新工科背景下机械电子工程专业人才培养模式初探

王 灿，秦展田*，许本胜，邹爱成

（1.桂林航天工业学院机电工程学院 广西 桂林 541004；2.桂林航天工业学院航空宇航学院 广西 桂林 541004）

目前，全球进入由人工智能引领的新一轮产业变革和科技革命的关键时期，为了在这一关键时期占领战略制高点、占据科技竞争优势，我国提出并开始实施“中国智能制造”“新工科”“中国教育现代化2035”等重大战略，促使中国教育开始主动变革来适应社会发展，高等教育开始进入到一个全新的时期——新工科时期[1]。新工科不仅要求构建新专业，还要求对传统专业改造升级，在与未来经济发展所需人才相结合的基础上，融入未来技术，使培养的人才不仅能适应经济社会发展，更能有效促进工业进步[2]。人工智能与制造业的深度融合是这一时期各国的重要战略，机械电子工程作为衔接制造业与人工智能的专业，是中国智能制造的重要支撑[3]。如何以新工科的思维和理念来改革机械电子工程人才培养模式，培养具有创新思维、能解决实际问题并引领社会发展的高素质人才是新工科背景下机械电子工程专业迫切需要解决的问题。

以桂林航天工业学院机电工程学院为例，其机械电子工程专业虽为新开设专业，但在机电工程学院雄厚的教学基础上开展办学，是一个集机械、电子、信息、控制等多学科交叉融合的综合型专业，一直为广西地区和粤港澳大湾区相关产业提供科技人才，为广西和粤港澳大湾区的工业发展和振兴承担着自身的责任。机械电子工程专业在新工科建设引领下重构机械电子专业人才培养方案，从课程体系建设、教学方法改革等方面深入研究机械电子工程专业人才培养模式。

1 机械电子工程专业人才培养现状或存在的问题

机械电子工程专业相比其他专业开设较晚，很多学校是在原有专科机电一体化专业或在原有的学科基础上发展起来，培养方案和行业背景差异较大[4]。总的来说，机械电子工程人才培养还存在以下问题：

智能化机械电子工程人才培养滞后。在新一轮科技革命时期，人工智能与制造业的深度融合是各个国家的重要战略。机械电子工程专业作为制造业与自动化相结合的重要专业，其人才培养对制造业的智能化程度影响重大。而传统的机械电子工程专业只是简单的机与电的结合，或者教学过程中常针对的是简单的机电控制系统，自动化程度不高，与当前国家提出的新工科和智能制造的要求还有一定的差距。

学科的交叉融合力度不够。虽然机械电子工程专业是一个多学科交叉融合的专业，但其建设过程中仍以传统的专业构建方式，将机械与电子、控制类等课程进行融合，实现了一定的机与电的结合和自动化控制，但学科的交叉融合不能仅体现在学科知识的简单叠加，更需要实现多项能力的综合培养。

实践创新能力培养与专业课程教育分离。实践创新能力一直是应用型本科所重视的，然而，很多学校将实践创新能力培养独立出来，利用各种学科竞赛的形式或开设创新创业课程，与专业课程教育分开，难以形成大范围内专业课程教育与实践创新的融合，只能在小范围内培养的学生实践创新能力。

2 新工科背景下机械电子工程人才培养模式的构建

2.1 以新工科为背景、服务地方为导向，制订人才培养目标

在新工科背景下，学生的能力培养尤为重要，其核心能力主要包括以家国情怀、批评与自我批评、人际沟通、人格独立等为主的通用能力，以及工程领域适应性为主的专门能力和解决工程问题的工程能力。

桂林航天工业学院学生的主要就业地为广西和粤港澳大湾区，目前这些地区对机械电子、机电一体化、智能制造等方向的人才缺口较大。机械电子工程专业作为一个融合了机械制造技术、控制技术、电子技术等多个学科的专业，在智能制造等领域发挥着重要的作用。在中国智能制造2025、十四五规划等国家重要战略的指引下，紧密结合智能制造发展趋势，推动制造业高质量发展，培养具有较强的工程实践能力、创新能力、团结协作能力且能多方位发展的工程技术人才，才能实现人才培养助力经济转型发展。

2.2 从工程实践能力角度优化课程体系

课程体系将人才培养落到实处。要实现新工科下核心能力的培养，就要改革原有的课程体系，注重工程实践能力、创新能力等的培养，同时要关注学科之间的交叉融合、注重工程实践能力的培养。因此，在课程体系的建设过程中，融合实践项目，实现将实践项目和理论知识融合在一起的课程体系。

2.3 优化教学内容和教学方法

社会发展会影响教学内容、教学方法和模式。中国制造2025等重要决策指引着我国高等教育的方向，也直接影响着高等教育的相关教学内容。高等教育工作者要紧跟时代的步伐，不断调查研究，让教学内容凸显时代性，也使得培养的学生更符合时代的需求。因此，在机械电子工程专业课程的教学内容上，专业教师要深入企业调查研究，掌握专业发展前沿，并将其融入课程教学中。

在信息化迅速发展的今天，教育信息化的作用日渐凸显，教育信息化已成为当前一个重要的学习手段。MOOC、翻转课堂、微课、对分课堂等多样化教学方式不断提出，在提高教学效果、提高学生学习的主动性上发挥着越来越重要的作用。在机械电子工程人才培养过程中，各任课教师应根据相关课程特点，采用合适的现代化教学手段。

2.4 深化教育教学评价改革

新的教学方法、教学模式下需要有新的教学评价体系与之相适应。在大力推广混合式教学模式的大背景下，机械电子工程专业人才培养方案的实施也采用混合式教学的方式进行，因此，需要设计合理的教育教学评价方式对教学模式进行评价。评价主要包括两方面，一方面是学生学习效果的评价，另一方面是教学模式的过程性评价，以此考评学生的学习情况，并对后续的混合式教学进行进一步的改进提升。

3 新工科背景下机械电子工程人才培养模式的实践

3.1 构建实践与理论相结合的课程体系

机械电子工程专业在现有的通识教育课、学科基础课、专业课、集中实践四个环节的基础上增加前沿专业知识课、创新创业能力课以及第二课堂等，并将课程进行重新规划组合，形成学科基础课程群、机械产品设计课程群、制造类课程群、检测控制课程群、机电系统课程群、创新创业实践群。为了更好地将理论运用于实践，教学团队以CDIO为教育理念，以项目为主线，通过多级项目的形式来开展教学，更好地实现学生工程能力的培养。

3.2 引入第二实践课堂

实践是理解知识、运用知识的重要途径，不仅是学生学习的目的，也是学生深度学习的重要方法。如何尽可能多地提供机会让学生开展实践活动是教师们一直关注的问题。机电教研室的教师们开辟了第二实践课堂，组建学习兴趣小组，开展各类实践训练，主要包括机电产品设计、各类学科竞赛以及各专业教师的相关横向课题。学习兴趣小组由教师指导，成员包括各年级的学生，并由高年级的学生担任组长，通过老带新的形式，在完成设计目标的过程中，带动各年级成员的成长。通过这些途径，机械电子工程专业学生的实践能力得到了很好地培养，在各级别的学科竞赛中获奖不断，也能很好地辅助教师的横向课题。

3.3 整合课程教学内容、引入学科前沿

根据调研结果，将机械电子工程各专业课教学内容进行整合，重新规划教学重点、难点，去掉重复教学的部分、具有关联性的课程内容重新规划。任课教师在调研学习及科学研究中，积极获取最新的学科发展动态，并将这些学科前沿知识贯穿在课堂教学中，让学生在校期间就能了解本学科的发展趋势，增加学习的积极性和动力。

3.4 实践教学改革

对机械电子工程专业原有的课程设计及实践训练课程进行整合。机械电子工程原有的课程设计和实践训练课程更多的是针对某一门课程开设的，比如“机械电子技术实训”“电气控制与PLC课程设计”“计算机控制课程设计”等，现有的人才培养对实践教学课程进行了整合，从课程基础训练、专业训练、综合训练等角度来开设课程，如“机电基础工程设计”“机电专业综合设计”“工业机器人应用综合实践”“机电控制系统综合实践”等，实现学生对多门课程的综合运用。

3.5 多样化的教学手段和教学过程

在课程教学中，以学生为中心，重点培养学生的自主学习能力和创新思维能力。将教学过程划分为课前、课中、课后三个阶段来进行教学设计。在课前的教学阶段，以微课视频的自主预习为主，主要内容包括课中涉及的一些基础知识和一些相对简单的知识点。课中以教师讲解重难点为主，穿插学生对知识的理解与运用。课后主要针对课中内容进行巩固、加强和运用，主要为课后作业，包括知识点的基本概念、知识的简单运用和小课题综合运用等。以此为基础，机械电子工程专业各课程采用了不同的现代化教学方式，“电气控制与PLC”“微控制器应用技术”采用项目式教学方式，“机械制图”采用翻转课堂的形式，“机电传动与控制”采用混合式教学的方式等。同时，教研室每学期开展示范课程，教师之间相互交流，促进教学能力的提升；针对青年教师，实行导师制，由经验丰富的教师对青年教师进行一对一的指导，使青年教师尽快进入角色，掌握教学手段和方法，提高教学水平。

3.6 教学评价体系的改革优化

改革原有的课程教学评价体系。机械电子工程专业原有的课程教学评价采用30%平时成绩加上70%期末考试成绩组成，平时成绩大都由作业、实验、平时表现构成。采用现代化教学方式后，教学评价方式也发生了变化，更多的是从工程能力、自学自主能力、教学过程的参与度等方面进行考核，主要包括上课前学生的课前预习、课中的讨论、课后实践项目等组成。

4 结语

桂林航天工业机械电子工程专业人才培养方案的设计以“新工科”工程人才的培养为指南，针对机械电子工程专业目前存在的问题以及当前的机械电子工程人才需求，制订了相应的人才培养方案、课程体系、教学内容、教学方式、教学评价等，努力为中国的经济社会发展提供更多的优秀人才。