能力导向下机械类应用型人才的“3+5”教学体系研究和实践

袁明新　江亚峰　金琦淳　申燚

摘要：为了使地方本科院校机械类应用型人才更好地服务于区域经济发展，开展了“3+5”教学体系的构建研究。以知识能力掌握为核心，构建了理论教学中机械设计、电气控制和电子控制的“3”能力课程群体系；以知识能力运用为核心，构建了工程图学测绘、机械设计课程设计、机电液一体化课程设计、专业课程设计和毕业设计的“5”能力实践体系。实践教学结果表明，该教学体系有效激发了学生的学习积极性，提高了教学质量，切实培养出了具有强工程意识和动手能力的机械类应用型人才。

关键词：能力导向；地方本科院校；机械工程专业；应用型人才；教学体系

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2019.01.020

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1671-1580（2019）01-0088-04

工程能力导向下工程化教育起源于欧洲的工业革命时期，并随即在美洲得到重视和盛行。德国在高等教育中推行了“双元制”教育模式，法国高等工程教育则把办学方式分为预科阶段与工程师阶段。美国伍斯特理工学院以学生为中心，开展了项目驱动和结果导向的工程教育模式。欧美等工业和教育界纷纷提出了“教育”回归“工程”的倡议，工程教育已经逐渐成为教育界达成的共识，但我国高等教育的工程能力培养还不够突出，这对于应用型地方本科院校而言是致命的，为此国内很多学者开展了能力导向的教学体系研究和探索。

针对机械工程应用型人才的能力培养需求，盐城工学院优集学院提出了基于知识、能力和素质框架结构的应用型人才培养教学体系，但该体系中的能力培养更多基于UG的数字化设计和制造，对机械工程专业学生的应用能力培养显得片面。燕山大学在现代工程教育理念指导下，面向机械制造专业方向构建了CDIO项目课程体系，该体系仍只突出对机械制造工艺及夹具设计的能力培养，而能力导向的教学改革更多集中在单门课程上。比如黄秀琴等以突出学生能力培养而开展了“机械设计”课程教学改革与实践；董明晓等构建了面向工程实践能力培养的《机械工程控制基础》课程教学方法，将工程案例引入到日常教学；张伶俐等基于能力本位开展了《机械制图与测绘》的课程项目化教学。无论是专业教学体系构建，还是单一课程的能力导向改革，已有的教学探索虽提高了学生课程知识点的掌握程度和应用能力，但在学生专业业务能力培养上普遍不具备系统性，学生工程能力的培养还存在缺失，至少是不完整的。

江苏科技大学苏州理工学院是一所地方民办本科高校，学校紧密结合地方经济需要，培养应用型本科人才。机械工程是学校最早建立的学科，近年来，学院通过企业调研以及毕业生反馈，明显感受到企业对学生工程能力的迫切需求。鉴于此，课题组针对我院机械工程专业（含机械设计制造及其自动化、机械电子工程），开展了能力导向下“3+5”教学体系的构建研究和实践，从而提高了我院机械工程专业人才培养质量。

一、理论教学中“3”能力课程群体系构建及教学改革

目前各高校都面临着深化教育领域综合改革的新形势、新要求，新一轮本科人才培养方案修订成为本科教学工作的基本工作，江苏科技大学苏州理工学院也开展了人才培养方案修订，学分学时压缩冲击着每一门课。因此，学院根据机械工程专业人才培养的质量提升需要，围绕机械类专业的核心专业业务能力培养，一方面对人才培养方案中核心课程进行了课程群凝练，另一方面开展了课程群的教学改革。

（一）“3”能力课程群体系构建

目前，国内教学改革更多体现在各课程的内部改革，自成体系、改革力度不大、成效不明显。为此，课题组在课时压缩情况下，以“机”和“电”的能力培养为核心，首先进行了“3”能力课程群体系的构建，如图l所示。“机”主要以机械设计和制造的能力培养为主，以工程图学和机械原理与设计课程为核心，还包括工程力学、互换性和机械制造等构成课程群，目的是培养学生识图、产品数字化设计、零件尺寸与公差标注、加工等能力；“电”包括电气和电子系统的设计能力培养，前者以机械设备电气控制、机电传动与控制等课程为核心构成能力课程群，目的是培养学生机械产品的电气控制系统设计能力，尤其是PLC的控制能力，后者以单片机原理与应用、电工电子技术、测试技术等课程为核心构成能力课程群，目的是培养学生电子产品及自动控制系统的设计能力。

（二）课程群教学改革

在教学内容方面，在满足掌握基本知识点的前提下，对陈旧、起点低、无创新性、与工程结合不紧密的教学内容进行删减和更新，比如在机械控制工程课程中，删减偏理论的控制系统设计和校正内容，强化PID控制器的环节作用、整定及设计内容。其次，围绕能力培养需求，进行各课程群体系内教学内容协调、衔接和整合，避免出现内容重复、衔接不到位的现象，比如对测试技术基础课程中测量装置的动态特性内容，与机械控制工程课程中频域分析内容进行了责任明确。

在教学方法方面，针对机械类课程具有与工程实际联系紧密、应用性强的特点，但学生又缺乏工程背景的不足，各课程负责人强化教学以学生为中心，相继开展了MOOC教学、SPOC教学。比如在机械原理课程教学中，尝试将翻转课堂的SPOC教学融入到MOOC教学中，通过开展O2O（线上线下）的混合教学模式来变学生被动学习为主动学习，增加学生自主学习学时，不仅缓解了课改带来的学时减少压力，同时也提高了课程教学效果。

在教学方式方面，各课程负责人积极推进工程化教学，开展工程背景启发教学、工程案例驱动教学，通过工程背景引入课程知识点来引起学生的学习兴趣，通过工程案例诠释课程知识点来帮助学生理解、掌握和运用课程知识点。比如机械设备电气控制课程开展了工程导向下案例教学，从课堂教学到实践教学，将课程知识与工程技术充分结合，在调动学生学习积极性同时，加深对课堂知识点的理解和掌握，提高PLC控制技术的应用能力。

在课程考核方面，各课程负责人能结合各课程的特点积极开展多元化综合考核，改变传统以“知识量化记忆考察”为主进行的考核方式，将知识点掌握和应用作为学习动力，有效地避免传统课程考核中形式单一化、内容统一化和成绩功利化的不利因素。比如机械设计课程开展了MOOC平台下的多元化教学考核，在常規的知识点考核（期末考试）基础上，纳入了课堂参与度、线上测试及课外大作业，打破了“一卷定终身”，明显提高了学生平常学习过程中的参与度和积极性。

二、实践教学中的“5”能力实践体系构建及教学改革

（一）“5”能力实践体系构建

围绕学生专业业务知识培养凝练课程群，并推行工程化教学改革，可以有效激发学生的学习热情，提高学生对知识的掌握程度，但是应用能力的培养更需要通过实践来强化。因此，课题组以提高学生专业技能为目的，构建了如图2所示的“5”能力实践体系，结合工程案例来实现强化训练。

在该体系中，工程图学测绘是重点培养如何提高学生的测绘，尤其是二维图纸绘制能力；机械设计课程设计是重点培养如何提高学生的机械系统设计能力，以及三维造型能力；机电液一体化课程设计是重点培养如何提高学生电气系统的设计能力，以及继电器控制和PLC控制的能力，尤其在PLC控制方面，能利用组态软件实现基于触摸屏的控制；专业课程设计是重点培养如何提高学生的嵌入式系统设计能力，尤其是基于单片机的系统控制能力；毕业设计是重点培养如何利用机电人才培养方案中相关课程实现专业业务能力的实训，提高专业的培养效果，其将是在另外4个实践环节基础上进行综合性的实训。

（二）实践教学改革

传统机械类专业课程实践更多是基于指导书进行按图索骥式设计，题目起点低，缺乏创新性，无法调动学生积极性，而且限制了学生创新意识的培养。为此，课题组在构建了“5”能力实践体系基础上，一方面明确了各环节在专业业务能力培养中的责任，另一方面对实训内容进行改革。比如：在机电液一体化课程设计中，利用生活垃圾压缩机、卧式螺旋离心机等工程项目逐步代替传统的铣床、钻镗组合机床等设计；在专业课程设计中，课题组开发了如图3所示智能巡检小车的系列作品，学生在进行实训时需要完成其电路和PCB板设计、电子元件焊接、程序调试等，进而达到对各种收发模块、传感器、电机驱动与控制等知识的灵活运用；在毕业设计的选题上立足培养目标，要求结合生产实际、科研需求，内容力求新颖，突出学生主体，注重业务能力和创新意识的培养。

三、“3+5”教学体系实践取得的成效

“3+5”教学体系是针对学院机械类专业应用型人才培养而构建，自教学体系构建并实施以来，我院机械类学生的专业业务能力及创新意识有了明显的提高。学生每年参加包括全国大学生机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛、中国工程机器人大赛暨国际公开赛等在内的近10项比赛，参赛人次每年超过200，近3年来获得国家级比赛一等奖15项，二等奖34项，省级特等奖2项，一等奖30项，参加江苏省大学生实践创新训练计划7项；学生以第一作者发表科研论文23篇，其中北大中文核心论文5篇；学生参与申请发明专利20余项，获得省级优秀毕业设计3项。实践教学成果表明，面向机械应用型人才培养的“3+5”教学体系很好地适应了我院机械类专业的人才培养，在提高教学效果、强化学生专业业务和实践能力、激发学生工程和创新意识等方面发挥了积极的作用。

四、结语

鉴于我国现行应用型高等教育人才存在工程能力培养缺失的不足，同时为了使得我院机械类应用型人才培养更好地服务于区域经济发展，学院开展了“3+5”教学体系的构建及实践。理论教学中的“3”能力课程群整合优化，实现了各课程间的有机联系，使得各课程在专业知识点培养上既分工明确，又能系统地有机补充。课程群的教学内容、方法、方式及考核改革有效地激发了学生学习兴趣，提高了学生对知识的理解和掌握程度；实践教学中“5”能力实践体系构建，使得学生在掌握专业知识点基础上对专业业务技能进行了针对性的强化训练，有效提高了学生的动手实践能力。近年来学生在第二课堂方面陆续取得的优异成績也进一步验证了课题组所构建教学体系的有效性。

[责任编辑：尚欣]