面向专业认证的机械电子专业能力导向教育探索

夏小虎, 陈琪云, 徐 斌

(合肥学院 机械工程系,合肥 230601)

面向专业认证的机械电子专业能力导向教育探索

夏小虎, 陈琪云, 徐 斌

(合肥学院 机械工程系,合肥 230601)

面向工程教育专业认证的“以能力为导向”的教育理念正逐渐成为工程教育的主流。在明确能力分解的意义和原则基础上，以对复杂工程问题分析能力要求分解为例，论述了采用工程问题分析—问题特征归纳—能力指标点凝炼三段式的方法，提出针对社会和市场需求，对应用型人才的有直接影响的诸项能力要求有所侧重，并以“电气控制与可编程控制器应用技术”课程为例，介绍了教学改革实践探索成果。

专业认证; 能力导向; 机械电子专业

0 引 言

工程教育专业认证是指专业认证机构针对高等教育机构开设的工程类专业教育实施的专门性认证，是国际通行的工程教育质量保障制度。工程教育认证的标准制定依据的原则是以能力为导向。国内外各认证机构对毕业生通过4～5年的学习后提出了明确具体的能力要求，对能力要求的进一步细化、分解并贯彻落实到工程教育各教学环节，显然是十分必要的。本文以合肥学院机械电子专业为例，介绍在面向工程专业认证中以能力为导向的理论研究与实践探索。

1 对能力要求的各指标点准确分解是首要因素

《华盛顿协议》是一个有关工程学士学位专业鉴定国际相互承认的协议。针对工程师培养的需要和现代社会对工程师的要求，《华盛顿协议》对毕业生通过4～5年的学习后提出了应该具备的12条能力要求。[1]具体包括：(1)数学、科学等及工程知识的应用能力；(2)复杂工程问题分析能力；(3)复杂工程系统设计开发能力；(4)文献研究与实验分析能力；(5)现代工具使用能力；(6)工程师的社会责任意识；(7)环境与可持续发展意识；(8)职业道德与规范水平；(9)团队协作能力；(10)交流沟通能力；(11)项目与财务管理能力(12)终身学习能力。《华盛顿协议》各成员国也根据各自国情不同，制定了对毕业生的能力要求。

为落实上述能力实现要求，需要将其进一步细化、分解为对各课程(模块)的教学知识点的更加明确清晰和具体的要求，即指标点。

1.1 能力要求的指标点分解原则与意义

能力要求指标点的分解原则，是达到能够判断或者衡量是否实现的程度，从而使各指标点成为相关课程(模块)的教学目标和衡量教学效果的标准。[2]一个指标点需要一个或者多个课程(模块)的实施才能实现。该指标点成为相关的课程(模块)共同的教学目标；一门课程(模块)可以对多个指标点做出贡献，其教学目标由多个指标点组成。由此可见，指标点是联系能力要求和各课程(模块)教学目标的枢纽环节；实现各能力要求应牢牢建立在实现各指标点的基础之上。各课程(模块)必须紧紧围绕多个指标点组成的教学目标展开教学实践活动，对各课程(模块)教学效果考核的主要方式，就是衡量其对指标点贡献的实现程度。

综上所述，获得准确清晰的指标点，即对能力要求各指标点准确分解，是实现面向工程专业认证教育教学过程的首要关键因素。

1.2 能力要求的指标点分解方法和实例

在实践中，我们采用了“工程问题分析—问题特征归纳—能力指标点凝炼”三段式的方法，下面以复杂工程问题分析能力这一要求为例，详细加以说明。研究表明，现代工程问题是一个复杂系统，具有复杂系统的四个特性[2]：

(1)系统规模，系统的足够规模是产生复杂性的必要条件；

(2)系统结构，系统的层级结构是系统复杂性的主要根源；

(3)系统非线性，系统内部诸因素是相互作用的；

(4)系统开放性，系统与外部环境存在相互作用。

以数控机床主轴驱动交流传动系统为例，针对系统发出异常声响这一常见故障，根据复杂系统具有的四个特性，展开复杂工程问题分析，如表1所示。

表1 复杂问题分析能力指标点获取方法实例

对表1主要内容具体说明如下：

(1)从系统的规模、结构层级性和系统非线性三个特性出发，具体可以从系统内部的机械电气和控制三个层面考虑。在机械层面，传动系统润滑或级间传动配合失效一般也发出异常声响。在电气层面，电机绕组匝间短路或者缺相造成电流过大，将直接导致电机发出异常声响。另外，在控制层面，变频器和编码器等控制电路发生故障可能同时带来电气和机械两个方面的异常。因为控制电路处于系统最高层，担任着类似大脑的指挥作用，而机械和电气部件只是发挥四肢的功能。

(2)从系统的开放性出发，考虑传动系统与外部相同的相互作用。主要从系统输入和系统输出两个层面考虑问题。输入交流电源出现断相，与电机绕组本身缺相造成的后果相同。数控机床交流传动系统的输出是加工工件及其夹持系统和刀具切削系统。后续两个系统发生故障也可能导致前级故障，统称为前级的负载扰动。

(3)对系统的工程特征归纳可以分为系统内部和外部两个方面。根据两个特征而凝炼得到两个对应的能力指标点：使用机械电气和控制理论等自然科学基本原理分析系统和各部件的基本工作原理和具有对多个系统全面综合分析的基本意识和思维。

(4)凝炼得到的两个指标点符合能力要求分解原则。学生在已学基础课程(模块)的基础上，应熟练掌握拥有分立部件和一般系统的工作原理的分析能力；具有对多个系统全面综合分析的基本意识和思维。这一能力在后续课程(模块)中的教学中得到检验。后续教学完全能够判断或者衡量这一指标点是否实现。

从具体工程问题入手，根据能力采用“工程问题分析—问题特征归纳—能力指标点凝炼”三段式的方法，对复杂工程问题分析能力要求进行分解。这一方法也适用于其他各种能力的分解。

2 能力需求分析是确定人才培养目标的必要条件

能力及其分解的指标点成为相关课程(模块)的教学目标和衡量教学效果的标准。这只是问题的一个方面，类似经济学中“供给侧”的范畴；在高度关注教育 “供给侧” 改革的同时，也必须认真倾听“需求侧”的声音。合肥学院是市属大学，肩负着为地方经济发展提供人才支撑的重任。合肥市要求进一步提高我校的专业建设、学科发展与教学实践与地方经济发展的关联度。显然，合肥市的经济发展对人才的能力要求，就是我校工程教育的“需求侧”。

《华盛顿协议》提出了12条能力要求。在实际教学中，应结合各国、各地区的实际情况，美国工程教育认证委员会定义了11条能力。[3]中国工程教育认证协会规定了12条能力。[4]表述各有不同，这充分表明了应该根据自身实际情况，认真倾听来自“需求侧”的声音，对能力和指标点要求有所侧重。

2.1 能力需求分析 合肥学院处于合肥经济技术开发区，该区拥有以日立建机、合力叉车、合肥锻压、熔安动力为代表的装备制造业，以海尔、长虹、美菱、格力为代表的家电产业，以江淮、佳通为代表的汽车及零部件产业，以联合利华、可口可乐、统一、华泰为代表的快速消费品产业等四大支柱产业。在分别与企业领导、人事管理人员、技术人员、毕业生进行深入的交流和座谈后，深切感受到社会和市场对“理论联系实际”的应用型人才的渴求，对应用型人才拥有应用与创新能力的渴求。应该针对这一迫切要求，并结合学校地方性、应用型和国际化的办学定位，在《华盛顿协议》的12条能力要求中，对应用型人才的有直接影响的能力(1)、(2)、(3)、(5)、(9)、(10)和(12)给予重点倾斜。对(4)、(6)、(7)、(8) 和(11)，应以毕业生的终身学习能力为引领，在毕业后5年工作实践和学习中逐步加强。

2.2 人才培养方案确定 在细致分析工程教育专业认证的能力要求和深入调研社会和市场对机械电子工程类人才的能力需求之后，制订了机械电子类人才培养方案：培养具有智能检测与控制、现代设计与制造等方面的理论知识与实际应用能力，能从事机械产品研发、机械工艺规程工艺设计、机电设备检测与控制系统设计、机电设备控制元件研发以及机电设备运行管理与营销等工作的高级应用型人才。人才培养方案的指导思想是以能力为导向，以工程实际为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力；培养造就创新能力强、适应企业发展需要的专业优秀工程师。按照“地方性、应用型、国际化”的应用型本科大学的指导原则，坚持“以人为本”，具有较强的社会责任感，具有团结协作、开拓创新精神及工程实践专业知识和技能，力争把学生培养成既有一定理论知识，又具有较强实际操作能力的综合型应用人才。

3 能力培养的实践探索

合肥学院借鉴德国等国家成功经验，实施模块化教学改革多年。[5-8]研究者对比美英等国的工程专业认证遵循的成果导向理念的内涵和德国及欧洲等国的模块化教学模式，指出“以能力为导向”是两种教育理念的的共同之处。[9]

合肥学院机械电子工程专业坚持“以能力为导向”，致力于培养机械电子类应用型人才。对原有课程进行模块化教学改革，取得了初步成果。下面以《电气控制与可编程控制器应用技术》模块的教学为例，具体说明面向工程教育专业认证的“以能力为导向”的教学改革实践过程。

该模块是机械电子类专业的主要专业课程之一，理论性和应用性内容兼有。针对不同内容，采用了不同教学方式：

(1) 针对在电磁机构原理和可编程控制器编程方面的理论性内容，引导学生对《大学物理》、《电工技术》和《电子技术》等前期课程中学到的电磁学原理和组合逻辑以及时序逻辑控制的知识点，温故知新。以单相电磁机构的短路环工作原理提示学生回顾磁通合成知识点，从欧姆龙、西门子和三菱等可编程控制器生产厂商的诸多实际程序回顾逻辑控制知识点。力图通过工程应用实例领悟理论知识点，在潜移默化中提升学生自身能力。

(2) 针对采用继电器、接触器和可编程控制器实现三相交流异步电机直接启动、降压启动和电气制动等电气控制线路类应用性内容，着重培养和提升学生的专业应用能力，特别是电气控制实际操作能力和机械电气故障检测能力。借助多媒体教学设备，向学生展现实际工业生产现场情形，增强对所学知识的真实亲切感。在指导学生做实验时，可能遇到电机通电后不能运转等实际问题，而学生不能在实验指导书上找到现成的答案，教师不轻易放过这一有利时机，循循善诱地给予指导，引导学生检查线路，查找并最终排除故障，提升学生自身应对故障的能力。

(3) 针对车床、铣床、刨床和磨床等机械加工常用机床的电气控制线路，给出特定功率的加工机床设计任务，要求学生计算切削功率、选择主轴电机、进给电机和冷却电机等主要机床电器设备的设计过程，全面提升学生能力。把面向工程教育专业认证的“以能力为导向”的教育理念贯彻于教学实践过程中。

努力探索以能力为导向的工程专业教育之路，培养应用型人才，取得了良好的教学效果。学生的各项能力获得很大提升，特别是在(1)、(2)、(3)、(4)、(5)等方面效果明显；这些工程专业能力，通过积极参加各类学科竞赛得到很好地展现。如在2016“西门子”杯中国智能制造挑战赛全国总决赛和“互联网+”大学生创新创业大赛等各类比赛中取得佳绩。在赢得荣誉的同时，通过组队参赛，学生在(9)、(10)、(11)、(12)等方面的能力也取得明显进步。在(6)、(7)、(8)三个方面有了初步认识，为今后在实际工作中进一步加强奠定了良好基础。

4 结 语

在面向工程教育专业认证的“以能力为导向”的教育理念正逐渐成为工程教育主流的时代大背景下，应紧紧围绕 “以能力为导向”这一教育改革指导思想，认真研究各能力要求，抓住指标点分解等关键因素，充分考虑社会和市场对应用型人才的能力需求，以务实严谨的态度做好教育改革实践，努力适应以“智能制造”为主导的第四次工业革命——“工业4.0”需求，培养能力强、适应经济发展和社会进步的应用型优秀人才。

[1] 百度百科.工程教育专业认证[EB/OL].(2014-11-14) [2015-03-19].http：//baike.baidu.cn.

[2] 林建. 如何理解和解决工程问题 [J],高等工程教育研究, 2016(5): 17- 26.

[3] 工程教育专业认证协会.工程教育专业认证标准[EB/OL].(2009-04-16) [2015-03-19]. http：//ceeaa.heec.edu.cn.

[4] 中国工程教育认证协会. 中国工程教育认证通用标准[M],2015: 7.

[5] 刘建中. 应用型本科高校模块化研究[J]. 合肥学院学报: 自然科学版, 2011(11): 47- 50.

[6] 蔡敬民. 基于能力导向的模块化教学体系构建[M]. 合肥: 中国科技大学出版社, 2012: 10.

[7] 李德才. 关于模块化教学的几个问题—兼论工程师型人才培养[J]，合肥学院学报，2013(4)：64- 68.

[8] 李德才, 王晓艳. 构建模块化教学体系必须注意的几个问题—以物流管理专业模块化教学体系构建为例[J],合肥学院学报，2014(4)：62- 65.

[9] 夏小虎,姜海. 工程认证的成果导向模式和模块化教学的对比分析[J], 应用型高等教育, 2016(4): 23- 26.

[责任编辑：李德才]

Practice of Ability- orientated Education for Mechatronics Major in the Context of Professional Accreditation

XIA Xiao- hu,CHEN Qi- yun,XU Bin

(Department of Mechanical Engineering, Hefei University, Hefei 230601, China)

Abilities- orientated education under engineering professional accreditation is the main trends of engineering education reform. Firstly, the abilities defined in professional accreditation are divided into professional quality in sense of macro field and professional ability in sense of minimal field, then the property and feature of professional quality and ability and their meaning for engineering education are discussed deeply. Based on the above analysis, the Abilities- orientated engineering education practices of Mechatronics personnel cultivation in Hefei University are introduced. Some measures to realize the abilities- orientated education are also put forward. The practices and outcomes of course ofElectricalControlandPLCTechnologyfor improving students’ engineering ability are elaborated.

professional accreditation; abilities- orientated; mechatronics major

2017-02-02

2017-03-13

安徽省高等学校省级质量工程项目(2015jyxm312)资助。

夏小虎(1974— )，男，安徽巢湖人，合肥学院机械工程系副教授、博士，研究方向：信息获取与控制；陈琪云(1964— )，男，福建南安人，合肥学院机械工程系讲师，研究方向：电气控制与可编程控制器技术；徐 斌(1982— )，男，山东泗水人，合肥学院机械工程系讲师，研究方向：计算机控制技术与机器人技术。

G642.0

A

2096-2371(2017)02-0125-05