機電一體化創新人才培養模式的研究與實踐*

王仲民 祁宇明 石秀敏 閆兵

天津職業技術師范大學機電工程系 天津 300222

作者：王仲民，博士，教授，碩士生導師，主要研究方向為機電一體化、高等教育管理。

21世紀的教育理念是素質教育和創新教育，創新教育已經成為時代主題。創新教育作為高等教育的一個重要組成部分，隨著科學技術的發展越來越具有其特殊性[1]。當前伴隨著經濟全球化，我國制造業已成為國民經濟的核心，而機電一體化成為制造業發展的“發動機”，機電一體化技術人才的需求量大幅度提高，這對于高等工科院校是一個難得的歷史機遇[2-3]。但傳統的機電一體化技術教育是把所有機電一體化相關課程孤立，分割教學、分割實踐，教學體制已經顯得僵化、陳舊，更多強調的是教的過程，忽略了學生的主動性，將“工程實踐能力”僅僅視為“動手能力”，并通過簡單的相加，以期達到提高教育質量的目的，但往往效果不佳，未能培養出社會急需的機電一體化高等技術工程人才。

本文以天津職業技術師范大學“機械維修與檢測技術教育”本科專業為例，探索工程實踐能力、綜合素質和創新精神之間的內在聯系，探索社會急需的機電一體化創新人才的培養模式，對其傳統課程體系進行整合而形成課程群，并構建機器人及機電一體化綜合實驗室，開展機電領域創新人才培養的實踐研究。

1 專業建設的歷史沿革與專業特色

天津職業技術師范大學2003年在國內首先創建“機械維修與檢測技術教育”本科專業，經過近10年的專業建設，目前已成為天津市卓越工程師培養專業建設點，立足于為天津市經濟建設及濱海新區的開發開放培養應用型卓越工程師人才。該專業根據社會發展對于機電一體化技術的需求，培養具有扎實基礎理論與專業知識，較強的工程實踐能力、創新意識與良好的綜合素質，知識、能力、素質協調發展，德、智、體、美全面發展，掌握現代先進制造系統設計制造和機電一體化技術的基本理論和方法，能夠在機電領域從事機電一體化產品的設計制造、運行維護、技術開發等方面工作的卓越工程師。該專業緊密結合學校的辦學特色，定位準確，特色鮮明。

2 人才培養模式的構建

針對學校機械維修及檢測技術教育專業（技校生源）的5年制本科專業，設計的培養模式為“3.5+1+0.5”人才培養模式，即：3.5年時間在校理論學習，1年在校工程實訓和0.5年的企業學習。專業基礎課和專業課課程設計緊密結合工程和生產實踐需求，相關課程設計、實訓環節與工程設計相一致，確保理論基礎教學內容與企業工作實際接軌。3.5年的理論學習和1年的技能實訓期間，適時利用寒暑假時間到各主要企業認知參觀實習和頂崗實習，使學生了解本專業的特點，激發學生的學習興趣。0.5年的企業實習，采用“雙導師制”，即每位學生都被指派一名學校導師和企業導師，共同負責對學生的培養，具體的企業學習培養計劃由兩位導師共同制定，并由他們共同指導學生的畢業設計。

企業培養階段，主要包括兩方面學習內容：企業培訓內容和專業培訓內容。企業培訓內容包括企業文化與規章制度教育、生產技能培訓、產品研發與生產實習等，這部分內容由企業的人力資源部門和企業導師負責實施。專業培訓則針對企業研發生產所需要的相關專業知識的學習，并通過畢業設計培養學生綜合應用所學知識解決工程實際問題，為學生將來走入社會、獲得更好的發展奠定良好的基礎。專業培訓在學校導師和企業導師共同指導下，在學校相關平臺和企業工作平臺上完成。

3 以能力為本位，構建課程群

在課程體系的構建中，充分考慮學校的辦學特色及知識的系統性與完整性，以知識應用為主線，以能力培養為核心，打破原有的學科課程體系和“三段式”課程設置體系，對課程進行優化與整合。以“實用、夠用”為度，將具有共同教學規律的若干課程作為一個系統加以規劃調整，形成課程群。課程群的構建原則為：其一，將人才培養目標分解到每一課程群，確定每一課程群所承擔的功能、應培養能力、相應的配套實踐教學環節，以及課程群每一門主干課程的內容與考核方法；其二，對各個課程群間相互重復與交叉的知識，進行優化組合，加以綜合化改造，強調知識間的系統聯系和銜接，取消重復的教學內容；其三，理論教學與實踐教學相互滲透，理論知識與實踐技能考核相結合。

根據上述原則，根據專業方向的定位，確立人才培養的4個課程群。

1）機械基礎課程群，包含機械制圖、公差與配合、工程力學、機械原理與機械零件、金屬材料與熱處理等內容。該課程群主要培養學生在機械工程方面的初步知識和能力。

2）機械制造工程課程群，包含金屬切削機床、切削原理與刀具、機械制造工藝及機床夾具等內容。該課程群主要對學生進行機械制造工藝與設備方面基本能力的培養。

3）機電控制課程群（專業方向一），包含電工與電子技術、單機原理與應用、機床電控及PLC、液壓與氣動控制技術、機器人技術、傳感器技術等內容。該課程群主要培養學生機電控制尤其是機器人控制系統設計方面的基本能力。

4）數控機床維修課程群（專業方向二），包含數控機床及編程、可靠性工程、工廠供電、電磁干擾與電磁兼容、交流調速等內容。該課程群主要培養學生數控機床故障診斷與維修方面的基本能力。

同時，圍繞課程群的建設，開發機電一體化系列實踐教材、教學參考書、電子教案、實驗指導書及機電一體化系統設計范例。這些課程包括機器人技術、電工學、C語言程序設計、微機原理、傳感器技術和數控機床維修等；制作系列網絡課件，如《機器人實踐初步》《數控設備維修實踐》《機器人設計與制作》等。

4 機器人及機電一體化創新實驗室建設

構建機器人及機電一體化綜合實驗室，能夠用于多種層次的教學實踐活動?？梢赃M行不同教學單元的實驗及綜合系統的設計與開發，進行機器人的制作、調試、測試等工程訓練，使學生了解機器人和機電產品的設計、開發及制作工藝過程，從而完成課外創新實踐活動。該創新實驗室不僅具備充分的實驗條件，可給大學生提供課外創新實踐的條件，每年按計劃開展形式多樣、面向本專業不同年級學生的創新實踐活動，而且能夠滿足學校進行機器人設計大賽以及機械類、電子類、自動化類教師的科研開發需求。

5 創新人才培養實踐

在課堂教學過程中，本專業教師著重闡述機電一體化技術的特點及分析與解決問題的基本方法，淡化理論演繹、簡化公式推導，不做繁瑣分析，突出對學生分析問題、解決問題和綜合運用機電一體化相關課程所學知識的能力培養。在精選傳統內容基礎上，及時將機電領域的國內外最新發展動態和教師自身的相關科研成果融入課堂教學，開闊學生的視野，激發和培養學生的創新意識與學習興趣。任課教師還利用自己開發的多媒體課件，充分展現機電控制中抽象的、不易觀察的動態特點，提供圖、文、動畫并茂的教學資源，生動、直觀、信息量大，這樣使得枯燥的學習變得活潑、有趣，有效激發學生的學習熱情和求知欲望，啟發和引導學生積極思維。同時，鼓勵并安排本專業骨干教師使用雙語教學，使學生的專業知識與外語水平同步提高。

在實踐教學方面，轉變設計思想和設計方法，將傳統的以演示、驗證為主的實驗轉變為以系統設計、仿真分析與系統實現為主，增加機電類設計性、綜合性實驗的比重；并在實驗層次上，將基礎性、綜合設計型、研究創新型實驗合理分布，注重加強對學生系統觀念的培養和系統設計方法的訓練，不僅強化了學生的創新技能訓練，也增強了學生工程意識的培養。同時，為了適應社會的發展需要，任課教師將機電領域前沿發展技術融入整個實踐教學過程中。在實驗項目安排上，除教學基本要求外，盡量給學生提供較多的選擇空間；在內容難度上，從易到難、從簡單到綜合，使學生能夠充分掌握并自我運用；在教學要求上，循序漸進，不斷提升對實驗過程中各環節的要求與細化程度，不追求完成實驗的數量，而要求學生對每一個實驗必須做好、做完整。

在創新實踐活動設置上，從激發大學生創新意識的角度出發，開展面向本專業不同年級學生、形式靈活多樣、連續不間斷的創新實踐活動，如大學生創意競賽、學生自選實驗、實驗設計競賽、機器人趣味項目設計、機械設計競賽等活動，全面培養學生的知識應用能力、動手實踐能力，使學生從逐漸參與創新到勇于創新，逐步培養學生的創新精神與創新能力。

6 結束語

本文研究了機械維修與檢測技術教育專業機電一體化創新人才培養方案設計、課程群建設以及教學實踐環節的較為完整的改革思路與具體做法，對于創新人才培養質量的提高起到較好的促進作用，其研究成果不僅對本專業，而且對于其他工科類專業創新人才的培養也具有一定的參考與借鑒作用。

[1]王仲民,王金敏,閻兵.機械類專業“三平臺，四系統”創新人才培養體系的構建[C]//機械類課程報告論壇組委會.機械類課程報告論壇論文集（2010）.北京:高等教育出版社,2010:321-326.

[2]宋佩維.加強實踐教學改革培養卓越工程師[J].黑龍江教育:高教研究與評估,201l(6):4-8.

[3]林健.“卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案研究[J].清華大學教育研究,2011(2):47-49.

[4]馬文倩,馬海國.機電一體化技術人才培養目標及課程體系[J].機電技術,2011(4):184-186.

[5]李梁,楊林建.基于1221人才培養模式的機電一體化實訓中心建設研究[J].四川工程職業技術學院學報,2011,25(3):28-31.

[6]魏克湘,劉迎春,董麗君.工程應用型人才培養實踐教學體系的研究與實踐[J].中國大學教學,2011(1):74-76.

[7]姜杉,徐健,安蔚瑾.面向“卓越工程師培養”機械制圖課程教學改革探索[J].教育探索與實踐,2011(5):10-11.