工程教育認證背景下的《機電一體化系統設計》教學改革研究

吳神麗，劉 凌，梁小明，姚梓萌，張艷麗

（西安文理學院機械與材料工程學院，陜西 西安 710065）

0 引言

工程教育專業認證是實現工程教育和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。我國的工程專業認證試點是教育部于2006年啟動，于2013年時先成為《華盛頓協議》預備會員[2]，直到2016年正式加入《華盛頓協議》[3]。指出工程教育是通過培養本科生綜合能力強且能解決復雜工程問題，符合國際標準，使其具有高素質的人才質量和綜合的畢業能力[4-5]。同時，面向工程教育認證和應用型本科院校，教學改革需要從人才培養方案、教學大綱、命題計劃表等進行相應的改革。工程教育認證已成為評估各大高校工程教育質量的一個重要準則[6-8]。

機械設計制造及其自動化是本校進行工程認證專業的其中一個專業，《機電一體化系統設計》是本校機械類專業的重要專業課程之一。根據工程認證相關文件，本課程與工程教育認證的培養目標和畢業要求存在一定的差距，因此要更注重培養學生較高的人才素養、實踐能力和創新能力。基于此，本課程針對教學過程中存在的現狀與不足，進行了一系列的教學改革。本課程將基于“專業認證+新工科”理念，發揮學科優勢，整合科研資源，以期達到學生學習變“被動”為“主動”，培養具有跨學科交叉融合、創新強、綜合度高、解決復雜工程問題的“新工科”人才。

1 課程現狀與不足

1.1 傳統教學時間緊、任務重，不能適應新工科對人才的需求

機電一體化系統設計課程中抽象概念和公式較多，新技術和新工藝較少介紹，使前沿科學知識引入不足，無法較好調動學生學習的積極性，無法對標工程教育認證背景下畢業要求對應的指標點。本課程涉及多學科交叉知識，不能直接機械疊加本課程的學科是指，而需要不斷有機結合課程知識結構和系統技術。由于不斷深入和細化的工程科學，使得工程方法得到不斷發展，因此，從業者面臨不斷提高的知識和能力要求，導致課堂學時不夠。

1.2 現有實踐環節覆蓋面不全，學生工程應用能力培養較弱

傳統的課堂教學教師通過課本、多媒體、板書教授理論，以多媒體為載體，學生參與度較低。實驗環節的需完成目標較為單一，缺乏引導提升學生理解復雜工程網問題和解決復雜工程問題的能力。教學方法傳統單一使得學生分析并解決實際工程問題無法解決，不符合能力要去和工程要求。在后續實訓環節和學生參與學科競賽，學生針對機電系統設計和調控部分的能力存在明顯不足，不能滿足工程教育認證的工程類畢業生能力的要求。

1.3 課程建設中存在一定“工具理性”與“價值理性”的脫節

機械專業學生的價值觀存在價值取向更趨多元化的表現，具有機械類學科自身的特點，學生接受的課程教育重點多集中在技術和知識層面，行動借助理性達到自己需要的預期目的，對價值主導的認同上增加了困難和復雜，需在滿足基于工程教育認證背景下的課程目標的前提下引入思政元素。

2 課程改革措施

基于“工程教育認證+新工科”理念，針對本課程目前存在的現狀和不足進行教學改革，改革思路如圖1（P188）所示。

圖1 本課程教學改革思路

2.1 調整教學內容體系，實現培養方式與培養方向協同

基于工程專業認證背景下，首先以機械與電子結構為本體，構建本課程的新思維體系，以機電控制為核心，形成本課程的機電一體化理念。教學過程中尊重每個學生的個體差異，采用多樣性教學模式，倡導實踐應用能力的培養。課程目標與畢業要求對應關系矩陣如表1所示，畢業要求與課程目標的對應關系如表2所示。

表1 課程目標與畢業要求對應關系矩陣

表2 畢業要求與課程目標的對應關系

圍繞本課程中工程專業認證和新工科中知識鏈條的需求，教學內容以機電一體化系統的應用和設計能力主線，分為機械系統設計，動力系統設計，檢測系統設計與控制系統設計的知識模塊完成教學。每個知識模塊包含理論知識、應用技能和思政素養三個層次。以思維導圖方式重構課程體系和教學內容，充分利用現代信息技術，采用“為什么學―學什么―怎么應用”的原則進行講授，每個章節圍繞“提出問題―分析問題―解決問題”模式，同時結合工程設計案例、教師科研項目和相關學科競賽強化知識點的實踐應用。

2.2 線上線下學習模塊建設，實現線上學習與線下學習協同

線上學習模塊在泛雅網絡教學平臺進行建設。通過學習通發布學習任務單和國家精品課程視頻，針對知識點構建前測和后測題庫。在學習通平臺上建設課后作業、習題講解、討論區和問卷調查等環節與學生互動。線下學習結合學習通進行互動式實體課堂，以研討、案例互動、案例分析、脈絡梳理為主。

篩選翻轉課堂內容，學生進行課前準備，進行組內分工合作和準備翻轉課堂相關演示材料，對自學成果進行展示。教師對學生講解過程中存在問題進行分析、指導和總結，教師與其他同學進行評價，培養學生表達和自我展示能力的目的。

2.3 重組實踐教學內容，實現理論教學與實驗教學協同

采用“教、學、做”一體化的教學組織形式，進行實驗課環節的開展。同時，以學生為主題，引導學生積極參與教師的科研項目和相關學科競賽，采用項目驅動方式，將理論與實踐緊密結合，培養學生創新意識、探索精神和問題求解能力。

2.4 建立課程多元化評價體系，實現教學考評與教學過程協同

針對本課程學習任務和特色，研究了能夠與專業認證標準緊密關聯的課程目標。以產出為導向，設計了課后作業、討論課、項目課、實驗、期末考試等考核環節，構建了面向能力指標的過程考核體系，如表3所示。

表3 面向能力指標的多元化評價體系

2.5 課堂引入思政元素，形成專業教育和思政教育有機融合

修訂教學大綱，根據章節和知識點引入思政元素，如線上思政元素學習和討論，線下課堂同步引入和課后討論思政元素主題等。強化學生對當前國家創新驅動發展大趨勢的認知，意識到團隊協作和專業知識技能的重要性，引導綠色設計理念，形成專業教育和思政教育有機融合。

3 考核方式及評價方法

基于工程認證和應用型人才培養的背景下，需要更好評價學生的學習程度和應用能力，注重學生的過程性評價，各環節評定方式如表4所示。具體考核比例為總成績=線上成績×30%+過程性考核×20%+期末成績×50%。

表4 面向能力指標的多元化評價體系

本課程的評價方法使評估本課程達成度和教學持續改進的重要步驟。將課程評價由以學生評教為主轉為以學生評學為主，針對學生的學習程度和效果來進行評價。一方面，在學生學習過程中和整個學期考核結束后，通過線上過程性學習、線上測試和線上任務點完成情況等方式進行數據分析，分析學生實現課程目標的達成度、存在問題、薄弱項目等，進行學生學情反饋并進行持續改進；另一方面，通過設置包括有課程目標、畢業要求等達成度情況的線上問卷調研，讓學生進行自我評價。針對學生的調研結果全面總結學生的學習效果和達成度情況。

4 結論

本文面向“新工科+專業認證”背景下對應用型人才的培養要求，提出基于四種協同的線上線下混合式授課模式，同時引入思政元素，更好發揮本課程在工程學科的理論與實踐相聯系的作用，引導學生應用相關理論知識，激發學生學習的活力和創造性。期望通過本課程的教學改革促進機械類及近機類專業課程間的交叉融合，提高學生學習積極性與創新性、實踐應用能力和解決復雜工程問題的能力。