适应新工科建设的机电专业实践教学改革实践

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　　[摘要]新工科重视培养具备创新精神的实践型和复合型人才。借助于科学、工程等学科与人文学科的交叉，旨在建立专业技术与社会经济的有机融合。机电专业作为传统工科专业，应结合创新型人才培养对实践教学提出的具体要求，积极转变教学理念，迎合时代发展特点。本研究在对新工科建设背景下机电专业的特点和实践教学理念进行综合阐述的基础上，以实践课程建设、课外科技活动和毕业设计三个典型环节作为案例，逐步深入，扎实推进，合理把握“教”与“学”的关系，鼓励实践创新与创业，以求实现“产”与“教”的结合，探索出新工科背景下机电专业实践教学改革的新路径。
　　[关键词]新工科;机电专业;创新教育;创新实践;创新创业;毕业设计
　　[中图分类号]G642.0
　　[文献标识码]A
　　[文章编号]2095-3437（2020）03-0067-03
　　随着国际竞争不断激化，创新能力已然成为国家综合竞争实力的核心和关键。国家的经济发展、国防军事建设，均离不开国家创新发展。其中科学技术建设在创新发展当中，要求实现产学结合，实现产业结构的优化。追溯产业的发展历史，产学融合始终存在，教育与产业的联系从未被割离。
　　国际教育领域的国际工程教育改革项目起源于世纪之交，工程教育的“再造工程”“回归工程”成为一时热词，在我国创新工程教育以新工科教育为基础，开始了探索和发展。新工科教育教学的设计与实践课程建设的目的在于提高人的技术理论知识和实践水平两个方面的素质能力，因此，体系建设需要以人才培养目标为前提，结合培养需求，秉承创新型教育观念和理论研究成果，重新进行课程设置和内容的调整安排，促使现代教育实践能够达到理论教学与实践教学的彼此平衡。目前，高校机电专业在教学过程中仍以课堂讲授为主，课堂讨论和知识实践应用较少，采取以期末考试为主的考核方式，未予以学生实践能力和创新能力考核充分的关注度，不符合国家对高校人才培养的要求。而刚毕业的大学生在专业技能、实践能力、创新意识等方面存在明显欠缺，无法胜任用人单位的要求，需要较长的时间适应所在企业的要求，也说明专业教育存在问题。因此，为了向用人单位输送具备较强专业素质的“零适应期”机电人才，应以产学结合为基础，协同育人为目的，以本校自身专业教育发展背景为导向，进行教育改革。
　　一、加强实践课程的建设
　　基于新时期工程教育改革全面推进的背景下，促进工程教育理念向创新型、综合化转变，实现传统工科和新工科的相互结合，构建新专业结构形式，并将实践课程教学纳入教学体系当中，打造成为重点教学项目。
　　（一）启发式教学
　　启发式教学是现代教育理论创新之一，强调教学以学生需求和知识水平、学习规律为前提，通过探索、启发，带动学生对于未知知识的探索热情。启发式教学强调以“学生为主体、教师为主导”，认为教师选择激励策略是否有效与学生学习积极性是否能够被充分调动具有十分密切的关系。因此，在启发式教学的实施过程中，教师可提出企业真实存在的问题与学生探讨，一方面能激发学生的主动探索意识，另一方面也能够为企业问题的解决提供新思路，实现学校与企业的双赢。
　　对于学生来说，启发式教学能够培养学生的参与感和自主探究能力，对于学生学习意识和创新精神的培养大有帮助。引导学生自主探索所需解决的问题，能够有效激发学生的创造力，对培养学生的创新能力具有重要帮助。
　　近几年，开发手机APP小程序已经成为一大流行趋势，若高校能够开设APP开发课程，做好准备工作，由教师对学生进行启发，引导学生对所学知识进行充分运用，解决现实生活的实际问题，有助于创造出崭新的科技成果，且可将新成果用于实践教学指导书中。
　　（二）理论实践一体化教学
　　理论实践一体化的教学目标在于通过实现理论知识教学与实践技能培养的交互，使理论和实践构成有机整体。若能够实现理论实践一体化教学，对提升理论教师实践能力和实训教师理论水平均大有好处，有助于打造高素质的师资队伍。与此同时，教师若能够将理论知识融入实践教学过程中，将有助于使学生在实践应用中深化对理论知识的认知与掌握，有助于在激发学生学习热情的同时，凸显实践能力培养的目标，学生通过边学边练，能够起到事半功倍的作用。针对经费不足问题，探索行之有效的实践教学方案成为教育人士关注的重点。本研究以创新教育为背景，构建口袋实验室设计方案。口袋实验室设计将仿真平台、单片机系统和机械结构加工三个环节作为主体应用环节。
　　（1）搭建虚拟仿真实验平台：构建以Matbab等仿真程序为主体的仿真模型，形成多元实验平台。学生参与学习，可直接通过电脑完成小程序模拟开发。学生通过对开发经验总结，形成对于知识和创新能力培养的理解，巩固自身学习基础，形成探索动力。
　　（2）开发单片机系统：选用单片机套件，组织学生利用業余实践参与实验开发。鼓励学生将新思想、新认知带入学习实验之中。单片机的开发对时间和地点不存在限制，学生可在家中和宿舍完成制作，且可以在灵感来临的一瞬间进行制作，这也突破了传统实验对实验时间和地点的束缚，实现了对开发空间的拓展。
　　（3）机械结构设计和加工：绘图是机电专业学生的必备技能，学生在运用Interor或者SoldEdge等软件完成绘图后，机械结构装配在一起是否合理还有待考证。尽管可进行动画仿真实验，但仍无法保证其真实效果。当然，也可将其加工成型，但这种方式的成本较高。因此，若能够引入共享3D打印机，学生就可以通过制作实物，实现对机械结构设计科学性的检验。
　　（三）打造“自组织”团队学习模式
　　“自组织”团队是近几年一种新兴的组织形式，与传统的指令型和权利型团队具有明显的差异性。“自组织”团队的成员大多具备相近的理念和志向，基于某一共同目标走到一起，这些具备相同爱好的成员通过竭诚合作，有助于实现优势互补，提升实验研究的积极性。 　　（四）以“能力本位”为主导
　　学生到高校进修不仅仅是为了分数，最根本的是为了提升自身的专业能力。“能力本位”教育立足于职业岗位的现实需要，设置相应的能力目标，对能力目标进行层层分解，旨在强化学生从事某一行业所应具备的能力。相比于传统教学模式，“能力本位”教育存在明显优势，主要表现为以下四个方面：（1）教学目标明确，具有较强的针对性;（2）实现了理论和技能培养的结合，学科课程体系较为柔和;（3）凸显学生在教学过程中主体地位，重点突出“学”而非“教”;（4）重视课程教学后的反馈工作，教学评价客观真实。可以说，“能力本位”教育观念的推行，对培养产学融合的机电专业人才帮助极大。
　　在借鉴斯坦福大学开放办学的成功教学经验的基础上，本研究重点从四个方面对机电系统设计实验方案进行了构建，结合时代的发展特点，与企业协同商定题目，在完成实验的初步设计后，引导学生结合自身实践经验，开发新实验，对新实验内容进行修订。通过开展以上活动，学生的机械设计能力得到明显强化，能够自主完成对机械系统结构的分析，对专业知识的了解更为深入，综合设计能力得到了大幅度提升。
　　二、鼓励学生积极参加课外科技活动，开拓新实验、新领域
　　1911年，约瑟夫·熊彼特首次提出了“创新”这一词汇，创新是指对众多生产要素进行整合，将未做成的事情做成。世人皆不具备左右变化的能力，唯有走在变化之前，方可赢得解决问题的先机，基于这一层面进行审视，创新体现出链条式的观念。以往工科专业设置与理科专业存在明显脱节，若要对工科教育进行改革，需要将工科和理科串联成一个完整的链条。随着大数据技术的发展，传统工科专业的单一性不能满足机械智能化的发展要求，需要对现骨干知识进行充分融合，形成“创意-创新-创业”的创新型人才培养新模式。作者结合自身教学实践经验，同时将国内外研究型大学的成功经验作为参考，组织学生在课余时间参与课外科技活动。
　　（1）建立分管部门，为课外科技活动提供专门服务：充分发挥学生会和团委的力量，成立科技协会，邀请机电专业老师担任指导老师，启发学生思维，致力于科技创新，鼓励学生搞些小发明、申请专利和发表学术论文，提升学生的成就感，使学生能够不断积累经验，聚少成多，逐渐形成科技创新思路。
　　（2）营造良好的科研环境，鼓励学生参加学科竞赛：依托于丰富的科研资源，鼓励学生报名参加机械产品数字化设计大赛以及互联网+等创业项目，将自身的小发明写成商业企划书呈交给相关企业或者科研机构，促进自身发明制作产业化，实现以赛促学的目标。
　　（3）开展大学生创新创业活动：2007年，我国已经推出了大创项目计划，在各个学校和学院均设置本科生创新创业基金，教师积极组织学生申报院级、国家级大创项目。学生可结合生活感悟提出申报项目，有些申报项目则源自企业，教师也可为学生提供已有课题。针对导师自行拟定的项目，一些学生由于缺乏项目基础，无法进行更为深入的研究。一些学生自行拟定的课题，虽然有助于激发学生的研究兴趣，但受到视野狭窄的影响，所研发课题无法解决社会现实问题。若学生能够在教师的指导下，与企业共同探索研发项目，将人工智能作为研发的重点，不仅有助于激发学生的探索兴趣，对解决实际问题也起到了重要作用。经多年跟踪调查发现，参加课外科技活动的学生对理论知识和专业技能的掌握更为扎实，更乐于表达自身的想法，思维也更为跳跃。
　　三、完善毕业设计
　　毕业设计是判定高等工科院校教学计划目标是否达成的重要环节。在毕业设计的过程中，学生通过深入社会实践调查取证，在了解社会的基础上完成论文撰写等环节，能够通过对所存在问题的深入分析，形成解决问题的思路，对学生独立学习能力、组织能力以及社会交往能力的培养具有重要帮助，直接影响到学生的思想道德素质、工作作风以及责任心的形成，为学生综合素质的提升奠定了良好基础，是打通实践教学“最后一公里”的关键环节。
　　（一）做好毕业设计的选题工作
　　选题的好坏对论文的学术价值和使用价值产生了直接影响，且与论文的实用性和创新性密切相关。在选题的过程中，应确保选题的难易度符合学生自身水平，工作量要适中，尽量避免选题的研究范围过大，要使学生能够在规定时间内驾轻就熟地完成。
　　课题的类型应多种多样，学生可以结合自身兴趣选择课题，为积极发挥主观能动性奠定良好的基础条件，为了彰显因材施教的理念，有条件的学生最好结合指导教师的意见，完成对题目的双向选择。
　　在产学合作理念的指导下，可将企业真实课题引入毕业设计课题中，使学生能够运用创新思维，积极查阅相关资料，明确人工智能的发展趋势，加速与现代社会的融合。
　　（二）强化对毕业设计过程的管理
　　教师要加强对毕业设计全过程的管理，建立与学生的有效沟通，予以学生相应的指导，防止学生出现无从下手的情况。与此同时，指导老师应每周与学生面谈论文研究进度，并与企业导师一道，为学生提供论文指导。
　　（1）初期检查：使学生了解毕业设计的意义，指出毕业设计可能遇到的困难，介绍相关解决措施。同时，引导学生结合自身兴趣或者就业意向，对研究课题进行选定，在查阅文献和实地调研的基础上，撰写开题报告。
　　（2）中期检查：检查学生的课题研究进展，了解学生在研究过程中的疑难点，予以学生合理的引导，对表现优异的学生予以口头表扬，激发其创造潜力，对表现较差的学生提出批评。
　　（3）末期检查：做好答辩准备工作，组织学生完成答辩，评定和统计学生论文最终成绩。在此过程中，尽量确保成绩评定的公平性和公正性，若条件允许，可邀请企业导师参与论文答辩。在答辩结束后，对本次毕业设计进行回顾与总结，指出明确存在的不足，并在下一轮毕业设计中进行改进。
　　四、结语
　　“中国制造2025”“一带一路”等国家层次战略为高等教育改革提出明确要求，在为传统工科教育的创新发展带来新机遇的同时，也带来了一定冲击和挑战，建设新工科成为当前教学改革的当务之急。促进教學理念的更新升级，培养具备创新素养的人才，符合时代的发展需求。高校是“授人以渔”的重要场所，在机电专业教学改革过程中，需注意以下几点：
　　（1）将问卷与访谈调研方式进行结合，明确学生的学习、创新需求，了解学生的学习特点，形成教育改革基本思路。结合专业最新技术和企业的实际需求，完善口袋实验室建设，借助虚拟仿真技术，培养学生的实践动手能力，综合利用多种教学方法，强化教学的实际效果。
　　（2）培养学生双创精神，要求师生开展同步创业，充分发挥当代大学生发散性思维，鼓励学生进行创新型构想。引导学生认识到实践过程中可能遇到的艰难，强化学生的承压能力，培养学生吃苦耐劳的精神。与此同时，鼓励学生积极参加学科竞赛，学赛相辅，以赛促学，在吸收其余参赛作品优点的基础上，形成创新思路，增强自身的创新能力。学生参加竞赛尽管可能与大奖失之交臂，但若见识了众多参赛作品，仍能够为自己积累设计经验。
　　（3）校企联合打造高水平的实训基地。高校应加强与企业的合作，动态了解行业发展动态，为传统机电行业注入发展的新动能，以国家教育创新发展为蓝图，打造产学结合的转型发展策略，将全球发展视野、工程素养等精神品质追求作为教育核心，培养符合新时代发展的实用型人才。
　　[责任编辑：钟岚]
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