基于科教融合的機(jī)電學(xué)科大類課程體系構(gòu)建與實(shí)踐

章秀華 田斌 陳緒兵

摘要隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，我國正在經(jīng)歷從自動制造向智能制造的轉(zhuǎn)變，企業(yè)對于高素質(zhì)、高技能人才的需求量越來越高，尤其需要同時精通機(jī)械、電子、信息等專業(yè)的復(fù)合人才，機(jī)電學(xué)科復(fù)合人才已經(jīng)成為我國制造轉(zhuǎn)型和升級的核心支柱。傳統(tǒng)的機(jī)械、自動化、電子信息類課程設(shè)置已無法滿足日益增長的復(fù)合人才的需求，迫切需要構(gòu)建機(jī)電學(xué)科的大類課程體系。本文提出“知識傳輸+能力傳輸”的新教學(xué)理念；設(shè)計并實(shí)施“引導(dǎo)型、鼓勵型、啟發(fā)型、互動型”多元一體的教學(xué)模式；形成“深入化、精品化、實(shí)戰(zhàn)化”的實(shí)踐教學(xué)模式。立足專業(yè)知識，面向智能制造方向，為企業(yè)和社會培養(yǎng)掌握核心技術(shù)、適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的人才。

關(guān)鍵詞 科教融合 機(jī)電學(xué)科 大類課程體系

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.27.016

Construction and Practice of Major Curriculum System of Electromechanical Discipline Group Based on the Integration of Scientific Research and Teaching

ZHANG Xiuhua[1][3][4]， TIAN Bin[2][3][4]， CHEN Xubing[1]

（[1]SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan，Hubei430205；

[2]SchoolofElectricalandInformationEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan，Hubei430205；

[3]HubeiKeyLaboratoryofOpticalInformationandPatternRecognition，Wuhan，Hubei430205；

[4]HubeiVideoImageandHDProjectionEngineeringTechnologyResearchCenter，Wuhan，Hubei430205）

AbstractWiththecontinuousdevelopmentandprogressofscienceandtechnology，Chinaisexperiencingthetransformation fromautomaticmanufacturingto intelligentmanufacturing. Enterpriseshavean increasingdemandforhigh-qualityandhighly skilledtalents，especiallycompoundtalentsproficientinmachinery，electronics，informationandothermajors.Compoundtalents ofelectromechanicaldisciplinegrouphavebecomethecorepillarofmanufacturingtransformationandupgradinginChina.The traditionalcurriculumofmachinery，automationandelectronicinformationcannotmeetthegrowingneedsofcompoundtalents. Thereisanurgentneed to buildalargeclasscurriculumsystem ofelectromechanicaldisciplinegroup.Anewteachingconcept of knowledge is proposed： transmission & ability transmission. A teaching mode of guiding， encouraging， initiating and interactiveisdesigned and implemented.Apractical teaching mode ofin-depth，high-qualityandpractical is formed.Basedon professional knowledge and intelligent manufacturing， it will supply the enterprises and society with talents who master core technologyand adapttothedevelopmentofmodernscienceandtechnology.

Keywordsintegration of scientific research and teaching； electromechanical discipline group； general curriculum system

從專業(yè)的角度來看，智能制造是指將光、電等傳感器件運(yùn)用在生產(chǎn)過程中，采集各種數(shù)據(jù)，并由通信技術(shù)將各種不同的智能裝備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接起來，上傳至工業(yè)服務(wù)器，用工業(yè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析處理，進(jìn)而保障生產(chǎn)過程的最優(yōu)性和安全性，最終實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。在新一輪科技變革和產(chǎn)業(yè)升級過程中，世界各國已把智能制造作為搶占發(fā)展機(jī)遇的制高點(diǎn)和主攻方向。特別是目前全球疫情肆虐環(huán)境下，智能制造除了保障企業(yè)的正常生產(chǎn)，還可有效避免員工聚集作業(yè)的風(fēng)險，因此推動智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的任務(wù)刻不容緩。

我國提出“一帶一路”倡議，并實(shí)施了“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國制造2025”等一系列重大戰(zhàn)略，期望構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢，在新一輪國際競爭中勝出。這導(dǎo)致以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展對工程人才的培養(yǎng)提出了新的要求。[1-4]目前我國的制造企業(yè)正處于積極向智能化發(fā)展轉(zhuǎn)型過程中，嚴(yán)重缺乏智能制造方向高素質(zhì)的專業(yè)復(fù)合型人才。數(shù)據(jù)分析表明，到2025年，智能制造領(lǐng)域的人才缺口預(yù)計達(dá)900萬人，專業(yè)人才培養(yǎng)的滯后與脫節(jié)已成為制約智能制造發(fā)展的核心問題和重要瓶頸。[5-10]本文針對面向智能制造人才培養(yǎng)的相關(guān)專業(yè)及課程體系構(gòu)建問題，在新工科及工業(yè)4.0需求背景下，以科教融合為核心，探索科教融合對提高學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的途徑，[11]構(gòu)建基于科教融合的機(jī)電學(xué)科大類課程體系。

1傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的問題

教學(xué)理念滯后，學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足。傳統(tǒng)的機(jī)類、電類主要教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)理念趕不上當(dāng)今制造技術(shù)的快速發(fā)展，具有滯后性，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，基于灌輸知識的教學(xué)理念與學(xué)生對制造行業(yè)新技術(shù)、新知識的渴望完全脫節(jié)，造成學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足。所培養(yǎng)的學(xué)生以考試為目標(biāo)，沒有掌握機(jī)類、電類學(xué)科的最新發(fā)展方向和前沿技術(shù)，社會競爭力不強(qiáng)。急需解決教學(xué)內(nèi)容不能滿足學(xué)生和時代的需求問題。

課程結(jié)構(gòu)不均衡，體系滯后，重理論，輕實(shí)踐。傳統(tǒng)的機(jī)類、電類課程結(jié)構(gòu)過于封閉、陳舊、門類過多，結(jié)構(gòu)不均衡。實(shí)踐教學(xué)不足，實(shí)踐內(nèi)容過于簡單，與先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展不同步，缺乏學(xué)術(shù)前沿知識。課程內(nèi)容舊、繁、難、偏和偏重理論，課程之間銜接性不強(qiáng)，很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課程結(jié)構(gòu)和課程體系的改革刻不容緩。

教學(xué)手段單一，以講為主，學(xué)以不能致用。傳統(tǒng)的機(jī)類、電類教學(xué)手段單一，以講為主，強(qiáng)調(diào)接受，學(xué)生應(yīng)付考試，能力沒得到培養(yǎng)。教師教學(xué)方式固化，主講一門課程，課程之間銜接不上，與智能制造技術(shù)脫節(jié)，知識傳遞不上，導(dǎo)致學(xué)生無法掌握課程知識體系，考一門，忘一門。學(xué)生缺乏與先進(jìn)制造企業(yè)的交流機(jī)會，缺乏科研項目訓(xùn)練機(jī)會，動手能力差，無法將理論知識與技術(shù)發(fā)展及前沿工作聯(lián)系起來，難以滿足企業(yè)需求。課程實(shí)施形式的改革十分必要。

針對上述問題，本項目以先進(jìn)智能制造前景為驅(qū)動力，完成了機(jī)電學(xué)科大類課程體系的改革，形成并實(shí)施了一個以“知識傳輸+能力傳輸”為特色的課程體系。

2課程教學(xué)新思維構(gòu)建

2.1轉(zhuǎn)變教學(xué)理念：以學(xué)生為本，以能力傳輸為導(dǎo)向

為解決機(jī)類、電類學(xué)生學(xué)習(xí)持續(xù)性動力不足和厭學(xué)問題，提出了新的教學(xué)理念：以學(xué)生為本，從知識傳輸過渡到能力傳輸。在教方面，改變傳統(tǒng)過于注重知識傳授的傾向，實(shí)行“三導(dǎo)師”（學(xué)業(yè)導(dǎo)師+項目導(dǎo)師+企業(yè)導(dǎo)師）和“全程導(dǎo)師”，通過高科技知識的引入和科研項目的引導(dǎo)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣；在學(xué)方面，以智能制造技術(shù)為驅(qū)動力，以興趣為導(dǎo)向，加強(qiáng)學(xué)習(xí)主動性，使獲得知識與技能成為學(xué)生的正確價值觀，不再以應(yīng)付考試為學(xué)習(xí)目標(biāo)。以學(xué)生適應(yīng)時代發(fā)展為需求，全面提升學(xué)生素質(zhì)。

2.2構(gòu)建新課程體系：突出四個結(jié)合

構(gòu)建符合智能制造時代發(fā)展和把脈學(xué)術(shù)前沿的新課程體系，主要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性、課程結(jié)構(gòu)的時效性、教學(xué)方法的新穎性和教學(xué)手段的多元化等方面。

強(qiáng)化知識與能力的融合，對課程設(shè)置提出了四個結(jié)合要求：新科技與課程內(nèi)容相結(jié)合，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，課堂教學(xué)與第二課堂相結(jié)合，企業(yè)實(shí)習(xí)與社會實(shí)踐相結(jié)合，形成“3+1”培養(yǎng)模式。強(qiáng)化選修課，增加學(xué)科前沿課程，將智能制造新技術(shù)反映到教學(xué)中，讓科研成果進(jìn)教材和轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)。

增加實(shí)踐課程學(xué)時，增加學(xué)術(shù)周，以實(shí)際應(yīng)用為背景，建立小課程，讓企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)課堂。擴(kuò)大教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)科競賽、科研項目、研討、撰寫專利，發(fā)表論文等形式的隱性課程的設(shè)置，完善了考核評價機(jī)制。新課程體系培養(yǎng)方案、新舊課程體系對比及實(shí)施效果等材料見附件。

2.3教學(xué)手段多元化：強(qiáng)化從知識傳輸?shù)侥芰鬏?/p>

智能制造技術(shù)驅(qū)動了教學(xué)手段的多元化、多層次發(fā)展，不再局限于單一課堂教學(xué)，從知識傳輸過渡到能力傳輸。每學(xué)期第10周專門設(shè)為“工大學(xué)術(shù)周”，學(xué)生走出課堂，參加學(xué)術(shù)活動，主要參加形式有：前沿技術(shù)講座、專家論壇、機(jī)械創(chuàng)新大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽、科研成果展示、產(chǎn)品制作等。每學(xué)期舉辦兩次“導(dǎo)師超市”，讓學(xué)生選擇導(dǎo)師，參與科研項目。與東風(fēng)、二汽等多家省內(nèi)外制造企業(yè)建立了產(chǎn)學(xué)研合作模式和企業(yè)聯(lián)盟，讓學(xué)生進(jìn)企業(yè)見習(xí)、參觀、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)，讓企業(yè)工程師和企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)課堂，參與課堂教學(xué)等形式，有效地擴(kuò)展了學(xué)生的視野，在企業(yè)實(shí)踐中把握智能制造時代的發(fā)展方向。經(jīng)過多年的探索與實(shí)施，形成了一個從知識傳輸?shù)侥芰鬏數(shù)挠诵麦w系。

3課程教學(xué)創(chuàng)新

3.1教學(xué)理念創(chuàng)新

提出了“知識傳輸+能力傳輸”的新教學(xué)理念。以學(xué)生為核心，以知識傳輸為基礎(chǔ)，重視能力傳輸。在教學(xué)過程中，教師作為輸入端，學(xué)生為吸收端，傳統(tǒng)教學(xué)偏重輸入端，輕視吸收端，教師以灌輸知識為主，學(xué)生以考試為目標(biāo)。新課程體系，將最新智能制造技術(shù)快速融入課堂教學(xué)，科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，追蹤學(xué)術(shù)前沿，擴(kuò)展教學(xué)視野。以智能制造高科技為驅(qū)動力，實(shí)行全程導(dǎo)師制，新科技與課程內(nèi)容相結(jié)合，理論知識與科研項目相結(jié)合，通過知識傳輸，實(shí)現(xiàn)能力傳輸。

3.2教學(xué)模式創(chuàng)新

設(shè)計并實(shí)施“引導(dǎo)型、鼓勵型、啟發(fā)型、互動型”多元一體的教學(xué)模式，形成導(dǎo)師制。將專業(yè)知識的講授與智能制造實(shí)際案例結(jié)合起來講解，引導(dǎo)學(xué)生了解自己未來的專業(yè)方向；鼓勵他們解決智能制造過程中的實(shí)際技術(shù)問題，在碰到問題時啟發(fā)他們思考，形成老師與學(xué)生之間的來回互動模式，不斷互相交流、學(xué)習(xí)，碰撞出思維的火花。“導(dǎo)師超市+全程導(dǎo)師”倒逼老師人人有高水平的科研項目，學(xué)生人人有感興趣的課題，起到科教融合、使學(xué)生能力大提升的教學(xué)效果。

3.3教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新

形成“深入化、精品化、實(shí)戰(zhàn)化”的教學(xué)實(shí)踐模式。通過學(xué)校導(dǎo)師與企業(yè)導(dǎo)師的聯(lián)合教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生深入制造企業(yè)進(jìn)行實(shí)際動手操作，深入了解產(chǎn)品制造的每一個環(huán)節(jié)所涉及的專業(yè)知識，將課堂中所學(xué)理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，批判性思維和解決問題能力因此得到全面提升。充分挖掘?qū)W生的專業(yè)特長，鼓勵他們根據(jù)興趣提高自己的動手能力，將自己所接觸的課題和任務(wù)做成精品，并給予充分的獎勵，讓學(xué)生充分體會和享受到科研實(shí)踐帶來的自我價值感受。

4科教融合模式實(shí)踐

4.1教學(xué)改革

新課程體系的建設(shè)有力推動了機(jī)電學(xué)科大類課程體系、課程結(jié)構(gòu)和人才培養(yǎng)模式的改革，“畫法幾何”等課程建設(shè)成為了省級精品課程，“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”等獲批湖北省省級一流本科課程。將融合光、電、機(jī)械等多學(xué)科的先進(jìn)智能制造與檢測技術(shù)融入課堂授課內(nèi)容和課程體系，形成了智能機(jī)器人、激光加工與表面技術(shù)、超精密加工與檢測技術(shù)、信息檢測與處理技術(shù)等具有特色的研究方向。

4.2人才培養(yǎng)

新課程體系實(shí)施以來，人才培養(yǎng)效果顯著，學(xué)生受益面廣，每年覆蓋近30個自然班，主干課程學(xué)生到課率達(dá)100%，獲國家獎學(xué)金近70人，就業(yè)率96.02%，考研率22%，高端就業(yè)率32.6%，獲省優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文57篇。已畢業(yè)5屆學(xué)生4420名，每屆有30多名學(xué)生進(jìn)入格力、富士康、華為等國際500強(qiáng)企業(yè)任職，40多名學(xué)生出國讀研，還有多名畢業(yè)生自主創(chuàng)業(yè)。學(xué)生在校期間不僅學(xué)業(yè)成績突出，而且綜合實(shí)踐能力也大幅提高，學(xué)生積極參加各類學(xué)科競賽，參與率30.5%，獲“挑戰(zhàn)杯”“飛思卡爾”“電子設(shè)計大賽”“大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計”“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、湖北省大學(xué)生金相技能大賽、全國大學(xué)生機(jī)器人大賽機(jī)甲大師賽RoboMaster、中美青年創(chuàng)客大賽等學(xué)科競賽獎80多項。

4.3成果交流及輻射效應(yīng)

2016年4月，長江日報以《“超市”里選導(dǎo)師，本科生自己決定跟誰學(xué)》為題，報道了“導(dǎo)師超市”。本科生在“導(dǎo)師超市”里，自主選擇導(dǎo)師參加科研及學(xué)科競賽，同時，湖北日報荊楚網(wǎng)、中國教育在線、搜狐網(wǎng)、湖北新聞網(wǎng)等媒體多次廣泛報道了“導(dǎo)師超市”。美國印第安納州立大學(xué)厲小龍教授，英國普利茅斯大學(xué)Peter教授等專程來我校就機(jī)電大類課程體系進(jìn)行了國際交流，簽訂了“2+2”聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，已有多名交換生獲雙方學(xué)位。

5結(jié)語

教學(xué)與科研如車之兩輪、鳥之雙翼，既相互支撐與聯(lián)動，又相互促進(jìn)與提升，呈螺旋上升態(tài)勢，科學(xué)研究必然會為教學(xué)提供新內(nèi)容、新觀點(diǎn)和新方法。科學(xué)研究是大學(xué)活力的源泉，科教融合是提高大學(xué)教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。基于科教融合的機(jī)電學(xué)科大類課程新體系的構(gòu)建與實(shí)踐，對于培養(yǎng)我國科技創(chuàng)新大環(huán)境下的智能制造型人才具有重大意義。

*通訊作者：章秀華

基金項目：湖北省普通本科高校“荊楚卓越工程師協(xié)同育人計劃”項目（2016038）

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