械電子工程專業涉及內容相互關聯，由于缺乏課程間知識的系統整合，部分教師依據教材所講授課程知識點與其他課程內容一定程度上存在重復，浪費課程學時的同時影響學生學習積極性。

（3）機電電子工程領域任何復雜工程問題的解決均需要多個學科知識，部分課程多從本門課程核心知識點出發設置簡化三級項目，一定程度脫離生產實際而影響學生對現實問題的綜合把握。

（4）理論課程所設三級項目與后續開展的課程設計或專業綜合訓練集中實踐教學環節二級項目跨越不同學期，因缺乏系統深入規劃，項目內容設置上還存在一定程度的割裂，部分三級項目難以為二級項目的開展提供支撐。

總體來說，現有課程體系從課程的設置、內容的安排等方面來說均較為合理，但由于缺乏課程間的實質性相互協調，導致學生在系統性知識能力體系構建方面效果不夠理想，影響學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維能力培養。

2 建設思路

在培養計劃原有框架的基礎上，保持總學分不變，按照“理論與實踐一體化”模式，以二級項目為核心，三級項目為支撐，面向新工科發展需求，構建研究與探索型課程項目、綜合應用型實訓項目為主線的分層遞進式“超級金課”實踐體系，將內容具有關聯性的理論課與集中實踐教學環節完全有機融合，組建混合課程群，統籌安排教學，開展團隊教學，具體組織形式如圖1 所示。

“超級金課”中理論課程應為專業核心課程，課程內容相互關聯又各具特色，共同體現專業特色，且對復雜工程問題的解決具有較強支撐作用，與此同時，該部分理論課程還對專業其他理論課程具有引領作用。具體來說，“超級金課”中理論課程所設置的三級項目不僅支撐后續二級項目，同時，該三級項目還可以融合其他理論課程的內容打造成為涉及多門課程內容的聯合三級項目，進一步使原本分散的專業課程自然形成課程群，實現多門課程間的交叉融合，最終構建成為體系化、模塊化專業課程群。

“超級金課”中項目均以學生團隊形式完成，具體實施分為兩個階段，包括多門理論課程的聯合三級項目以及作為集中實踐教學環節的二級項目。聯合三級項目與二級項目既有相對獨立的研究內容和實施方案，又有機銜接，具有廣闊的延伸性和拓展性，兩個階段融合構成完整的“頂石項目”。項目實施過程可跨越學期，但原則上學生團隊組成保持相對穩定，學生通過團隊配合共同完成一個項目的CDIO 全過程。

“超級金課”包含理論與實踐兩部分，考試內容注重知識能力并重，增設綜合分析類題目實現專業知識和工程應用的綜合能力考核；項目考核過程中細化考核標準，規范報告格式，提出“組內自評”和“創意設計”獎勵加分制，并在二級項目考核過程中，引入比賽競賽模式，以賽促教綜合考評。

實施過程中，課程設計二級項目學時不改變，理論課程增加與課程總學時相等的學時用于課程三級項目，通過具有更高難度和挑戰性項目的錘煉，提高理論課程教學質量，進而促進學生對課程知識的深刻掌握，培養學生復雜工程問題解決能力。

3 建設內容

隨著“中國制造2025”這一制造強國戰略的不斷推進，各種智能創新型機電產品及裝備迅速發展，我校機械電子工程專業立足特色，以機器人項目為課程理論與實踐載體，梳理不同課程間的內在關聯，深化課程體系改革，推動專業內多課程模塊化主動融合，對專業課程和項目進行調整與升級，將理論、設計、制作及控制等知識和技能融合滲透并優化，圍繞智能制造領域智慧工廠典型機電一體化系統解決方案，調整課程體系并構建由“機電一體化系統設計”“現代傳感與驅動技術”“機器人技術”三門理論課程以及“專業課程設計及實踐”集中實踐課程組成的跨越兩個學期的“超級金課”課程群，系統組成如圖2 所示。

我校機械電子工程專業在第四學期結束后完成專業分流，經過前期機械、電氣、控制等方面基礎課程的學習，第六學期開設的“機電一體化系統設計”（32 學時）和“現代傳感與驅動技術”（32 學時）兩門金課課程與“電氣控制技術”關聯課程聯合開展“物料分揀柔性生產線設計與調試”項目實踐，實現對復雜機電系統必備的系統結構設計、驅動傳感選型、電氣控制實現等理論及實踐能力的系統訓練。因實施“超級金課”教學改革而額外增加的64 個實踐學時，有效提升三級項目內容的挑戰度，同學們主動思考與探索精神得到充分激發，獨立分析與解決復雜工程問題能力全面得到培養，為后續理論及實踐課程的開展提供了必要的基礎。

根據智能制造領域不同方向發展需求，將第七學期專業課程進一步劃分為智能機電裝備、工程機器人、機器人與控制等三個組合模塊對學生進行個性化培養。三個模塊均以“機器人技術”金課課程為引領，但又各具特色，智能機電裝備組合模塊通過開展“智能產線裝備設計與調試”聯合三級項目，以產線功能性單元模塊為載體，重點培養學生智能制造產線裝備單元創新設計及智慧工廠中多單元系統組態能力；工程機器人組合模塊通過開展“工程機器人設計調試”聯合三級項目，以電驅工程機器人為載體，強化機械結構創新設計，重點培養學生在工程機械智能化、機器人化發展過程中所需創新設計能力；機器人與控制組合模塊通過“移動機器人仿真控制”聯合三級項目，以帶機械臂的移動AGV為載體，開展移動機器人自主導航控制，重點培養學生機器人智能控制理論實踐能力。在完成各模塊聯合三級項目的基礎上，將4 個人一組的三級項目實施小組進一步構建包含4 個不同模塊學生的16 人團隊，開展為期8 周的智慧工廠多機智能協同系統設計與實現二級項目，項目在完成質量、成本、效率等方面引入競爭評價機制，不同團隊在競爭中實現復雜問題解決綜合能力和高級思維的提升。

4 結束語

面向新形勢下高質量機械電子工程專業人才培養需求，通過打造跨學期、跨類型、跨課程的“超級金課”課程群系統，形成基于分層遞進式項目的雙層次課程群，加強課程體系的頂層設計的同時實現課程間的實質性交叉融合，消除不同課程“各自為政”弊病，加強教師間的合作交流，有效提高學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，為新工科背景下強交叉專業工程教育改革提供新思路。