機(jī)械電子工程專業(yè)邊界再設(shè)計(jì)及人才培養(yǎng)模式研究

王冰 韓偉娜 景曉華 唐明媚 陳麗緩 陳宇航 魏彩喬 何斌太

【摘? ?要】? ?主要闡述北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)教學(xué)改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析教學(xué)改革的現(xiàn)實(shí)背景，對機(jī)械電子工程專業(yè)的邊界再設(shè)計(jì)及其人才培養(yǎng)模式進(jìn)行探索。通過邊界再設(shè)計(jì)及人才培養(yǎng)模式改革，鍛煉和提高了學(xué)生的能力，保障了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】? ?機(jī)械電子工程；邊界再設(shè)計(jì)；人才培養(yǎng)模式

Boundary Re-design and Research on Professional Training Model of Mechatronic Engineering

Wang Bing， Han Weina， Jing Xiaohua， Tang Mingmei， Chen Lihuan， Chen Yuhang，

Wei Caiqiao， He Bintai

（ North China Institute of Aerospace Engineering， Langfang 065000， China）

【Abstract】? ? This paper mainly expounds the practical experience of teaching reform in mechatronic engineering of North China Institute of Aerospace Engineering. The background of teaching reform is analyzed， boundary re-design and professional training mode of mechatronic engineering are explored. As a result， through the boundary re-design and the reform on professional training mode， the student′s ability is exercised and improved， and the quality of professional training is guaranteed.

【Key words】? ? ?mechatronic engineering; boundary re-design; professional training model

〔中圖分類號〕? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2023）01- 0100 - 03

0? ? ?引言

有學(xué)者認(rèn)為，對于高等院校而言，新工科主要是指創(chuàng)辦新興工科專業(yè)。但正如文獻(xiàn)［1］和［2］所述，新工科建設(shè)主要不在于增加新興專業(yè)，因?yàn)檫@將導(dǎo)致新一輪的專業(yè)過度細(xì)分。面對科技發(fā)展的日新月異和業(yè)界及社會需求的千變?nèi)f化，更為可取的不是建立新興專業(yè)，而是在傳統(tǒng)專業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，即探索學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)。

新結(jié)構(gòu)建立之關(guān)鍵在于邊界再設(shè)計(jì)［1］，包括專業(yè)邊界、課程邊界、課堂邊界、教師邊界及學(xué)生學(xué)習(xí)邊界。本文以北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)為例，對其邊界再設(shè)計(jì)及人才培養(yǎng)模式進(jìn)行研究與探索。

1? ? ?專業(yè)邊界

機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)之基礎(chǔ)，它將機(jī)械、電子、控制、信息等有機(jī)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)制造過程或機(jī)電產(chǎn)品的整體最優(yōu)和智能化，是制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢［3］。我校機(jī)械電子工程專業(yè)始于2004年，它最初只是我校機(jī)電工程學(xué)院第一個本科專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動專業(yè)下的一個專業(yè)方向，它以機(jī)械制造過程的機(jī)電一體化為最初的專業(yè)邊界，在專業(yè)方向和課程設(shè)置上更為突出和側(cè)重機(jī)械制造過程和機(jī)械制造裝備的自動控制技術(shù)。

2013年我校正式設(shè)立機(jī)械電子工程專業(yè)，同年被確定為校級重點(diǎn)專業(yè)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我校機(jī)械電子工程專業(yè)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)及航天工業(yè)發(fā)展培養(yǎng)了一定數(shù)量的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。但是隨著機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，新的機(jī)電一體化產(chǎn)品競相出現(xiàn)，原有的專業(yè)邊界已難以適應(yīng)新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展對機(jī)電工程教育的需求；且已難以適應(yīng)以培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型工程人才為目標(biāo)的新工科計(jì)劃。

因此，以我校工程專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，在新一輪培養(yǎng)方案修訂過程中，對機(jī)械電子工程專業(yè)邊界進(jìn)行了再設(shè)計(jì)。在傳承原有專業(yè)特色的基礎(chǔ)上，調(diào)整專業(yè)覆蓋的知識內(nèi)容，加大了《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程學(xué)時，增加機(jī)電有機(jī)結(jié)合之穩(wěn)態(tài)和動態(tài)設(shè)計(jì)內(nèi)容，從機(jī)電有機(jī)結(jié)合的角度，系統(tǒng)地講解機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法，充分體現(xiàn)“以機(jī)為主、以電為用、機(jī)電有機(jī)結(jié)合”的原則［4］，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)機(jī)電工程知識進(jìn)行機(jī)電有機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。開設(shè)《機(jī)器人技術(shù)》《數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》《虛擬儀器設(shè)計(jì)》《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》和《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》等課程，體現(xiàn)機(jī)電一體化新產(chǎn)品、新技術(shù)和新方法。開設(shè)了《航天概論》課程，體現(xiàn)面向航天的行業(yè)特色。

2? ? ?課程邊界

邊界再設(shè)計(jì)包括課程的重構(gòu)，除新增、刪減、合并某些課程外，為適應(yīng)科技的日新月異，保留下來的相關(guān)課程的邊界需要相應(yīng)變化。

例如在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)新工科計(jì)劃并在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對《控制工程基礎(chǔ)》課程邊界進(jìn)行了再界定［5］。首先，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，主要針對經(jīng)典控制論的線性定常系統(tǒng)，講解“建模、分析和控制”三個基本問題。其次，將自動控制技術(shù)與機(jī)電系統(tǒng)相結(jié)合，講解機(jī)電控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)；引入典型工程案例，以數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)為例，自始至終，將其貫穿于課程教學(xué)的始末。最后，引入MATLAB對機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合，并將其貫穿于課程教學(xué)的始末，培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代工具進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)的分析與綜合的能力。

例如在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，原有《機(jī)電專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》的設(shè)計(jì)任務(wù)為基于PLC的制造工業(yè)順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，原有的課程邊界難以滿足鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)機(jī)電工程知識進(jìn)行機(jī)電結(jié)合的目的。在重新設(shè)計(jì)專業(yè)邊界時，我們將《機(jī)電專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》分解為課程設(shè)計(jì)Ⅰ和課程設(shè)計(jì)Ⅱ，并分學(xué)期進(jìn)行。因考慮到制造工業(yè)存在大量的事件驅(qū)動順序控制系統(tǒng)，課程設(shè)計(jì)Ⅰ保留原有的課程邊界不變。課程設(shè)計(jì)Ⅱ選取X-Y數(shù)控工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一典型機(jī)電一體化產(chǎn)品作為課程設(shè)計(jì)任務(wù)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子、自動控制和計(jì)算機(jī)等方面的知識，獨(dú)立進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的設(shè)計(jì)訓(xùn)練［6］。

3? ? ?課堂邊界

傳統(tǒng)的課堂邊界就是大學(xué)校園，但大學(xué)工程學(xué)科的課堂應(yīng)延伸到企業(yè)中去。由于大學(xué)教師自身工程背景的欠缺，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)中心畢竟不同于真實(shí)的業(yè)界企業(yè)，因此將課堂的邊界延伸到企業(yè)中去，無疑將開闊師生的視野，使他們積累更為豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

首先，要走到企業(yè)中去。我們先后與中國電子科技集團(tuán)公司四十五所、廊坊精雕數(shù)控機(jī)床制造有限公司、安瑞科（廊坊）能源裝備集成有限公司、亞新科美聯(lián)（廊坊）制動系統(tǒng)有限公司、山東邁特力重機(jī)有限公司和廊坊百冠包裝機(jī)械有限公司建立了校企合作，將它們作為我校機(jī)械電子工程專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和專業(yè)實(shí)習(xí)基地，并鼓勵和安排學(xué)生到企業(yè)中完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，校企導(dǎo)師共同合作，指導(dǎo)學(xué)生真題真作。企業(yè)每年也歡迎表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生留在企業(yè)發(fā)展，校企雙方實(shí)現(xiàn)了雙贏，既培養(yǎng)了學(xué)生，也服務(wù)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)。

其次，要將企業(yè)請進(jìn)來。我校機(jī)電工程學(xué)院與國內(nèi)專注于數(shù)控機(jī)床研發(fā)和制造的龍頭企業(yè)——廊坊精雕數(shù)控機(jī)床制造有限公司合作，校企共建精雕學(xué)院，培養(yǎng)精密制造產(chǎn)業(yè)的高端人才。在此基礎(chǔ)上，為培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，我校機(jī)電工程學(xué)院與廊坊精雕數(shù)控機(jī)床制造有限公司再次合作，申請并獲批了河北省首批現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院——航天智造產(chǎn)業(yè)學(xué)院。

4? ? ?教師邊界

首先，在師資隊(duì)伍建設(shè)上，除了注重教師自身能力和學(xué)歷的提升外，非常注重引進(jìn)具有業(yè)界工作經(jīng)驗(yàn)的中青年教師，同時鼓勵青年教師去企業(yè)掛職鍛煉。機(jī)電教研室現(xiàn)有專任教師8人，其中教授3人、博士3人、具有業(yè)界工作經(jīng)歷的教師4人、具有企業(yè)掛職鍛煉經(jīng)歷的教師1人。

其次，將企業(yè)中的工程師請進(jìn)來。積極開展合作授課，邀請業(yè)界的工程師講授某門課程的某些章節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)鼓勵學(xué)生去企業(yè)中真題真作，校企導(dǎo)師共同指導(dǎo)，并邀請企業(yè)專家參加學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。邀請業(yè)界專家共同探討和制定機(jī)械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案。

最后，提倡和鼓勵教師到企業(yè)中去，承擔(dān)來自于企業(yè)的橫向課題。所承擔(dān)的企業(yè)課題無疑會豐富教師的教學(xué)資源，教師授課自然會生動一些、深入一些，例舉的工程案例也會多一些，師生的視野也會開闊一些。機(jī)電教研室教師積極承擔(dān)和參與來自于企業(yè)的橫向項(xiàng)目，近幾年來，機(jī)電教研室獲河北省科技進(jìn)步三等獎2項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利30余件。

5? ? ?學(xué)生學(xué)習(xí)邊界

真正善于學(xué)習(xí)之關(guān)鍵，可能在于課堂之外［1］。將學(xué)生學(xué)習(xí)邊界拓展到第一課堂之外，組織和指導(dǎo)我校機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生積極參加挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生“恩智浦”杯智能汽車競賽、全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽等課外科技活動。通過科技競賽，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)和科學(xué)探索的興趣。

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，形成了線下教學(xué)和線上教學(xué)相結(jié)合的新的教學(xué)模式。網(wǎng)上教學(xué)平臺提供課程視頻、教案、講稿、電子圖書、試題庫等各種教學(xué)資源，學(xué)生可更為靈活和自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

積極申報(bào)虛擬仿真平臺建設(shè)，機(jī)電教研室的《電氣控制與PLC技術(shù)》和《機(jī)器人技術(shù)》兩門課程的虛擬仿真平臺建設(shè)項(xiàng)目已獲學(xué)校立項(xiàng)支持。其中《電氣控制與PLC技術(shù)》課程的虛擬仿真平臺已完成建設(shè)并投入使用。

科技競賽、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、虛擬仿真平臺都可以成為學(xué)生非正式學(xué)習(xí)極好的手段，都是第一課堂學(xué)習(xí)的很好補(bǔ)充。

6? ? ?結(jié)語

為應(yīng)對科技的快速發(fā)展及業(yè)界和社會的需求，高等工程教育也應(yīng)與時俱進(jìn)地進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和變化，而邊界再設(shè)計(jì)正是這種調(diào)整和變化的體現(xiàn)。我校機(jī)械電子工程專業(yè)從專業(yè)邊界、課程邊界、課堂邊界、教師邊界、學(xué)生學(xué)習(xí)邊界等幾個方面進(jìn)行了研究與探索，鍛煉和提高了學(xué)生的能力，保障了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

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