机电一体化专业课程体系改革初探※

徐 萍

（江汉大学，湖北 武汉 430056）

一、引言

普通高等院校的工科类专业，在中国的高等教育体系中，占有特殊的重要地位。无论是办学规模、师生人数、教育及科研投入等都位居前列。这一方面是由于新中国高等教育发轫于建国初期的大规模建设期、发展于改革开放后以经济建设为中心的特殊历史背景，同时也有着现实的市场需求。

毋庸置疑，六十年来，理工科高等教育为我国各行业特别是科学技术和经济建设培养了大批的人才，取得了瞩目的成就。共和国六十年的历史，我国的工程教育一直提供着强有力的人力和智力支撑[1]。但是，随着时间的推移，作为一个整体，中国当代大学毕业生在就业市场的竞争力，呈现出一个相对下降的趋势[2]。高等教育的某些弊端也逐步显现。诸如课程设置庞杂，教材老化滞后，课堂授课课时偏多，实验及实践环节畸少，学生动手能力差等等，近年来引起了广泛的关注，业界关于改革的呼声日隆。

有鉴于此，我国于2010年6月启动“卓越工程师计划”，并且率先在清华大学、北京科技大学、北京邮电大学等61所高校实施[3]。其实，未列入试点的高校，也可以在相关专业进行有益的探索。

二、课程设置

与所有工科类专业一样，机械类本科教学的课程设置大抵分为：公共课，基础理论课，专业基础课，专业课，课程设计，毕业设计等，这种课程设置的思路及流程无疑是合理的。现在的问题是，基础理论、专业基础、专业课等，边界模糊，相互渗透交叉，随着科技发达，技术进步日新月异，边缘学科层出不穷，使得课程设置陷入了两难的困境：宽口径教学，往往流于空泛，专业划分过细，又容易失之狭隘。而电子及信息技术的高速发展，使传统的机械类专业平添许多电类课程，学制不可能延长，实践环节还要大幅提升。目前情况下，唯一的选择就是，以人才培养模式改革为核心，综合处理好综合化与有特色、学术性…..之间的辩证关系[4]。提纲挈领，去粗取精，保证课程设置的合理高效。

其实，此前已经做了大量这方面的工作。比如，将机械原理与机械零件合并为机械设计。将理论力学与材料力学合并为工程力学等，都是这方面的有益尝试。

但显然还很不够，还要大刀阔斧地削减课程科目，同时，将分散的、串联式的课程，向综合的、立体的方向转变，使专业教学，分层次渐次推进，以能力培养为导向，确保基本面，实现可扩展。

具体到机电一体化专业，外语、高数、大学物理、普通化学等通用课、基础课，由于很多内容与高中阶段教学内容重复，可适当删减，减小课时量。但不宜做大的调整。外语教学主要是能力培养，重在应用，应以业余时间为主，可酌情考虑采用部分原版外文教材用于专业教学，一石二鸟。数理化等课程，不仅是专业课的理论基础，更重要的是训练理工科学生的数理思维和逻辑能力，不可偏废。

工程力学、机械设计、机械制图、电子技术、微机原理、C语言设计等，是机械类本科生的知识命脉，也是其区别于非机类专业人员的主要学养标志。这类课程，不存在存废问题，而是如何优化。比如，机械制图课程中，由于学生具备高中阶段立体几何知识，画法几何及其点、线、面投影的内容可减少，而将现有的部分专业课内容融合进来，形成综合课程。新的机械制图应包括：机械制图+AUTOCAD+SOLIDWORKS+公差与配合。通过这一综合课程，学生可以避免不必要的多次重复，并自如地用主流工具，完成任意一个实体的表达。同样，电子技术课程，也可将电路、模电、数电等综合，这种综合不是简单的叠加，而是有机的结合。轻繁琐的理论推导，重实际应用，内容分级，设“必须掌握”，“应该掌握”，“建议掌握”，三个层次，渐次推进。并安排相应的课时，采用相关教材，指定参考资料，推荐选修课程，指导创新实践等。

课程内容分级制，可适用于所有的课程。主要是面向应用，同时与专业研究、深造、考研等接轨，满足学生不同发展路径的需求。

除上述课程设置外，机电一体化专业本科生的专业课设置，可浓缩综合为两门：控制技术和机械工艺。

控制技术包括：电机与拖动，控制用电机，控制理论，接口技术，测试技术，传感器……等。

机械工艺包括：铸造，锻造，焊接，金属材料及热处理，金属切削机床，冲压及其模具……等。

上述两门专业课，虽内容浩繁，但相互关联，结合下节将要叙述的立体式教学方式，并充分运用实践手段，则可以让学生轻松入门，愉快学习，达到事半功倍的效果。

三、教学方式

机电一体化专业的教学改革，其核心内容是教学方法的改革。

现行的本科教学方式，以课堂授课为主，课程设置平铺直叙，内容分散，相互重叠。而实践环节的严重欠缺，使得具象的技术应用抽象化，严重妨碍了教学效果。

本教改的重点，就是改单线条串联式教学法，为立体综合教学法，面向对象，面向应用，解剖麻雀，举一反三。

进入专业课学习阶段，选定一个具有典型意义的目标物，作为教学研究的对象。比如：数控铣床，或者是CNC加工中心等。随着数控技术的普及，这种设备已是普通工业加工的常规配置，资源不稀缺。

首先，让学生观摩设备，了解其结构和加工过程。有了直观的了解，机械设备不再抽象，齿轮的概念就不再仅仅是那个似是而非的渐开线和分度圆，而是一个明确的实体。

这个是机座，这个是转盘，这个是主轴，这个是变速箱，这个是导轨，这个是丝杆，这个是…….。

机座为铸造件，为什么？铸造件有何特点？设计时为什么要保留铸造圆角？

转盘是锻打后焊接，焊接件需要时效吗？天然时效与人工时效的区别？

联轴器有几种形式？为什么需要弹性联轴器？同轴度误差会产生什么影响？

这是工控机，数控系统基于WINDOWSXP，它发布运动指令给运动控制卡，同时监测和显示运动系统的运行状态。

这是运动控制器，基于PCI总线，负责对各轴驱动器发出脉冲/方向命令，并管理I/O。

这是伺服驱动器；这是伺服电机；脉冲当量与丝杆导程有关；这个超程开关用的是电感式传感器。

……。

一台普通机床，综合了机械设计、制造及其控制的所有要素，简洁，清晰明了，详述，博大精深。一台设备，囊括了几乎所有的知识点，关键是，对照实物，通过课堂教学，结合实际操作，学起来不仅容易，而且有趣。

长期以来，受传统的“重学轻术”观念的影响，…….实践教学，尤其是工程训练严重不足，造成学生创新意识薄弱，动手能力不强，限制了学生职业素养的提高[5]。

教学中，要大幅度提高实践性环节的比重，引导学生动手，可以分组，可以分工，提倡合作，鼓励分享。可以取单元部件解剖。对于机械类学生，往往对数控部分感到难以下手，无所适从。但其实，数控部分的软硬件大多模块化了，只要教学上能够深入浅出，简单的数控系统设计，机械类学生完全可以掌握。

机电设备，专业性强，很多零部件都有其相应的标准件产品，绝大多数设计都有标准化要求。要指导学生学会“查手册”，这是基本功。同时由于机电设备技术升级速度的加快，要特别培养学生资料检索的能力，充分利用互联网，紧跟业界技术潮流。

这种教学方式，也可以称为探究式教学。探究式教学的实施过程中，可以采取多种方式，包括课堂开放性讨论，专题讨论，课后实践和课程报告等[6]。

需要特别指出的是，上述立体化教学方式，不是仅限于课程设计、毕业设计、实习等教学环节，而贯穿于机电一体化专业教学的全过程。不是一朝一夕，不是十天半月，是一年，两年。

四、教材选择

作为综合化教改，应该在理念一致的前提下，从课程设计，教学计划，教材配套各方面多管齐下，平行推进。但在目前情况下，也可以在已有的出版物中，选择相应的教材。

由于课程高度综合化，教材就是一个系列，要慎重选择主讲教材，辅之以参考书目，参考书也实行“分级制”，主讲教材的理论深度，可略低于现行相关教材，高于高职高专相关教材。参考书目则可以兼收并蓄，从经典教案，到产品手册，尽可网罗其中。

当然，教改的最终目标，还是是要有专业配套的系列教材，但就其组成方式，还是由主讲教材与参考书目相结合。相辅相成，相得益彰。

五、考核办法

显然，传统的以卷面笔试为主的考核方式，不能适应立体化综合教学改革的要求。要改进考核方式，采用卷面笔试、设计成果、试制样品三位一体的综合考核模式。

卷面笔试内容以基本理论、通用标准规范为主，也应有面向实际应用的技术解决方案，可以考虑一定比例的开卷考试。

设计成果主要是机械图纸、电路原理图、PCB图和程序代码。图纸可有多种表达方式，工程图、三维图、3D动画等，要求绘图软件符合市场主流配置；程序源代码，可现场编译生成可执行文件，实现或模拟某一特定功能。

试制样品，就是实物形态的产品。可以是机械模型，可以是加工成品，可以是控制板卡，也可以是商用软件包。

考核对象以个人为主，但在实习、课程设计、毕业设计等环节，亦可以团队为考核对象，提倡并鼓励团队协作，互助共赢。

要对毕业设计环节给予特别的重视，作为考核的重点。提高本科生毕业设计教学质量是保证和提高本科教学质量的基础，是教育教学改革的当务之急[7]。

总之，以综合能力为主要考核指标，降低理论知识的权重，杜绝生吞活剥、死记硬背的不良学风。

[1]王孙禺,刘继青.从历史走向未来：新中国工程教育60年[J].高等工程教育研究.2010.(4).

[2]陈永杰.大学生就业能力与社会不流动[J].武汉大学学报（哲学社会科学版）2011.(5).

[3]李爱琴,肖云峰.应用型“卓越工程师”培养过程分析[J].中国电力教育.2011.(22).

[4]钟秉林,宋萑.专业化与去专业化：美国教师教育改革悖论[J].高等教育研究.2011.(4).

[5]房保俊,陈敏.工科本科教学质量学生满意度影响因素分析[J].高等教育研究.2010.(6).

[6]谢美华,张增辉.探究式教学在研究生课程教学中的实践[J].高等教育研究学报.2011.(6).

[7]李少萍,沈本贤等.培养高素质石油化工人才的毕业设计教学实践[J].化工高等教育.2011.(3).

[8]雷洪德.大众化时代中国高校本科专业调整的三维分析[J].高等教育研究.2011.(6).