機(jī)械電子工程專業(yè)課程體系改革與實(shí)踐

朱文才 胡國良

自21世紀(jì)以來，全球的科技發(fā)展日新月異，全球化、高科技和知識(shí)經(jīng)濟(jì)等已成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主要特征，全球科技人才的競爭已經(jīng)成為一個(gè)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(shè)人才強(qiáng)國及建設(shè)創(chuàng)新型的國家等一系列重大戰(zhàn)略部署對(duì)我國的教育改革提出了新的目標(biāo)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(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)，我國自2005年就開始逐步建立工程教育專業(yè)認(rèn)證體系[1]。2013年《華盛頓協(xié)議》正式接受我國成為其預(yù)備成員，2016年中國成為《華盛頓協(xié)議》的第18 個(gè)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(rèn)證的理念已經(jīng)得到國內(nèi)高校的認(rèn)可。在《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》（2017年11月修訂）中，特地強(qiáng)調(diào)了培育學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的要求，工程認(rèn)證的重要指標(biāo)之一就是對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)[2]?；凇豆こ探逃J(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)說明和所提到的“復(fù)雜工程問題”的特征，闡明了復(fù)雜工程問題的要求及意義。所謂的“復(fù)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(xué)生必須在掌握基礎(chǔ)知識(shí)后學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用所學(xué)到的知識(shí)。涉及的工程技術(shù)和其他因素越多，復(fù)雜性就越強(qiáng)。為了解決復(fù)雜的工程問題，學(xué)生需具備創(chuàng)造能力，能夠靈活應(yīng)用現(xiàn)有原理，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，以解決基本專業(yè)知識(shí)未涵蓋的問題。對(duì)于復(fù)雜的工程問題，單個(gè)學(xué)科或?qū)I(yè)往往無法解決。復(fù)雜工程問題的方案設(shè)計(jì)應(yīng)該跨學(xué)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(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的改革與發(fā)展，最新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人類將面臨的復(fù)雜問題都在不斷升級(jí)和變化，機(jī)械電子工程專業(yè)迫切需要培養(yǎng)具有解決復(fù)雜工程問題能力的相關(guān)人才。因此，本文從機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成入手，提出解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系改革具體措施。

一、機(jī)械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)

機(jī)械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)品德高尚，具有良好職業(yè)素養(yǎng)和較強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，具有扎實(shí)的機(jī)械電子專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和適應(yīng)機(jī)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(jī)電一體化及軌道交通等相關(guān)領(lǐng)域從事機(jī)械電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維等相關(guān)工作的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生在畢業(yè)五年后應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)具體有四個(gè)方面。

第一，職業(yè)素養(yǎng)。具有社會(huì)責(zé)任感、職業(yè)道德和人文素養(yǎng)，能履行并承擔(dān)應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任和義務(wù)，能在工程實(shí)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(duì)機(jī)械電子、軌道交通等行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品或裝備，進(jìn)行機(jī)械電子一體化設(shè)計(jì)、制造及控制等，能夠負(fù)責(zé)產(chǎn)品或裝備的運(yùn)行和維護(hù)，且能解決相關(guān)的復(fù)雜工程技術(shù)問題。

第三，團(tuán)隊(duì)合作交流。能在多學(xué)科背景下進(jìn)行溝通交流，能夠在跨文化的條件下工作和溝通，且能適應(yīng)團(tuán)隊(duì)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(shí)并加以應(yīng)用，積極尋求新的崗位和新的職業(yè)機(jī)會(huì)，并且能在各種工作崗位中作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。

為了能達(dá)到上述的培養(yǎng)目標(biāo)，則需培養(yǎng)機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力與意識(shí)，這是一個(gè)系統(tǒng)化的工程，其改革會(huì)涉及大學(xué)教育的各個(gè)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(xué)支撐的條件之外，加強(qiáng)課程體系建設(shè)也是關(guān)鍵措施之一。另外，機(jī)械電子工程專業(yè)在實(shí)踐當(dāng)中所面臨的問題主要是綜合性的復(fù)雜工程問題，其特點(diǎn)有多個(gè)方面：面對(duì)具有一定復(fù)雜性和先進(jìn)性的機(jī)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(yùn)用深入的機(jī)械電子工程原理或借助現(xiàn)代工具進(jìn)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(biāo)，而且指標(biāo)相互之間很可能存在一定的沖突；涉及多種類型的知識(shí)點(diǎn)，不能由單一的理論知識(shí)進(jìn)行解決。

二、機(jī)械電子工程專業(yè)課程體系改革的具體措施

為了解決機(jī)械電子工程系統(tǒng)所面臨的復(fù)雜工程問題，機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生至少應(yīng)具備通過觀察能夠提出復(fù)雜機(jī)械電子工程問題的能力，通過深入的調(diào)查和分析能獨(dú)立解決復(fù)雜的機(jī)械電子工程系統(tǒng)問題的能力，并且能綜合運(yùn)用多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，能夠運(yùn)用各種現(xiàn)代化工具進(jìn)行機(jī)械電子產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)的能力，以及具備工程師應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任感和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。專業(yè)課程設(shè)置需將復(fù)雜工程問題類型和實(shí)例的知識(shí)能力要素進(jìn)行層次和維度的劃分，并將其細(xì)分為各種實(shí)踐型課程。在教學(xué)的過程當(dāng)中，要求負(fù)責(zé)該課程的教師根據(jù)解決復(fù)雜工程問題制定課程大綱，內(nèi)容包括課程目標(biāo)及其與能力要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系、與教學(xué)內(nèi)容和方法的對(duì)應(yīng)關(guān)系、與其他課程的關(guān)系、實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的途徑等，以及學(xué)生的表現(xiàn)、教學(xué)資源、課程目標(biāo)的評(píng)價(jià)方法?；谡n程目標(biāo)完成專業(yè)課程教學(xué)，以使學(xué)生滿足相應(yīng)的畢業(yè)要求，確保專業(yè)課程的設(shè)置能夠培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。對(duì)于解決復(fù)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(gè)方面。

（一）建設(shè)綜合知識(shí)課程平臺(tái)

對(duì)于機(jī)械電子工程專業(yè)，根據(jù)培養(yǎng)要求、學(xué)科特點(diǎn)和畢業(yè)要求等，分別組建公共基礎(chǔ)課平臺(tái)、學(xué)科基礎(chǔ)課平臺(tái)、專業(yè)課平臺(tái)和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)等四個(gè)綜合性課程平臺(tái)，如圖1 所示。其中，公共基礎(chǔ)課平臺(tái)主要包括計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、大學(xué)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(huì)主義理論體系概論等理論課程；專業(yè)課平臺(tái)主要包括測試技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、控制工程基礎(chǔ)等任務(wù)相關(guān)的課程；實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要包括電工電子學(xué)課程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、專業(yè)導(dǎo)論等實(shí)踐課程；學(xué)科基礎(chǔ)課平臺(tái)主要是開設(shè)一些專業(yè)入門的理論課程，包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、電工電子學(xué)、流體力學(xué)、工程化學(xué)基礎(chǔ)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、畫法幾何及機(jī)械制圖、大學(xué)物理、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等課程。

圖1 課程平臺(tái)的關(guān)系圖

（二）建設(shè)專業(yè)課程群

傳統(tǒng)的機(jī)械電子專業(yè)課程把每一門課程都作為獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生就只能學(xué)習(xí)這一門課程的內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，弱化了課程之間的相互關(guān)系，使得學(xué)生很難整合不同學(xué)科之間所學(xué)習(xí)的內(nèi)容[3]。為了反映專業(yè)知識(shí)之間的相關(guān)性，使學(xué)科專業(yè)知識(shí)得到整合和提高，應(yīng)根據(jù)課程的特征，對(duì)原來的專業(yè)課程按照相關(guān)性和系統(tǒng)性進(jìn)行整合重組，形成各個(gè)課程群，這是打破學(xué)科之間知識(shí)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(xué)科基礎(chǔ)課程為輔，組成機(jī)械電子工程專業(yè)的整個(gè)課程體系，從而提高機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。這樣的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，既能夠維護(hù)學(xué)科課程之間的相關(guān)體系，又能確定各個(gè)課程在知識(shí)和能力等方面的定位，便于教師按照工程認(rèn)知思維過程進(jìn)行課程順序的安排。

（三）建設(shè)層次化遞進(jìn)式的實(shí)踐教學(xué)課程體系

培養(yǎng)機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生解決復(fù)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(shí)踐，那么解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)就只能是紙上談兵。它的復(fù)雜性和工程特性決定了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是一項(xiàng)系統(tǒng)的、全面的任務(wù)。因此，有必要建立一個(gè)完整的、一體化的實(shí)踐教學(xué)課程體系，并且進(jìn)行層次化遞進(jìn)式的培養(yǎng)[4]。為此，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)在課程體系中的權(quán)重，合理設(shè)置綜合性實(shí)踐教學(xué)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(shí)踐、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐、創(chuàng)新實(shí)踐和綜合實(shí)踐等四個(gè)方面的實(shí)踐教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，以及團(tuán)隊(duì)合作、溝通、終身學(xué)習(xí)等能力，以落實(shí)復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)。通過面向復(fù)雜工程問題的綜合實(shí)踐與檢測，再次測試和提高學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力?！敖鉀Q復(fù)雜工程問題的能力”培養(yǎng)要求學(xué)生能在工程和技術(shù)層面識(shí)別多個(gè)影響因素，準(zhǔn)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)具有上述能力的學(xué)生，機(jī)械電子工程專業(yè)需要厘清培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系，并根據(jù)基本認(rèn)知、創(chuàng)新意識(shí)等由淺入深逐步發(fā)展的認(rèn)知規(guī)律，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的分層設(shè)置、大綱的編制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施，并制定詳細(xì)的考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)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(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，除了需要按照上述課程體系進(jìn)行教學(xué)之外，還需要對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估。在以往的教學(xué)中，教師對(duì)學(xué)生的考核評(píng)價(jià)主要基于平時(shí)表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)室報(bào)告和期末考試，從而得出教學(xué)目標(biāo)的相關(guān)達(dá)成度，體現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。然而，現(xiàn)如今工程教育的目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，因此，以往的考核評(píng)價(jià)方式在評(píng)價(jià)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)的效果時(shí)還存在一些不足之處。為了更全面、客觀地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進(jìn)教師提高教學(xué)質(zhì)量，必須從多個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，采用多樣化的過程評(píng)價(jià)方法。高校要針對(duì)不同的課程和能力指標(biāo)采用不一樣的評(píng)價(jià)方法，即采用多樣化的評(píng)價(jià)方法。為了提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力，教師要重視平時(shí)的考核，加強(qiáng)實(shí)踐的評(píng)估。在上課期間，學(xué)生可以采取在講臺(tái)上講課、派代表分組講課、口頭報(bào)告等形式，表達(dá)對(duì)其所學(xué)內(nèi)容的理解。這種形式可以讓學(xué)生梳理他們所學(xué)的內(nèi)容，并深刻理解所學(xué)的知識(shí)，也可鍛煉學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)的處理能力。對(duì)于基礎(chǔ)課程，可采用課程作業(yè)、考試、專題分析報(bào)告和專題討論等方式進(jìn)行考核；對(duì)于課程所對(duì)應(yīng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)，則可采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、課程作品設(shè)計(jì)、課程答辯以及實(shí)習(xí)報(bào)告等多樣化的形式進(jìn)行考核，以此來檢驗(yàn)課程教學(xué)的效果。

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