智能制造背景下機械電子工程專業(yè)課程體系建設與實踐*

佟靈茹，何 龍，玉蘇甫江·艾米都力，潘江如，徐 庚，楊嘉鵬

（新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830023）

0 引言

目前，德國制造業(yè)已經全面進入數字化、信息化、智能化發(fā)展階段，這種轉變的源動力在于德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。2015年，國務院印發(fā)《中國制造2025》，推動國內制造業(yè)發(fā)展升級轉型、引導當代中國從制造大國逐步轉變成為現代制造強國是該文件的主旨[1]。智能制造以工業(yè)軟件和前沿控制理論為支撐，集成各種硬件設備，在此前提下實現智能協(xié)同（設備、加工件、人）。智能制造使制造領域內的管理與決策模式、經營形態(tài)、崗位設置等發(fā)生了顛覆性轉變，因為智能制造人才均屬復合型高素質人才，具備極強的工程創(chuàng)新能力、實踐能力及全球競爭優(yōu)勢，不但是特定學科的專業(yè)領軍者，而且同時具備多學科素質。因此，智能制造人才明顯區(qū)別于傳統(tǒng)應用型本科人才，也表明后者的培養(yǎng)思路與模式和智能制造人才需求現狀不吻合，難以滿足新工業(yè)形態(tài)的需要，在工業(yè)轉型升級過程中，創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)的數量和質量是其中的關鍵影響因素之一[2-3]。

目前，全球政治、經濟、軍事競爭日益加劇，高科技應用成為決定成敗的關鍵，也就此讓機械電子工程專業(yè)迎來了新的發(fā)展機遇，讓這個專業(yè)廣受各行各業(yè)的關注。機械電子工程專業(yè)人員通常是前沿制造技術的研發(fā)者，基于程序設計開發(fā)和安裝調試智能機器人、加工中心、數控機床與其他新型機電一體化產品，能有效操作并維護上述產品，因而成為現代國家特別是工業(yè)強國的“香餑餑”。科技的快速發(fā)展在加快人類文明進步的同時，也顯著改變了人才需求及其培養(yǎng)模式，機械電子工程專業(yè)即是代表，該專業(yè)的調整、轉型、升級也就此全方位地凸顯了實踐型與應用型人才培養(yǎng)的重要性[4]。

本文以智能制造方面的應用型人才需求現狀為切入點，基于本科機械電子工程專業(yè)（應用型），重點分析傳統(tǒng)機電類人才培養(yǎng)的局限性，從課程體系的完整性、整體結構、內容設置等方面歸納當前機械電子工程專業(yè)課程體系現狀，據此從理論與實踐兩個層面提出了機械電子工程專業(yè)課程體系的設計方法，以完成復合型高素質人才培養(yǎng)，推動當代社會智能制造領域發(fā)展。

1 傳統(tǒng)機電類人才培養(yǎng)的局限性

傳統(tǒng)機電類人才培養(yǎng)采用的是專業(yè)細分模式，其典型特征在于人才培養(yǎng)的口徑過窄，這種人才培養(yǎng)模式與智能制造時代的實際人才需求明顯不吻合。

1.1 專業(yè)設置滯后于社會需求且界限明顯

教育部印發(fā)的《普通高等學校本科專業(yè)目錄（2012年）》對工學門類進行了專業(yè)細分，細分專業(yè)多達31個，涵蓋專業(yè)169個，不同專業(yè)間不但形成了明確的專業(yè)界限，而且專業(yè)特征清晰，這種專業(yè)技能、專業(yè)知識、專門人才的培養(yǎng)模式極具代表性，與當時國內的行業(yè)人才需求情況（工業(yè)領域自動化與電氣化同步推進）比較吻合。而自從智能制造目標，即《中國制造2025》推出后，制造領域發(fā)展速度不斷提高，持續(xù)凸顯了重點行業(yè)跨專業(yè)、跨學科的發(fā)展特色。原本屬于傳統(tǒng)學科優(yōu)勢的專業(yè)界限明顯、專業(yè)設置細化、知識技能單一卻束縛了智能制造時代的專業(yè)發(fā)展，弱化了機電專業(yè)領域的人才培養(yǎng)標準和方案、專業(yè)課程體系的自主調節(jié)與完善功能，原因在于其嚴格約束了學生的轉專業(yè)行為，導致無法滿足行業(yè)發(fā)展的綜合化（跨專業(yè)、跨學科）發(fā)展需求，不符合制造業(yè)智能化升級轉型時代背景下現代工業(yè)發(fā)展對于跨學科（專業(yè)）人才的實際需求[5]。

1.2 人才培養(yǎng)內容與行業(yè)需求脫節(jié)

學生知識、技能來源的基本途徑在于課程教學，但教學資源投入因職稱政策導向而缺少保障，因此盡管工程案例、短片、動畫等資源配置合理，數字化教學途徑（虛擬現實、網絡在線課程和MOOC等）依然缺少充足的優(yōu)質教學資源。傳統(tǒng)機電專業(yè)的教學模式主要是課堂教學，具有濃厚的填鴨式教學特征，難以激發(fā)學生的學習興趣，降低了學生學習的主動性。與此同時，短期內也不太可能讓教師由此前的知識傳播者的角色迅速過渡到心靈導師、職業(yè)教練、人才開發(fā)者、技能培訓者、知識引領者等角色，也就是說，短期內無法轉變傳統(tǒng)的高教模式（以生為本）。

從教學內容方面看，專業(yè)人才培養(yǎng)實踐依然鮮有智能制造產業(yè)界的實質參與，教學內容無法有效體現新工藝、新知識、新技術，例如智能仿真優(yōu)化（制造工藝）與自適應控制、智能物流管理、人機智能交互等，專業(yè)課程內容與產業(yè)發(fā)展現狀之間的距離不斷拉大。專業(yè)課程體系建設環(huán)節(jié)融合不充分勢必會束縛選修課程和核心技術課程課時。因此，講解重點章節(jié)、知識成為教師的唯一選擇，導致講解的知識不夠全面、完整。而智能制造領域所需技術的跨度大、范圍廣，知識面狹窄者很難充分了解、掌握智能制造理論及其知識、技術，因此智能制造時代機電專業(yè)教學實踐中的“專與通”困境仍然有待破解。專業(yè)教材（智能制造類）體系化不明顯，極度缺乏了解智能制造教學思維、掌握行業(yè)精髓和前沿技術狀態(tài)的教材編寫人員。所以，盡管將系統(tǒng)工程技術、虛擬現實技術、智能感知技術等智能要素融入教學實踐勢在必行，卻難以在短時間內實現[6]。

1.3 校企協(xié)同育人機制尚不完善

校企協(xié)同育人機制缺少可持續(xù)性與實效性，主管部門的企業(yè)利益保障機制需要進一步充實、完善。教育部門是政策性文件制定、發(fā)布、實施的主體，由于企業(yè)參與度不足，導致協(xié)同育人模式（政府搭臺、院校主導、企業(yè)參與）的企業(yè)認同度低，企業(yè)在人才培養(yǎng)過程中的參與感與獲得感不強，無法有效兌現實習實訓補貼、稅收減免等政策優(yōu)惠，協(xié)調力、執(zhí)行力過低，以至于校企難以實現深度合作的政策預期。企業(yè)實際人才需求與學生實習實訓之間缺少完善的過渡與銜接機制，大學畢業(yè)生擇業(yè)時通常只考慮政策環(huán)境、薪資水平、職業(yè)區(qū)域等，對協(xié)同育人企業(yè)考慮過少，結果就是企業(yè)忙忙碌碌后“竹籃打水——一場空”，降低了企業(yè)與高校的合作意愿，導致其會想方設法規(guī)避企校協(xié)同育人，進一步加劇了小型民企“留不住人”、大型國企“人滿為患”的矛盾?！皩W校熱、企業(yè)冷”成為校企協(xié)同育人模式的明顯缺陷，特別是在疫情等特殊因素影響下會加大企業(yè)壓力，加劇企業(yè)的不穩(wěn)定性。而基于核心技術保密、保持市場核心競爭力等需要，企業(yè)同樣不會主動參與校企合作，這也弱化了高校學科體系建設質量。與此同時，企業(yè)的核心技術人才通常不會很多，因而這些人才會將更多精力放在研發(fā)設計創(chuàng)新型技術和產品上，沒有精力參與校企合作并出任校企合作模式中的講師。綜上所述，校企協(xié)同育人機制缺乏契合度，需要持續(xù)改進校企之間人才培養(yǎng)深度融合與無縫對接的協(xié)同體系[7]。

2 機械電子工程專業(yè)課程體系構建現狀分析

盡管機械電子工程專業(yè)學科體系建設正在以新課標為依據全面推進，也因此持續(xù)完善了本學科體系，但其現實缺陷依然比較明顯[8]，主要有以下幾點。

2.1 課程體系不夠健全完善，靈活性不足

從專業(yè)課程教學實踐來看，應當全面結合市場的需求以及人才培養(yǎng)的目標等有針對性地構建相應的課程體系，這是本專業(yè)學科教學質量提升的基本途徑。而本專業(yè)學科體系、課程體系的完善程度依然不高，敏感性不夠，更多以既有教材為主發(fā)展專業(yè)課程，而未能基于當前行業(yè)發(fā)展現狀、市場需求等實際因素充實資源。課程體系中雖然設置了較多公共科目，例如一些學科基礎內容包括英語、計算機、體育、高等數學、工程原理、計算機基礎等，但也僅限于此，未能充分考慮專業(yè)課程的開發(fā)與配置，一方面導致專業(yè)基礎課程（力學、材料學、機械設計等）配置有余；另一方面則使得選修課程配置明顯不足，束縛了本專業(yè)大學生的自主選擇，缺少和其他專業(yè)學生交流的平臺。而且，現行專業(yè)培養(yǎng)方案同樣約束了專業(yè)課程體系的發(fā)展與完善，在培養(yǎng)課程建設中，相關的教育部門提出的限制較多，導致學校不能輕易地作出課程調整，難以為學生提供更多的選修類資源讓其進行自主選擇，對培育大學生身心同步發(fā)展與綜合素養(yǎng)不利。

2.2 課程體系不夠多元化，課程內容存在交叉重復等情況

目標性、科學性、全面性是對本專業(yè)課程體系建設的基本要求，而囿于傳統(tǒng)教育體制，本專業(yè)課程體系中的課程設計往往會受到職業(yè)、崗位設置等方面的約束，除了開設相關的公共課程以外，其他的專業(yè)課程設定方面往往比較局限，專業(yè)和專業(yè)之間的相通性不夠。從專業(yè)教育對口指導來看，課程體系多元化思路并未顧及大學生的綜合素養(yǎng)培育，公共必修課和選修課之間存在內容重復、交叉的現象，沒有重視素質教育與專業(yè)技能的同步培養(yǎng)，其結果是對理論知識教學過度關注，而弱化了素質教育、應用課程建設等知識教學，這也是本專業(yè)課程體系不完善的一個主要原因。

2.3 理論課程和實踐課程內容設置比例不協(xié)調

本專業(yè)課程體系建設的基本標準在于同步關注專業(yè)技能課程與理論課程教學，才能更好地幫助學生將所學的理論知識結合實踐綜合應用，完成經驗積累，奠定學生未來就業(yè)與職業(yè)發(fā)展的基礎。而由于課程體系建設在忽視專業(yè)技能課程建設的同時，過多關注理論課程，直接弱化了實踐教師的決定性作用。與此同時，現有的實踐教師存在缺少本專業(yè)教學必備的專業(yè)素養(yǎng)、綜合素養(yǎng)等問題，比如沒有深入分析市場需求、實際教學脫離實際等情況，弱化了學科體系建設與發(fā)展質量。另外，學校也未能提供充足的資源支持實踐課程建設，導致專業(yè)設計與實踐場所不足，讓學生的專業(yè)技術與實操能力發(fā)展受阻，約束了對大學生創(chuàng)新理念的培育，也無法提升他們的創(chuàng)新能力。

3 課程體系建設與實踐

課程體系建設的好壞直接決定培養(yǎng)目標能否順利實現。因此，要求學科主導者、專業(yè)教師特別是專業(yè)主管者充分研究、吃透專業(yè)認證標準，在與專業(yè)特色、學科定位結合的前提下開展本專業(yè)既有課程體系的調節(jié)工作[9]。

3.1 細化指標點

畢業(yè)生的能力標準在畢業(yè)要求中有完整的表述，從中可以看出，大學生學習成果的抽象性比較明顯，具體評價工作很難展開，所以有必要明確專業(yè)學習標準、學習質量與效果評價標準，展開大學生能力特征細化處理工作，用可評價、可觀測的參數點來細化大學生的學習成果。機械電子工程專業(yè)宜以培養(yǎng)目標、學科特色為著力點，分析細化處理畢業(yè)標準的12項能力，逐條分解指標點。首先，檢測評價工作適合基于教學過程、教學質量及教學觀察展開；其次，檢測評價適合以學生的論文、報告、試卷、作業(yè)等為依據展開。例如，可以將第4條畢業(yè)標準進行如下所示的三個二級指標點細化：

1）對于復雜工程問題，可在學科理論、知識的支撐下完成抽象模型構建及其指標確定。

2）以分析需要為支撐完成實驗設計，基于合理程序展開科學實驗，獲取實驗數據。

3）以理論模型為基礎展開測試結果與數據對比，可以解釋理論模型結果與實驗數據差異。

3.2 建立支撐矩陣

學習成果與課程體系之間關系構建的優(yōu)勢表現在兩方面，首先，對課程體系合理性、課程設置必要性判斷有利；其次，能為教師確立教學標準、目標提供協(xié)助，為教師的教學內容、考核模式設計提供便利。

課程體系應全面涵蓋畢業(yè)標準，只有如此才能確保所有畢業(yè)生滿足畢業(yè)條件。而要實現這個目標，畢業(yè)能力支撐矩陣是基本要求，必不可少，惟有如此，課程與畢業(yè)標準之間的關系才能真正確立。通常來說，至少應有一門課程與單項畢業(yè)標準對應，在學習階段，每名同學所學課程最少不得少于一門[10]。

3.3 制定課程大綱

培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的達成主要依靠各門課程教學的具體實施，在構建課程體系的同時，也有必要重新設計教學大綱，而且每門課程均應如此，以OBE為基礎的課程教學大綱必不可少。因此，新疆工程學院機械電子工程專業(yè)建設小組按照各課程的性質特點成立了若干個課程教學大綱撰寫小組，在小組內進行充分的討論協(xié)商后，最終確定了各門課程的具體目標和授課內容。課程目標細化同樣勢在必行，且應重點關注畢業(yè)標準指標點與課程目標之間的對應關系、基于教學方法和教學內容實現課程目標的途徑、考核方式如何證明課程目標的達成等方面。因此，在新的教學大綱中增加了課程目標與畢業(yè)要求指標點、教學內容和方法、考核方式的對應關系表。

3.4 設計考核方式和評分標準

必須針對每門課程的知識點和能力點，展開學習任務設計和成果驗證設計，以便全面地檢驗課程實施效果，展開課程目標達成現狀分析，具體實現方法則在于制定課程評分標準和考核方案。課程考核方式主要有課后作業(yè)、課堂案例分析研討、實驗或調研報告、考試等。選擇考核方式需要考慮課程知識點和能力點，重點強化師生之間的溝通，提高大學生基于所學知識與理論的現實問題處理能力；考核的內容和形式應能體現學生具備的相關能力情況，可以將課程目標預期達成程度與效果體現出來。制定詳細明確的評分標準是科學考核的關鍵?？己藘热菰O計應注重合理性，針對每項內容設置權重、評分等級和評分依據，這是檢測課程目標實現效果的基本要求。

4 結論

機械電子工程專業(yè)課程具有極強的理論性和技術性，是智能制造的基本理論支撐之一。通過課程體系建設與實踐，其教學方法日益完善，考核機制基本完善，增強了學生的專業(yè)綜合素養(yǎng)，提高了學生工程設計、創(chuàng)新設計等各方面的能力，實踐表明，師生參與度、配合度及教學方法的合理性直接決定了教學效果。在后續(xù)的具體實踐過程中會遇到各種困難與突發(fā)情況，仍需不斷加強和完善機械電子工程專業(yè)課程體系建設，全面推動智能制造發(fā)展。