機械類專業(yè)capstone綜合實作課程建設初探

黃曉林 曹玉華 李林 游小平 趙新順

摘 要：以工程教育專業(yè)認證為契機，初步探討機械類專業(yè)Capstone課程體系建設。通過校企合作，理清機械類專業(yè)應用型人才應達到畢業(yè)要求或核心能力。通過校企協(xié)同育人，按照工程教育認證規(guī)范，初步構(gòu)建機械類專業(yè)Capstone課程體系，以實際課題項目為驅(qū)動，整合學生知識結(jié)構(gòu)和團隊協(xié)作能力、初步探索實施Capstone課程的教學方式以及Capstone課程的教學產(chǎn)出成效評價方案，提升學生解決機械領域復雜工程問題的能力。

關鍵詞：Capstone課程 課程建設 工程教育認證 高等職業(yè)教育 應用型人才培養(yǎng)

Capstone課程（capstone courses）是國際工程教育專業(yè)認證規(guī)范所要求的重要必修課，受到國際工程教育界的廣泛重視。Capstone課程，即整合性綜合實作課程，或頂石課程，是指大學高年級學生在校內(nèi)教師（或企業(yè)教師）指導下，應用所學專業(yè)課程知識，解決復雜且整合性工程設計制造問題的教學過程，是本科課程教學的最后一門課程。通過Capstone課程的教學，引導學生，促進教學。

在2019年1月24日頒布的《國務院關于國家職業(yè)教育改革實施方案的通知》（國發(fā)[2019]4號）中，把“推動高等職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展”作為國家發(fā)展戰(zhàn)略，把“推動校企全面加強深度合作”作為高等職業(yè)教育應用型人才培養(yǎng)的有效途徑。廣東白云學院立足于服務廣東省和珠三角區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，秉持“以需求為導向，以學生為中心，以能力為本位，以服務為宗旨”的辦學理念，推進“產(chǎn)教融合、校企合作、工學結(jié)合”的校企協(xié)同育人“3+1”人才培養(yǎng)模式改革，致力于培養(yǎng)工程應用型人才。廣東白云學院機電工程學院開設機械設計制造及自動化、機械電子工程等機械類本科專業(yè)，培養(yǎng)機械類專業(yè)高素質(zhì)應用型人才。

一、Capstone課程建設思路

廣東白云學院一直以高等職業(yè)教育為己任，在機械類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)和專業(yè)建設中，立足于校企協(xié)同育人、通過開展Capstone課程建設，推動國際工程教育專業(yè)認證。

廣東白云學院Capstone課程建設思路是，以Capstone為頂石課程，以OBE（outcome-based education）教育為導向，理清機械類專業(yè)應用型人才應達成的畢業(yè)要求及核心能力，校企共同構(gòu)建知識傳授、能力培養(yǎng)、工學交替、理論與實踐相結(jié)合、交叉融合的機械產(chǎn)品（或機電產(chǎn)品）設計、制造全周期的Capstone課程體系，促進學生對已學理論知識、技術技能的跨學科整合，提升學生團隊交流、分工協(xié)作、創(chuàng)新思維和解決復雜工程問題的能力。

二、構(gòu)建以機械類專業(yè)以Capstone課程為頂點的課程體系

在Capstone課程建設中，結(jié)合國際工程教育專業(yè)認證規(guī)范，通過大量調(diào)研以及校企協(xié)同反復多次研討機械類專業(yè)畢業(yè)生應達到的行業(yè)創(chuàng)新能力及解決復雜機械工程問題的能力，梳理、理清機械類專業(yè)畢業(yè)生應達到畢業(yè)要求或核心能力8項，以達成培養(yǎng)應用型人才的培養(yǎng)目標。廣東白云學院機械類專業(yè)應達成的畢業(yè)要求及核心能力如表1所示。

按照國際工程教育專業(yè)認證規(guī)范，Capstone課程體系由基石類課程和要石類課程以及整合的綜合實作Capstone頂石課程等3大部分構(gòu)成。其中，基石類課程包括數(shù)學與基礎科學類課程，要石類課程包括專業(yè)基礎和專業(yè)類課程，整合的綜合實作Capstone頂石課程針對畢業(yè)前的高年級大學生開設，整合本科所學的模塊化理論、技術、技能，梳理和總結(jié)本科期間所學專業(yè)知識，深化為綜合性的結(jié)構(gòu)化專業(yè)整體能力，覆蓋全部畢業(yè)要求及核心能力。

廣東白云學院機電學院與北京精雕集團（東莞）公司校企多次研討綜合性實作項目需要整合的課程內(nèi)容、實作項目間的聯(lián)系主線、項目的技術要求、項目設計與制造加工要求、研討Capstone課程實施過程中設計與制造加工的校企對接，經(jīng)校企共同協(xié)商整合的綜合性典型復雜實作項目，包括軸系、齒輪系、箱體系、連桿系及電控系等5個設計制造加工內(nèi)容的18個綜合課題項目，在人才培養(yǎng)方案中正式設置以《現(xiàn)代設計與制造技術綜合實習》作為Capstone頂石課程，包含基石課程和要石課程的理論和技術、技能等知識和能力結(jié)構(gòu)，由學生分組選題協(xié)同實施。由此，構(gòu)建廣東白云學院機械類專業(yè)綜合性Capstone課程體系，以高等數(shù)學、工程數(shù)學、大學物理、大學化學、計算機應用基礎、C語言程序設計、理論力學、材料力學等數(shù)學及基礎科學課程作為基石課程，以機械原理、機械設計、機械制造工藝、電工電子技術、微機原理與接口、工裝夾具設計、模具設計與制造、機電控制技術、精密與超精密加工技術等專業(yè)理論與實踐課程作為要石課程、以現(xiàn)代設計與制造技術綜合實習作為Capstone頂石課程，包括機電產(chǎn)品設計與制造等專業(yè)理論、技術、技能等全覆蓋，涉及企業(yè)技術研發(fā)、實驗、生產(chǎn)、檢測等全過程。校企雙方商定Capstone課程在北京精雕集團（東莞）公司開設，由雙方共同制定教學大綱、共同確定18個綜合課題項目、共同撰寫課題項目任務書、共同撰寫教學指導書、共同指導實施教學過程、共同對課程實施情況進行總結(jié)、補充完善提高。

三、機械類專業(yè)Capstone課程的教學設計

機械類專業(yè)Capstone課程的教學設計以引導學生對所學專業(yè)理論、技術、技能進行系統(tǒng)化、整體化整合，結(jié)合企業(yè)開發(fā)產(chǎn)品、設計與制造以及生產(chǎn)管理的實際過程、通過團隊分工協(xié)作、在企業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標，以機械設計、機械制造工藝、電工電子技術、機電控制技術、精密加工制造技術等綜合性工程課題項目為載體，在實施Capstone頂石課程中，以團隊研討、分工協(xié)作、分析計算、設計驗證、選擇加工制造手段、制造工藝編排、零件數(shù)控制造編程、數(shù)控加工中心設備操作、總體裝配調(diào)試、課題裝置總成測試等全周期的工程過程作為教學重點，為學生今后從事機械工程類的工作培養(yǎng)綜合工程能力和分析、解決問題的能力。18個綜合課題項目與實際產(chǎn)品和工作任務完全一致，大部分是企業(yè)的實際項目，每個學生團隊任選一個項目，采用企業(yè)設計、生產(chǎn)制造的實際流程，采用企業(yè)的設計平臺、生產(chǎn)制造設備和車間，在企業(yè)實施教學做一體化培養(yǎng)。學生團隊在對項目進行設計、制造加工過程中與企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)過程基本保持一致，既要滿足技術要求和可靠性、又要降低成本、也要滿足環(huán)保要求。學生團隊在真實的復雜項目設計制造加工過程中，整合所學理論知識、引入行業(yè)規(guī)范、標準和工程倫理、整合設計流程、掌握制造加工工藝細則。既學習設計工具平臺、掌握加工制造設備，在“學中做”，也通過企業(yè)的工程環(huán)境，使學生體驗企業(yè)設計、生產(chǎn)的工作過程和團隊協(xié)作的氛圍、熏陶素質(zhì)、增強對機械工程復雜問題的分析與設計、制造與加工的綜合能力，在“做中學”，廣東白云學院機械類專業(yè)Capstone課程實施流程。

在實施過程中，包括總體方案設計、各個零部件的設計、分析計算、相互誤差配合、驗證、制造加工手段選擇、制造加工工藝設計、編制加工制造工藝卡、電控系統(tǒng)設計與調(diào)試、設計制造加工夾具、各個零部件實際加工制造、調(diào)試、總體裝配調(diào)試、參數(shù)測試及功能驗證、設計制造說明書的撰寫、答辯PPT。這期間，團隊討論、爭論、分析、查閱資料、甚至反復設計計算、反復加工才能達到要求，這需要團隊每個成員整合所學專業(yè)理論、技術技能、共同協(xié)作才能完成，所以每個項目課題都覆蓋全部8項核心能力，由于各個項目課題的結(jié)構(gòu)、功能的要求不同，因此，各個項目課題的設計要求和制造要求也不同，所以每個實際項目課題對8項核心能力的覆蓋加權(quán)系數(shù)是不一樣的，比如某實際項目課題對8項核心能力的覆蓋加權(quán)系數(shù)如表2所示。根據(jù)8項實際得分和加權(quán)系數(shù)，Yi為團隊分項權(quán)重得分，各分項分為4個等級，若90≤Yi<100說明學生團隊充分具有該分項核心能力，若75≤Yi≤89說明學生團隊具有該分項核心能力，若60≤Yi≤74說明學生團隊稍微具有該分項核心能力，若0≤Yi≤59說明學生團隊不具有該分項核心能力。∑Yi是團隊總體成績，也分為4個等級，若90≤∑Yi<100說明學生團隊充分具有8項核心能力，若75≤∑Yi≤89說明學生團隊具有8項核心能力，若60≤∑Yi≤74說明學生團隊稍微具有8項核心能力，若0≤∑Yi≤59說明學生團隊不具有8項核心能力，通過考核學生團隊Capstone課程的分項成績Yi和總體成績∑Yi，對Capstone課程的教與學進行評判，當分項成績在第三級和第四級時，指導教師和學生團隊都要特別關注并加以反思，仔細分析查找原因，對于教師改進教學，對于學生補齊短板。

對Capstone課程的考核方案，實際上是考核8項核心能力的達成度。當然，8項核心能力的達成度既是考核學生的知識、能力、素質(zhì)是否達標，也是考核課程體系是否合理。因此，Capstone課程的考核是多元化的，既考核團隊、也考核隊員，既考核過程、更考核結(jié)果。Capstone課程結(jié)束后，學生團隊要提交設計制造說明書、團隊研討記錄、作品總成、答辯PPT。校企指導教師根據(jù)答辯記錄、指導過程記錄、團隊研討記錄和設計制造說明書，綜合給出團隊8項核心能力的成績?nèi)绫?所示。廣東白云學院機械專業(yè)15級第5學生團隊按照100：1比例，經(jīng)過設計、計算、驗證、加工制造的綜合實作塔吊作品展示。Capstone課程結(jié)束后，校企指導教師將全班各個團隊的8項核心能力成績進行匯總，分析團隊在8個核心能力方面的掌握程度，撰寫Capstone課程總結(jié)（反思表）報告，全面總結(jié)（反思）Capstone課程教學中，團隊學生8項核心能力達成的程度，從培養(yǎng)要求方面，重點分析學生是否達到8項核心能力的培養(yǎng)要求、特別是分析某一項或幾項核心能力未達到培養(yǎng)要求的原因，分析是否需要調(diào)整教學指導方式方法。從課程體系方面，重點分析課程體系是否合理、分析綜合實作課題項目是否合理、是否覆蓋8項核心能力。總結(jié)（反思）報告的結(jié)果作為下次Capstone課程教學經(jīng)驗積累，也作為調(diào)整補充課程體系和調(diào)整綜合實作課題項目的依據(jù)。

結(jié)語

長期以來，適合高等職業(yè)教育應用型人才培養(yǎng)的課程比較少，特別是體現(xiàn)綜合性、團隊分工協(xié)作性、解決復雜工程問題方面的課程比較少，絕大部分高等職業(yè)教育應用型人才培養(yǎng)的課程與普通高等院校的課程基本雷同，在課程的教學方式方法上，適合綜合性實作Capstone課程的教學方式方法也不多。廣東白云學院以國際工程教育認證為契機，借鑒國際工程教育專業(yè)認證規(guī)范，初步探討機械類專業(yè)Capstone課程建設，探討基本支撐8項畢業(yè)要求或者核心能力的Capstone課程體系架構(gòu)，探討具有機械領域復雜工程問題的、通過整合的綜合性Capstone實作項目課題的遴選，探討培養(yǎng)學生對專業(yè)理論和技術、技能的整體應用能力和團隊合作能力，初步探討按照企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)過程基本保持一致的、完全在企業(yè)實施的、由校企雙方共同指導的教學方式方法和Capstone課程教學產(chǎn)出成績評價方案等，都收到初步的效果。通過機械類專業(yè)Capstone課程初步建設，探索畢業(yè)生從學校走向工作崗位、從學生轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ碳夹g人員的工程實踐教學模式，這對高等職業(yè)教育教學改革具有重要意義，也為高等職業(yè)教育教學改革提供一種新思路，對高等職業(yè)教育教學改革具有一定的參考價值。

參考文獻

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作者簡介

黃曉林（1958—），男，籍貫：湖北天門，碩士，教授，長期從事汽車電子的教學與科研工作。