面向專業(yè)認證的機械電子專業(yè)能力導向教育探索

夏小虎, 陳琪云, 徐 斌

(合肥學院 機械工程系,合肥 230601)

面向專業(yè)認證的機械電子專業(yè)能力導向教育探索

夏小虎, 陳琪云, 徐 斌

(合肥學院 機械工程系,合肥 230601)

面向工程教育專業(yè)認證的“以能力為導向”的教育理念正逐漸成為工程教育的主流。在明確能力分解的意義和原則基礎上，以對復雜工程問題分析能力要求分解為例，論述了采用工程問題分析—問題特征歸納—能力指標點凝煉三段式的方法，提出針對社會和市場需求，對應用型人才的有直接影響的諸項能力要求有所側重，并以“電氣控制與可編程控制器應用技術”課程為例，介紹了教學改革實踐探索成果。

專業(yè)認證; 能力導向; 機械電子專業(yè)

0 引 言

工程教育專業(yè)認證是指專業(yè)認證機構針對高等教育機構開設的工程類專業(yè)教育實施的專門性認證，是國際通行的工程教育質量保障制度。工程教育認證的標準制定依據(jù)的原則是以能力為導向。國內(nèi)外各認證機構對畢業(yè)生通過4～5年的學習后提出了明確具體的能力要求，對能力要求的進一步細化、分解并貫徹落實到工程教育各教學環(huán)節(jié)，顯然是十分必要的。本文以合肥學院機械電子專業(yè)為例，介紹在面向工程專業(yè)認證中以能力為導向的理論研究與實踐探索。

1 對能力要求的各指標點準確分解是首要因素

《華盛頓協(xié)議》是一個有關工程學士學位專業(yè)鑒定國際相互承認的協(xié)議。針對工程師培養(yǎng)的需要和現(xiàn)代社會對工程師的要求，《華盛頓協(xié)議》對畢業(yè)生通過4～5年的學習后提出了應該具備的12條能力要求。[1]具體包括：(1)數(shù)學、科學等及工程知識的應用能力；(2)復雜工程問題分析能力；(3)復雜工程系統(tǒng)設計開發(fā)能力；(4)文獻研究與實驗分析能力；(5)現(xiàn)代工具使用能力；(6)工程師的社會責任意識；(7)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展意識；(8)職業(yè)道德與規(guī)范水平；(9)團隊協(xié)作能力；(10)交流溝通能力；(11)項目與財務管理能力(12)終身學習能力?！度A盛頓協(xié)議》各成員國也根據(jù)各自國情不同，制定了對畢業(yè)生的能力要求。

為落實上述能力實現(xiàn)要求，需要將其進一步細化、分解為對各課程(模塊)的教學知識點的更加明確清晰和具體的要求，即指標點。

1.1 能力要求的指標點分解原則與意義

能力要求指標點的分解原則，是達到能夠判斷或者衡量是否實現(xiàn)的程度，從而使各指標點成為相關課程(模塊)的教學目標和衡量教學效果的標準。[2]一個指標點需要一個或者多個課程(模塊)的實施才能實現(xiàn)。該指標點成為相關的課程(模塊)共同的教學目標；一門課程(模塊)可以對多個指標點做出貢獻，其教學目標由多個指標點組成。由此可見，指標點是聯(lián)系能力要求和各課程(模塊)教學目標的樞紐環(huán)節(jié)；實現(xiàn)各能力要求應牢牢建立在實現(xiàn)各指標點的基礎之上。各課程(模塊)必須緊緊圍繞多個指標點組成的教學目標展開教學實踐活動，對各課程(模塊)教學效果考核的主要方式，就是衡量其對指標點貢獻的實現(xiàn)程度。

綜上所述，獲得準確清晰的指標點，即對能力要求各指標點準確分解，是實現(xiàn)面向工程專業(yè)認證教育教學過程的首要關鍵因素。

1.2 能力要求的指標點分解方法和實例

在實踐中，我們采用了“工程問題分析—問題特征歸納—能力指標點凝煉”三段式的方法，下面以復雜工程問題分析能力這一要求為例，詳細加以說明。研究表明，現(xiàn)代工程問題是一個復雜系統(tǒng)，具有復雜系統(tǒng)的四個特性[2]：

(1)系統(tǒng)規(guī)模，系統(tǒng)的足夠規(guī)模是產(chǎn)生復雜性的必要條件；

(2)系統(tǒng)結構，系統(tǒng)的層級結構是系統(tǒng)復雜性的主要根源；

(3)系統(tǒng)非線性，系統(tǒng)內(nèi)部諸因素是相互作用的；

(4)系統(tǒng)開放性，系統(tǒng)與外部環(huán)境存在相互作用。

以數(shù)控機床主軸驅動交流傳動系統(tǒng)為例，針對系統(tǒng)發(fā)出異常聲響這一常見故障，根據(jù)復雜系統(tǒng)具有的四個特性，展開復雜工程問題分析，如表1所示。

表1 復雜問題分析能力指標點獲取方法實例

對表1主要內(nèi)容具體說明如下：

(1)從系統(tǒng)的規(guī)模、結構層級性和系統(tǒng)非線性三個特性出發(fā)，具體可以從系統(tǒng)內(nèi)部的機械電氣和控制三個層面考慮。在機械層面，傳動系統(tǒng)潤滑或級間傳動配合失效一般也發(fā)出異常聲響。在電氣層面，電機繞組匝間短路或者缺相造成電流過大，將直接導致電機發(fā)出異常聲響。另外，在控制層面，變頻器和編碼器等控制電路發(fā)生故障可能同時帶來電氣和機械兩個方面的異常。因為控制電路處于系統(tǒng)最高層，擔任著類似大腦的指揮作用，而機械和電氣部件只是發(fā)揮四肢的功能。

(2)從系統(tǒng)的開放性出發(fā)，考慮傳動系統(tǒng)與外部相同的相互作用。主要從系統(tǒng)輸入和系統(tǒng)輸出兩個層面考慮問題。輸入交流電源出現(xiàn)斷相，與電機繞組本身缺相造成的后果相同。數(shù)控機床交流傳動系統(tǒng)的輸出是加工工件及其夾持系統(tǒng)和刀具切削系統(tǒng)。后續(xù)兩個系統(tǒng)發(fā)生故障也可能導致前級故障，統(tǒng)稱為前級的負載擾動。

(3)對系統(tǒng)的工程特征歸納可以分為系統(tǒng)內(nèi)部和外部兩個方面。根據(jù)兩個特征而凝煉得到兩個對應的能力指標點：使用機械電氣和控制理論等自然科學基本原理分析系統(tǒng)和各部件的基本工作原理和具有對多個系統(tǒng)全面綜合分析的基本意識和思維。

(4)凝煉得到的兩個指標點符合能力要求分解原則。學生在已學基礎課程(模塊)的基礎上，應熟練掌握擁有分立部件和一般系統(tǒng)的工作原理的分析能力；具有對多個系統(tǒng)全面綜合分析的基本意識和思維。這一能力在后續(xù)課程(模塊)中的教學中得到檢驗。后續(xù)教學完全能夠判斷或者衡量這一指標點是否實現(xiàn)。

從具體工程問題入手，根據(jù)能力采用“工程問題分析—問題特征歸納—能力指標點凝煉”三段式的方法，對復雜工程問題分析能力要求進行分解。這一方法也適用于其他各種能力的分解。

2 能力需求分析是確定人才培養(yǎng)目標的必要條件

能力及其分解的指標點成為相關課程(模塊)的教學目標和衡量教學效果的標準。這只是問題的一個方面，類似經(jīng)濟學中“供給側”的范疇；在高度關注教育 “供給側” 改革的同時，也必須認真傾聽“需求側”的聲音。合肥學院是市屬大學，肩負著為地方經(jīng)濟發(fā)展提供人才支撐的重任。合肥市要求進一步提高我校的專業(yè)建設、學科發(fā)展與教學實踐與地方經(jīng)濟發(fā)展的關聯(lián)度。顯然，合肥市的經(jīng)濟發(fā)展對人才的能力要求，就是我校工程教育的“需求側”。

《華盛頓協(xié)議》提出了12條能力要求。在實際教學中，應結合各國、各地區(qū)的實際情況，美國工程教育認證委員會定義了11條能力。[3]中國工程教育認證協(xié)會規(guī)定了12條能力。[4]表述各有不同，這充分表明了應該根據(jù)自身實際情況，認真傾聽來自“需求側”的聲音，對能力和指標點要求有所側重。

2.1 能力需求分析 合肥學院處于合肥經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，該區(qū)擁有以日立建機、合力叉車、合肥鍛壓、熔安動力為代表的裝備制造業(yè)，以海爾、長虹、美菱、格力為代表的家電產(chǎn)業(yè)，以江淮、佳通為代表的汽車及零部件產(chǎn)業(yè)，以聯(lián)合利華、可口可樂、統(tǒng)一、華泰為代表的快速消費品產(chǎn)業(yè)等四大支柱產(chǎn)業(yè)。在分別與企業(yè)領導、人事管理人員、技術人員、畢業(yè)生進行深入的交流和座談后，深切感受到社會和市場對“理論聯(lián)系實際”的應用型人才的渴求，對應用型人才擁有應用與創(chuàng)新能力的渴求。應該針對這一迫切要求，并結合學校地方性、應用型和國際化的辦學定位，在《華盛頓協(xié)議》的12條能力要求中，對應用型人才的有直接影響的能力(1)、(2)、(3)、(5)、(9)、(10)和(12)給予重點傾斜。對(4)、(6)、(7)、(8) 和(11)，應以畢業(yè)生的終身學習能力為引領，在畢業(yè)后5年工作實踐和學習中逐步加強。

2.2 人才培養(yǎng)方案確定 在細致分析工程教育專業(yè)認證的能力要求和深入調(diào)研社會和市場對機械電子工程類人才的能力需求之后，制訂了機械電子類人才培養(yǎng)方案：培養(yǎng)具有智能檢測與控制、現(xiàn)代設計與制造等方面的理論知識與實際應用能力，能從事機械產(chǎn)品研發(fā)、機械工藝規(guī)程工藝設計、機電設備檢測與控制系統(tǒng)設計、機電設備控制元件研發(fā)以及機電設備運行管理與營銷等工作的高級應用型人才。人才培養(yǎng)方案的指導思想是以能力為導向，以工程實際為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力；培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強、適應企業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)優(yōu)秀工程師。按照“地方性、應用型、國際化”的應用型本科大學的指導原則，堅持“以人為本”，具有較強的社會責任感，具有團結協(xié)作、開拓創(chuàng)新精神及工程實踐專業(yè)知識和技能，力爭把學生培養(yǎng)成既有一定理論知識，又具有較強實際操作能力的綜合型應用人才。

3 能力培養(yǎng)的實踐探索

合肥學院借鑒德國等國家成功經(jīng)驗，實施模塊化教學改革多年。[5-8]研究者對比美英等國的工程專業(yè)認證遵循的成果導向理念的內(nèi)涵和德國及歐洲等國的模塊化教學模式，指出“以能力為導向”是兩種教育理念的的共同之處。[9]

合肥學院機械電子工程專業(yè)堅持“以能力為導向”，致力于培養(yǎng)機械電子類應用型人才。對原有課程進行模塊化教學改革，取得了初步成果。下面以《電氣控制與可編程控制器應用技術》模塊的教學為例，具體說明面向工程教育專業(yè)認證的“以能力為導向”的教學改革實踐過程。

該模塊是機械電子類專業(yè)的主要專業(yè)課程之一，理論性和應用性內(nèi)容兼有。針對不同內(nèi)容，采用了不同教學方式：

(1) 針對在電磁機構原理和可編程控制器編程方面的理論性內(nèi)容，引導學生對《大學物理》、《電工技術》和《電子技術》等前期課程中學到的電磁學原理和組合邏輯以及時序邏輯控制的知識點，溫故知新。以單相電磁機構的短路環(huán)工作原理提示學生回顧磁通合成知識點，從歐姆龍、西門子和三菱等可編程控制器生產(chǎn)廠商的諸多實際程序回顧邏輯控制知識點。力圖通過工程應用實例領悟理論知識點，在潛移默化中提升學生自身能力。

(2) 針對采用繼電器、接觸器和可編程控制器實現(xiàn)三相交流異步電機直接啟動、降壓啟動和電氣制動等電氣控制線路類應用性內(nèi)容，著重培養(yǎng)和提升學生的專業(yè)應用能力，特別是電氣控制實際操作能力和機械電氣故障檢測能力。借助多媒體教學設備，向學生展現(xiàn)實際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場情形，增強對所學知識的真實親切感。在指導學生做實驗時，可能遇到電機通電后不能運轉等實際問題，而學生不能在實驗指導書上找到現(xiàn)成的答案，教師不輕易放過這一有利時機，循循善誘地給予指導，引導學生檢查線路，查找并最終排除故障，提升學生自身應對故障的能力。

(3) 針對車床、銑床、刨床和磨床等機械加工常用機床的電氣控制線路，給出特定功率的加工機床設計任務，要求學生計算切削功率、選擇主軸電機、進給電機和冷卻電機等主要機床電器設備的設計過程，全面提升學生能力。把面向工程教育專業(yè)認證的“以能力為導向”的教育理念貫徹于教學實踐過程中。

努力探索以能力為導向的工程專業(yè)教育之路，培養(yǎng)應用型人才，取得了良好的教學效果。學生的各項能力獲得很大提升，特別是在(1)、(2)、(3)、(4)、(5)等方面效果明顯；這些工程專業(yè)能力，通過積極參加各類學科競賽得到很好地展現(xiàn)。如在2016“西門子”杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽全國總決賽和“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各類比賽中取得佳績。在贏得榮譽的同時，通過組隊參賽，學生在(9)、(10)、(11)、(12)等方面的能力也取得明顯進步。在(6)、(7)、(8)三個方面有了初步認識，為今后在實際工作中進一步加強奠定了良好基礎。

4 結 語

在面向工程教育專業(yè)認證的“以能力為導向”的教育理念正逐漸成為工程教育主流的時代大背景下，應緊緊圍繞 “以能力為導向”這一教育改革指導思想，認真研究各能力要求，抓住指標點分解等關鍵因素，充分考慮社會和市場對應用型人才的能力需求，以務實嚴謹?shù)膽B(tài)度做好教育改革實踐，努力適應以“智能制造”為主導的第四次工業(yè)革命——“工業(yè)4.0”需求，培養(yǎng)能力強、適應經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的應用型優(yōu)秀人才。

[1] 百度百科.工程教育專業(yè)認證[EB/OL].(2014-11-14) [2015-03-19].http：//baike.baidu.cn.

[2] 林建. 如何理解和解決工程問題 [J],高等工程教育研究, 2016(5): 17- 26.

[3] 工程教育專業(yè)認證協(xié)會.工程教育專業(yè)認證標準[EB/OL].(2009-04-16) [2015-03-19]. http：//ceeaa.heec.edu.cn.

[4] 中國工程教育認證協(xié)會. 中國工程教育認證通用標準[M],2015: 7.

[5] 劉建中. 應用型本科高校模塊化研究[J]. 合肥學院學報: 自然科學版, 2011(11): 47- 50.

[6] 蔡敬民. 基于能力導向的模塊化教學體系構建[M]. 合肥: 中國科技大學出版社, 2012: 10.

[7] 李德才. 關于模塊化教學的幾個問題—兼論工程師型人才培養(yǎng)[J]，合肥學院學報，2013(4)：64- 68.

[8] 李德才, 王曉艷. 構建模塊化教學體系必須注意的幾個問題—以物流管理專業(yè)模塊化教學體系構建為例[J],合肥學院學報，2014(4)：62- 65.

[9] 夏小虎,姜海. 工程認證的成果導向模式和模塊化教學的對比分析[J], 應用型高等教育, 2016(4): 23- 26.

[責任編輯：李德才]

Practice of Ability- orientated Education for Mechatronics Major in the Context of Professional Accreditation

XIA Xiao- hu,CHEN Qi- yun,XU Bin

(Department of Mechanical Engineering, Hefei University, Hefei 230601, China)

Abilities- orientated education under engineering professional accreditation is the main trends of engineering education reform. Firstly, the abilities defined in professional accreditation are divided into professional quality in sense of macro field and professional ability in sense of minimal field, then the property and feature of professional quality and ability and their meaning for engineering education are discussed deeply. Based on the above analysis, the Abilities- orientated engineering education practices of Mechatronics personnel cultivation in Hefei University are introduced. Some measures to realize the abilities- orientated education are also put forward. The practices and outcomes of course ofElectricalControlandPLCTechnologyfor improving students’ engineering ability are elaborated.

professional accreditation; abilities- orientated; mechatronics major

2017-02-02

2017-03-13

安徽省高等學校省級質量工程項目(2015jyxm312)資助。

夏小虎(1974— )，男，安徽巢湖人，合肥學院機械工程系副教授、博士，研究方向：信息獲取與控制；陳琪云(1964— )，男，福建南安人，合肥學院機械工程系講師，研究方向：電氣控制與可編程控制器技術；徐 斌(1982— )，男，山東泗水人，合肥學院機械工程系講師，研究方向：計算機控制技術與機器人技術。

G642.0

A

2096-2371(2017)02-0125-05