機械電子工程專業(yè)課程體系改革與實踐

朱文才 胡國良

自21世紀以來，全球的科技發(fā)展日新月異，全球化、高科技和知識經(jīng)濟等已成為當今社會發(fā)展的主要特征，全球科技人才的競爭已經(jīng)成為一個國家創(chuàng)新水平和綜合國力的集中體現(xiàn)。走中國特色的工業(yè)化道路、建設人才強國及建設創(chuàng)新型的國家等一系列重大戰(zhàn)略部署對我國的教育改革提出了新的目標和要求。因此，培育具有國際競爭力的工程科技人才迫在眉睫。為了實現(xiàn)這一培養(yǎng)目標，我國自2005年就開始逐步建立工程教育專業(yè)認證體系[1]。2013年《華盛頓協(xié)議》正式接受我國成為其預備成員，2016年中國成為《華盛頓協(xié)議》的第18 個正式成員。

自我國成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員國以來，工程教育認證的理念已經(jīng)得到國內(nèi)高校的認可。在《工程教育認證標準》（2017年11月修訂）中，特地強調(diào)了培育學生解決復雜工程問題能力的要求，工程認證的重要指標之一就是對學生能力的培養(yǎng)[2]。基于《工程教育認證標準》的指導說明和所提到的“復雜工程問題”的特征，闡明了復雜工程問題的要求及意義。所謂的“復雜工程問題”，就是很難用一般的方法和簡單的原理直接解決的，必須經(jīng)過深入剖析其工程原理才能解決的問題，因此學生必須在掌握基礎(chǔ)知識后學會綜合應用所學到的知識。涉及的工程技術(shù)和其他因素越多，復雜性就越強。為了解決復雜的工程問題，學生需具備創(chuàng)造能力，能夠靈活應用現(xiàn)有原理，查閱相關(guān)文獻，以解決基本專業(yè)知識未涵蓋的問題。對于復雜的工程問題，單個學科或?qū)I(yè)往往無法解決。復雜工程問題的方案設計應該跨學科，能夠提出不止一種解決方案，并做出選擇和決策。

隨著工業(yè)4.0 和新一輪科學技術(shù)產(chǎn)業(yè)的改革與發(fā)展，最新經(jīng)濟的發(fā)展以及人類將面臨的復雜問題都在不斷升級和變化，機械電子工程專業(yè)迫切需要培養(yǎng)具有解決復雜工程問題能力的相關(guān)人才。因此，本文從機械電子工程專業(yè)培養(yǎng)目標達成入手，提出解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系改革具體措施。

一、機械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)目標

機械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)品德高尚，具有良好職業(yè)素養(yǎng)和較強社會責任感，具有扎實的機械電子專業(yè)基礎(chǔ)知識和適應機械電子工程行業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的能力，具備一定的創(chuàng)新能力，能在機電一體化及軌道交通等相關(guān)領(lǐng)域從事機械電子系統(tǒng)的設計、制造、運維等相關(guān)工作的高素質(zhì)應用型工程技術(shù)人才。機械電子工程專業(yè)培養(yǎng)的學生在畢業(yè)五年后應達到的目標具體有四個方面。

第一，職業(yè)素養(yǎng)。具有社會責任感、職業(yè)道德和人文素養(yǎng)，能履行并承擔應盡的社會責任和義務，能在工程實踐中貫徹和執(zhí)行行業(yè)的相關(guān)法律規(guī)定。

第二，工程能力。能針對機械電子、軌道交通等行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品或裝備，進行機械電子一體化設計、制造及控制等，能夠負責產(chǎn)品或裝備的運行和維護，且能解決相關(guān)的復雜工程技術(shù)問題。

第三，團隊合作交流。能在多學科背景下進行溝通交流，能夠在跨文化的條件下工作和溝通，且能適應團隊的工作環(huán)境。

第四，自身持續(xù)發(fā)展。能緊跟國內(nèi)外新技術(shù)的發(fā)展，吸取新的知識并加以應用，積極尋求新的崗位和新的職業(yè)機會，并且能在各種工作崗位中作出應有的貢獻，實現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。

為了能達到上述的培養(yǎng)目標，則需培養(yǎng)機械電子工程專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力與意識，這是一個系統(tǒng)化的工程，其改革會涉及大學教育的各個方面和環(huán)節(jié)。除了提高專業(yè)教師的工程能力及完善教學支撐的條件之外，加強課程體系建設也是關(guān)鍵措施之一。另外，機械電子工程專業(yè)在實踐當中所面臨的問題主要是綜合性的復雜工程問題，其特點有多個方面：面對具有一定復雜性和先進性的機械電子產(chǎn)品或系統(tǒng)，經(jīng)典的傳統(tǒng)方法幾乎是不能解決的；只有運用深入的機械電子工程原理或借助現(xiàn)代工具進行分析，這一問題才有可能得以解決；存在一定的約束條件，需要許多技術(shù)性指標，而且指標相互之間很可能存在一定的沖突；涉及多種類型的知識點，不能由單一的理論知識進行解決。

二、機械電子工程專業(yè)課程體系改革的具體措施

為了解決機械電子工程系統(tǒng)所面臨的復雜工程問題，機械電子工程專業(yè)的學生至少應具備通過觀察能夠提出復雜機械電子工程問題的能力，通過深入的調(diào)查和分析能獨立解決復雜的機械電子工程系統(tǒng)問題的能力，并且能綜合運用多學科的相關(guān)知識，能夠運用各種現(xiàn)代化工具進行機械電子產(chǎn)品的工程設計的能力，以及具備工程師應有的社會責任感和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的意識。專業(yè)課程設置需將復雜工程問題類型和實例的知識能力要素進行層次和維度的劃分，并將其細分為各種實踐型課程。在教學的過程當中，要求負責該課程的教師根據(jù)解決復雜工程問題制定課程大綱，內(nèi)容包括課程目標及其與能力要素的對應關(guān)系、與教學內(nèi)容和方法的對應關(guān)系、與其他課程的關(guān)系、實現(xiàn)課程目標的途徑等，以及學生的表現(xiàn)、教學資源、課程目標的評價方法。基于課程目標完成專業(yè)課程教學，以使學生滿足相應的畢業(yè)要求，確保專業(yè)課程的設置能夠培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。對于解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系改革，具體措施主要有四個方面。

（一）建設綜合知識課程平臺

對于機械電子工程專業(yè)，根據(jù)培養(yǎng)要求、學科特點和畢業(yè)要求等，分別組建公共基礎(chǔ)課平臺、學科基礎(chǔ)課平臺、專業(yè)課平臺和實踐教學平臺等四個綜合性課程平臺，如圖1 所示。其中，公共基礎(chǔ)課平臺主要包括計算機應用基礎(chǔ)、大學英語、交通概論、形勢與政策、思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)、中國近現(xiàn)代史綱要、馬克思主義基本原理概論、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論等理論課程；專業(yè)課平臺主要包括測試技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、機械設計、機械原理、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、控制工程基礎(chǔ)等任務相關(guān)的課程；實踐教學平臺主要包括電工電子學課程設計、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設計、機械設計課程設計、機械原理課程設計、機電一體化系統(tǒng)設計課程設計、專業(yè)導論等實踐課程；學科基礎(chǔ)課平臺主要是開設一些專業(yè)入門的理論課程，包括理論力學、材料力學、電工電子學、流體力學、工程化學基礎(chǔ)、高等數(shù)學、線性代數(shù)、畫法幾何及機械制圖、大學物理、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等課程。

圖1 課程平臺的關(guān)系圖

（二）建設專業(yè)課程群

傳統(tǒng)的機械電子專業(yè)課程把每一門課程都作為獨立的知識點，在學習時，學生就只能學習這一門課程的內(nèi)容和知識點，弱化了課程之間的相互關(guān)系，使得學生很難整合不同學科之間所學習的內(nèi)容[3]。為了反映專業(yè)知識之間的相關(guān)性，使學科專業(yè)知識得到整合和提高，應根據(jù)課程的特征，對原來的專業(yè)課程按照相關(guān)性和系統(tǒng)性進行整合重組，形成各個課程群，這是打破學科之間知識隔閡的一種有效途徑。在原有課程的基礎(chǔ)上，以專業(yè)基礎(chǔ)課程群為基礎(chǔ)，以公共基礎(chǔ)課程和學科基礎(chǔ)課程為輔，組成機械電子工程專業(yè)的整個課程體系，從而提高機械電子工程專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力。這樣的課程教學設計，既能夠維護學科課程之間的相關(guān)體系，又能確定各個課程在知識和能力等方面的定位，便于教師按照工程認知思維過程進行課程順序的安排。

（三）建設層次化遞進式的實踐教學課程體系

培養(yǎng)機械電子工程專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力是提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量、打造人才培養(yǎng)特色的重要途徑。如果沒有足夠的實踐，那么解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)就只能是紙上談兵。它的復雜性和工程特性決定了學生實踐能力的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)的、全面的任務。因此，有必要建立一個完整的、一體化的實踐教學課程體系，并且進行層次化遞進式的培養(yǎng)[4]。為此，應加強實踐教學在課程體系中的權(quán)重，合理設置綜合性實踐教學課程。通過與理論課程整合、層次化能力培養(yǎng)的方式，構(gòu)建工程基礎(chǔ)實踐、專業(yè)基礎(chǔ)實踐、創(chuàng)新實踐和綜合實踐等四個方面的實踐教學體系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，以及團隊合作、溝通、終身學習等能力，以落實復雜工程問題解決能力的培養(yǎng)。通過面向復雜工程問題的綜合實踐與檢測，再次測試和提高學生解決實際復雜工程問題的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生動手實踐的能力。“解決復雜工程問題的能力”培養(yǎng)要求學生能在工程和技術(shù)層面識別多個影響因素，準確判斷問題所在，使用現(xiàn)有理論分析問題，并提出創(chuàng)新性的解決方案。因此，為了更好地利用實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)具有上述能力的學生，機械電子工程專業(yè)需要厘清培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求的關(guān)系，并根據(jù)基本認知、創(chuàng)新意識等由淺入深逐步發(fā)展的認知規(guī)律，進行實驗教學環(huán)節(jié)的分層設置、大綱的編制、實驗教學環(huán)節(jié)的實施，并制定詳細的考核評價標準，使學生更容易滿足畢業(yè)要求[5]。

（四）采取多樣化的考核方式

為了培養(yǎng)機械電子工程專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力，除了需要按照上述課程體系進行教學之外，還需要對教學效果進行評估。在以往的教學中，教師對學生的考核評價主要基于平時表現(xiàn)、作業(yè)、實驗室報告和期末考試，從而得出教學目標的相關(guān)達成度，體現(xiàn)學生對課程知識點的掌握程度。然而，現(xiàn)如今工程教育的目的是培養(yǎng)學生的綜合能力，因此，以往的考核評價方式在評價學生解決復雜工程問題的實踐能力和綜合應用能力培養(yǎng)的效果時還存在一些不足之處。為了更全面、客觀地了解學生的學習情況，促進教師提高教學質(zhì)量，必須從多個方面對學生進行綜合評價，采用多樣化的過程評價方法。高校要針對不同的課程和能力指標采用不一樣的評價方法，即采用多樣化的評價方法。為了提升學生解決復雜工程問題的實踐能力，教師要重視平時的考核，加強實踐的評估。在上課期間，學生可以采取在講臺上講課、派代表分組講課、口頭報告等形式，表達對其所學內(nèi)容的理解。這種形式可以讓學生梳理他們所學的內(nèi)容，并深刻理解所學的知識，也可鍛煉學生在面對復雜問題時的處理能力。對于基礎(chǔ)課程，可采用課程作業(yè)、考試、專題分析報告和專題討論等方式進行考核；對于課程所對應的相關(guān)實驗或課程設計，則可采用實驗報告、文獻綜述、課程作品設計、課程答辯以及實習報告等多樣化的形式進行考核，以此來檢驗課程教學的效果。

綜上所述，無論是新工科建設還是工程教育專業(yè)認證的需要，機械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)都需要定位于培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)不僅能使機械電子工程專業(yè)的學生了解技術(shù)本身，還能使其了解在應用技術(shù)時所面臨的復雜工程問題。為解決機械電子工程專業(yè)學生所面臨的復雜工程問題，本文從建設綜合知識課程平臺、建設專業(yè)課程群、建設層次化遞進式的實踐教學課程體系和采取多樣化的考核方式四個方面提出了解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系改革具體措施。