新工科背景下機械電子工程專業教學改革研究

王靜雯

（四川工業科技學院 智能制造與車輛工程學院，四川 德陽 618500）

一、新工科背景下專業教學新需求

2016年，新工科概念問世。隨后，部分工科高校在國家教育主管部門的召集引導下展開相關政策理論研究，另有“復旦共識”“天大行動”等一系列倡議性文件的出臺，旨在進一步擴大政策的影響范圍。新工科是我國工程教育發展的新思維、新方式，是工程教育改革的重大戰略選擇，一經提出，便引發高校廣泛關注并獲得快速發展。無論是新學科或交叉學科的興起，還是傳統工科的轉型升級，目的均在于適應全新的經濟發展需要，培養新型科技工程人才。總的來說，新工科對專業教學有兩方面的主要影響：（1）專業設置方面。新工科屬于系統工程，涉及整個人才培養體系，絕不簡單意味著學校名稱或教育類型的疊加與更換。要想推行新工科建設，推動新工科改革理念落地，必須將其貫穿專業人才培養實踐中，必須重視并強化專業教學工作。新工科專業的產生主要得益于社會的發展與技術的進步。一方面，在社會發展背景下，新產業與新業態產生，進而形成新職業；另一方面，科技進步為社會帶來了新技術與新經濟。學科交叉作為新技術與新經濟的主要特征，與新職業再次交匯形成了新工科專業［1］。新產業形態必將制造新的職業崗位，而新的職業崗位則勢必催生新工科專業。此外，伴隨著新技術與新經濟的問世，倡導多學科交叉成為新工科的發展目標，而不同學科實現有機融合后又將誕生許多新專業。（2）專業人才培養方面。在國家工業化初級階段，知識屬性較弱且技術附加值偏低的勞動密集型產業是主要產業，而高校作為人才的“供應商”，同樣以培養傳統產業人才為主，旨在推動國家的工業化發展。比如，大部分高校在面向技術含量低且機械加工尚未實現精細化的傳統機械行業開設了機械類的相關專業。這種人才培養方式的確在一段時期內滿足了機械類行業和企業的發展需求，但是隨著科技的不斷進步與企業和行業需求的不斷提升，其滯后性逐漸顯現出來，甚至嚴重阻礙了人才的發展。在新工科背景下，高校專業人才培養目標的定位發生了轉變。一方面，“制造強國”目標提出了更高的職業需求；另一方面，實現“中國智造”目標也要求知識含量與智能化水平的提升。因此，高校在延續以至強化新工科專業人才實踐性與應用性的基礎上，轉而培養新時期所需的專業人才，以期更好地服務社會經濟的發展。

二、新工科背景下機械電子工程專業面臨的挑戰

機械電子工程專業是工程科學的新生專業，具有較強的應用性，致力于培養機電產品與系統等領域的專門人才，作為原機械類專業與其他學科交叉融合的產物，現已在一定程度上打破了學科界限，然而就其教育教學實踐來看，仍然存在諸多問題。總體來看，在新工科背景下，機械電子工程專業主要面臨以下幾方面的挑戰。

（一）迎合新形勢需要制訂人才培養方案

當前，不少機械類專業在專業課程設置過程中尚不具備邏輯性與系統性思維，而是體現出較大的隨意性等特點，導致各門課程之間關系混亂，繼而引發兩點問題：一是課程獨立性較差，課程內容重復度偏高；二是重要課程內容缺失。從機械電子工程專業人才培養方案來看，該專業目前仍然傾向于面向傳統機械行業而非機械行業新興業態進行課程設置，導致人才難以滿足大數據、云計算、物聯網、人工智能等新技術與新材料，以及集成電路、智能制造等新產業的需求［2］。因此，在新工科背景下，機械電子工程專業有必要結合新形勢的需求設置課程體系，并制訂人才培養方案。

（二）結合工程創新人才需求選擇教學內容

目前，部分高校機械電子工程專業在課程設置的過程中仍然堅持以傳統學科為導向，構建了包括學科基礎課、專業方向課、公共基礎課、實踐性課程及素質拓展課程等在內的課程體系，具體包括“機械原理”“機械設計”“機械制造基礎”“機械制圖”“材料力學”“理論力學”“電子學”及“電工學”等課程。從名稱上來看，這些應用型高校的課程設置與研究型高校一致，而從技術路徑角度來看，課程依舊是由機械電子工程專業學術權威結合以往經驗，并借鑒其他大學課程體系設置而成。機械電子工程專業是傳統機械設計與制造專業升級后的結果，致力于培養工程創新人才，因此其教學內容必須能夠適應新業態的發展需求。具體而言，需及時解決當前存在的實踐教學內容與社會產業需求相脫節的問題，在實踐教學過程中積極應用先進的科技成果，通過對接教學內容與工作內容，確保高校人才培養工作適應企業的需求。此外，還需統一規劃科創項目與案例，確保項目間保持密切關聯，有效提高學生的工程創新能力。學生創新訓練項目類型多元，具體包括循環式創新訓練項目、分段式創新訓練項目及對應式創新訓練項目等。因此，需結合具體訓練目標選擇訓練項目類型，從而有效提高學生的機械設計能力與綜合素養。

（三）結合變革需求創新教學方法

作為工程科學的新生專業，機械電子工程專業仍然保有傳統機械類專業的特點與屬性，具備較強的系統性與扎實的學科基礎，因此，該專業基礎課程體系相對穩定成熟。然而，換個角度來看，該專業基礎課程存在靈活性較差等弊端，導致教師難以及時迎合需求完成轉換，未能做到理論聯系實際，仍然采用講授式教學方法，進而使得該專業的實踐性發揮受阻，專業人才培養目標難以實現。因此，在新工科背景下，機械電子工程專業還需迎合變革需求創新教學方法。

三、新工科背景下機械電子工程專業教學改革路徑

（一）確立專業能力目標

高校機械電子工程專業開展新工科建設工作需要基于新工科的理念，立足于企業需求、崗位要求及職業能力要求，積極借鑒國內外高水平應用型院校工程應用型人才培養工作理念，革新人才培養方案與模式，堅持以能力為導向，強調能力輸出，著力提高學生的自主學習能力、工程應用能力、實踐能力及專業綜合素養。另外，高校機械電子工程專業還需在確立具體方法的基礎上確立能力目標。關于方法，可以邀請企業技術人員與工程師等進入高校召開企業專家研討會，為該專業學生講授工作崗位類型、工作任務內容及職業能力要求等；也可以采用調研的形式，廣泛且深入地調查適合該專業畢業生從事的崗位群及其對畢業生提出的知識、能力和素質等要求；還可以安排專業建設人員采用梳理歸納法確立專業能力目標。采用上述方法，可以得出機械電子工程專業的能力培養目標：符合國家學生體質健康標準，具備正確“三觀”與愛國情懷，能夠自覺遵守國家法律法規；能夠運用數學、物理等自然科學基礎知識，以及機械基礎、電工電子、自動控制、計算機等專業知識解決機電工程技術問題；能夠運用專業知識技術并合理使用專業工具設計機電設備和控制系統，并進行安裝調試與維護改造等工程活動；能夠使用常用設備工具完成測試測量任務，并進行實驗設計、分析及改進工作；能夠設計制造機電產品及其零部件；能夠識別分析機電系統工程的實際問題，具備機電系統設計、集成及運行能力；能夠應用法律、經濟及管理等相關知識管理機電產品項目；具備團隊合作意識，能夠充分發揮自身的積極作用；能夠使用正確的方法檢索文獻資料，具備良好的書面與口頭表達能力；具備良好的自主學習能力與技術創新能力，能夠規劃自身學業與未來職業發展路徑，實現自身在專業領域內的可持續發展；具備社會責任感與良好的職業道德；具備實效意識，能夠持續精進自身。此外，還需進一步確立專業能力目標，包括機電產品設計制造能力、機電系統控制集成能力、機電設備裝調維護能力及項目管理與技術服務能力等四大核心專業能力。其中，機電產品設計制造包括機械產品設計、加工工藝編制、設備操作加工及產品質量等四項工作任務；機電系統設備控制集成主要包括控制系統設計一項工作任務；機電設備裝調維護包括機電產品零部件采購、機電產品安裝與調試、機械設備維修等三項工作任務；項目管理與技術服務主要包括機電產品項目管理、技術支持及機電設備營銷等三項工作任務。

（二）構建以能力模塊為導向的專業課程體系

高校機械電子工程專業需要結合四大核心專業能力及其細化要素，構建能力模塊化課程體系，解決傳統學科體系存在的課程內容短缺或重復的問題，實現課程系統化與關聯化。具體來說，可在機電產品設計制造模塊當中增設智能制造課程，推動專業教學與前沿技術之間的有機融合。在機電系統控制集成模塊中增設“自動化技術”“機器視覺”“生產系統數據采集”及“網絡通信”等課程，凸顯控制集成技術的應用價值；在機電設備裝調維護模塊當中增設“機電設備”“機電設備安裝調試維護綜合實驗”及“機電一體化技術”等課程，有效培養并提高學生的實操能力；在項目管理與技術服務模塊中增設“物聯網”“大數據”及“云計算”等課程，實現智能制造與管理技術能力之間的有機融合。教師應在確定課程能力要求的基礎上明確專業授課的目的，使用多元化教學方法開展專業課教學，并采用合理的考核方式，確保學生達成專業能力的要求。以能力模塊為導向的專業課程體系包括通識教育課程平臺與專業能力課程平臺兩個部分。其中，通識教育平臺課程又分為必修課程與選修課程，具體包括“高等數學”“大學英語”“物理”“創新創業教育”及“形勢與政策”等自然學科與素質拓展課程，基本安排在第一、二學年。專業能力課程平臺由產品設計制造、系統控制集成、設備裝調維護、項目管理與技術服務四個能力模塊組成，各模塊內部均設有數門必修課程與選修課程。傳統的機械電子工程專業課程體系的構建以學科為導向，強調各門課程知識的系統性與完整性，旨在提高學生的知識水平。新工科背景下的專業課程體系構建則以能力模塊為導向，注重以能力反推知識，引導學生掌握各項專業能力與各門專業課程知識。

（三）開展以能力模塊為基礎的專業課程教學實踐

在新工科建設背景下，機械電子工程專業教師需要結合各項專業能力要素，采用多元化的教學方法，借助能力驅動模式開展專業課程教學工作，培養學生的專業應用能力［3］。具體來說，教學實踐包括以下幾方面：（1）使用項目驅動方法的教學實踐，如“機電控制系統”“機電設備”“經濟分析”及“工程項目管理”等課程均可使用項目驅動法培養學生相應的專業能力。以自動化技術課程教學為例，教師首先設計電梯運行、恒溫控制、人機界面等一系列學習任務，然后安排學生設計電器原理圖、預算總體成本并購買電器元器件，最終完成硬件接線圖與PLC控制程序。這類教學實踐尊重學生的主體地位，使其得以在工作現場完成項目，能夠有效提高學生的工程應用能力。（2）使用現場教學方法的教學實踐。為了增加學生對專業課程知識內容的認識，許多機械電子工程專業往往采用現場教學法開展具體的教學實踐。以“機械制造過程”課程為例，該課程涉及傳統機加工、數控加工、特種加工、加工工藝及工藝裝備等多方面的內容，采用現場教學法可使學生在遵循制造環境標準安全規范的基礎上，觀察基本材料切削過程與各類機床加工過程，了解工藝裝備組成部分與使用方式，掌握速度、進給量及切削深度等數據計算方法，并使學生獨立完成部分基本材料的切削加工任務。（3）開展具體工程項目的教學實踐。鑒于機械電子工程專業課程僅能培養學生部分專業能力的局限性，可將工程技術大賽、創造杯及畢業設計等實踐環節融入人才培養體系中，并將創新想法與設計圖紙實物化，以進一步提高學生的專業能力與創業創新能力。另外，學生需在具備設計開發能力與專業技術問題解決能力的基礎上，具備項目管理能力、交流能力、社會責任感、團隊合作意識及時效意識等，并做到持續改進。

結語

新工科是我國高等教育改革的重要舉措，機械電子工程專業是典型的新工科專業，并且發展目標與新工科理念高度契合。在新工科建設的背景下，高校機械電子工程專業有必要明確并進一步確立專業能力目標，鎖定四大核心專業能力；改變傳統學科導向，轉而以能力為導向構建專業課程體系；以能力模塊為基礎，使用項目驅動法、現場教學法，并通過開展具體工程項目開展專業課程教學實踐。