工程教育認(rèn)證背景下的《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)改革研究

吳神麗，劉 凌，梁小明，姚梓萌，張艷麗

（西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是實(shí)現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。我國的工程專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)是教育部于2006年啟動，于2013年時先成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會員[2]，直到2016年正式加入《華盛頓協(xié)議》[3]。指出工程教育是通過培養(yǎng)本科生綜合能力強(qiáng)且能解決復(fù)雜工程問題，符合國際標(biāo)準(zhǔn)，使其具有高素質(zhì)的人才質(zhì)量和綜合的畢業(yè)能力[4-5]。同時，面向工程教育認(rèn)證和應(yīng)用型本科院校，教學(xué)改革需要從人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、命題計(jì)劃表等進(jìn)行相應(yīng)的改革。工程教育認(rèn)證已成為評估各大高校工程教育質(zhì)量的一個重要準(zhǔn)則[6-8]。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化是本校進(jìn)行工程認(rèn)證專業(yè)的其中一個專業(yè)，《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是本校機(jī)械類專業(yè)的重要專業(yè)課程之一。根據(jù)工程認(rèn)證相關(guān)文件，本課程與工程教育認(rèn)證的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求存在一定的差距，因此要更注重培養(yǎng)學(xué)生較高的人才素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。基于此，本課程針對教學(xué)過程中存在的現(xiàn)狀與不足，進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革。本課程將基于“專業(yè)認(rèn)證+新工科”理念，發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢，整合科研資源，以期達(dá)到學(xué)生學(xué)習(xí)變“被動”為“主動”，培養(yǎng)具有跨學(xué)科交叉融合、創(chuàng)新強(qiáng)、綜合度高、解決復(fù)雜工程問題的“新工科”人才。

1 課程現(xiàn)狀與不足

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)時間緊、任務(wù)重，不能適應(yīng)新工科對人才的需求

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中抽象概念和公式較多，新技術(shù)和新工藝較少介紹，使前沿科學(xué)知識引入不足，無法較好調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，無法對標(biāo)工程教育認(rèn)證背景下畢業(yè)要求對應(yīng)的指標(biāo)點(diǎn)。本課程涉及多學(xué)科交叉知識，不能直接機(jī)械疊加本課程的學(xué)科是指，而需要不斷有機(jī)結(jié)合課程知識結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)技術(shù)。由于不斷深入和細(xì)化的工程科學(xué)，使得工程方法得到不斷發(fā)展，因此，從業(yè)者面臨不斷提高的知識和能力要求，導(dǎo)致課堂學(xué)時不夠。

1.2 現(xiàn)有實(shí)踐環(huán)節(jié)覆蓋面不全，學(xué)生工程應(yīng)用能力培養(yǎng)較弱

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)教師通過課本、多媒體、板書教授理論，以多媒體為載體，學(xué)生參與度較低。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的需完成目標(biāo)較為單一，缺乏引導(dǎo)提升學(xué)生理解復(fù)雜工程網(wǎng)問題和解決復(fù)雜工程問題的能力。教學(xué)方法傳統(tǒng)單一使得學(xué)生分析并解決實(shí)際工程問題無法解決，不符合能力要去和工程要求。在后續(xù)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)和學(xué)生參與學(xué)科競賽，學(xué)生針對機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)控部分的能力存在明顯不足，不能滿足工程教育認(rèn)證的工程類畢業(yè)生能力的要求。

1.3 課程建設(shè)中存在一定“工具理性”與“價(jià)值理性”的脫節(jié)

機(jī)械專業(yè)學(xué)生的價(jià)值觀存在價(jià)值取向更趨多元化的表現(xiàn)，具有機(jī)械類學(xué)科自身的特點(diǎn)，學(xué)生接受的課程教育重點(diǎn)多集中在技術(shù)和知識層面，行動借助理性達(dá)到自己需要的預(yù)期目的，對價(jià)值主導(dǎo)的認(rèn)同上增加了困難和復(fù)雜，需在滿足基于工程教育認(rèn)證背景下的課程目標(biāo)的前提下引入思政元素。

2 課程改革措施

基于“工程教育認(rèn)證+新工科”理念，針對本課程目前存在的現(xiàn)狀和不足進(jìn)行教學(xué)改革，改革思路如圖1（P188）所示。

圖1 本課程教學(xué)改革思路

2.1 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容體系，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)方式與培養(yǎng)方向協(xié)同

基于工程專業(yè)認(rèn)證背景下，首先以機(jī)械與電子結(jié)構(gòu)為本體，構(gòu)建本課程的新思維體系，以機(jī)電控制為核心，形成本課程的機(jī)電一體化理念。教學(xué)過程中尊重每個學(xué)生的個體差異，采用多樣性教學(xué)模式，倡導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系矩陣如表1所示，畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系矩陣

表2 畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系

圍繞本課程中工程專業(yè)認(rèn)證和新工科中知識鏈條的需求，教學(xué)內(nèi)容以機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)能力主線，分為機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的知識模塊完成教學(xué)。每個知識模塊包含理論知識、應(yīng)用技能和思政素養(yǎng)三個層次。以思維導(dǎo)圖方式重構(gòu)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，采用“為什么學(xué)―學(xué)什么―怎么應(yīng)用”的原則進(jìn)行講授，每個章節(jié)圍繞“提出問題―分析問題―解決問題”模式，同時結(jié)合工程設(shè)計(jì)案例、教師科研項(xiàng)目和相關(guān)學(xué)科競賽強(qiáng)化知識點(diǎn)的實(shí)踐應(yīng)用。

2.2 線上線下學(xué)習(xí)模塊建設(shè)，實(shí)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)協(xié)同

線上學(xué)習(xí)模塊在泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行建設(shè)。通過學(xué)習(xí)通發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單和國家精品課程視頻，針對知識點(diǎn)構(gòu)建前測和后測題庫。在學(xué)習(xí)通平臺上建設(shè)課后作業(yè)、習(xí)題講解、討論區(qū)和問卷調(diào)查等環(huán)節(jié)與學(xué)生互動。線下學(xué)習(xí)結(jié)合學(xué)習(xí)通進(jìn)行互動式實(shí)體課堂，以研討、案例互動、案例分析、脈絡(luò)梳理為主。

篩選翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容，學(xué)生進(jìn)行課前準(zhǔn)備，進(jìn)行組內(nèi)分工合作和準(zhǔn)備翻轉(zhuǎn)課堂相關(guān)演示材料，對自學(xué)成果進(jìn)行展示。教師對學(xué)生講解過程中存在問題進(jìn)行分析、指導(dǎo)和總結(jié)，教師與其他同學(xué)進(jìn)行評價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)和自我展示能力的目的。

2.3 重組實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同

采用“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)組織形式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)的開展。同時，以學(xué)生為主題，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教師的科研項(xiàng)目和相關(guān)學(xué)科競賽，采用項(xiàng)目驅(qū)動方式，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、探索精神和問題求解能力。

2.4 建立課程多元化評價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)考評與教學(xué)過程協(xié)同

針對本課程學(xué)習(xí)任務(wù)和特色，研究了能夠與專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)緊密關(guān)聯(lián)的課程目標(biāo)。以產(chǎn)出為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)了課后作業(yè)、討論課、項(xiàng)目課、實(shí)驗(yàn)、期末考試等考核環(huán)節(jié)，構(gòu)建了面向能力指標(biāo)的過程考核體系，如表3所示。

表3 面向能力指標(biāo)的多元化評價(jià)體系

2.5 課堂引入思政元素，形成專業(yè)教育和思政教育有機(jī)融合

修訂教學(xué)大綱，根據(jù)章節(jié)和知識點(diǎn)引入思政元素，如線上思政元素學(xué)習(xí)和討論，線下課堂同步引入和課后討論思政元素主題等。強(qiáng)化學(xué)生對當(dāng)前國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展大趨勢的認(rèn)知，意識到團(tuán)隊(duì)協(xié)作和專業(yè)知識技能的重要性，引導(dǎo)綠色設(shè)計(jì)理念，形成專業(yè)教育和思政教育有機(jī)融合。

3 考核方式及評價(jià)方法

基于工程認(rèn)證和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的背景下，需要更好評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和應(yīng)用能力，注重學(xué)生的過程性評價(jià)，各環(huán)節(jié)評定方式如表4所示。具體考核比例為總成績=線上成績×30%+過程性考核×20%+期末成績×50%。

表4 面向能力指標(biāo)的多元化評價(jià)體系

本課程的評價(jià)方法使評估本課程達(dá)成度和教學(xué)持續(xù)改進(jìn)的重要步驟。將課程評價(jià)由以學(xué)生評教為主轉(zhuǎn)為以學(xué)生評學(xué)為主，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和效果來進(jìn)行評價(jià)。一方面，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中和整個學(xué)期考核結(jié)束后，通過線上過程性學(xué)習(xí)、線上測試和線上任務(wù)點(diǎn)完成情況等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析學(xué)生實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的達(dá)成度、存在問題、薄弱項(xiàng)目等，進(jìn)行學(xué)生學(xué)情反饋并進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)；另一方面，通過設(shè)置包括有課程目標(biāo)、畢業(yè)要求等達(dá)成度情況的線上問卷調(diào)研，讓學(xué)生進(jìn)行自我評價(jià)。針對學(xué)生的調(diào)研結(jié)果全面總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和達(dá)成度情況。

4 結(jié)論

本文面向“新工科+專業(yè)認(rèn)證”背景下對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，提出基于四種協(xié)同的線上線下混合式授課模式，同時引入思政元素，更好發(fā)揮本課程在工程學(xué)科的理論與實(shí)踐相聯(lián)系的作用，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用相關(guān)理論知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的活力和創(chuàng)造性。期望通過本課程的教學(xué)改革促進(jìn)機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)課程間的交叉融合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)新性、實(shí)踐應(yīng)用能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。