基于新工科平臺(tái)的機(jī)電控制類系列課程實(shí)驗(yàn)建設(shè)與探索

吳濤

摘要：當(dāng)今社會(huì)人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等的快速發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐，機(jī)電專業(yè)作為裝備制造業(yè)的重要支柱學(xué)科，對(duì)其課程進(jìn)行建設(shè)以適應(yīng)面向未來布局的新工科建設(shè)的要求，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和組織領(lǐng)導(dǎo)能力的工程科技人才是我們迫在眉睫的任務(wù)。為了切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)用能力，本文從課程的設(shè)立、教學(xué)模式的改革和評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行了一些有益的探討與實(shí)踐，這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)該課程教學(xué)質(zhì)量的提高有較好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：新工科；機(jī)電控制；教學(xué)模式；評(píng)價(jià)體系；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）16-0139-03

一、引言

機(jī)電專業(yè)控制類系列課程整合了必備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)及相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的綜合應(yīng)用能力。該系列課程是本校機(jī)械工程及自動(dòng)化、機(jī)械電子工程的專業(yè)必修系列課程。新工科強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新與實(shí)踐[1]，通過機(jī)電控制類系列課程的建設(shè)希望增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)技能，提高同學(xué)們的動(dòng)手實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的綜合分析及設(shè)計(jì)能力。我們依托教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，從以下四個(gè)方面入手，探索適合本校機(jī)電控制類課程實(shí)驗(yàn)的新工科建設(shè)。

二、合理規(guī)劃培養(yǎng)方案

在課程設(shè)置上考慮學(xué)科的發(fā)展方向、用人單位的需求，不因人設(shè)課，根據(jù)時(shí)代發(fā)展合理設(shè)置課程，整合一些課程，加大實(shí)踐教學(xué)的力度，充分調(diào)動(dòng)教師的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，給學(xué)生個(gè)性化發(fā)展提供更加廣闊的空間。

（一）開展多樣化、個(gè)性化人才培養(yǎng)模式

學(xué)生到校學(xué)習(xí)的目的除了獲得分?jǐn)?shù)以外，更關(guān)注的是能力的提升以及將來的就業(yè)、發(fā)展。鼓勵(lì)學(xué)生在教師引導(dǎo)下，根據(jù)自身專業(yè)興趣、能力素質(zhì)提高、職業(yè)規(guī)劃，用發(fā)展的眼光考慮專業(yè)與就業(yè)、專業(yè)與職業(yè)、專業(yè)與創(chuàng)業(yè)，選擇專業(yè)和課程，加強(qiáng)實(shí)踐鍛煉，提高自身綜合能力，開拓創(chuàng)新。

（二）使培養(yǎng)過程更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性，調(diào)整考核比例

一方面增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，不僅提升每門課程開出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，更要注意開展綜合度較高的實(shí)驗(yàn)，融會(huì)貫通上述系列課程。減少分組的人數(shù)，嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)過程的考核，讓每個(gè)學(xué)生積極參與進(jìn)來，提升實(shí)驗(yàn)操作水平，使學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力[2]、科研水平得到切實(shí)提升；另一方面對(duì)現(xiàn)行的末考比重過大進(jìn)行調(diào)整，加大實(shí)驗(yàn)成績(jī)占比。

（三）利用新工科平臺(tái)，探索產(chǎn)學(xué)合作機(jī)制

加強(qiáng)學(xué)生的企業(yè)實(shí)習(xí)，探索高校與企業(yè)的產(chǎn)學(xué)合作人才雙向交流的機(jī)制，根據(jù)機(jī)電專業(yè)自身特點(diǎn)，積極凝聚學(xué)校與企業(yè)共識(shí)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)融合，真正打通實(shí)踐教學(xué)的“最后一學(xué)里”，培養(yǎng)真正的零適應(yīng)期機(jī)電專業(yè)學(xué)生，推進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)與工程教育深度融合，提升學(xué)習(xí)效率，提高教學(xué)效果[3]。

三、多渠道開展實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力

人類的能力與才干來自于人們的指尖，手指那些細(xì)小的溪流可以不斷補(bǔ)充創(chuàng)造性思維的源泉。教師要秉承以學(xué)生為主體，通過實(shí)驗(yàn)室（場(chǎng)地和設(shè)施）、時(shí)間、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、教學(xué)管理與評(píng)價(jià)方式的改革創(chuàng)新，為學(xué)生營(yíng)造充分發(fā)揮自主性和創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力提升，我們主要從以下幾個(gè)方面來提升。

（一）仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

虛擬仿真是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗(yàn)研究的新技術(shù)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)逐步自成體系，成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法。

以往的教學(xué)主要以課堂講授理論知識(shí)為主，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)由于受設(shè)備條件的制約，主要是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)要和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師聯(lián)系好時(shí)間到指定地點(diǎn)完成，這些實(shí)驗(yàn)很傳統(tǒng)，不利于激勵(lì)學(xué)生深入學(xué)習(xí)研究。而現(xiàn)在仿真軟件的使用，學(xué)生可以利用業(yè)余時(shí)間，針對(duì)自己的愛好，開展實(shí)驗(yàn)。

（二）依托現(xiàn)有資源，開發(fā)新實(shí)驗(yàn)

我校實(shí)驗(yàn)室資源投入不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，所列的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均為傳統(tǒng)的諸如指示燈的亮、滅等傳統(tǒng)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，更不適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展需求。實(shí)驗(yàn)室里還有些設(shè)備，經(jīng)常放置，有些選修課選課的學(xué)生不多，開不起班造成相關(guān)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期停滯，但是想學(xué)的學(xué)生還是有，我們?nèi)绾螒?yīng)用好現(xiàn)有資源，不要讓這些設(shè)備閑置。再者，實(shí)驗(yàn)室管理制度欠佳，實(shí)驗(yàn)設(shè)備擺放在實(shí)驗(yàn)室，專人看管，固定時(shí)間開放、不靈活，學(xué)生有時(shí)間想做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室人員又下班了。通過建立共享實(shí)驗(yàn)室的方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間、空間上的開放[4]。

機(jī)械設(shè)計(jì)的圖紙究竟是否可行？機(jī)電類的學(xué)生設(shè)計(jì)的圖紙，能否進(jìn)行加工？還有待檢驗(yàn)。我們聯(lián)系校內(nèi)的實(shí)習(xí)工廠，學(xué)生利用課外活動(dòng)基金或教師的科研經(jīng)費(fèi)，支付少許的原材料費(fèi)就可以自己動(dòng)手加工制作出實(shí)物，檢驗(yàn)一下設(shè)計(jì)的合理性，提高了實(shí)際動(dòng)手能力。

（三）師生合力，共同開拓新實(shí)驗(yàn)

我們主要從以下兩個(gè)方面著手開展：

1.由于是工科，需要大量的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，基礎(chǔ)算法的研究，也需要實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，作者自身的科研課題的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)分解成若干小的實(shí)驗(yàn)課題，學(xué)生可任選其中之一開展工作深入下去，然后再統(tǒng)一匯總成一個(gè)大的平臺(tái)。學(xué)生開發(fā)出來的新實(shí)驗(yàn)也可作為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書新的內(nèi)容。

2.重視學(xué)生的新思路，年輕人的想法有些時(shí)候天馬行空，當(dāng)中有些構(gòu)想肯定會(huì)成為未來發(fā)展的方向，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生努力將這些想法付諸實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這個(gè)過程是枯燥且艱難的，而且還伴隨著巨大的壓力，所以這個(gè)過程能夠很好地培養(yǎng)吃苦耐勞的精神。

（四）產(chǎn)學(xué)合作，共同開發(fā)新實(shí)驗(yàn)

產(chǎn)教結(jié)合相互融合，相輔相成。和企業(yè)共同探索的一些人工智能、機(jī)器人開發(fā)的項(xiàng)目，既是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，能解決社會(huì)亟待解決的問題；而且學(xué)生的熱情也容易調(diào)動(dòng)。來自于企業(yè)的研發(fā)實(shí)驗(yàn)，一方面，學(xué)生得到了鍛煉；另一方面企業(yè)也獲得了一些解決問題的新思路實(shí)現(xiàn)合作共贏。

我們?cè)跈C(jī)電控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)中采用由教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目所依托的開來科技公司提供了一些小型單片機(jī)的開發(fā)套件，學(xué)生整合自己的學(xué)習(xí)時(shí)間、業(yè)余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上根據(jù)自己的想法開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。當(dāng)靈感來了的時(shí)候，學(xué)生可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)。采用口袋實(shí)驗(yàn)室可以改變以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的時(shí)間、指定地點(diǎn)完成規(guī)定內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、空間上的開放，更大程度拓展開發(fā)空間。

四、鼓勵(lì)成立科技創(chuàng)新小團(tuán)隊(duì)，積極參加課外科技活動(dòng)

古希臘哲學(xué)家普羅塔戈說過：“學(xué)生的頭腦不是用來被填滿知識(shí)的容器，而是需要被點(diǎn)燃的火把?！蔽覀児膭?lì)學(xué)生在課內(nèi)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，充分利用了課余時(shí)間多參加課外科技學(xué)術(shù)活動(dòng)，努力建立以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向的研究型學(xué)習(xí)平臺(tái)，使學(xué)生綜合能力得到全面的提升[5]。針對(duì)社會(huì)生活中出現(xiàn)的一些問題，指導(dǎo)老師和學(xué)生共同探討，彼此調(diào)動(dòng)思維、發(fā)揮想象，積極創(chuàng)新，搞一些小發(fā)明、報(bào)一些項(xiàng)目，寫一些專利和小論文，學(xué)生通過取得一些小的成就，積少成多，積累經(jīng)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生多參加學(xué)科競(jìng)賽，將自己的想法、作品展示出來，通過參加比賽實(shí)現(xiàn)以賽促學(xué)，學(xué)賽相輔。我們經(jīng)過多年的積累，跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)參加過課外科技活動(dòng)的同學(xué)對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解更深入，動(dòng)手實(shí)踐能力更強(qiáng)，思維更活躍，更善于表達(dá)自己的想法；取得一些成果后，自信心大幅度提升。

五、產(chǎn)學(xué)合作模式下建立合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系

真正使“考生”變?yōu)閷W(xué)生，其切入路徑可以改變現(xiàn)有的評(píng)價(jià)體系以及評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)模式。我院通過多年探索，除了實(shí)行傳統(tǒng)的獎(jiǎng)“考”金以外，新增了獎(jiǎng)“研”金、獎(jiǎng)“創(chuàng)”金，學(xué)生課外科技活動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課外科技活動(dòng)。我們建設(shè)基于新工科機(jī)電控制類系列課程評(píng)價(jià)體系的目的是針對(duì)以往傳統(tǒng)課堂講授為主，問題討論和知識(shí)應(yīng)用實(shí)踐等環(huán)節(jié)較少；考核方式以期末考試為主，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力以及創(chuàng)新實(shí)踐能力的考核較少，開展基于理論實(shí)踐一體化模式的機(jī)電控制類實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系的改革、探索，建設(shè)科學(xué)完整、導(dǎo)向明確、簡(jiǎn)化易行的評(píng)價(jià)體系[6]。我們擬從以下兩個(gè)方面入手：

（一）評(píng)價(jià)主體多元化

實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)不是單純的學(xué)生、學(xué)校評(píng)價(jià)或者是教育行政部門評(píng)價(jià)、外部的評(píng)價(jià)專家和校內(nèi)的督導(dǎo)以及關(guān)注人才培養(yǎng)的社會(huì)團(tuán)體等，它的評(píng)價(jià)主體可以是與課程建設(shè)有關(guān)的用人單位，因?yàn)樽罱K能否適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿足社會(huì)的需求，還是要靠實(shí)踐來檢驗(yàn)。不同的評(píng)價(jià)主體出于自身角度以及需要的不同會(huì)對(duì)同一門課程做出多維度的判斷。因此，在課程評(píng)價(jià)主體的考慮上應(yīng)當(dāng)盡可能包括課程建設(shè)和改革的主要相關(guān)方，盡量以主體的多元化和分析的多維度使評(píng)價(jià)的結(jié)果趨向合理和公平更好地平衡和體現(xiàn)各方的要求。

（二）評(píng)價(jià)方式實(shí)踐化

工科的發(fā)展離不開企業(yè)的高度參與，產(chǎn)學(xué)結(jié)合的課程評(píng)價(jià)是由學(xué)校與企業(yè)共同完成的“復(fù)合型”評(píng)價(jià)體系，該體系的建構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1.成立校企合作專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會(huì)。該委員會(huì)由教授、企業(yè)技術(shù)專家、人力資源等管理專家共同組成，主要負(fù)責(zé)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)等的論證與審定，共同協(xié)商確定專業(yè)人才實(shí)踐培養(yǎng)方案，具體指導(dǎo)專業(yè)教學(xué)改革和專業(yè)建設(shè)，促進(jìn)校企緊密合作。

2.完善“產(chǎn)學(xué)結(jié)合”的課程評(píng)價(jià)制度，制定各單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作細(xì)則及實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)規(guī)則以及學(xué)生綜合能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如：校內(nèi)理論課程評(píng)價(jià)表、校內(nèi)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師評(píng)價(jià)表、企業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師評(píng)價(jià)表等。共建校企共評(píng)學(xué)生考核體系。邀請(qǐng)行業(yè)、企業(yè)的技術(shù)骨干、專家等與專業(yè)教師一起參與到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)中。理論教學(xué)考核在學(xué)校進(jìn)行，實(shí)踐教學(xué)考核在由學(xué)校、企業(yè)指導(dǎo)教師共同進(jìn)行評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)職業(yè)環(huán)境中多元化評(píng)價(jià)的有效結(jié)合。

六、結(jié)語

從20世紀(jì)末開始，國(guó)際工程教育改革風(fēng)起云涌?！盎貧w工程”、“工程教育范式轉(zhuǎn)移”、“再造工程教育”等口號(hào)的提出，無不反映出創(chuàng)新工程教育的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。在這一意義上，“新工科”的提出為工程教育的理論和實(shí)踐探索提供了一個(gè)全新的視角，為機(jī)電專業(yè)未來的發(fā)展創(chuàng)造了更好的契機(jī)。我們?cè)跈C(jī)電控制類系列課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與改革中，總結(jié)了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

1.本文對(duì)基于新工科的機(jī)電系統(tǒng)控制類系列課程的建設(shè)進(jìn)行了探討，在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)形式、評(píng)價(jià)體系等方面都進(jìn)行了較為深入的探索。

2.在實(shí)驗(yàn)改革上著重提高學(xué)生的動(dòng)手能力，分析問題與解決問題的能力。

3.鼓勵(lì)學(xué)生積極參加課外科技活動(dòng)，構(gòu)思新的小實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

4.以上教學(xué)改革在本校機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)2016—2018屆學(xué)生中進(jìn)行試驗(yàn)，取得了較好的教學(xué)效果，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索意識(shí)。

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