面向新工科的機械電子工程專業(yè)分段互補式實踐體系探索

丁少虎，穆春陽，鞏 鑫，張春濤

（1.北方民族大學機電工程學院 寧夏 銀川 750021；2.北方民族大學先進裝備制造現代產業(yè)學院 寧夏 銀川 750021）

傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉型、改造和升級成為新型工科專業(yè)的建設途徑之一，而傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造升級不僅需要改變人們的教學觀念和育人模式，更需要突破學科邊界和專業(yè)壁壘[1]。

新工科專業(yè)具有多學科交叉融合的特點[2]，專業(yè)建設需要根據社會經濟發(fā)展和行業(yè)企業(yè)人才需求，探索亮點鮮明的辦學特色，為國家培養(yǎng)高素質應用型機械創(chuàng)新人才。機械電子工程是工程科學中的一個跨學科專業(yè)，在機械制造、控制工程和計算機科學等學科的基礎上建立起來的，對其進行在“新工科”理念下的專業(yè)升級改造和培養(yǎng)模式研究是極其必要的。隨著“人工智能”和“中國制造2025”的持續(xù)推進，對機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)有了更迫切的要求。

1 機械電子工程專業(yè)新工科理論課程（群）建設與實施

專業(yè)建設是新工科與實踐的關鍵問題[3]，北方民族大學機械電子工程專業(yè)主要以機器人工程為專業(yè)特色主攻方向，以人才培養(yǎng)機制、人才培養(yǎng)方案、課程體系、課程建設、實踐平臺、師資培養(yǎng)、教學質量監(jiān)督與評價為建設途徑，改造升級傳統(tǒng)的機械電子工程專業(yè)，探索出一條適合民族院校長期發(fā)展的品牌特色專業(yè)建設路徑。以機械電子教學團隊教師為主要師資力量，對機械電子工程專業(yè)實施“改造”，開辟新工科專業(yè)方向——“機器人工程”，采用1 年機械大類培養(yǎng)、2 年專業(yè)課程教育和1 年企業(yè)實踐培養(yǎng)的校企聯合“1+2+1”卓越人才培養(yǎng)模式，校企合作共同實施人才培養(yǎng)，企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)方案制定、課程體系構建和理論實踐教學等環(huán)節(jié)，突出工程化教育的生命周期完整性，使工程實踐教學環(huán)節(jié)與理論知識學習緊密結合，實現知識學習過程與能力培養(yǎng)過程的一體化。

推進產教融合、校企協(xié)同育人是新工科建設的基本任務[4]。課程體系以工業(yè)機器人技術為主線，瞄準機器人工程師基本職業(yè)能力要求，在機械電子工程本科專業(yè)課程體系基礎上制定機器人工程方向課程體系。在專業(yè)課程體系構建上，遵循北方民族大學現行的“通識教育平臺+專業(yè)教育平臺+綜合應用平臺”課程體系結構框架。依托基層教學組織實現跨學科、跨專業(yè)的新工科理論課程（群）建設與實施機制（圖1 所示）。通識教育平臺的課程教學主要由承擔通識教學平臺的相關學院等承擔。專業(yè)教育平臺包括三大類課程群，一是學科基礎課，主要由機械基礎教學團隊、高等數學教學團隊、大學物理教學團和電工電子教學團隊按課程建設歸屬分別獨立實施；第二類是專業(yè)主干課，主要由機電工程學院各教學團隊負責實施；第三類是專業(yè)拓展課，由機械電子教學團隊聯合企業(yè)師資隊伍按課程獨立實施。綜合應用平臺主要由畢業(yè)實習、畢業(yè)設計和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐課程組成，由校企聯合教師隊伍按課程各自獨立或聯合實施。

圖1 新工科理論課程（群）建設與實施

2 構建分階段立體化“互補式”產學融合實踐教學體系

面向創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，實踐教學的教學設計要充分體現對工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[5]。針對機械類專業(yè)改造和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式實踐中存在的問題，穆春陽等人提出了基于“三層次、三平臺”實踐教學體系構建方法[6]。北方民族大學機電工程學院圍繞自治區(qū)產教融合示范專業(yè)“機械電子工程（機器人工程方向）”人才培養(yǎng)工作，考慮工業(yè)機器人的技術發(fā)展和應用領域，對標教育部普通高等學校本科教學質量保證標準，在機械電子工程專業(yè)核心課程設置基礎上，融合工業(yè)機器人集成應用方向，構建專業(yè)知識框架體系，合理設置專業(yè)基礎課，精選專業(yè)主干課，優(yōu)化專業(yè)選修課，在機器人工程特色方向上，開設“機器人學基礎”“機器人系統(tǒng)集成技術”“圖像處理與機器視覺”“移動機器人導航與定位技術”“機器人”等理論課程。為凸顯應用型人才培養(yǎng)，提高學生綜合實踐水平，在課程體系中設置三分之一的實踐課程。通過課程內容的歸類與合并，設置集中性和綜合應用性課程模塊，集中教學環(huán)節(jié)占總實踐課程的三分之二。在專業(yè)主干課程上，構建理論與實踐互補的課程模式，理論教學建立專業(yè)知識結構，課程設計強化理論分析能力，集中實踐拓展知識應用，現場實習深化崗位適應能力的理論和實踐分段“互補式”教學課程體系（表1 所示）。

表1 分階段“互補式”實踐教學課程體系

為更好服務地方經濟社會發(fā)展，匹配企業(yè)對應用型人才的需求，在培養(yǎng)方案修訂中引入企業(yè)資源和企業(yè)元素，在實踐教學環(huán)節(jié)中，以OBE（Outcome based education）理念為導向，通過工程認知實踐、工程專業(yè)實踐、工程綜合訓練、工程創(chuàng)新能力逐級提升，逐步提高學生工程實踐和創(chuàng)新能力，推進學生理論知識、實踐能力和職業(yè)素質的協(xié)調發(fā)展，夯實培養(yǎng)應用型人才基礎，形成產學融合的機械電子工程專業(yè)新工科實踐課程體系，校企協(xié)同合作聯合培養(yǎng)智能制造產業(yè)轉型急需的機器人工程方向高素質應用型人才。

加快落實校企合作開展新工科專業(yè)建設和應用型人才培養(yǎng)，邀請企業(yè)專業(yè)技術人員參與課程體系建設和學生培養(yǎng)工作，提高新工科應用型人才培養(yǎng)質量。充分發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢，做好課程資源開發(fā)利用，實現提高學生培養(yǎng)質量和提升教師教學能力的雙重功效。要把校企合作落到實處，立足互惠互利，從教學融合、師資融合、教管融合和學分融合上深度開展校企融合，共同探索機器人工程新工科專業(yè)人才聯合培養(yǎng)模式，共同開展課程資源開發(fā)，共建共享線上課程體系，互建實訓基地，切實提升人才培養(yǎng)效果。例如，通過校企雙方共同探討，確定《機器人系統(tǒng)集成及應用》《工業(yè)機器人綜合實訓》《智能工廠綜合實訓》《生產實習》《畢業(yè)實習》等理論課和實踐課程由校企雙方共同協(xié)作完成。同時與企業(yè)聯合開展實踐教學，學生可在實習實踐階段直接到企業(yè)獲取以后工作崗位上所用的知識，彌補理論教學的不足。

3 依托導師工作室，構建教學與競賽相融合的創(chuàng)新實踐教學模式

“項目驅動+工作室”模式的導師工作室是培養(yǎng)大學生實踐創(chuàng)新能力的重要教學方式[7]。構建“導師工作室—創(chuàng)新團隊—項目團隊—學科競賽”創(chuàng)新實踐教學模式，依托導師工作室，突出機器人工程特色方向，在工業(yè)機器人、農業(yè)機器人和服務機器人方面開展學生創(chuàng)新理念和實踐能力培養(yǎng)。機械電子工程專業(yè)優(yōu)秀本科生和“學業(yè)困難”學生進入“機電系統(tǒng)智能控制創(chuàng)新工作室”和“先進裝備關鍵零部件及系統(tǒng)創(chuàng)新工作室”學習，在導師工作室教師指導下提升“學優(yōu)生”創(chuàng)新實踐能力，增加“中等生”的實踐應用能力，助力“學困生”的專業(yè)基本技能。依托兩個校級創(chuàng)新團隊，“智農源創(chuàng)新團隊”和“工業(yè)機器人應用與綜合創(chuàng)新團隊”，通過選拔學生進入導師工作室參加一系列工程實踐訓練，將專業(yè)培養(yǎng)、科研訓練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練、學科競賽等與新工科人才培養(yǎng)有機結合，實現課內實踐教學與第二課堂創(chuàng)新活動的無縫對接，構建完善和可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新教育體系，為學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學科競賽提供產業(yè)支撐，如圖2 所示。將工程實踐創(chuàng)新教育納入人才培養(yǎng)全過程，把課程學習與實際工程項目結合，提升大學生工程實踐能力，實現課程教學、實踐教學與學科競賽中的知識和能力要素緊密結合，系統(tǒng)提升學生創(chuàng)新實踐能力，形成校企合一、教研合一、學賽合一的綜合化培養(yǎng)模式。

圖2 項目導師工作室團隊培養(yǎng)模式

4 完善專業(yè)實踐教學平臺建設

當前教育改革背景下，培養(yǎng)面向企業(yè)需求的專業(yè)型復合人才，其著力點是校企合作構建與產業(yè)需求相結合的實踐教學平臺[8]。在實訓實踐條件方面，學院加強產學研相結合的校內外實訓實踐條件建設。結合專業(yè)課程特點，進一步加強搭建校內實訓教學平臺，如機器人工業(yè)級實驗教學平臺、機械裝備與PLC 控制系統(tǒng)實訓平臺、工業(yè)機器人綜合實訓平臺、機器人拆裝實訓平臺，在校內實驗實踐中心應盡量模擬企業(yè)工廠的實際工作環(huán)境，實現對學生的工業(yè)級訓練。

積極探索校、企、地多領域全方位育人模式，通過校企聯合申報自治區(qū)“先進裝備制造卓越工程師實踐基地和協(xié)同創(chuàng)新中心”，構建工廠級實訓場景，從企業(yè)文化、崗位需求、基本技能等產業(yè)內容出發(fā)培養(yǎng)學生，提高學生工程實踐能力。同時與企業(yè)聯合開展實踐教學，企業(yè)擁有實踐基地和實踐技術人才，學生在實習實踐階段可以在企業(yè)直接學習到工作以后要應用的知識，能夠彌補理論教學的不足。企業(yè)專家在機器人工程方向的本科人才培養(yǎng)中主要承擔參與實踐類課程（含實習實訓），包括機電系統(tǒng)設計與控制綜合實訓、機電裝備與PLC 控制技術實訓、工業(yè)機器人綜合實訓、工程訓練（校企聯合）、生產實習、畢業(yè)實習及畢業(yè)論文（設計）指導等工作。通過校企深度融合拓展學生的實踐能力和創(chuàng)新思維，實現實踐教學對學生實踐能力培養(yǎng)的目的，激發(fā)學生積極性和主動性，提升工程實踐能力。主要采用以下措施開展企業(yè)參與實習實踐教學工作：①實習前校企教師協(xié)同制定教學內容，做好實踐課程教學設計，發(fā)揮企業(yè)產線優(yōu)勢，提煉工程一線實際問題；②采用校企雙導師聯合指導，企業(yè)導師作為主要指導老師開展實習實踐課程的指導、討論、答辯等過程；③開展過程性和終結性考核，按項目執(zhí)行情況開展過程性評價。校企教師組成答辯組對學生進行分組答辯考核，校內教師綜合過程性評價、答辯和實習日志、報告的質量，進行最終成績評定。

5 結語

通過構建新工科背景下人才培養(yǎng)實踐教學體系，北方民族大學機械電子工程專業(yè)在新工科專業(yè)建設和學生培養(yǎng)上取得了一些成績。近5 年，本專業(yè)獲省級教學成果獎4 項，校級教學成果獎3 項，獲批教研項目和課程建設項目30 余項，其中省部級項目10 余項。本專業(yè)有3 門課程獲批省部級一流課程，10 余門校級一流課程和核心課建設項目，出版教材3 部，所有基礎課和核心課建立了超星慕課，實施混合式教學。教師指導各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目50 余項，學生獲得省級以上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲獎60 余項，取得學科競賽獲獎40 余項。構建“工作室”+“項目”+“導師”+“團隊”四個層次的導師工作室體系，確定“課程育人”+“科研育人”+“實踐育人”+“管理育人”四種形式的三全育人工作方案，解決了重理論輕實踐，重“智育”輕“德育”，重“教書”輕“育人”問題，提高畢業(yè)生能力與用人單位需求的契合度，在對104 名畢業(yè)學生（占總畢業(yè)學生近一半）的隨機抽樣調查中，學生對學校的總體滿意度在99%以上，對所學專業(yè)的滿意度為96.2%，對專業(yè)教學和核心課程設置的滿意度分別為97.1%和95.1%，其中89.4%的學生從事本專業(yè)對口工作或與本專業(yè)有一定聯系的工作，且80.7%的學生對目前從事工作表示滿意。