適應新工科建設的機電專業實踐教學改革實踐

張占東 姚利花

[摘要]新工科重視培養具備創新精神的實踐型和復合型人才。借助于科學、工程等學科與人文學科的交叉，旨在建立專業技術與社會經濟的有機融合。機電專業作為傳統工科專業，應結合創新型人才培養對實踐教學提出的具體要求，積極轉變教學理念，迎合時代發展特點。本研究在對新工科建設背景下機電專業的特點和實踐教學理念進行綜合闡述的基礎上，以實踐課程建設、課外科技活動和畢業設計三個典型環節作為案例，逐步深入，扎實推進，合理把握“教”與“學”的關系，鼓勵實踐創新與創業，以求實現“產”與“教”的結合，探索出新工科背景下機電專業實踐教學改革的新路徑。

[關鍵詞]新工科;機電專業;創新教育;創新實踐;創新創業;畢業設計

[中圖分類號]G642.0

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3437（2020）03-0067-03

隨著國際競爭不斷激化，創新能力已然成為國家綜合競爭實力的核心和關鍵。國家的經濟發展、國防軍事建設，均離不開國家創新發展。其中科學技術建設在創新發展當中，要求實現產學結合，實現產業結構的優化。追溯產業的發展歷史，產學融合始終存在，教育與產業的聯系從未被割離。

國際教育領域的國際工程教育改革項目起源于世紀之交，工程教育的“再造工程”“回歸工程”成為一時熱詞，在我國創新工程教育以新工科教育為基礎，開始了探索和發展。新工科教育教學的設計與實踐課程建設的目的在于提高人的技術理論知識和實踐水平兩個方面的素質能力，因此，體系建設需要以人才培養目標為前提，結合培養需求，秉承創新型教育觀念和理論研究成果，重新進行課程設置和內容的調整安排，促使現代教育實踐能夠達到理論教學與實踐教學的彼此平衡。目前，高校機電專業在教學過程中仍以課堂講授為主，課堂討論和知識實踐應用較少，采取以期末考試為主的考核方式，未予以學生實踐能力和創新能力考核充分的關注度，不符合國家對高校人才培養的要求。而剛畢業的大學生在專業技能、實踐能力、創新意識等方面存在明顯欠缺，無法勝任用人單位的要求，需要較長的時間適應所在企業的要求，也說明專業教育存在問題。因此，為了向用人單位輸送具備較強專業素質的“零適應期”機電人才，應以產學結合為基礎，協同育人為目的，以本校自身專業教育發展背景為導向，進行教育改革。

一、加強實踐課程的建設

基于新時期工程教育改革全面推進的背景下，促進工程教育理念向創新型、綜合化轉變，實現傳統工科和新工科的相互結合，構建新專業結構形式，并將實踐課程教學納入教學體系當中，打造成為重點教學項目。

（一）啟發式教學

啟發式教學是現代教育理論創新之一，強調教學以學生需求和知識水平、學習規律為前提，通過探索、啟發，帶動學生對于未知知識的探索熱情。啟發式教學強調以“學生為主體、教師為主導”，認為教師選擇激勵策略是否有效與學生學習積極性是否能夠被充分調動具有十分密切的關系。因此，在啟發式教學的實施過程中，教師可提出企業真實存在的問題與學生探討，一方面能激發學生的主動探索意識，另一方面也能夠為企業問題的解決提供新思路，實現學校與企業的雙贏。

對于學生來說，啟發式教學能夠培養學生的參與感和自主探究能力，對于學生學習意識和創新精神的培養大有幫助。引導學生自主探索所需解決的問題，能夠有效激發學生的創造力，對培養學生的創新能力具有重要幫助。

近幾年，開發手機APP小程序已經成為一大流行趨勢，若高校能夠開設APP開發課程，做好準備工作，由教師對學生進行啟發，引導學生對所學知識進行充分運用，解決現實生活的實際問題，有助于創造出嶄新的科技成果，且可將新成果用于實踐教學指導書中。

（二）理論實踐一體化教學

理論實踐一體化的教學目標在于通過實現理論知識教學與實踐技能培養的交互，使理論和實踐構成有機整體。若能夠實現理論實踐一體化教學，對提升理論教師實踐能力和實訓教師理論水平均大有好處，有助于打造高素質的師資隊伍。與此同時，教師若能夠將理論知識融入實踐教學過程中，將有助于使學生在實踐應用中深化對理論知識的認知與掌握，有助于在激發學生學習熱情的同時，凸顯實踐能力培養的目標，學生通過邊學邊練，能夠起到事半功倍的作用。針對經費不足問題，探索行之有效的實踐教學方案成為教育人士關注的重點。本研究以創新教育為背景，構建口袋實驗室設計方案。口袋實驗室設計將仿真平臺、單片機系統和機械結構加工三個環節作為主體應用環節。

（1）搭建虛擬仿真實驗平臺：構建以Matbab等仿真程序為主體的仿真模型，形成多元實驗平臺。學生參與學習，可直接通過電腦完成小程序模擬開發。學生通過對開發經驗總結，形成對于知識和創新能力培養的理解，鞏固自身學習基礎，形成探索動力。

（2）開發單片機系統：選用單片機套件，組織學生利用業余實踐參與實驗開發。鼓勵學生將新思想、新認知帶入學習實驗之中。單片機的開發對時間和地點不存在限制，學生可在家中和宿舍完成制作，且可以在靈感來臨的一瞬間進行制作，這也突破了傳統實驗對實驗時間和地點的束縛，實現了對開發空間的拓展。

（3）機械結構設計和加工：繪圖是機電專業學生的必備技能，學生在運用Interor或者SoldEdge等軟件完成繪圖后，機械結構裝配在一起是否合理還有待考證。盡管可進行動畫仿真實驗，但仍無法保證其真實效果。當然，也可將其加工成型，但這種方式的成本較高。因此，若能夠引入共享3D打印機，學生就可以通過制作實物，實現對機械結構設計科學性的檢驗。

（三）打造“自組織”團隊學習模式

“自組織”團隊是近幾年一種新興的組織形式，與傳統的指令型和權利型團隊具有明顯的差異性。“自組織”團隊的成員大多具備相近的理念和志向，基于某一共同目標走到一起，這些具備相同愛好的成員通過竭誠合作，有助于實現優勢互補，提升實驗研究的積極性。

（四）以“能力本位”為主導

學生到高校進修不僅僅是為了分數，最根本的是為了提升自身的專業能力。“能力本位”教育立足于職業崗位的現實需要，設置相應的能力目標，對能力目標進行層層分解，旨在強化學生從事某一行業所應具備的能力。相比于傳統教學模式，“能力本位”教育存在明顯優勢，主要表現為以下四個方面：（1）教學目標明確，具有較強的針對性;（2）實現了理論和技能培養的結合，學科課程體系較為柔和;（3）凸顯學生在教學過程中主體地位，重點突出“學”而非“教”;（4）重視課程教學后的反饋工作，教學評價客觀真實。可以說，“能力本位”教育觀念的推行，對培養產學融合的機電專業人才幫助極大。

在借鑒斯坦福大學開放辦學的成功教學經驗的基礎上，本研究重點從四個方面對機電系統設計實驗方案進行了構建，結合時代的發展特點，與企業協同商定題目，在完成實驗的初步設計后，引導學生結合自身實踐經驗，開發新實驗，對新實驗內容進行修訂。通過開展以上活動，學生的機械設計能力得到明顯強化，能夠自主完成對機械系統結構的分析，對專業知識的了解更為深入，綜合設計能力得到了大幅度提升。

二、鼓勵學生積極參加課外科技活動，開拓新實驗、新領域

1911年，約瑟夫·熊彼特首次提出了“創新”這一詞匯，創新是指對眾多生產要素進行整合，將未做成的事情做成。世人皆不具備左右變化的能力，唯有走在變化之前，方可贏得解決問題的先機，基于這一層面進行審視，創新體現出鏈條式的觀念。以往工科專業設置與理科專業存在明顯脫節，若要對工科教育進行改革，需要將工科和理科串聯成一個完整的鏈條。隨著大數據技術的發展，傳統工科專業的單一性不能滿足機械智能化的發展要求，需要對現骨干知識進行充分融合，形成“創意-創新-創業”的創新型人才培養新模式。作者結合自身教學實踐經驗，同時將國內外研究型大學的成功經驗作為參考，組織學生在課余時間參與課外科技活動。

（1）建立分管部門，為課外科技活動提供專門服務：充分發揮學生會和團委的力量，成立科技協會，邀請機電專業老師擔任指導老師，啟發學生思維，致力于科技創新，鼓勵學生搞些小發明、申請專利和發表學術論文，提升學生的成就感，使學生能夠不斷積累經驗，聚少成多，逐漸形成科技創新思路。

（2）營造良好的科研環境，鼓勵學生參加學科競賽：依托于豐富的科研資源，鼓勵學生報名參加機械產品數字化設計大賽以及互聯網+等創業項目，將自身的小發明寫成商業企劃書呈交給相關企業或者科研機構，促進自身發明制作產業化，實現以賽促學的目標。

（3）開展大學生創新創業活動：2007年，我國已經推出了大創項目計劃，在各個學校和學院均設置本科生創新創業基金，教師積極組織學生申報院級、國家級大創項目。學生可結合生活感悟提出申報項目，有些申報項目則源自企業，教師也可為學生提供已有課題。針對導師自行擬定的項目，一些學生由于缺乏項目基礎，無法進行更為深入的研究。一些學生自行擬定的課題，雖然有助于激發學生的研究興趣，但受到視野狹窄的影響，所研發課題無法解決社會現實問題。若學生能夠在教師的指導下，與企業共同探索研發項目，將人工智能作為研發的重點，不僅有助于激發學生的探索興趣，對解決實際問題也起到了重要作用。經多年跟蹤調查發現，參加課外科技活動的學生對理論知識和專業技能的掌握更為扎實，更樂于表達自身的想法，思維也更為跳躍。

三、完善畢業設計

畢業設計是判定高等工科院校教學計劃目標是否達成的重要環節。在畢業設計的過程中，學生通過深入社會實踐調查取證，在了解社會的基礎上完成論文撰寫等環節，能夠通過對所存在問題的深入分析，形成解決問題的思路，對學生獨立學習能力、組織能力以及社會交往能力的培養具有重要幫助，直接影響到學生的思想道德素質、工作作風以及責任心的形成，為學生綜合素質的提升奠定了良好基礎，是打通實踐教學“最后一公里”的關鍵環節。

（一）做好畢業設計的選題工作

選題的好壞對論文的學術價值和使用價值產生了直接影響，且與論文的實用性和創新性密切相關。在選題的過程中，應確保選題的難易度符合學生自身水平，工作量要適中，盡量避免選題的研究范圍過大，要使學生能夠在規定時間內駕輕就熟地完成。

課題的類型應多種多樣，學生可以結合自身興趣選擇課題，為積極發揮主觀能動性奠定良好的基礎條件，為了彰顯因材施教的理念，有條件的學生最好結合指導教師的意見，完成對題目的雙向選擇。

在產學合作理念的指導下，可將企業真實課題引入畢業設計課題中，使學生能夠運用創新思維，積極查閱相關資料，明確人工智能的發展趨勢，加速與現代社會的融合。

（二）強化對畢業設計過程的管理

教師要加強對畢業設計全過程的管理，建立與學生的有效溝通，予以學生相應的指導，防止學生出現無從下手的情況。與此同時，指導老師應每周與學生面談論文研究進度，并與企業導師一道，為學生提供論文指導。

（1）初期檢查：使學生了解畢業設計的意義，指出畢業設計可能遇到的困難，介紹相關解決措施。同時，引導學生結合自身興趣或者就業意向，對研究課題進行選定，在查閱文獻和實地調研的基礎上，撰寫開題報告。

（2）中期檢查：檢查學生的課題研究進展，了解學生在研究過程中的疑難點，予以學生合理的引導，對表現優異的學生予以口頭表揚，激發其創造潛力，對表現較差的學生提出批評。

（3）末期檢查：做好答辯準備工作，組織學生完成答辯，評定和統計學生論文最終成績。在此過程中，盡量確保成績評定的公平性和公正性，若條件允許，可邀請企業導師參與論文答辯。在答辯結束后，對本次畢業設計進行回顧與總結，指出明確存在的不足，并在下一輪畢業設計中進行改進。

四、結語

“中國制造2025”“一帶一路”等國家層次戰略為高等教育改革提出明確要求，在為傳統工科教育的創新發展帶來新機遇的同時，也帶來了一定沖擊和挑戰，建設新工科成為當前教學改革的當務之急。促進教學理念的更新升級，培養具備創新素養的人才，符合時代的發展需求。高校是“授人以漁”的重要場所，在機電專業教學改革過程中，需注意以下幾點：

（1）將問卷與訪談調研方式進行結合，明確學生的學習、創新需求，了解學生的學習特點，形成教育改革基本思路。結合專業最新技術和企業的實際需求，完善口袋實驗室建設，借助虛擬仿真技術，培養學生的實踐動手能力，綜合利用多種教學方法，強化教學的實際效果。

（2）培養學生雙創精神，要求師生開展同步創業，充分發揮當代大學生發散性思維，鼓勵學生進行創新型構想。引導學生認識到實踐過程中可能遇到的艱難，強化學生的承壓能力，培養學生吃苦耐勞的精神。與此同時，鼓勵學生積極參加學科競賽，學賽相輔，以賽促學，在吸收其余參賽作品優點的基礎上，形成創新思路，增強自身的創新能力。學生參加競賽盡管可能與大獎失之交臂，但若見識了眾多參賽作品，仍能夠為自己積累設計經驗。

（3）校企聯合打造高水平的實訓基地。高校應加強與企業的合作，動態了解行業發展動態，為傳統機電行業注入發展的新動能，以國家教育創新發展為藍圖，打造產學結合的轉型發展策略，將全球發展視野、工程素養等精神品質追求作為教育核心，培養符合新時代發展的實用型人才。

[責任編輯：鐘嵐]