機械電子工程專業(yè)邊界再設(shè)計及人才培養(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)學院機械電子工程專業(yè)教學改革的實踐經(jīng)驗，分析教學改革的現(xiàn)實背景，對機械電子工程專業(yè)的邊界再設(shè)計及其人才培養(yǎng)模式進行探索。通過邊界再設(shè)計及人才培養(yǎng)模式改革，鍛煉和提高了學生的能力，保障了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】? ?機械電子工程；邊界再設(shè)計；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? ? ? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2023）01- 0100 - 03

0? ? ?引言

有學者認為，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［1］和［2］所述，新工科建設(shè)主要不在于增加新興專業(yè)，因為這將導致新一輪的專業(yè)過度細分。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)上進行動態(tài)調(diào)整，即探索學科專業(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［1］，包括專業(yè)邊界、課程邊界、課堂邊界、教師邊界及學生學習邊界。本文以北華航天工業(yè)學院機械電子工程專業(yè)為例，對其邊界再設(shè)計及人才培養(yǎng)模式進行研究與探索。

1? ? ?專業(yè)邊界

機電一體化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)之基礎(chǔ)，它將機械、電子、控制、信息等有機結(jié)合以實現(xiàn)制造過程或機電產(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］。我校機械電子工程專業(yè)始于2004年，它最初只是我校機電工程學院第一個本科專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動專業(yè)下的一個專業(yè)方向，它以機械制造過程的機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)重機械制造過程和機械制造裝備的自動控制技術(shù)。

2013年我校正式設(shè)立機械電子工程專業(yè)，同年被確定為校級重點專業(yè)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我校機械電子工程專業(yè)為區(qū)域經(jīng)濟及航天工業(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。但是隨著機電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，新的機電一體化產(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)濟發(fā)展對機電工程教育的需求；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的新工科計劃。

因此，以我校工程專業(yè)認證為契機，在新一輪培養(yǎng)方案修訂過程中，對機械電子工程專業(yè)邊界進行了再設(shè)計。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《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程學時，增加機電有機結(jié)合之穩(wěn)態(tài)和動態(tài)設(shè)計內(nèi)容，從機電有機結(jié)合的角度，系統(tǒng)地講解機電系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法，充分體現(xiàn)“以機為主、以電為用、機電有機結(jié)合”的原則［4］，側(cè)重培養(yǎng)學生綜合運用所學機電工程知識進行機電有機結(jié)合的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。開設(shè)《機器人技術(shù)》《數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》《虛擬儀器設(shè)計》《現(xiàn)代設(shè)計方法》和《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》等課程，體現(xiàn)機電一體化新產(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。

例如在理論教學環(huán)節(jié)，根據(jù)新工科計劃并在多年教學實踐的基礎(chǔ)上，對《控制工程基礎(chǔ)》課程邊界進行了再界定［5］。首先，優(yōu)化了教學內(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)與機電系統(tǒng)相結(jié)合，講解機電控制系統(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的始末。最后，引入MATLAB對機電控制系統(tǒng)進行分析與綜合，并將其貫穿于課程教學的始末，培養(yǎng)學生使用現(xiàn)代工具進行機電控制系統(tǒng)的分析與綜合的能力。

例如在實踐教學環(huán)節(jié)，原有《機電專業(yè)綜合課程設(shè)計》的設(shè)計任務(wù)為基于PLC的制造工業(yè)順序控制系統(tǒng)設(shè)計，原有的課程邊界難以滿足鍛煉學生綜合運用所學機電工程知識進行機電結(jié)合的目的。在重新設(shè)計專業(yè)邊界時，我們將《機電專業(yè)綜合課程設(shè)計》分解為課程設(shè)計Ⅰ和課程設(shè)計Ⅱ，并分學期進行。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Ⅰ保留原有的課程邊界不變。課程設(shè)計Ⅱ選取X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計這一典型機電一體化產(chǎn)品作為課程設(shè)計任務(wù)，要求學生綜合運用所學的機械、電子、自動控制和計算機等方面的知識，獨立進行一次機電結(jié)合的設(shè)計訓練［6］。

3? ? ?課堂邊界

傳統(tǒng)的課堂邊界就是大學校園，但大學工程學科的課堂應(yīng)延伸到企業(yè)中去。由于大學教師自身工程背景的欠缺，學校的實驗室和實訓中心畢竟不同于真實的業(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踐經(jīng)驗。

首先，要走到企業(yè)中去。我們先后與中國電子科技集團公司四十五所、廊坊精雕數(shù)控機床制造有限公司、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、山東邁特力重機有限公司和廊坊百冠包裝機械有限公司建立了校企合作，將它們作為我校機械電子工程專業(yè)的生產(chǎn)實習和專業(yè)實習基地，并鼓勵和安排學生到企業(yè)中完成畢業(yè)設(shè)計，校企導師共同合作，指導學生真題真作。企業(yè)每年也歡迎表現(xiàn)優(yōu)異的學生留在企業(yè)發(fā)展，校企雙方實現(xiàn)了雙贏，既培養(yǎng)了學生，也服務(wù)了區(qū)域經(jīng)濟。

其次，要將企業(yè)請進來。我校機電工程學院與國內(nèi)專注于數(shù)控機床研發(fā)和制造的龍頭企業(yè)——廊坊精雕數(shù)控機床制造有限公司合作，校企共建精雕學院，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、復合型、創(chuàng)新型人才，我校機電工程學院與廊坊精雕數(shù)控機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)學院——航天智造產(chǎn)業(yè)學院。

4? ? ?教師邊界

首先，在師資隊伍建設(shè)上，除了注重教師自身能力和學歷的提升外，非常注重引進具有業(yè)界工作經(jīng)驗的中青年教師，同時鼓勵青年教師去企業(yè)掛職鍛煉。機電教研室現(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)計鼓勵學生去企業(yè)中真題真作，校企導師共同指導，并邀請企業(yè)專家參加學生的畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯。邀請業(yè)界專家共同探討和制定機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案。

最后，提倡和鼓勵教師到企業(yè)中去，承擔來自于企業(yè)的橫向課題。所承擔的企業(yè)課題無疑會豐富教師的教學資源，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。機電教研室教師積極承擔和參與來自于企業(yè)的橫向項目，近幾年來，機電教研室獲河北省科技進步三等獎2項，授權(quán)發(fā)明專利30余件。

5? ? ?學生學習邊界

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

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

積極申報虛擬仿真平臺建設(shè)，機電教研室的《電氣控制與PLC技術(shù)》和《機器人技術(shù)》兩門課程的虛擬仿真平臺建設(shè)項目已獲學校立項支持。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)教學平臺、虛擬仿真平臺都可以成為學生非正式學習極好的手段，都是第一課堂學習的很好補充。

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)與時俱進地進行動態(tài)調(diào)整和變化，而邊界再設(shè)計正是這種調(diào)整和變化的體現(xiàn)。我校機械電子工程專業(yè)從專業(yè)邊界、課程邊界、課堂邊界、教師邊界、學生學習邊界等幾個方面進行了研究與探索，鍛煉和提高了學生的能力，保障了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

［參考文獻］

［1］ 李培根. 工科何以為新［J］. 高等工程教育研究，2017（4）：1-15.

［2］ 李培根. 高等工程教育中的邊界再設(shè)計［J］. 高等工程教育研究，2007（4）：8-11.

［3］ 趙永生，姚建濤，鄭魁敬，等. 五位一體式“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程教學體系的構(gòu)建與實踐［J］. 中國大學教學，2010（3）：40-42.

［4］ 張建民. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計（第5版）［M］. 北京：高等教育出版社，2020.

［5］ 王冰，韓偉娜，陳麗緩，等. 《控制工程基礎(chǔ)》課程教學改革與實踐［J］. 廊坊師范學院學報（自然科學版），2021，21（4）：109-111.

［6］ 王玉琳，尹志強. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導書（第2版）［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，2021.