新工科背景下機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式初探

王 燦，秦展田*，許本勝，鄒愛成

（1.桂林航天工業(yè)學院機電工程學院 廣西 桂林 541004；2.桂林航天工業(yè)學院航空宇航學院 廣西 桂林 541004）

目前，全球進入由人工智能引領的新一輪產(chǎn)業(yè)變革和科技革命的關鍵時期，為了在這一關鍵時期占領戰(zhàn)略制高點、占據(jù)科技競爭優(yōu)勢，我國提出并開始實施“中國智能制造”“新工科”“中國教育現(xiàn)代化2035”等重大戰(zhàn)略，促使中國教育開始主動變革來適應社會發(fā)展，高等教育開始進入到一個全新的時期——新工科時期[1]。新工科不僅要求構建新專業(yè)，還要求對傳統(tǒng)專業(yè)改造升級，在與未來經(jīng)濟發(fā)展所需人才相結合的基礎上，融入未來技術，使培養(yǎng)的人才不僅能適應經(jīng)濟社會發(fā)展，更能有效促進工業(yè)進步[2]。人工智能與制造業(yè)的深度融合是這一時期各國的重要戰(zhàn)略，機械電子工程作為銜接制造業(yè)與人工智能的專業(yè)，是中國智能制造的重要支撐[3]。如何以新工科的思維和理念來改革機械電子工程人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、能解決實際問題并引領社會發(fā)展的高素質人才是新工科背景下機械電子工程專業(yè)迫切需要解決的問題。

以桂林航天工業(yè)學院機電工程學院為例，其機械電子工程專業(yè)雖為新開設專業(yè)，但在機電工程學院雄厚的教學基礎上開展辦學，是一個集機械、電子、信息、控制等多學科交叉融合的綜合型專業(yè)，一直為廣西地區(qū)和粵港澳大灣區(qū)相關產(chǎn)業(yè)提供科技人才，為廣西和粵港澳大灣區(qū)的工業(yè)發(fā)展和振興承擔著自身的責任。機械電子工程專業(yè)在新工科建設引領下重構機械電子專業(yè)人才培養(yǎng)方案，從課程體系建設、教學方法改革等方面深入研究機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式。

1 機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀或存在的問題

機械電子工程專業(yè)相比其他專業(yè)開設較晚，很多學校是在原有專科機電一體化專業(yè)或在原有的學科基礎上發(fā)展起來，培養(yǎng)方案和行業(yè)背景差異較大[4]。總的來說，機械電子工程人才培養(yǎng)還存在以下問題：

智能化機械電子工程人才培養(yǎng)滯后。在新一輪科技革命時期，人工智能與制造業(yè)的深度融合是各個國家的重要戰(zhàn)略。機械電子工程專業(yè)作為制造業(yè)與自動化相結合的重要專業(yè)，其人才培養(yǎng)對制造業(yè)的智能化程度影響重大。而傳統(tǒng)的機械電子工程專業(yè)只是簡單的機與電的結合，或者教學過程中常針對的是簡單的機電控制系統(tǒng)，自動化程度不高，與當前國家提出的新工科和智能制造的要求還有一定的差距。

學科的交叉融合力度不夠。雖然機械電子工程專業(yè)是一個多學科交叉融合的專業(yè)，但其建設過程中仍以傳統(tǒng)的專業(yè)構建方式，將機械與電子、控制類等課程進行融合，實現(xiàn)了一定的機與電的結合和自動化控制，但學科的交叉融合不能僅體現(xiàn)在學科知識的簡單疊加，更需要實現(xiàn)多項能力的綜合培養(yǎng)。

實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)與專業(yè)課程教育分離。實踐創(chuàng)新能力一直是應用型本科所重視的，然而，很多學校將實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)獨立出來，利用各種學科競賽的形式或開設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程，與專業(yè)課程教育分開，難以形成大范圍內專業(yè)課程教育與實踐創(chuàng)新的融合，只能在小范圍內培養(yǎng)的學生實踐創(chuàng)新能力。

2 新工科背景下機械電子工程人才培養(yǎng)模式的構建

2.1 以新工科為背景、服務地方為導向，制訂人才培養(yǎng)目標

在新工科背景下，學生的能力培養(yǎng)尤為重要，其核心能力主要包括以家國情懷、批評與自我批評、人際溝通、人格獨立等為主的通用能力，以及工程領域適應性為主的專門能力和解決工程問題的工程能力。

桂林航天工業(yè)學院學生的主要就業(yè)地為廣西和粵港澳大灣區(qū)，目前這些地區(qū)對機械電子、機電一體化、智能制造等方向的人才缺口較大。機械電子工程專業(yè)作為一個融合了機械制造技術、控制技術、電子技術等多個學科的專業(yè)，在智能制造等領域發(fā)揮著重要的作用。在中國智能制造2025、十四五規(guī)劃等國家重要戰(zhàn)略的指引下，緊密結合智能制造發(fā)展趨勢，推動制造業(yè)高質量發(fā)展，培養(yǎng)具有較強的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、團結協(xié)作能力且能多方位發(fā)展的工程技術人才，才能實現(xiàn)人才培養(yǎng)助力經(jīng)濟轉型發(fā)展。

2.2 從工程實踐能力角度優(yōu)化課程體系

課程體系將人才培養(yǎng)落到實處。要實現(xiàn)新工科下核心能力的培養(yǎng)，就要改革原有的課程體系，注重工程實踐能力、創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)，同時要關注學科之間的交叉融合、注重工程實踐能力的培養(yǎng)。因此，在課程體系的建設過程中，融合實踐項目，實現(xiàn)將實踐項目和理論知識融合在一起的課程體系。

2.3 優(yōu)化教學內容和教學方法

社會發(fā)展會影響教學內容、教學方法和模式。中國制造2025等重要決策指引著我國高等教育的方向，也直接影響著高等教育的相關教學內容。高等教育工作者要緊跟時代的步伐，不斷調查研究，讓教學內容凸顯時代性，也使得培養(yǎng)的學生更符合時代的需求。因此，在機械電子工程專業(yè)課程的教學內容上，專業(yè)教師要深入企業(yè)調查研究，掌握專業(yè)發(fā)展前沿，并將其融入課程教學中。

在信息化迅速發(fā)展的今天，教育信息化的作用日漸凸顯，教育信息化已成為當前一個重要的學習手段。MOOC、翻轉課堂、微課、對分課堂等多樣化教學方式不斷提出，在提高教學效果、提高學生學習的主動性上發(fā)揮著越來越重要的作用。在機械電子工程人才培養(yǎng)過程中，各任課教師應根據(jù)相關課程特點，采用合適的現(xiàn)代化教學手段。

2.4 深化教育教學評價改革

新的教學方法、教學模式下需要有新的教學評價體系與之相適應。在大力推廣混合式教學模式的大背景下，機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的實施也采用混合式教學的方式進行，因此，需要設計合理的教育教學評價方式對教學模式進行評價。評價主要包括兩方面，一方面是學生學習效果的評價，另一方面是教學模式的過程性評價，以此考評學生的學習情況，并對后續(xù)的混合式教學進行進一步的改進提升。

3 新工科背景下機械電子工程人才培養(yǎng)模式的實踐

3.1 構建實踐與理論相結合的課程體系

機械電子工程專業(yè)在現(xiàn)有的通識教育課、學科基礎課、專業(yè)課、集中實踐四個環(huán)節(jié)的基礎上增加前沿專業(yè)知識課、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力課以及第二課堂等，并將課程進行重新規(guī)劃組合，形成學科基礎課程群、機械產(chǎn)品設計課程群、制造類課程群、檢測控制課程群、機電系統(tǒng)課程群、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐群。為了更好地將理論運用于實踐，教學團隊以CDIO為教育理念，以項目為主線，通過多級項目的形式來開展教學，更好地實現(xiàn)學生工程能力的培養(yǎng)。

3.2 引入第二實踐課堂

實踐是理解知識、運用知識的重要途徑，不僅是學生學習的目的，也是學生深度學習的重要方法。如何盡可能多地提供機會讓學生開展實踐活動是教師們一直關注的問題。機電教研室的教師們開辟了第二實踐課堂，組建學習興趣小組，開展各類實踐訓練，主要包括機電產(chǎn)品設計、各類學科競賽以及各專業(yè)教師的相關橫向課題。學習興趣小組由教師指導，成員包括各年級的學生，并由高年級的學生擔任組長，通過老帶新的形式，在完成設計目標的過程中，帶動各年級成員的成長。通過這些途徑，機械電子工程專業(yè)學生的實踐能力得到了很好地培養(yǎng)，在各級別的學科競賽中獲獎不斷，也能很好地輔助教師的橫向課題。

3.3 整合課程教學內容、引入學科前沿

根據(jù)調研結果，將機械電子工程各專業(yè)課教學內容進行整合，重新規(guī)劃教學重點、難點，去掉重復教學的部分、具有關聯(lián)性的課程內容重新規(guī)劃。任課教師在調研學習及科學研究中，積極獲取最新的學科發(fā)展動態(tài)，并將這些學科前沿知識貫穿在課堂教學中，讓學生在校期間就能了解本學科的發(fā)展趨勢，增加學習的積極性和動力。

3.4 實踐教學改革

對機械電子工程專業(yè)原有的課程設計及實踐訓練課程進行整合。機械電子工程原有的課程設計和實踐訓練課程更多的是針對某一門課程開設的，比如“機械電子技術實訓”“電氣控制與PLC課程設計”“計算機控制課程設計”等，現(xiàn)有的人才培養(yǎng)對實踐教學課程進行了整合，從課程基礎訓練、專業(yè)訓練、綜合訓練等角度來開設課程，如“機電基礎工程設計”“機電專業(yè)綜合設計”“工業(yè)機器人應用綜合實踐”“機電控制系統(tǒng)綜合實踐”等，實現(xiàn)學生對多門課程的綜合運用。

3.5 多樣化的教學手段和教學過程

在課程教學中，以學生為中心，重點培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新思維能力。將教學過程劃分為課前、課中、課后三個階段來進行教學設計。在課前的教學階段，以微課視頻的自主預習為主，主要內容包括課中涉及的一些基礎知識和一些相對簡單的知識點。課中以教師講解重難點為主，穿插學生對知識的理解與運用。課后主要針對課中內容進行鞏固、加強和運用，主要為課后作業(yè)，包括知識點的基本概念、知識的簡單運用和小課題綜合運用等。以此為基礎，機械電子工程專業(yè)各課程采用了不同的現(xiàn)代化教學方式，“電氣控制與PLC”“微控制器應用技術”采用項目式教學方式，“機械制圖”采用翻轉課堂的形式，“機電傳動與控制”采用混合式教學的方式等。同時，教研室每學期開展示范課程，教師之間相互交流，促進教學能力的提升；針對青年教師，實行導師制，由經(jīng)驗豐富的教師對青年教師進行一對一的指導，使青年教師盡快進入角色，掌握教學手段和方法，提高教學水平。

3.6 教學評價體系的改革優(yōu)化

改革原有的課程教學評價體系。機械電子工程專業(yè)原有的課程教學評價采用30%平時成績加上70%期末考試成績組成，平時成績大都由作業(yè)、實驗、平時表現(xiàn)構成。采用現(xiàn)代化教學方式后，教學評價方式也發(fā)生了變化，更多的是從工程能力、自學自主能力、教學過程的參與度等方面進行考核，主要包括上課前學生的課前預習、課中的討論、課后實踐項目等組成。

4 結語

桂林航天工業(yè)機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的設計以“新工科”工程人才的培養(yǎng)為指南，針對機械電子工程專業(yè)目前存在的問題以及當前的機械電子工程人才需求，制訂了相應的人才培養(yǎng)方案、課程體系、教學內容、教學方式、教學評價等，努力為中國的經(jīng)濟社會發(fā)展提供更多的優(yōu)秀人才。