能力導向下機械類應用型人才的“3+5”教學體系研究和實踐

袁明新　江亞峰　金琦淳　申燚

摘要：為了使地方本科院校機械類應用型人才更好地服務于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，開展了“3+5”教學體系的構(gòu)建研究。以知識能力掌握為核心，構(gòu)建了理論教學中機械設計、電氣控制和電子控制的“3”能力課程群體系；以知識能力運用為核心，構(gòu)建了工程圖學測繪、機械設計課程設計、機電液一體化課程設計、專業(yè)課程設計和畢業(yè)設計的“5”能力實踐體系。實踐教學結(jié)果表明，該教學體系有效激發(fā)了學生的學習積極性，提高了教學質(zhì)量，切實培養(yǎng)出了具有強工程意識和動手能力的機械類應用型人才。

關(guān)鍵詞：能力導向；地方本科院校；機械工程專業(yè)；應用型人才；教學體系

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2019.01.020

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-1580（2019）01-0088-04

工程能力導向下工程化教育起源于歐洲的工業(yè)革命時期，并隨即在美洲得到重視和盛行。德國在高等教育中推行了“雙元制”教育模式，法國高等工程教育則把辦學方式分為預科階段與工程師階段。美國伍斯特理工學院以學生為中心，開展了項目驅(qū)動和結(jié)果導向的工程教育模式。歐美等工業(yè)和教育界紛紛提出了“教育”回歸“工程”的倡議，工程教育已經(jīng)逐漸成為教育界達成的共識，但我國高等教育的工程能力培養(yǎng)還不夠突出，這對于應用型地方本科院校而言是致命的，為此國內(nèi)很多學者開展了能力導向的教學體系研究和探索。

針對機械工程應用型人才的能力培養(yǎng)需求，鹽城工學院優(yōu)集學院提出了基于知識、能力和素質(zhì)框架結(jié)構(gòu)的應用型人才培養(yǎng)教學體系，但該體系中的能力培養(yǎng)更多基于UG的數(shù)字化設計和制造，對機械工程專業(yè)學生的應用能力培養(yǎng)顯得片面。燕山大學在現(xiàn)代工程教育理念指導下，面向機械制造專業(yè)方向構(gòu)建了CDIO項目課程體系，該體系仍只突出對機械制造工藝及夾具設計的能力培養(yǎng)，而能力導向的教學改革更多集中在單門課程上。比如黃秀琴等以突出學生能力培養(yǎng)而開展了“機械設計”課程教學改革與實踐；董明曉等構(gòu)建了面向工程實踐能力培養(yǎng)的《機械工程控制基礎(chǔ)》課程教學方法，將工程案例引入到日常教學；張伶俐等基于能力本位開展了《機械制圖與測繪》的課程項目化教學。無論是專業(yè)教學體系構(gòu)建，還是單一課程的能力導向改革，已有的教學探索雖提高了學生課程知識點的掌握程度和應用能力，但在學生專業(yè)業(yè)務能力培養(yǎng)上普遍不具備系統(tǒng)性，學生工程能力的培養(yǎng)還存在缺失，至少是不完整的。

江蘇科技大學蘇州理工學院是一所地方民辦本科高校，學校緊密結(jié)合地方經(jīng)濟需要，培養(yǎng)應用型本科人才。機械工程是學校最早建立的學科，近年來，學院通過企業(yè)調(diào)研以及畢業(yè)生反饋，明顯感受到企業(yè)對學生工程能力的迫切需求。鑒于此，課題組針對我院機械工程專業(yè)（含機械設計制造及其自動化、機械電子工程），開展了能力導向下“3+5”教學體系的構(gòu)建研究和實踐，從而提高了我院機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

一、理論教學中“3”能力課程群體系構(gòu)建及教學改革

目前各高校都面臨著深化教育領(lǐng)域綜合改革的新形勢、新要求，新一輪本科人才培養(yǎng)方案修訂成為本科教學工作的基本工作，江蘇科技大學蘇州理工學院也開展了人才培養(yǎng)方案修訂，學分學時壓縮沖擊著每一門課。因此，學院根據(jù)機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量提升需要，圍繞機械類專業(yè)的核心專業(yè)業(yè)務能力培養(yǎng)，一方面對人才培養(yǎng)方案中核心課程進行了課程群凝練，另一方面開展了課程群的教學改革。

（一）“3”能力課程群體系構(gòu)建

目前，國內(nèi)教學改革更多體現(xiàn)在各課程的內(nèi)部改革，自成體系、改革力度不大、成效不明顯。為此，課題組在課時壓縮情況下，以“機”和“電”的能力培養(yǎng)為核心，首先進行了“3”能力課程群體系的構(gòu)建，如圖l所示?！皺C”主要以機械設計和制造的能力培養(yǎng)為主，以工程圖學和機械原理與設計課程為核心，還包括工程力學、互換性和機械制造等構(gòu)成課程群，目的是培養(yǎng)學生識圖、產(chǎn)品數(shù)字化設計、零件尺寸與公差標注、加工等能力；“電”包括電氣和電子系統(tǒng)的設計能力培養(yǎng)，前者以機械設備電氣控制、機電傳動與控制等課程為核心構(gòu)成能力課程群，目的是培養(yǎng)學生機械產(chǎn)品的電氣控制系統(tǒng)設計能力，尤其是PLC的控制能力，后者以單片機原理與應用、電工電子技術(shù)、測試技術(shù)等課程為核心構(gòu)成能力課程群，目的是培養(yǎng)學生電子產(chǎn)品及自動控制系統(tǒng)的設計能力。

（二）課程群教學改革

在教學內(nèi)容方面，在滿足掌握基本知識點的前提下，對陳舊、起點低、無創(chuàng)新性、與工程結(jié)合不緊密的教學內(nèi)容進行刪減和更新，比如在機械控制工程課程中，刪減偏理論的控制系統(tǒng)設計和校正內(nèi)容，強化PID控制器的環(huán)節(jié)作用、整定及設計內(nèi)容。其次，圍繞能力培養(yǎng)需求，進行各課程群體系內(nèi)教學內(nèi)容協(xié)調(diào)、銜接和整合，避免出現(xiàn)內(nèi)容重復、銜接不到位的現(xiàn)象，比如對測試技術(shù)基礎(chǔ)課程中測量裝置的動態(tài)特性內(nèi)容，與機械控制工程課程中頻域分析內(nèi)容進行了責任明確。

在教學方法方面，針對機械類課程具有與工程實際聯(lián)系緊密、應用性強的特點，但學生又缺乏工程背景的不足，各課程負責人強化教學以學生為中心，相繼開展了MOOC教學、SPOC教學。比如在機械原理課程教學中，嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂的SPOC教學融入到MOOC教學中，通過開展O2O（線上線下）的混合教學模式來變學生被動學習為主動學習，增加學生自主學習學時，不僅緩解了課改帶來的學時減少壓力，同時也提高了課程教學效果。

在教學方式方面，各課程負責人積極推進工程化教學，開展工程背景啟發(fā)教學、工程案例驅(qū)動教學，通過工程背景引入課程知識點來引起學生的學習興趣，通過工程案例詮釋課程知識點來幫助學生理解、掌握和運用課程知識點。比如機械設備電氣控制課程開展了工程導向下案例教學，從課堂教學到實踐教學，將課程知識與工程技術(shù)充分結(jié)合，在調(diào)動學生學習積極性同時，加深對課堂知識點的理解和掌握，提高PLC控制技術(shù)的應用能力。

在課程考核方面，各課程負責人能結(jié)合各課程的特點積極開展多元化綜合考核，改變傳統(tǒng)以“知識量化記憶考察”為主進行的考核方式，將知識點掌握和應用作為學習動力，有效地避免傳統(tǒng)課程考核中形式單一化、內(nèi)容統(tǒng)一化和成績功利化的不利因素。比如機械設計課程開展了MOOC平臺下的多元化教學考核，在常規(guī)的知識點考核（期末考試）基礎(chǔ)上，納入了課堂參與度、線上測試及課外大作業(yè)，打破了“一卷定終身”，明顯提高了學生平常學習過程中的參與度和積極性。

二、實踐教學中的“5”能力實踐體系構(gòu)建及教學改革

（一）“5”能力實踐體系構(gòu)建

圍繞學生專業(yè)業(yè)務知識培養(yǎng)凝練課程群，并推行工程化教學改革，可以有效激發(fā)學生的學習熱情，提高學生對知識的掌握程度，但是應用能力的培養(yǎng)更需要通過實踐來強化。因此，課題組以提高學生專業(yè)技能為目的，構(gòu)建了如圖2所示的“5”能力實踐體系，結(jié)合工程案例來實現(xiàn)強化訓練。

在該體系中，工程圖學測繪是重點培養(yǎng)如何提高學生的測繪，尤其是二維圖紙繪制能力；機械設計課程設計是重點培養(yǎng)如何提高學生的機械系統(tǒng)設計能力，以及三維造型能力；機電液一體化課程設計是重點培養(yǎng)如何提高學生電氣系統(tǒng)的設計能力，以及繼電器控制和PLC控制的能力，尤其在PLC控制方面，能利用組態(tài)軟件實現(xiàn)基于觸摸屏的控制；專業(yè)課程設計是重點培養(yǎng)如何提高學生的嵌入式系統(tǒng)設計能力，尤其是基于單片機的系統(tǒng)控制能力；畢業(yè)設計是重點培養(yǎng)如何利用機電人才培養(yǎng)方案中相關(guān)課程實現(xiàn)專業(yè)業(yè)務能力的實訓，提高專業(yè)的培養(yǎng)效果，其將是在另外4個實踐環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上進行綜合性的實訓。

（二）實踐教學改革

傳統(tǒng)機械類專業(yè)課程實踐更多是基于指導書進行按圖索驥式設計，題目起點低，缺乏創(chuàng)新性，無法調(diào)動學生積極性，而且限制了學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。為此，課題組在構(gòu)建了“5”能力實踐體系基礎(chǔ)上，一方面明確了各環(huán)節(jié)在專業(yè)業(yè)務能力培養(yǎng)中的責任，另一方面對實訓內(nèi)容進行改革。比如：在機電液一體化課程設計中，利用生活垃圾壓縮機、臥式螺旋離心機等工程項目逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銑床、鉆鏜組合機床等設計；在專業(yè)課程設計中，課題組開發(fā)了如圖3所示智能巡檢小車的系列作品，學生在進行實訓時需要完成其電路和PCB板設計、電子元件焊接、程序調(diào)試等，進而達到對各種收發(fā)模塊、傳感器、電機驅(qū)動與控制等知識的靈活運用；在畢業(yè)設計的選題上立足培養(yǎng)目標，要求結(jié)合生產(chǎn)實際、科研需求，內(nèi)容力求新穎，突出學生主體，注重業(yè)務能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

三、“3+5”教學體系實踐取得的成效

“3+5”教學體系是針對學院機械類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)而構(gòu)建，自教學體系構(gòu)建并實施以來，我院機械類學生的專業(yè)業(yè)務能力及創(chuàng)新意識有了明顯的提高。學生每年參加包括全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽、中國工程機器人大賽暨國際公開賽等在內(nèi)的近10項比賽，參賽人次每年超過200，近3年來獲得國家級比賽一等獎15項，二等獎34項，省級特等獎2項，一等獎30項，參加江蘇省大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃7項；學生以第一作者發(fā)表科研論文23篇，其中北大中文核心論文5篇；學生參與申請發(fā)明專利20余項，獲得省級優(yōu)秀畢業(yè)設計3項。實踐教學成果表明，面向機械應用型人才培養(yǎng)的“3+5”教學體系很好地適應了我院機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)，在提高教學效果、強化學生專業(yè)業(yè)務和實踐能力、激發(fā)學生工程和創(chuàng)新意識等方面發(fā)揮了積極的作用。

四、結(jié)語

鑒于我國現(xiàn)行應用型高等教育人才存在工程能力培養(yǎng)缺失的不足，同時為了使得我院機械類應用型人才培養(yǎng)更好地服務于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，學院開展了“3+5”教學體系的構(gòu)建及實踐。理論教學中的“3”能力課程群整合優(yōu)化，實現(xiàn)了各課程間的有機聯(lián)系，使得各課程在專業(yè)知識點培養(yǎng)上既分工明確，又能系統(tǒng)地有機補充。課程群的教學內(nèi)容、方法、方式及考核改革有效地激發(fā)了學生學習興趣，提高了學生對知識的理解和掌握程度；實踐教學中“5”能力實踐體系構(gòu)建，使得學生在掌握專業(yè)知識點基礎(chǔ)上對專業(yè)業(yè)務技能進行了針對性的強化訓練，有效提高了學生的動手實踐能力。近年來學生在第二課堂方面陸續(xù)取得的優(yōu)異成績也進一步驗證了課題組所構(gòu)建教學體系的有效性。

[責任編輯：尚欣]