基于新工科及OBE的機械電子工程專業人才培養方案分析

張立勇　張華　趙軍　張忍東　彭正

摘 要：人才培養方案是學生培養的根本性文件，起著重要的作用。本文針對新工科理念，結合專業認證中成果導向（OBE）及學生中心的理念，從畢業要求、課程設置、教學體系及實踐等方面對機械電子工程專業人才培養方案進行了分析，并結合實際對課程體系進行改革和探索，給出了實踐教學質量評價新模式，以期為培養出適應新時代要求的專業人才提供支撐，同時為解決新時代機械電子工程專業要培養什么樣的人和如何培養的途徑提供一些參考。

關鍵詞：機械電子工程；人才培養方案；新工科；OBE理念

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）11-0052-04

2016年以來，國家積極推進新工科建設，傳統工科專業的教學模式已經不能滿足社會經濟高速發展對應用型高層次人才的發展需求。特別是地方應用型本科院校。OBE理念是在1981年由Spady率先提出的，首次開始反思教育的實用性以及教育成果的重要性。經過此后多年的發展，形成了比較完整的理論體系，至今仍被認為是追求卓越教育的正確方向。

1 現狀分析

安徽科技學院機械電子工程專業作為安徽省省級特色專業，具有專業師資力量強、辦學經驗豐富、教學資源充裕等優勢。但隨著機械電子技術的快速發展，機械電子工程專業已成為融合自動化、機械工程、計算機科學與技術、微電子科技、控制工程、人工智能、高等數學與尖端物理等學科的前沿交叉學科。因此如何升級改造傳統工科專業的教學模式，如何培養學生的工程實踐創新能力，如何實現教學、培訓、科研一體化實踐平臺以及科研成果的轉化是目前急需解決的問題。本文試圖通過基于OBE理念下的新思路對機械電子工程類專業實踐教學體系存在的問題做對比，構建新的專業實踐教學體系，從而能夠培養出適應新工科建設需要的應用型高層次人才[1]。

2 融入新工科及OBE理念的培養方案修訂

2.1 課程體系的修訂

2.1.1 面向新工科整合教學內容，重構課程教學體系

新工科建設的要求給地方應用類大學的傳統工科專業帶來了全新的挑戰，而實踐教學又是培養具有創新精神、創業意識和創新創業能力的工程技術人才的重要環節，安徽科技學院機械工程學院對傳統工科專業進行了轉型、升級和改造。在學生學什么、如何評價學習效果以及考核方式等方面進行系統改革。許多重構課程具有鮮明的“側重知識應用”的特征，主針對應用型本科人才培養，突出了“工程案例式教學”的特色，更加適合應用型本科高校的學生學習使用。如圖1所示，在課程設置上，盡可能地與該專業的實踐性人才需求相結合，突出該專業的特色；在教學過程中，我們重視理論聯系實際，重視對學生的專業知識和實際操作能力的培養，重新安排了該課程的教學內容；以多目標多形式的考核取代單一科目的考核，以提高學生的綜合素質，提高學生的創新能力。

現如今大中專院校正在使用的課本、所教學的要求重點掌握的技能和規范要求，存在學生進入職場時就已經被淘汰的情況。使用的教材中缺乏對智能制造行業領域所需要突破的新材料、新技術、新工藝、新規范的深度剖析和思考，使得學生很難掌握到現實工作中所需求的各項要求，從而導致畢業生很難滿足企業的實際需求，空有文憑而沒有實際能力。

以機械電子工程專業基礎課“理論力學”為例，采用“工程案例式教學”。（1）教學方式工程化。通過翻轉課堂的方式，充分發揮了學生在學習中的主體作用，通過分組的方式來解決實際的、復雜的工程問題，從而使他們能夠熟練地將課程知識加以應用，并將其應用到其中，構建一個動態的知識使用網絡，從而發展出一種科學的思考方式和合作能力。（2）評價方法工程化。加大對復雜工程問題應用題的分值，并通過對所學知識的運用和實際操作能力的考察，來提高學生對所學知識的運用水平。

2.1.2 整合實驗與實踐教學環節，實現項目驅動迭代式教學

我們必須充分認識到高質量教育的核心是人才培養的高質量，而高質量應用型人才培養的核心要素是專業實踐教學體系。實踐性是教育的本質屬性，實踐教育相較于理論教育在培養高水平應用型人才的領域有著更加有效、深遠的作用。

在實驗與實踐中，迭代式教學是一種以持續反饋教學過程的活動為基礎，對其進行分析和總結，從而持續地對教學方案進行修改，并反復實施的一種循環往復的改進過程，使得更多學生達成目標、部分學生達成更高目標、所有學生獲得更大增量。

機械電子工程專業學生在大一、大二接受必修實踐教學環節的訓練，從大三到大四，逐漸向以課程設計為主導的實訓模式轉變，對機電一體化6周的課程設計，PLC課程設計、單片機課程設計以及生產實訓等實訓環節進行了整合。本課題以智能小車、無人機、3D打印等為主要內容，分別由智能制造企業的工程技術人員進行教學和指導。在進行遞進更新式教學活動的具體實施時，老師們必須對有限的課程設計時間進行充分的利用，對教學過程進行深入的探討，在持續的循環實踐中，積極發掘在教學過程和學生學習過程中出現的問題，對教學計劃進行修改，并進行持續的更新和反思，以期對學生有所裨益的更優培養方案。

2.1.3 專業課程升級改造

（1）根據新工科專業內涵及社會應用需求優化課程體系，打造專業特色

以國家級“一流專業”建設為導向，全面落實“以本為本、四個回歸”，立德樹人，把課程思政貫穿人才培養全過程。落實新工科建設，實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，進一步修訂人才培養方案，著重提升專業內涵和質量，健全人才培養方案、課程評價和持續改進機制，打造一批一流本科課程。

（2）以工程教育專業認證為抓手，持續推進專業建設和改革

以工程教育專業認證為抓手，健全人才培養體系，建立畢業要求達成情況評價機制，建立課程質量的評價和持續改進機制。花費大量精力重構了2021版人才培養方案，與外校專家及企業專家深入溝通，重構課程體系，切實推動通專融合，培養學生德智體美勞全面發展的通才能力，培養學生實踐操作及解決復雜工程問題的能力。

（3）創新教學方法，強化線上線下混合教學

改變當前課堂教學模式，倡導啟發式、討論式、參與式教學方法改革，借助現代教學工具，強化線上線下混合教學，提高學生主觀能動性，提高教學效率。

（4）深入推進課程思政教學改革

為了達到立德樹人的根本目的，需要強化非思政類課程中的思政內容。培養學生正確的人生觀、社會觀、價值觀，最終導向社會主義核心價值觀。

（5）大力推進“一型六化”，注重企業參與，強化實踐能力

堅持以“產教融合、協同育人”為原則，創建課程內容、專業人才建設、教育教學模式與生產制造實際相互融合，強化和突出實踐教學模式。對實踐教學方法進行進一步的改革創新，了解和掌握企業標準與行業標準以及企業實際生產制造過程中的實際需求，全面探索機械電子工程專業人才培養新模式。提升專業技能人才的質量與素質，為智能制造的發展與突破輸送更多的源動力。

2.1.4 基于OBE理念的混合式教學的修訂

基于OBE理念并結合機械電子工程相關課程，從課程目標出發，以課程內容為主體，分析課程目標的達成途徑，便于線上線下混合式教學實施[2-4]。在OBE理念的引導下，明確課程目標，我們希望學生達到什么樣的學習結果、為什么要讓學生得到這種結果、怎樣才能有效地幫助學生實現上述目標、怎樣才能了解到學生們的學習結果等。因此倡導啟發式、討論式、參與式教學方法改革，擴大小班化教學覆蓋面，借助慕課、翻轉課堂等現代教學模式，為學生自主學習提供更加豐富多樣的教育資源，采取線上線下混合式教學激發學生的學習積極性、主動性、創造性。加強金課建設，深化信息技術與教學融合，深挖思政元素，實施課程提升計劃。

OBE理念承認學生個體差異，避免以統一的標準衡量學生的學習過程，線上線下混合式教學提供了這一方式。通過階段目標進度在達成途徑的指引下持續促進學生達成最終課程目標。以學生個體的階段評價為依據推進下一階段的教學過程，并充分考慮不同階段學習內容和不同水平學生的差異。因此學情分析是達成途徑通往課程目標的重要依據，但傳統方法手段單一，數據片面，無法真實反映個體差異。線上教學平臺能夠持續、多維度、動態化和個性化地分析學情，真實反映學生學習狀態和目標達成情況。合理利用線上自主學習、線上討論、線下課堂講授、線下課堂答疑等多種手段能夠持續改進教學過程，最終讓學生達成課程目標。基于OBE理念的混合式教學框架如圖2所示。

2.2 實踐教學質量評價的修訂

建立一套更科學、更合理的課程全過程、多樣化的評價系統，在考試和評估系統中，融合了學生在線上線下各個環節的學習任務參與程度和完成度，讓學生能夠對各種活動進行實時的評估，評估的結果是可以追蹤的，從而達到以學生為核心的閉環評價。畢業要求達成情況評價流程如圖3所示。在對課程進行的評價中，過程性考試占40%，最終考試占60%，其中，過程性考試是線上進行的，也是線下進行的，其中，線上考試的分數所占的比例是20%，包括視頻學習、作業、測試、討論等。線下考試的分數是由課堂作業和大型作業兩部分組成，在課堂中所占的比例是10%，包括出勤、課堂互動、完成作業等。

2.3 畢業基本要求修訂

畢業基本要求是人才培養方案的主要內容，修訂前的畢業要求對于學生解決復雜工程問題不夠重視。結合區域經濟發展需要以及本校“應用型人才”培養定位，同時調研了多家機電產品制造及設計企業，對畢業要求進行了修訂。修訂后的人才培養方案的畢業要求內容既體現了機械電子專業知識體系結構，工程知識、問題分析、設計/開發解決方案等，也給出了解決復雜工程問題的具體路徑，工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、項目管理等，同時也注重個人和團隊、溝通與交流及終身學習等人文素質的培養[5]。明確地方應用型本科院校機械電子工程專業“為誰培養人”的問題，以為黨育人，為國育才為出發點，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，掌握數學與自然科學基礎知識，掌握機械、電子、控制、計算機等學科基礎理論和專門知識，具備現代機電一體化技術應用能力，具備良好的學習能力、實踐能力、創新能力，具有團隊合作和創新意識，能夠在機電行業及相關領域，特別是在材料成型裝備集成控制等領域從事設計制造、技術開發、工程應用、工程管理、技術服務等工作，富有社會責任感、高尚的職業道德和創業精神的高素質應用型專門人才。

3 基于新工科及OBE理念人才培養方案的實施效果

通過對人才培養方案的優化和設計，專業課程更加貼合生產實際，學生能夠獨立或者以團隊形式去解決復雜機械電子問題，并能在設計/開發解決方案時考慮對社會及環境的影響。同時學生具有更強的自我學習能力，根據MOOC學習平臺數據顯示，參與互動討論的人數由2018級的200人次提升到了2019級的500人次；課程目標達成度由2018級的0.71提高到2019級的0.78；學生期末考試優良率由2018級的32%上升到2019級的43%；學生力學競賽獲獎率由2019年的25%上升到2020年的38%，近幾年學生在中國“互聯網+”大學生創新創業大賽也取得了顯著進步。

本著立足皖北，面向安徽，服務長三角經濟建設和社會發展的人才方案建設目標，通過對蚌埠玻璃工業設計研究院、凱盛科技股份有限公司等畢業生就業的企事業單位的調研反饋，得到的畢業生信息顯示，學生理論知識牢靠，能夠承擔機電設備系統和部件的研究、設計、開發、操作和銷售等工作任務，獲得了用人單位的一致好評。

4 結語

在實施OBE教育理念的新工科建設過程中，還存在一些問題和需要優化之處。

（1）教學團隊建設。教師需要持續更新教育理念，提升團隊工程素養及信息化教學能力和水平，并深入地方企業開展科學研究協同創新、豐富工程案例，以求更好地科研反哺教學，更好地實施專業工程案例式教學。

（2）必須強化課程內容的建構。圍繞高層次應用型人才培養需要，以OBE教學理念為基礎，不斷地優化教學設計和教學方法，使教學內容更符合專業培養目標，并在線上和線下的教學內容分配和教學活動設計上更科學。在教學過程中，要充分挖掘教學內容，做到教學內容的“浸潤”。

（3）強化網絡平臺建設與評估。強化網絡平臺建設，豐富網絡學習資源、網絡學習活動，創建具有特色的教學活動資源。通過分析學生的線上學習過程和成果，來優化線上教學的設計，避免讓學生只是簡單地體驗一下課程的形式。提高學生線上學習的效率，利用線上學習平臺做到真學、真做、真參與，以保證他們的在線學習成果。不斷改進線上+線下的多維度、多渠道的評價體系，給學生們提供不同深度、廣度的個性化評價方法，使他們的學習積極性得到最大程度的激發，更加科學地體現出學生的學習成果。

（4）促進學科教學資源的共建與共享。要積極采取區域性校際合作方式，開展混合式教學，即在同一地區的不同大學間，將課程資源建設共享，使校際教師間協作教學、學生間協作學習，使優秀的教師與高質量的課程實現開放共享。

（5）進一步強化校企合作。企業對于新技術的發展和應用十分敏感，邀請企業多形式、深層次、全過程參與學生的培養。

參考文獻：

〔1〕趙士銀，周堅.OBE理念下應用型本科高校大學數學教學改革與實踐研究——以線性代數為例[J].高教學刊，2021，7（05）：153-156.

〔2〕朱文龍，廖永新，何霆.新工科背景下基于OBE理念的混合式教學改革研究[J].中國教育信息化，2021，27（21）：88-91.

〔3〕邱振彬，嚴惠，陳熠道.新工科背景下立足“課、訓、賽、崗”的四維校企共育人才路徑探索與實踐[J].科技風，2021，34（35）：127-129.

〔4〕邢利英，丁永光，石靜.新工科背景下理論力學教學改革[J].南陽師范學院學報，2021，20（06）：70-73.

〔5〕高洪霞，丁春躍，李東，等.基于綠色紙基包裝材料的輕化工程專業人才培養方案修訂[J].包裝工程，2020，41（S1）：137-139.