新工科背景下机械电子工程专业“超级金课”课程群建设

边 辉 姚建涛 唐艳华

（[1]燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室 河北·秦皇岛 066004；[2]先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室（燕山大学） 河北·秦皇岛 066004）

0 引言

机械电子工程专业作为典型工科专业，[1]其课程内容涉及机械、电子和计算机工程等多个学科，且具有较强的学科交叉、融合特性，我校在新工科背景下，[2]继承优良传统，立足专业基础，融合CDIO、OBE教学模式，全面推进机械电子工程专业课程群建设，[3,4]不断提高课程“两性一度”，打造多元化项目制“超级金课”。“超级金课”是以不同层级项目为载体的高水平课程群，将传统课程体系推陈出新、打破隔阂，通过设置前后连贯的基于学生团队协同、并具有相当难度和挑战性的实训项目，实现课程知识体系与能力体系一体化培养。

1 问题分析

随着我国新经济、新技术、新产业，跨领域、跨行业的快速发展，对工程教育不断提出新要求，机械电子工程专业人才需面对的工程问题日益复杂化、体现出更强的机、电、控等多学科交叉特性。我校机械电子工程专业课程体系较为完备，课程内容以机器人为特色，涉及工业机器人、移动机器人、机电一体化系统集成等不同领域，能够全面覆盖机械、电气、控制等多学科知识，多年来坚持CDIO、OBE教学模式，每门专业课程通过设置三级项目强化对学生理论知识和实践能力的培养。随着“金课”建设的不断深入，原课程系统中因存在“各自为政”现象所带来的影响日益体现，各门课程在高阶性、创新性、挑战度上的提升出现瓶颈，无法满足新工科背景下对人才培养要求，具体表现为：

（1）强化以能力培养为导向的项目式教学模式，我校机械电子工程专业课程门类相对较多且每门专业课程均设有不少于总学时1/3 的三级项目，同一时间段内学生需完成多个不同项目，过多的项目数量使学生疲于应付，无法保证项目实施质量。

（2）机械电子工程专业涉及内容相互关联，由于缺乏课程间知识的系统整合，部分教师依据教材所讲授课程知识点与其他课程内容一定程度上存在重复，浪费课程学时的同时影响学生学习积极性。

（3）机电电子工程领域任何复杂工程问题的解决均需要多个学科知识，部分课程多从本门课程核心知识点出发设置简化三级项目，一定程度脱离生产实际而影响学生对现实问题的综合把握。

（4）理论课程所设三级项目与后续开展的课程设计或专业综合训练集中实践教学环节二级项目跨越不同学期，因缺乏系统深入规划，项目内容设置上还存在一定程度的割裂，部分三级项目难以为二级项目的开展提供支撑。

总体来说，现有课程体系从课程的设置、内容的安排等方面来说均较为合理，但由于缺乏课程间的实质性相互协调，导致学生在系统性知识能力体系构建方面效果不够理想，影响学生解决复杂问题的综合能力和高级思维能力培养。

2 建设思路

在培养计划原有框架的基础上，保持总学分不变，按照“理论与实践一体化”模式，以二级项目为核心，三级项目为支撑，面向新工科发展需求，构建研究与探索型课程项目、综合应用型实训项目为主线的分层递进式“超级金课”实践体系，将内容具有关联性的理论课与集中实践教学环节完全有机融合，组建混合课程群，统筹安排教学，开展团队教学，具体组织形式如图1 所示。

“超级金课”中理论课程应为专业核心课程，课程内容相互关联又各具特色，共同体现专业特色，且对复杂工程问题的解决具有较强支撑作用，与此同时，该部分理论课程还对专业其他理论课程具有引领作用。具体来说，“超级金课”中理论课程所设置的三级项目不仅支撑后续二级项目，同时，该三级项目还可以融合其他理论课程的内容打造成为涉及多门课程内容的联合三级项目，进一步使原本分散的专业课程自然形成课程群，实现多门课程间的交叉融合，最终构建成为体系化、模块化专业课程群。

“超级金课”中项目均以学生团队形式完成，具体实施分为两个阶段，包括多门理论课程的联合三级项目以及作为集中实践教学环节的二级项目。联合三级项目与二级项目既有相对独立的研究内容和实施方案，又有机衔接，具有广阔的延伸性和拓展性，两个阶段融合构成完整的“顶石项目”。项目实施过程可跨越学期，但原则上学生团队组成保持相对稳定，学生通过团队配合共同完成一个项目的CDIO 全过程。

“超级金课”包含理论与实践两部分，考试内容注重知识能力并重，增设综合分析类题目实现专业知识和工程应用的综合能力考核；项目考核过程中细化考核标准，规范报告格式，提出“组内自评”和“创意设计”奖励加分制，并在二级项目考核过程中，引入比赛竞赛模式，以赛促教综合考评。

实施过程中，课程设计二级项目学时不改变，理论课程增加与课程总学时相等的学时用于课程三级项目，通过具有更高难度和挑战性项目的锤炼，提高理论课程教学质量，进而促进学生对课程知识的深刻掌握，培养学生复杂工程问题解决能力。

3 建设内容

随着“中国制造2025”这一制造强国战略的不断推进，各种智能创新型机电产品及装备迅速发展，我校机械电子工程专业立足特色，以机器人项目为课程理论与实践载体，梳理不同课程间的内在关联，深化课程体系改革，推动专业内多课程模块化主动融合，对专业课程和项目进行调整与升级，将理论、设计、制作及控制等知识和技能融合渗透并优化，围绕智能制造领域智慧工厂典型机电一体化系统解决方案，调整课程体系并构建由“机电一体化系统设计”“现代传感与驱动技术”“机器人技术”三门理论课程以及“专业课程设计及实践”集中实践课程组成的跨越两个学期的“超级金课”课程群，系统组成如图2 所示。

我校机械电子工程专业在第四学期结束后完成专业分流，经过前期机械、电气、控制等方面基础课程的学习，第六学期开设的“机电一体化系统设计”（32 学时）和“现代传感与驱动技术”（32 学时）两门金课课程与“电气控制技术”关联课程联合开展“物料分拣柔性生产线设计与调试”项目实践，实现对复杂机电系统必备的系统结构设计、驱动传感选型、电气控制实现等理论及实践能力的系统训练。因实施“超级金课”教学改革而额外增加的64 个实践学时，有效提升三级项目内容的挑战度，同学们主动思考与探索精神得到充分激发，独立分析与解决复杂工程问题能力全面得到培养，为后续理论及实践课程的开展提供了必要的基础。

根据智能制造领域不同方向发展需求，将第七学期专业课程进一步划分为智能机电装备、工程机器人、机器人与控制等三个组合模块对学生进行个性化培养。三个模块均以“机器人技术”金课课程为引领，但又各具特色，智能机电装备组合模块通过开展“智能产线装备设计与调试”联合三级项目，以产线功能性单元模块为载体，重点培养学生智能制造产线装备单元创新设计及智慧工厂中多单元系统组态能力；工程机器人组合模块通过开展“工程机器人设计调试”联合三级项目，以电驱工程机器人为载体，强化机械结构创新设计，重点培养学生在工程机械智能化、机器人化发展过程中所需创新设计能力；机器人与控制组合模块通过“移动机器人仿真控制”联合三级项目，以带机械臂的移动AGV为载体，开展移动机器人自主导航控制，重点培养学生机器人智能控制理论实践能力。在完成各模块联合三级项目的基础上，将4 个人一组的三级项目实施小组进一步构建包含4 个不同模块学生的16 人团队，开展为期8 周的智慧工厂多机智能协同系统设计与实现二级项目，项目在完成质量、成本、效率等方面引入竞争评价机制，不同团队在竞争中实现复杂问题解决综合能力和高级思维的提升。

4 结束语

面向新形势下高质量机械电子工程专业人才培养需求，通过打造跨学期、跨类型、跨课程的“超级金课”课程群系统，形成基于分层递进式项目的双层次课程群，加强课程体系的顶层设计的同时实现课程间的实质性交叉融合，消除不同课程“各自为政”弊病，加强教师间的合作交流，有效提高学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，为新工科背景下强交叉专业工程教育改革提供新思路。