产教融合下以实际工程需求促进课堂教学的改革初探——以“机电控制与系统设计”为例

朱文伟

（温州理工学院，浙江 温州 325000）

0 引言

随着本科工程专业认证的推进，提高学生解决实际问题的能力、培养合格的工程师成为工科院校发展的重要目标。温州理工学院作为由独立学院转设公办本科的学校，同时作为浙江省第二批应用型建设试点示范院校，提出了应用型人才的培养模式，非常注重学生实践、创新能力的培养，把实践创新能力的培养作为本科学校应用型人才培养的主要内容之一。因此，为了使学生能更好地提高实践创新能力，在以后的岗位上能够更好地发展，本文结合温州理工学院机械工程专业智能装备方向学生的实际情况对课程的教学内容和方法进行改革，建立以实际工程需求为导向、以实践创新能力培养为重点、以产学结合为途径的课程教学应用型人才培养方式。

1 《机电控制与系统设计》课程的实际情况

1.1 课程的定位及作用

本课程是机械工程专业智能装备方向的专业必修课，其目的和任务是学生通过学习本课程，建立机电产品的一体化设计思想，把所学的电工学、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械设计理论有机地结合起来，了解各项技术的相互接口关系，并能运用所学的知识对机电一体化产品进行分析或设计机电一体化产品。

1.2 基础知识掌握不牢固

本课程作为毕业设计前的最后一门课程，要运用之前所学的各种基础知识，将所学知识点融会贯通，才能达到课程设置的目的。一个系统设计需要很多理论基础，而在4年的学习过程中，很多知识随着时间的推移，学生已经掌握的不好了；同样由于长期缺乏有效地实践锻炼，学生对自身所学知识缺乏从理论到实践的转换过程，从而表现出实践动手能力弱，专业自信心不强，难以满足社会对专业人才的实际需求。

1.3 理论与实际工程需求脱节

本课程的目标是系统掌握分析或设计机电一体化产品的能力，但教学过程中通过教材的案例分析讲解机电一体化系统，没有落地，学生无法体会机电一体化系统的设计过程，无法利用自己所学的知识解决实际工程需求，还只是流于表面，跟实践脱节，达不到课程的目的，无法实现应用型人才培养的目标。针对这些问题，本文提出改革教学方法的方案，以实际工程需求为目标，以机电一体化系统设计为框架，以学生实践创新为中心，系统性培育学生综合性科学素养，系统性锻炼学生实践能力、创新能力。

2 教学改革的内容和目标

2.1 改革目标

通过教学改革实施，与地方企业展开产教融合，通过实际工程需求，设计和完善应用型本科产教融合促进课堂教学的方案，以实际工程需求为基础的实践教学要求来设计理论课程的教学内容、教学模式和教学方法，专业理论课程与实践工程需求方案深度对接，从而在构建学生专业理论完整构架的基础上，深化工程实践应用能力，有效提升学生的专业实践能力、创新能力和服务社会能力。

2.2 改革内容

2.2.1 教学内容的改革

传统的课程教学内容先从机电一体化产品的组成要素，到各个要素的介绍，再到课本上的案例介绍，最后得出结论。如图1所示：

图1 传统的教学内容

通过几轮的教学过程发现，学生对如何设计机电一体化产品的印象不深刻，提出一个新的课题的时候，无法迅速有效的开展。因此，针对原来的教学内容，结合实际工程需求，针对某一具体工程项目进行教学，将如何设计一个机电一体化系统的过程步骤化。如下图所示：

图2 改革后的教学内容

2.2.2 教学方法的改革

由于教改的目的是为了提高学生的实践动手能力，因此，在本次教改过程中，采用了以翻转课堂为主的方式进行教学，根据改革后的教学内容，要求学生在课堂外进行自主学习，发挥主观能动性，在课堂上主要进行生生之间、师生之间知识交流与问题解答。具体改革如图3所示。

图3 教学内容

第一步，项目选择。

产与教的融合不只仅限于产服务教，让学生有实习顶岗机会，还可以将产业的实际工程需求融入教学，在教学过程中培养学生解决实际工程需求的能力。但产业或企业的需求很多，难度参差不齐，如何选择有效的、合理的项目是更好开展教学、服务教学的重中之重。

本次教改以《机电控制与系统设计》这门课为对象，主要目的是掌握控制系统的设计。因此，针对前期产教融合的企业所提出的工程实际问题，经过分析符合本课程的项目──基于物联网的窄通道智能加油机，提取部分功能，凝练成新的项目──窄通道智能加油机。

第二步，方案设计。

在课程的第一次课上，举例分析一个实际案例──智能断路器的控制系统设计过程，并提出新项目──窄通道智能加油机的项目需求，分析项目所要达到的指标。对学生采用3～4人进行分组，并提出方案设计的要求。

教学采用翻转课堂方式展开，利用一周的时间，每一组根据项目要求进行方案设计，并在课堂上进行讲解方案设计思路，其他组别进行沟通，最后有老师进行沟通并提出修改建议。形成几种方案，其中2种方案如图4（P132）所示。

图4

第三步，器件选型。

根据修正后的方案设计，每组对所需元器件进行选型，并以翻转课堂的方式进行选型原因的分享，形成每一组自己器件清单。在形成器件清单的过程中，学生通过查询资料、与厂家沟通，锻炼如何根据自身需求查询相关手册及与人交流获取知识的能力。

第四步，硬件设计。

完成购买设备及元器件，根据所设计的方案，初步搭建简易的窄通道智能加油机平台，同时开展控制电路的设计；并根据选型结果，利用元器件尺寸进行机械结构设计，其中1组的成果如图5所示。

图5

第五步，软件设计。

主要包括：所选控制器的自我学习，迅速掌握编程方法；总体流程图的绘制；功能的程序编写。根据实际工程需求所选择的元器件有可能会是平时课程中没有涉及的，其性能和使用方法都需要学生通过有限的时间去掌握，例如，很多学生选用的是不同型号的STM32芯片作为控制器，有f0系列有f1系列，怎么快速进行程序开发就需要学生具备一定的学习能力；其次，流量计如何被读取流量值等。

第六步，系统调试。

完成系统的功能调试，根据在调试过程中出现的问题，及时有效的调整硬件和程序上的问题，提高学生的实时解决现场问题的能力。

第七步，提交产品。

录制产品使用过程，编写使用说明书，提高学生文档撰写能力。

第八步，成绩评定。

成绩=平时成绩*0.4+产品功能*0.6。其中平时成绩根据平时翻转课堂上的表现，包括：方案设计、产品选型、硬件设计、软件设计、结构设计、老师打分、考勤等来确定。产品功能的成绩包括：人机交互、流量监测、流量要求、管道要求、创新功能、整体功能等组成。

3 结语

经过2个学期的教改实施，针对企业在实践过程中碰到的技术问题进行合作解决，将为我院学校工科教学带来如下积极效益：

（1）通过产教融合，明确实际工程需求，理论教学和实践教学将更直接与社会需求相结合；

（2）通过产教融合，解决实际工程需求，使师资队伍的专业能力得到进一步提升，从而更好地实现应用型目标的转型；

（3）通过产教融合，结合实际工程需求，使学生得到实际工程的锻炼，增强地方服务意识，更好地留住人才，服务温州。