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域經濟發展，開展了“3+5”教學體系的構建研究。以知識能力掌握為核心，構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、專業課程設計和畢業設計的“5”能力實踐體系。實踐教學結果表明，該教學體系有效激發了學生的學習積極性，提高了教學質量，切實培養出了具有強工程意識和動手能力的機械類應用型人才。

關鍵詞：能力導向；地方本科院校；機械工程專業；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，開展了項目驅動和結果導向的工程教育模式。歐美等工業和教育界紛紛提出了“教育”回歸“工程”的倡議，工程教育已經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需求，鹽城工學院優集學院提出了基于知識、能力和素質框架結構的應用型人才培養教學體系，但該體系中的能力培養更多基于UG的數字化設計和制造，對機械工程專業學生的應用能力培養顯得片面。燕山大學在現代工程教育理念指導下，面向機械制造專業方向構建了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，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而開展了“機械設計”課程教學改革與實踐；董明曉等構建了面向工程實踐能力培養的《機械工程控制基礎》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。無論是專業教學體系構建，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，但在學生專業業務能力培養上普遍不具備系統性，學生工程能力的培養還存在缺失，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，學校緊密結合地方經濟需要，培養應用型本科人才。機械工程是學校最早建立的學科，近年來，學院通過企業調研以及畢業生反饋，明顯感受到企業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（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”教學體系的構建研究和實踐，從而提高了我院機械工程專業人才培養質量。

一、理論教學中“3”能力課程群體系構建及教學改革

目前各高校都面臨著深化教育領域綜合改革的新形勢、新要求，新一輪本科人才培養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方案修訂，學分學時壓縮沖擊著每一門課。因此，學院根據機械工程專業人才培養的質量提升需要，圍繞機械類專業的核心專業業務能力培養，一方面對人才培養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”能力課程群體系構建

目前，國內教學改革更多體現在各課程的內部改革，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”的能力培養為核心，首先進行了“3”能力課程群體系的構建，如圖l所示。“機”主要以機械設計和制造的能力培養為主，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成課程群，目的是培養學生識圖、產品數字化設計、零件尺寸與公差標注、加工等能力；“電”包括電氣和電子系統的設計能力培養，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成能力課程群，目的是培養學生機械產品的電氣控制系統設計能力，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、測試技術等課程為核心構成能力課程群，目的是培養學生電子產品及自動控制系統的設計能力。

（二）課程群教學改革

在教學內容方面，在滿足掌握基本知識點的前提下，對陳舊、起點低、無創新性、與工程結合不緊密的教學內容進行刪減和更新，比如在機械控制工程課程中，刪減偏理論的控制系統設計和校正內容，強化PID控制器的環節作用、整定及設計內容。其次，圍繞能力培養需求，進行各課程群體系內教學內容協調、銜接和整合，避免出現內容重復、銜接不到位的現象，比如對測試技術基礎課程中測量裝置的動態特性內容，與機械控制工程課程中頻域分析內容進行了責任明確。

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，開展工程背景啟發教學、工程案例驅動教學，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充分結合，在調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控制技術的應用能力。

在課程考核方面，各課程負責人能結合各課程的特點積極開展多元化綜合考核，改變傳統以“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，有效地避免傳統課程考核中形式單一化、內容統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，在常規的知識點考核（期末考試）基礎上，納入了課堂參與度、線上測試及課外大作業，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”能力實踐體系構建及教學改革

（一）“5”能力實踐體系構建

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

在該體系中，工程圖學測繪是重點培養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如何提高學生的機械系統設計能力，以及三維造型能力；機電液一體化課程設計是重點培養如何提高學生電氣系統的設計能力，以及繼電器控制和PLC控制的能力，尤其在PLC控制方面，能利用組態軟件實現基于觸摸屏的控制；專業課程設計是重點培養如何提高學生的嵌入式系統設計能力，尤其是基于單片機的系統控制能力；畢業設計是重點培養如何利用機電人才培養方案中相關課程實現專業業務能力的實訓，提高專業的培養效果，其將是在另外4個實踐環節基礎上進行綜合性的實訓。

（二）實踐教學改革

傳統機械類專業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，缺乏創新性，無法調動學生積極性，而且限制了學生創新意識的培養。為此，課題組在構建了“5”能力實踐體系基礎上，一方面明確了各環節在專業業務能力培養中的責任，另一方面對實訓內容進行改革。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傳統的銑床、鉆鏜組合機床等設計；在專業課程設計中，課題組開發了如圖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、程序調試等，進而達到對各種收發模塊、傳感器、電機驅動與控制等知識的靈活運用；在畢業設計的選題上立足培養目標，要求結合生產實際、科研需求，內容力求新穎，突出學生主體，注重業務能力和創新意識的培養。

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應用型人才培養而構建，自教學體系構建并實施以來，我院機械類學生的專業業務能力及創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新設計大賽、全國三維數字化創新設計大賽、中國工程機器人大賽暨國際公開賽等在內的近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新訓練計劃7項；學生以第一作者發表科研論文23篇，其中北大中文核心論文5篇；學生參與申請發明專利20余項，獲得省級優秀畢業設計3項。實踐教學成果表明，面向機械應用型人才培養的“3+5”教學體系很好地適應了我院機械類專業的人才培養，在提高教學效果、強化學生專業業務和實踐能力、激發學生工程和創新意識等方面發揮了積極的作用。

四、結語

鑒于我國現行應用型高等教育人才存在工程能力培養缺失的不足，同時為了使得我院機械類應用型人才培養更好地服務于區域經濟發展，學院開展了“3+5”教學體系的構建及實踐。理論教學中的“3”能力課程群整合優化，實現了各課程間的有機聯系，使得各課程在專業知識點培養上既分工明確，又能系統地有機補充。課程群的教學內容、方法、方式及考核改革有效地激發了學生學習興趣，提高了學生對知識的理解和掌握程度；實踐教學中“5”能力實踐體系構建，使得學生在掌握專業知識點基礎上對專業業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取得的優異成績也進一步驗證了課題組所構建教學體系的有效性。

[責任編輯：尚欣]