新形勢下機電裝備設計課程建設探索與實踐

劉江，崔昭霞，那日蘇，李宗學，張楠

（內蒙古工業大學，內蒙古呼和浩特 010051）

隨著第四次工業革命的到來，學科交叉融合日益深入，對我國現有高等工程教育提出了新挑戰、新要求。2017年6月9日，教育部審議了《新工科研究與實踐項目指南》，提出新工科建設指導意見， 以主動適應新技術、新產業、新經濟發展需求[1,2]。為使工程技術人才與國際接軌，滿足人才國際化需求，國內各高校都開展了工程教育認證，建立持續的專業改進機制和文化，使學生能夠達到畢業能力要求[3,4]。2020年5月，教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求把思想政治教育貫穿人才培養體系，發揮好每門課程的育人作用，以培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者與接班人[5-7]。專業課作為培養人才的首要因素和核心教學環節，傳統的課程目標和教學模式已滿足不了社會、企業和學生發展的要求，課程體系與教學內容改革勢在必行。

機電裝備設計是面向機械設計制造及其自動化專業大四學生開設的實踐性和綜合性較強的專業必修課，需將機械系統、液壓氣動系統、檢測部件、微電子自動控制系統和驅動裝置以及信息處理技術，按系統工程和整體優化的方法集成，以解決復雜機電工程問題，是對所學知識的綜合和升華，是學生專業實踐能力提升的重要環節，為后續的綜合設計和畢業設計奠定基礎，所以提升教學質量對于機械設計制造及其自動化專業的學生來說至關重要。在教學過程中，課程組注重理論與實踐相結合，通過恰當的工程實例講解，培養學生的創新思維和設計能力， 但在對用人單位、學生調研反饋的問題來看，學生雖然專業知識較扎實，但是設計小型機電裝備和解決實際工程問題的能力不足，設計的產品結構理想化，與實際生產過程脫節，沒有將專業知識很好地轉化為設計能力?；谝陨显颍瑱C電裝備設計需要從課程目標、教學內容、教學策略、思政元素融合等方面進行改革，以滿足社會、企業和學生自身發展的新要求。

1 擬解決的主要教學問題

在工程教育專業認證的背景下，結合新時代全國高等學校本科教育工作會議對新時代人才培養提出的新要求，內蒙古工業大學機械工程學院對專業目標和畢業指標點進行了全面修訂，機電裝備設計課程擬解決的主要問題如下：

1.1 課程目標的確定

根據畢業要求分解的指標點，機電裝備設計需要達成5 個二級指標點，即需要學生掌握機電裝備基礎知識，提出合理可行的設計方案；能夠進行理論分析、設計計算及實驗驗證，并能按照技術標準規范、產業政策和法律法規等要求進行合理評價。所以確定的課程目標為：培養學生的創新思維和設計能力，對專業活動做到心有敬畏、行有所止；關注科學前沿動態，通過“機械設備”“機電裝備”“智能設備”的發展趨勢分析，激發學生的進取心；要勇擔時代使命，學好專業知識，提升小型復雜機電裝備設計能力和工程素養，努力成為德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。

1.2 教學內容的選擇與凝練

機電裝備設計是典型的跨專業融合課程，內容體現以機為主、機電結合的特色，包括傳動系統與部件、支承件、導軌的設計理論和選型方法、伺服系統的動力學設計方法及典型機電裝備設計等，內容點多面廣，實踐性較強，學生不易掌握。在教學課時減少的大趨勢下，需要按照畢業指標點對課程內容進行重新梳理與凝練，合理劃分課程單元和知識點，使教學內容對畢業指標點具有較強的支撐作用。考慮到機電裝備的特點，將課程內容按照各功能部件重新組織，使每節課都能解決一個小的工程問題。

1.3 教學策略的選擇與優化

隨著教育教學的信息化和智能化發展，以“黑板+粉筆+PPT”的傳統課堂教學模式已經無法滿足當前學習的需求，學生學習熱情不高、動力不足、效果不好，不愿意被動接受教師對知識的灌輸[8]。教師需要重新審視自己的教學策略，根據課程特點和學情，探索行之有效的課堂教學新模式，讓教學回歸教學的本質，即以學生為中心，產出導向，持續改進，激發學生對機電裝備設計學習的積極性和自主性，提升學生的機電裝備設計能力。

1.4 思政元素的有機融合

機電裝備設計教學內容包括數控機床和機器人等高端機電裝備的設計及零部件的選型，適合將大國工匠精神、家國情懷和使命擔當等思政元素融入知識點、案例教學、課堂討論等教學環節，真正起到 “思政入課堂，育人細無聲”的效果，以構建科學合理的課程思政教學模式。

2 課程改革策略與方法

2.1 混合課程實現學生自主學習

根據課程畢業指標點的要求，重新組織教學內容，以內蒙古工業大學優慕課平臺為依托，合理安排線上線下教學內容，簡單內容和平時考核線上進行，疑難點和交流討論線下完成，留出更多時間解決學習中遇到的問題，實現從教師傳授到學生自主學習的轉變?？紤]到機電裝備的特點，將課程內容按照主傳動系統，電伺服傳動系統、機架等部件重新組織，對每個功能部件進行設計分析，對課程內容進行單元設計，完成教學目標、單元導學、教學資源設計及學習評價設計等教學環節，根據單元設計中的知識點進行微課設計和制作。教學資源的甄選十分關鍵也十分耗時的，需要課程組教師分工協助完成。

2.2 問題導向，案例教學

教學內容的選擇與凝練，設計案例的層次性、邏輯關聯性是以問題為導向的課堂教學模式的前提和基礎。課程中的案例來源于教學團隊的科研項目，與生產實際聯系緊密，授課教師既熟悉項目立項背景，又可提供設計方案構思、設計計算的難點、加工制造裝配及設備使用等過程，學生可獲得設計案例的全部資料，能夠體驗到機電裝備設計的全過程。課前教師線上布置設計問題，課中以設計問題為導向，學生小組討論提出設計思路和方案，教師以設計案例為主線講解新知識，解決課前線上布置的設計任務，課后學生按照新知識點完成最終的設計方案，實現閉環教學，以更好地提升學生“發現問題—分析問題—解決問題—形成設計方案”的能力[9]。

2.3 “體驗式”項目大作業，搭建設計案例庫

以前的作業都是以知識點為基礎進行小部件設計，作業之間沒有相互聯系，設計成果未體現出機電裝備是一個有機結合整體的特點。而項目式大作業鼓勵學生結合課程要求，以小組為單位開展設計，需要完成項目方案設計、設計計算、結構設計、控制系統設計、圖紙繪制、成果展示等產品開發的全部環節，讓學生真正參與整個設計過程，有效提升學生的設計實踐能力。在項目式大作業環節，鼓勵學生結合課程特點選擇具有前沿性的項目，教師幫助學生甄別項目的可行性和可達性，分階段檢查項目的完成質量，及時修正學生設計中存在的問題，保證其能夠順利完成項目大作業。將完成質量好、體現課程特點的項目大作業，發布在線上優慕課平臺，與教師的項目一起構建設計案例庫，讓學生更好地體驗設計方法和過程，提升學生設計小型機電裝備的能力[10-12]。

2.4 聚焦國家需求，實現思政元素與課程內容有機融合

根據人才培養目標、課程目標，在講授機電裝備發展過程時，介紹相關的歷史背景，引導學生了解機電裝備[13-14]。關鍵零部件的設計選型是本課程的核心內容，通過分析國內外產品性能的差別，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。在講解設計案例的立項背景時，注重理論與實踐相結合，培養學生的創新思維和設計能力，使學生具備創新精神、社會責任感、人文修養和職業道德。如在講解固體火箭發動機安全脫模裝置設計時，采用五星教學法進行內容組織，用兩分鐘講述國內外固定火箭發動機的發展現狀，介紹我國在運載火箭領域所取得的輝煌成就，培養學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

3 評價方法和改革成效

為緊緊圍繞國家和區域發展需求，全面貫徹落實全員、全過程、全方位的質量考核評價理念，結合發展定位和人才培養目標，學校建立了校、院、專業三級教學過程質量監控保障體系及相應的考核評價制度，規范了教學過程質量監控機制，對教學過程進行組織、指揮、調控、監督、評價與反饋，從制度上保障了閉環監控保障體系的落實與協調運行。

機電裝備設計直接評價項目及權重為：課堂表現（10%）、項目大作業（30%）、實驗（10%）、考試（50%），共4 項。本課程每年進行一次課程質量評價，由學院本科教學工作委員會領導，由教學團隊負責實施，對上課學生和教學團隊專業教師，采用教學研討會、問卷調查、座談、走訪等形式完成課程的考核與評價，對教學中存在的問題，分析原因，找出應對策略，持續改進。經過兩輪的持續改進和迭代，課程直接性評價和間接性評價的達成度都在0.71 以上，課程在培養學生復雜機電系統的設計能力、學習能力和綜合素養方面得到了企業和師生的認可。

4 結語

課程建設是一個不斷迭代、優化的過程，需要根據社會發展需求和趨勢，以機電裝備的現代化、自動化、智能化需求為導向，完善和凝練教學內容，更新教學策略和手段，充實設計案例庫，完善混合式教學平臺建設，提升教師團隊的科研及教研水平，充分激發學生的熱情和自主性，培養能夠在機械工程及相關領域從事設計開發、自動控制、應用研究、技術管理及運行維護等工作的德智體美勞全面發展的高級應用型人才。