機(jī)電一體化專業(yè)課程體系改革初探※

徐 萍

（江漢大學(xué)，湖北 武漢 430056）

一、引言

普通高等院校的工科類專業(yè)，在中國的高等教育體系中，占有特殊的重要地位。無論是辦學(xué)規(guī)模、師生人數(shù)、教育及科研投入等都位居前列。這一方面是由于新中國高等教育發(fā)軔于建國初期的大規(guī)模建設(shè)期、發(fā)展于改革開放后以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心的特殊歷史背景，同時(shí)也有著現(xiàn)實(shí)的市場需求。

毋庸置疑，六十年來，理工科高等教育為我國各行業(yè)特別是科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)了大批的人才，取得了矚目的成就。共和國六十年的歷史，我國的工程教育一直提供著強(qiáng)有力的人力和智力支撐[1]。但是，隨著時(shí)間的推移，作為一個(gè)整體，中國當(dāng)代大學(xué)畢業(yè)生在就業(yè)市場的競爭力，呈現(xiàn)出一個(gè)相對下降的趨勢[2]。高等教育的某些弊端也逐步顯現(xiàn)。諸如課程設(shè)置龐雜，教材老化滯后，課堂授課課時(shí)偏多，實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)畸少，學(xué)生動(dòng)手能力差等等，近年來引起了廣泛的關(guān)注，業(yè)界關(guān)于改革的呼聲日隆。

有鑒于此，我國于2010年6月啟動(dòng)“卓越工程師計(jì)劃”，并且率先在清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)等61所高校實(shí)施[3]。其實(shí)，未列入試點(diǎn)的高校，也可以在相關(guān)專業(yè)進(jìn)行有益的探索。

二、課程設(shè)置

與所有工科類專業(yè)一樣，機(jī)械類本科教學(xué)的課程設(shè)置大抵分為：公共課，基礎(chǔ)理論課，專業(yè)基礎(chǔ)課，專業(yè)課，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)等，這種課程設(shè)置的思路及流程無疑是合理的?，F(xiàn)在的問題是，基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課等，邊界模糊，相互滲透交叉，隨著科技發(fā)達(dá)，技術(shù)進(jìn)步日新月異，邊緣學(xué)科層出不窮，使得課程設(shè)置陷入了兩難的困境：寬口徑教學(xué)，往往流于空泛，專業(yè)劃分過細(xì)，又容易失之狹隘。而電子及信息技術(shù)的高速發(fā)展，使傳統(tǒng)的機(jī)械類專業(yè)平添許多電類課程，學(xué)制不可能延長，實(shí)踐環(huán)節(jié)還要大幅提升。目前情況下，唯一的選擇就是，以人才培養(yǎng)模式改革為核心，綜合處理好綜合化與有特色、學(xué)術(shù)性…..之間的辯證關(guān)系[4]。提綱挈領(lǐng)，去粗取精，保證課程設(shè)置的合理高效。

其實(shí)，此前已經(jīng)做了大量這方面的工作。比如，將機(jī)械原理與機(jī)械零件合并為機(jī)械設(shè)計(jì)。將理論力學(xué)與材料力學(xué)合并為工程力學(xué)等，都是這方面的有益嘗試。

但顯然還很不夠，還要大刀闊斧地削減課程科目，同時(shí)，將分散的、串聯(lián)式的課程，向綜合的、立體的方向轉(zhuǎn)變，使專業(yè)教學(xué)，分層次漸次推進(jìn)，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，確?；久妫瑢?shí)現(xiàn)可擴(kuò)展。

具體到機(jī)電一體化專業(yè)，外語、高數(shù)、大學(xué)物理、普通化學(xué)等通用課、基礎(chǔ)課，由于很多內(nèi)容與高中階段教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，可適當(dāng)刪減，減小課時(shí)量。但不宜做大的調(diào)整。外語教學(xué)主要是能力培養(yǎng)，重在應(yīng)用，應(yīng)以業(yè)余時(shí)間為主，可酌情考慮采用部分原版外文教材用于專業(yè)教學(xué)，一石二鳥。數(shù)理化等課程，不僅是專業(yè)課的理論基礎(chǔ)，更重要的是訓(xùn)練理工科學(xué)生的數(shù)理思維和邏輯能力，不可偏廢。

工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、電子技術(shù)、微機(jī)原理、C語言設(shè)計(jì)等，是機(jī)械類本科生的知識(shí)命脈，也是其區(qū)別于非機(jī)類專業(yè)人員的主要學(xué)養(yǎng)標(biāo)志。這類課程，不存在存廢問題，而是如何優(yōu)化。比如，機(jī)械制圖課程中，由于學(xué)生具備高中階段立體幾何知識(shí)，畫法幾何及其點(diǎn)、線、面投影的內(nèi)容可減少，而將現(xiàn)有的部分專業(yè)課內(nèi)容融合進(jìn)來，形成綜合課程。新的機(jī)械制圖應(yīng)包括：機(jī)械制圖+AUTOCAD+SOLIDWORKS+公差與配合。通過這一綜合課程，學(xué)生可以避免不必要的多次重復(fù)，并自如地用主流工具，完成任意一個(gè)實(shí)體的表達(dá)。同樣，電子技術(shù)課程，也可將電路、模電、數(shù)電等綜合，這種綜合不是簡單的疊加，而是有機(jī)的結(jié)合。輕繁瑣的理論推導(dǎo)，重實(shí)際應(yīng)用，內(nèi)容分級，設(shè)“必須掌握”，“應(yīng)該掌握”，“建議掌握”，三個(gè)層次，漸次推進(jìn)。并安排相應(yīng)的課時(shí)，采用相關(guān)教材，指定參考資料，推薦選修課程，指導(dǎo)創(chuàng)新實(shí)踐等。

課程內(nèi)容分級制，可適用于所有的課程。主要是面向應(yīng)用，同時(shí)與專業(yè)研究、深造、考研等接軌，滿足學(xué)生不同發(fā)展路徑的需求。

除上述課程設(shè)置外，機(jī)電一體化專業(yè)本科生的專業(yè)課設(shè)置，可濃縮綜合為兩門：控制技術(shù)和機(jī)械工藝。

控制技術(shù)包括：電機(jī)與拖動(dòng)，控制用電機(jī)，控制理論，接口技術(shù)，測試技術(shù)，傳感器……等。

機(jī)械工藝包括：鑄造，鍛造，焊接，金屬材料及熱處理，金屬切削機(jī)床，沖壓及其模具……等。

上述兩門專業(yè)課，雖內(nèi)容浩繁，但相互關(guān)聯(lián)，結(jié)合下節(jié)將要敘述的立體式教學(xué)方式，并充分運(yùn)用實(shí)踐手段，則可以讓學(xué)生輕松入門，愉快學(xué)習(xí)，達(dá)到事半功倍的效果。

三、教學(xué)方式

機(jī)電一體化專業(yè)的教學(xué)改革，其核心內(nèi)容是教學(xué)方法的改革。

現(xiàn)行的本科教學(xué)方式，以課堂授課為主，課程設(shè)置平鋪直敘，內(nèi)容分散，相互重疊。而實(shí)踐環(huán)節(jié)的嚴(yán)重欠缺，使得具象的技術(shù)應(yīng)用抽象化，嚴(yán)重妨礙了教學(xué)效果。

本教改的重點(diǎn)，就是改單線條串聯(lián)式教學(xué)法，為立體綜合教學(xué)法，面向?qū)ο?，面向?yīng)用，解剖麻雀，舉一反三。

進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)階段，選定一個(gè)具有典型意義的目標(biāo)物，作為教學(xué)研究的對象。比如：數(shù)控銑床，或者是CNC加工中心等。隨著數(shù)控技術(shù)的普及，這種設(shè)備已是普通工業(yè)加工的常規(guī)配置，資源不稀缺。

首先，讓學(xué)生觀摩設(shè)備，了解其結(jié)構(gòu)和加工過程。有了直觀的了解，機(jī)械設(shè)備不再抽象，齒輪的概念就不再僅僅是那個(gè)似是而非的漸開線和分度圓，而是一個(gè)明確的實(shí)體。

這個(gè)是機(jī)座，這個(gè)是轉(zhuǎn)盤，這個(gè)是主軸，這個(gè)是變速箱，這個(gè)是導(dǎo)軌，這個(gè)是絲桿，這個(gè)是…….。

機(jī)座為鑄造件，為什么？鑄造件有何特點(diǎn)？設(shè)計(jì)時(shí)為什么要保留鑄造圓角？

轉(zhuǎn)盤是鍛打后焊接，焊接件需要時(shí)效嗎？天然時(shí)效與人工時(shí)效的區(qū)別？

聯(lián)軸器有幾種形式？為什么需要彈性聯(lián)軸器？同軸度誤差會(huì)產(chǎn)生什么影響？

這是工控機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)基于WINDOWSXP，它發(fā)布運(yùn)動(dòng)指令給運(yùn)動(dòng)控制卡，同時(shí)監(jiān)測和顯示運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

這是運(yùn)動(dòng)控制器，基于PCI總線，負(fù)責(zé)對各軸驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖/方向命令，并管理I/O。

這是伺服驅(qū)動(dòng)器；這是伺服電機(jī)；脈沖當(dāng)量與絲桿導(dǎo)程有關(guān)；這個(gè)超程開關(guān)用的是電感式傳感器。

……。

一臺(tái)普通機(jī)床，綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其控制的所有要素，簡潔，清晰明了，詳述，博大精深。一臺(tái)設(shè)備，囊括了幾乎所有的知識(shí)點(diǎn)，關(guān)鍵是，對照實(shí)物，通過課堂教學(xué)，結(jié)合實(shí)際操作，學(xué)起來不僅容易，而且有趣。

長期以來，受傳統(tǒng)的“重學(xué)輕術(shù)”觀念的影響，…….實(shí)踐教學(xué)，尤其是工程訓(xùn)練嚴(yán)重不足，造成學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)薄弱，動(dòng)手能力不強(qiáng)，限制了學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的提高[5]。

教學(xué)中，要大幅度提高實(shí)踐性環(huán)節(jié)的比重，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手，可以分組，可以分工，提倡合作，鼓勵(lì)分享?？梢匀卧考馄?。對于機(jī)械類學(xué)生，往往對數(shù)控部分感到難以下手，無所適從。但其實(shí)，數(shù)控部分的軟硬件大多模塊化了，只要教學(xué)上能夠深入淺出，簡單的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械類學(xué)生完全可以掌握。

機(jī)電設(shè)備，專業(yè)性強(qiáng)，很多零部件都有其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)都有標(biāo)準(zhǔn)化要求。要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)“查手冊”，這是基本功。同時(shí)由于機(jī)電設(shè)備技術(shù)升級速度的加快，要特別培養(yǎng)學(xué)生資料檢索的能力，充分利用互聯(lián)網(wǎng)，緊跟業(yè)界技術(shù)潮流。

這種教學(xué)方式，也可以稱為探究式教學(xué)。探究式教學(xué)的實(shí)施過程中，可以采取多種方式，包括課堂開放性討論，專題討論，課后實(shí)踐和課程報(bào)告等[6]。

需要特別指出的是，上述立體化教學(xué)方式，不是僅限于課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)，而貫穿于機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)的全過程。不是一朝一夕，不是十天半月，是一年，兩年。

四、教材選擇

作為綜合化教改，應(yīng)該在理念一致的前提下，從課程設(shè)計(jì)，教學(xué)計(jì)劃，教材配套各方面多管齊下，平行推進(jìn)。但在目前情況下，也可以在已有的出版物中，選擇相應(yīng)的教材。

由于課程高度綜合化，教材就是一個(gè)系列，要慎重選擇主講教材，輔之以參考書目，參考書也實(shí)行“分級制”，主講教材的理論深度，可略低于現(xiàn)行相關(guān)教材，高于高職高專相關(guān)教材。參考書目則可以兼收并蓄，從經(jīng)典教案，到產(chǎn)品手冊，盡可網(wǎng)羅其中。

當(dāng)然，教改的最終目標(biāo)，還是是要有專業(yè)配套的系列教材，但就其組成方式，還是由主講教材與參考書目相結(jié)合。相輔相成，相得益彰。

五、考核辦法

顯然，傳統(tǒng)的以卷面筆試為主的考核方式，不能適應(yīng)立體化綜合教學(xué)改革的要求。要改進(jìn)考核方式，采用卷面筆試、設(shè)計(jì)成果、試制樣品三位一體的綜合考核模式。

卷面筆試內(nèi)容以基本理論、通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為主，也應(yīng)有面向?qū)嶋H應(yīng)用的技術(shù)解決方案，可以考慮一定比例的開卷考試。

設(shè)計(jì)成果主要是機(jī)械圖紙、電路原理圖、PCB圖和程序代碼。圖紙可有多種表達(dá)方式，工程圖、三維圖、3D動(dòng)畫等，要求繪圖軟件符合市場主流配置；程序源代碼，可現(xiàn)場編譯生成可執(zhí)行文件，實(shí)現(xiàn)或模擬某一特定功能。

試制樣品，就是實(shí)物形態(tài)的產(chǎn)品?？梢允菣C(jī)械模型，可以是加工成品，可以是控制板卡，也可以是商用軟件包。

考核對象以個(gè)人為主，但在實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，亦可以團(tuán)隊(duì)為考核對象，提倡并鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，互助共贏。

要對畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)給予特別的重視，作為考核的重點(diǎn)。提高本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量是保證和提高本科教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)，是教育教學(xué)改革的當(dāng)務(wù)之急[7]。

總之，以綜合能力為主要考核指標(biāo)，降低理論知識(shí)的權(quán)重，杜絕生吞活剝、死記硬背的不良學(xué)風(fēng)。

[1]王孫禺,劉繼青.從歷史走向未來：新中國工程教育60年[J].高等工程教育研究.2010.(4).

[2]陳永杰.大學(xué)生就業(yè)能力與社會(huì)不流動(dòng)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版）2011.(5).

[3]李愛琴,肖云峰.應(yīng)用型“卓越工程師”培養(yǎng)過程分析[J].中國電力教育.2011.(22).

[4]鐘秉林,宋萑.專業(yè)化與去專業(yè)化：美國教師教育改革悖論[J].高等教育研究.2011.(4).

[5]房?？?陳敏.工科本科教學(xué)質(zhì)量學(xué)生滿意度影響因素分析[J].高等教育研究.2010.(6).

[6]謝美華,張?jiān)鲚x.探究式教學(xué)在研究生課程教學(xué)中的實(shí)踐[J].高等教育研究學(xué)報(bào).2011.(6).

[7]李少萍,沈本賢等.培養(yǎng)高素質(zhì)石油化工人才的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐[J].化工高等教育.2011.(3).

[8]雷洪德.大眾化時(shí)代中國高校本科專業(yè)調(diào)整的三維分析[J].高等教育研究.2011.(6).