新形勢下機電裝備設計課程建設探索與實踐

劉江，崔昭霞，那日蘇，李宗學，張楠

（內蒙古工業(yè)大學，內蒙古呼和浩特 010051）

隨著第四次工業(yè)革命的到來，學科交叉融合日益深入，對我國現(xiàn)有高等工程教育提出了新挑戰(zhàn)、新要求。2017年6月9日，教育部審議了《新工科研究與實踐項目指南》，提出新工科建設指導意見， 以主動適應新技術、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展需求[1,2]。為使工程技術人才與國際接軌，滿足人才國際化需求，國內各高校都開展了工程教育認證，建立持續(xù)的專業(yè)改進機制和文化，使學生能夠達到畢業(yè)能力要求[3,4]。2020年5月，教育部印發(fā)了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，發(fā)揮好每門課程的育人作用，以培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者與接班人[5-7]。專業(yè)課作為培養(yǎng)人才的首要因素和核心教學環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的課程目標和教學模式已滿足不了社會、企業(yè)和學生發(fā)展的要求，課程體系與教學內容改革勢在必行。

機電裝備設計是面向機械設計制造及其自動化專業(yè)大四學生開設的實踐性和綜合性較強的專業(yè)必修課，需將機械系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)、檢測部件、微電子自動控制系統(tǒng)和驅動裝置以及信息處理技術，按系統(tǒng)工程和整體優(yōu)化的方法集成，以解決復雜機電工程問題，是對所學知識的綜合和升華，是學生專業(yè)實踐能力提升的重要環(huán)節(jié)，為后續(xù)的綜合設計和畢業(yè)設計奠定基礎，所以提升教學質量對于機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生來說至關重要。在教學過程中，課程組注重理論與實踐相結合，通過恰當?shù)墓こ虒嵗v解，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和設計能力， 但在對用人單位、學生調研反饋的問題來看，學生雖然專業(yè)知識較扎實，但是設計小型機電裝備和解決實際工程問題的能力不足，設計的產(chǎn)品結構理想化，與實際生產(chǎn)過程脫節(jié)，沒有將專業(yè)知識很好地轉化為設計能力。基于以上原因，機電裝備設計需要從課程目標、教學內容、教學策略、思政元素融合等方面進行改革，以滿足社會、企業(yè)和學生自身發(fā)展的新要求。

1 擬解決的主要教學問題

在工程教育專業(yè)認證的背景下，結合新時代全國高等學校本科教育工作會議對新時代人才培養(yǎng)提出的新要求，內蒙古工業(yè)大學機械工程學院對專業(yè)目標和畢業(yè)指標點進行了全面修訂，機電裝備設計課程擬解決的主要問題如下：

1.1 課程目標的確定

根據(jù)畢業(yè)要求分解的指標點，機電裝備設計需要達成5 個二級指標點，即需要學生掌握機電裝備基礎知識，提出合理可行的設計方案；能夠進行理論分析、設計計算及實驗驗證，并能按照技術標準規(guī)范、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)等要求進行合理評價。所以確定的課程目標為：培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和設計能力，對專業(yè)活動做到心有敬畏、行有所止；關注科學前沿動態(tài)，通過“機械設備”“機電裝備”“智能設備”的發(fā)展趨勢分析，激發(fā)學生的進取心；要勇?lián)鷷r代使命，學好專業(yè)知識，提升小型復雜機電裝備設計能力和工程素養(yǎng)，努力成為德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人。

1.2 教學內容的選擇與凝練

機電裝備設計是典型的跨專業(yè)融合課程，內容體現(xiàn)以機為主、機電結合的特色，包括傳動系統(tǒng)與部件、支承件、導軌的設計理論和選型方法、伺服系統(tǒng)的動力學設計方法及典型機電裝備設計等，內容點多面廣，實踐性較強，學生不易掌握。在教學課時減少的大趨勢下，需要按照畢業(yè)指標點對課程內容進行重新梳理與凝練，合理劃分課程單元和知識點，使教學內容對畢業(yè)指標點具有較強的支撐作用。考慮到機電裝備的特點，將課程內容按照各功能部件重新組織，使每節(jié)課都能解決一個小的工程問題。

1.3 教學策略的選擇與優(yōu)化

隨著教育教學的信息化和智能化發(fā)展，以“黑板+粉筆+PPT”的傳統(tǒng)課堂教學模式已經(jīng)無法滿足當前學習的需求，學生學習熱情不高、動力不足、效果不好，不愿意被動接受教師對知識的灌輸[8]。教師需要重新審視自己的教學策略，根據(jù)課程特點和學情，探索行之有效的課堂教學新模式，讓教學回歸教學的本質，即以學生為中心，產(chǎn)出導向，持續(xù)改進，激發(fā)學生對機電裝備設計學習的積極性和自主性，提升學生的機電裝備設計能力。

1.4 思政元素的有機融合

機電裝備設計教學內容包括數(shù)控機床和機器人等高端機電裝備的設計及零部件的選型，適合將大國工匠精神、家國情懷和使命擔當?shù)人颊厝谌胫R點、案例教學、課堂討論等教學環(huán)節(jié)，真正起到 “思政入課堂，育人細無聲”的效果，以構建科學合理的課程思政教學模式。

2 課程改革策略與方法

2.1 混合課程實現(xiàn)學生自主學習

根據(jù)課程畢業(yè)指標點的要求，重新組織教學內容，以內蒙古工業(yè)大學優(yōu)慕課平臺為依托，合理安排線上線下教學內容，簡單內容和平時考核線上進行，疑難點和交流討論線下完成，留出更多時間解決學習中遇到的問題，實現(xiàn)從教師傳授到學生自主學習的轉變。考慮到機電裝備的特點，將課程內容按照主傳動系統(tǒng)，電伺服傳動系統(tǒng)、機架等部件重新組織，對每個功能部件進行設計分析，對課程內容進行單元設計，完成教學目標、單元導學、教學資源設計及學習評價設計等教學環(huán)節(jié)，根據(jù)單元設計中的知識點進行微課設計和制作。教學資源的甄選十分關鍵也十分耗時的，需要課程組教師分工協(xié)助完成。

2.2 問題導向，案例教學

教學內容的選擇與凝練，設計案例的層次性、邏輯關聯(lián)性是以問題為導向的課堂教學模式的前提和基礎。課程中的案例來源于教學團隊的科研項目，與生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密，授課教師既熟悉項目立項背景，又可提供設計方案構思、設計計算的難點、加工制造裝配及設備使用等過程，學生可獲得設計案例的全部資料，能夠體驗到機電裝備設計的全過程。課前教師線上布置設計問題，課中以設計問題為導向，學生小組討論提出設計思路和方案，教師以設計案例為主線講解新知識，解決課前線上布置的設計任務，課后學生按照新知識點完成最終的設計方案，實現(xiàn)閉環(huán)教學，以更好地提升學生“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題—形成設計方案”的能力[9]。

2.3 “體驗式”項目大作業(yè)，搭建設計案例庫

以前的作業(yè)都是以知識點為基礎進行小部件設計，作業(yè)之間沒有相互聯(lián)系，設計成果未體現(xiàn)出機電裝備是一個有機結合整體的特點。而項目式大作業(yè)鼓勵學生結合課程要求，以小組為單位開展設計，需要完成項目方案設計、設計計算、結構設計、控制系統(tǒng)設計、圖紙繪制、成果展示等產(chǎn)品開發(fā)的全部環(huán)節(jié)，讓學生真正參與整個設計過程，有效提升學生的設計實踐能力。在項目式大作業(yè)環(huán)節(jié)，鼓勵學生結合課程特點選擇具有前沿性的項目，教師幫助學生甄別項目的可行性和可達性，分階段檢查項目的完成質量，及時修正學生設計中存在的問題，保證其能夠順利完成項目大作業(yè)。將完成質量好、體現(xiàn)課程特點的項目大作業(yè)，發(fā)布在線上優(yōu)慕課平臺，與教師的項目一起構建設計案例庫，讓學生更好地體驗設計方法和過程，提升學生設計小型機電裝備的能力[10-12]。

2.4 聚焦國家需求，實現(xiàn)思政元素與課程內容有機融合

根據(jù)人才培養(yǎng)目標、課程目標，在講授機電裝備發(fā)展過程時，介紹相關的歷史背景，引導學生了解機電裝備[13-14]。關鍵零部件的設計選型是本課程的核心內容，通過分析國內外產(chǎn)品性能的差別，培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。在講解設計案例的立項背景時，注重理論與實踐相結合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和設計能力，使學生具備創(chuàng)新精神、社會責任感、人文修養(yǎng)和職業(yè)道德。如在講解固體火箭發(fā)動機安全脫模裝置設計時，采用五星教學法進行內容組織，用兩分鐘講述國內外固定火箭發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹我國在運載火箭領域所取得的輝煌成就，培養(yǎng)學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

3 評價方法和改革成效

為緊緊圍繞國家和區(qū)域發(fā)展需求，全面貫徹落實全員、全過程、全方位的質量考核評價理念，結合發(fā)展定位和人才培養(yǎng)目標，學校建立了校、院、專業(yè)三級教學過程質量監(jiān)控保障體系及相應的考核評價制度，規(guī)范了教學過程質量監(jiān)控機制，對教學過程進行組織、指揮、調控、監(jiān)督、評價與反饋，從制度上保障了閉環(huán)監(jiān)控保障體系的落實與協(xié)調運行。

機電裝備設計直接評價項目及權重為：課堂表現(xiàn)（10%）、項目大作業(yè)（30%）、實驗（10%）、考試（50%），共4 項。本課程每年進行一次課程質量評價，由學院本科教學工作委員會領導，由教學團隊負責實施，對上課學生和教學團隊專業(yè)教師，采用教學研討會、問卷調查、座談、走訪等形式完成課程的考核與評價，對教學中存在的問題，分析原因，找出應對策略，持續(xù)改進。經(jīng)過兩輪的持續(xù)改進和迭代，課程直接性評價和間接性評價的達成度都在0.71 以上，課程在培養(yǎng)學生復雜機電系統(tǒng)的設計能力、學習能力和綜合素養(yǎng)方面得到了企業(yè)和師生的認可。

4 結語

課程建設是一個不斷迭代、優(yōu)化的過程，需要根據(jù)社會發(fā)展需求和趨勢，以機電裝備的現(xiàn)代化、自動化、智能化需求為導向，完善和凝練教學內容，更新教學策略和手段，充實設計案例庫，完善混合式教學平臺建設，提升教師團隊的科研及教研水平，充分激發(fā)學生的熱情和自主性，培養(yǎng)能夠在機械工程及相關領域從事設計開發(fā)、自動控制、應用研究、技術管理及運行維護等工作的德智體美勞全面發(fā)展的高級應用型人才。