新形势下机电装备设计课程建设探索与实践

刘江，崔昭霞，那日苏，李宗学，张楠

（内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010051）

随着第四次工业革命的到来，学科交叉融合日益深入，对我国现有高等工程教育提出了新挑战、新要求。2017年6月9日，教育部审议了《新工科研究与实践项目指南》，提出新工科建设指导意见， 以主动适应新技术、新产业、新经济发展需求[1,2]。为使工程技术人才与国际接轨，满足人才国际化需求，国内各高校都开展了工程教育认证，建立持续的专业改进机制和文化，使学生能够达到毕业能力要求[3,4]。2020年5月，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求把思想政治教育贯穿人才培养体系，发挥好每门课程的育人作用，以培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者与接班人[5-7]。专业课作为培养人才的首要因素和核心教学环节，传统的课程目标和教学模式已满足不了社会、企业和学生发展的要求，课程体系与教学内容改革势在必行。

机电装备设计是面向机械设计制造及其自动化专业大四学生开设的实践性和综合性较强的专业必修课，需将机械系统、液压气动系统、检测部件、微电子自动控制系统和驱动装置以及信息处理技术，按系统工程和整体优化的方法集成，以解决复杂机电工程问题，是对所学知识的综合和升华，是学生专业实践能力提升的重要环节，为后续的综合设计和毕业设计奠定基础，所以提升教学质量对于机械设计制造及其自动化专业的学生来说至关重要。在教学过程中，课程组注重理论与实践相结合，通过恰当的工程实例讲解，培养学生的创新思维和设计能力， 但在对用人单位、学生调研反馈的问题来看，学生虽然专业知识较扎实，但是设计小型机电装备和解决实际工程问题的能力不足，设计的产品结构理想化，与实际生产过程脱节，没有将专业知识很好地转化为设计能力。基于以上原因，机电装备设计需要从课程目标、教学内容、教学策略、思政元素融合等方面进行改革，以满足社会、企业和学生自身发展的新要求。

1 拟解决的主要教学问题

在工程教育专业认证的背景下，结合新时代全国高等学校本科教育工作会议对新时代人才培养提出的新要求，内蒙古工业大学机械工程学院对专业目标和毕业指标点进行了全面修订，机电装备设计课程拟解决的主要问题如下：

1.1 课程目标的确定

根据毕业要求分解的指标点，机电装备设计需要达成5 个二级指标点，即需要学生掌握机电装备基础知识，提出合理可行的设计方案；能够进行理论分析、设计计算及实验验证，并能按照技术标准规范、产业政策和法律法规等要求进行合理评价。所以确定的课程目标为：培养学生的创新思维和设计能力，对专业活动做到心有敬畏、行有所止；关注科学前沿动态，通过“机械设备”“机电装备”“智能设备”的发展趋势分析，激发学生的进取心；要勇担时代使命，学好专业知识，提升小型复杂机电装备设计能力和工程素养，努力成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

1.2 教学内容的选择与凝练

机电装备设计是典型的跨专业融合课程，内容体现以机为主、机电结合的特色，包括传动系统与部件、支承件、导轨的设计理论和选型方法、伺服系统的动力学设计方法及典型机电装备设计等，内容点多面广，实践性较强，学生不易掌握。在教学课时减少的大趋势下，需要按照毕业指标点对课程内容进行重新梳理与凝练，合理划分课程单元和知识点，使教学内容对毕业指标点具有较强的支撑作用。考虑到机电装备的特点，将课程内容按照各功能部件重新组织，使每节课都能解决一个小的工程问题。

1.3 教学策略的选择与优化

随着教育教学的信息化和智能化发展，以“黑板+粉笔+PPT”的传统课堂教学模式已经无法满足当前学习的需求，学生学习热情不高、动力不足、效果不好，不愿意被动接受教师对知识的灌输[8]。教师需要重新审视自己的教学策略，根据课程特点和学情，探索行之有效的课堂教学新模式，让教学回归教学的本质，即以学生为中心，产出导向，持续改进，激发学生对机电装备设计学习的积极性和自主性，提升学生的机电装备设计能力。

1.4 思政元素的有机融合

机电装备设计教学内容包括数控机床和机器人等高端机电装备的设计及零部件的选型，适合将大国工匠精神、家国情怀和使命担当等思政元素融入知识点、案例教学、课堂讨论等教学环节，真正起到 “思政入课堂，育人细无声”的效果，以构建科学合理的课程思政教学模式。

2 课程改革策略与方法

2.1 混合课程实现学生自主学习

根据课程毕业指标点的要求，重新组织教学内容，以内蒙古工业大学优慕课平台为依托，合理安排线上线下教学内容，简单内容和平时考核线上进行，疑难点和交流讨论线下完成，留出更多时间解决学习中遇到的问题，实现从教师传授到学生自主学习的转变。考虑到机电装备的特点，将课程内容按照主传动系统，电伺服传动系统、机架等部件重新组织，对每个功能部件进行设计分析，对课程内容进行单元设计，完成教学目标、单元导学、教学资源设计及学习评价设计等教学环节，根据单元设计中的知识点进行微课设计和制作。教学资源的甄选十分关键也十分耗时的，需要课程组教师分工协助完成。

2.2 问题导向，案例教学

教学内容的选择与凝练，设计案例的层次性、逻辑关联性是以问题为导向的课堂教学模式的前提和基础。课程中的案例来源于教学团队的科研项目，与生产实际联系紧密，授课教师既熟悉项目立项背景，又可提供设计方案构思、设计计算的难点、加工制造装配及设备使用等过程，学生可获得设计案例的全部资料，能够体验到机电装备设计的全过程。课前教师线上布置设计问题，课中以设计问题为导向，学生小组讨论提出设计思路和方案，教师以设计案例为主线讲解新知识，解决课前线上布置的设计任务，课后学生按照新知识点完成最终的设计方案，实现闭环教学，以更好地提升学生“发现问题—分析问题—解决问题—形成设计方案”的能力[9]。

2.3 “体验式”项目大作业，搭建设计案例库

以前的作业都是以知识点为基础进行小部件设计，作业之间没有相互联系，设计成果未体现出机电装备是一个有机结合整体的特点。而项目式大作业鼓励学生结合课程要求，以小组为单位开展设计，需要完成项目方案设计、设计计算、结构设计、控制系统设计、图纸绘制、成果展示等产品开发的全部环节，让学生真正参与整个设计过程，有效提升学生的设计实践能力。在项目式大作业环节，鼓励学生结合课程特点选择具有前沿性的项目，教师帮助学生甄别项目的可行性和可达性，分阶段检查项目的完成质量，及时修正学生设计中存在的问题，保证其能够顺利完成项目大作业。将完成质量好、体现课程特点的项目大作业，发布在线上优慕课平台，与教师的项目一起构建设计案例库，让学生更好地体验设计方法和过程，提升学生设计小型机电装备的能力[10-12]。

2.4 聚焦国家需求，实现思政元素与课程内容有机融合

根据人才培养目标、课程目标，在讲授机电装备发展过程时，介绍相关的历史背景，引导学生了解机电装备[13-14]。关键零部件的设计选型是本课程的核心内容，通过分析国内外产品性能的差别，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。在讲解设计案例的立项背景时，注重理论与实践相结合，培养学生的创新思维和设计能力，使学生具备创新精神、社会责任感、人文修养和职业道德。如在讲解固体火箭发动机安全脱模装置设计时，采用五星教学法进行内容组织，用两分钟讲述国内外固定火箭发动机的发展现状，介绍我国在运载火箭领域所取得的辉煌成就，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

3 评价方法和改革成效

为紧紧围绕国家和区域发展需求，全面贯彻落实全员、全过程、全方位的质量考核评价理念，结合发展定位和人才培养目标，学校建立了校、院、专业三级教学过程质量监控保障体系及相应的考核评价制度，规范了教学过程质量监控机制，对教学过程进行组织、指挥、调控、监督、评价与反馈，从制度上保障了闭环监控保障体系的落实与协调运行。

机电装备设计直接评价项目及权重为：课堂表现（10%）、项目大作业（30%）、实验（10%）、考试（50%），共4 项。本课程每年进行一次课程质量评价，由学院本科教学工作委员会领导，由教学团队负责实施，对上课学生和教学团队专业教师，采用教学研讨会、问卷调查、座谈、走访等形式完成课程的考核与评价，对教学中存在的问题，分析原因，找出应对策略，持续改进。经过两轮的持续改进和迭代，课程直接性评价和间接性评价的达成度都在0.71 以上，课程在培养学生复杂机电系统的设计能力、学习能力和综合素养方面得到了企业和师生的认可。

4 结语

课程建设是一个不断迭代、优化的过程，需要根据社会发展需求和趋势，以机电装备的现代化、自动化、智能化需求为导向，完善和凝练教学内容，更新教学策略和手段，充实设计案例库，完善混合式教学平台建设，提升教师团队的科研及教研水平，充分激发学生的热情和自主性，培养能够在机械工程及相关领域从事设计开发、自动控制、应用研究、技术管理及运行维护等工作的德智体美劳全面发展的高级应用型人才。