机械电子工程专业边界再设计及人才培养模式研究

王冰 韩伟娜 景晓华 唐明媚 陈丽缓 陈宇航 魏彩乔 何斌太

【摘   要】   主要阐述北华航天工业学院机械电子工程专业教学改革的实践经验，分析教学改革的现实背景，对机械电子工程专业的边界再设计及其人才培养模式进行探索。通过边界再设计及人才培养模式改革，锻炼和提高了学生的能力，保障了人才培养的质量。

【关键词】   机械电子工程；边界再设计；人才培养模式

Boundary Re-design and Research on Professional Training Model of Mechatronic Engineering

Wang Bing， Han Weina， Jing Xiaohua， Tang Mingmei， Chen Lihuan， Chen Yuhang，

Wei Caiqiao， He Bintai

（ North China Institute of Aerospace Engineering， Langfang 065000， China）

【Abstract】    This paper mainly expounds the practical experience of teaching reform in mechatronic engineering of North China Institute of Aerospace Engineering. The background of teaching reform is analyzed， boundary re-design and professional training mode of mechatronic engineering are explored. As a result， through the boundary re-design and the reform on professional training mode， the student′s ability is exercised and improved， and the quality of professional training is guaranteed.

【Key words】     mechatronic engineering; boundary re-design; professional training model

〔中图分类号〕  G642                   〔文献标识码〕  A              〔文章编号〕 1674 - 3229（2023）01- 0100 - 03

0     引言

有学者认为，对于高等院校而言，新工科主要是指创办新兴工科专业。但正如文献［1］和［2］所述，新工科建设主要不在于增加新兴专业，因为这将导致新一轮的专业过度细分。面對科技发展的日新月异和业界及社会需求的千变万化，更为可取的不是建立新兴专业，而是在传统专业的基础上进行动态调整，即探索学科专业的新结构。

新结构建立之关键在于边界再设计［1］，包括专业边界、课程边界、课堂边界、教师边界及学生学习边界。本文以北华航天工业学院机械电子工程专业为例，对其边界再设计及人才培养模式进行研究与探索。

1     专业边界

机电一体化技术是现代工业之基础，它将机械、电子、控制、信息等有机结合以实现制造过程或机电产品的整体最优和智能化，是制造业发展的主要趋势［3］。我校机械电子工程专业始于2004年，它最初只是我校机电工程学院第一个本科专业机械设计制造及其自动专业下的一个专业方向，它以机械制造过程的机电一体化为最初的专业边界，在专业方向和课程设置上更为突出和侧重机械制造过程和机械制造装备的自动控制技术。

2013年我校正式设立机械电子工程专业，同年被确定为校级重点专业。经过十几年的发展，我校机械电子工程专业为区域经济及航天工业发展培养了一定数量的应用型高级工程技术人才。但是随着机电一体化技术的迅速发展，新的机电一体化产品竞相出现，原有的专业边界已难以适应新科技革命、新产业革命和新经济发展对机电工程教育的需求；且已难以适应以培养多元化、创新型工程人才为目标的新工科计划。

因此，以我校工程专业认证为契机，在新一轮培养方案修订过程中，对机械电子工程专业边界进行了再设计。在传承原有专业特色的基础上，调整专业覆盖的知识内容，加大了《机电一体化系统设计》课程学时，增加机电有机结合之稳态和动态设计内容，从机电有机结合的角度，系统地讲解机电系统的设计原理和方法，充分体现“以机为主、以电为用、机电有机结合”的原则［4］，侧重培养学生综合运用所学机电工程知识进行机电有机结合的设计能力和创新能力。开设《机器人技术》《数控技术及应用》《虚拟仪器设计》《现代设计方法》和《嵌入式系统设计与应用》等课程，体现机电一体化新产品、新技术和新方法。开设了《航天概论》课程，体现面向航天的行业特色。

2     课程边界

边界再设计包括课程的重构，除新增、删减、合并某些课程外，为适应科技的日新月异，保留下来的相关课程的边界需要相应变化。

例如在理论教学环节，根据新工科计划并在多年教学实践的基础上，对《控制工程基础》课程边界进行了再界定［5］。首先，优化了教学内容，主要针对经典控制论的线性定常系统，讲解“建模、分析和控制”三个基本问题。其次，将自动控制技术与机电系统相结合，讲解机电控制系统的基础理论和技术；引入典型工程案例，以数控直线运动工作台位置控制系统为例，自始至终，将其贯穿于课程教学的始末。最后，引入MATLAB对机电控制系统进行分析与综合，并将其贯穿于课程教学的始末，培养学生使用现代工具进行机电控制系统的分析与综合的能力。

例如在实践教学环节，原有《机电专业综合课程设计》的设计任务为基于PLC的制造工业顺序控制系统设计，原有的课程边界难以满足锻炼学生综合运用所学机电工程知识进行机电结合的目的。在重新设计专业边界时，我们将《机电专业综合课程设计》分解为课程设计Ⅰ和课程设计Ⅱ，并分学期进行。因考虑到制造工业存在大量的事件驱动顺序控制系统，课程设计Ⅰ保留原有的课程边界不变。课程设计Ⅱ选取X-Y数控工作台机电系统设计这一典型机电一体化产品作为课程设计任务，要求学生综合运用所学的机械、电子、自动控制和计算机等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练［6］。

3     课堂边界

传统的课堂边界就是大学校园，但大学工程学科的课堂应延伸到企业中去。由于大学教师自身工程背景的欠缺，学校的实验室和实训中心毕竟不同于真实的业界企业，因此将课堂的边界延伸到企业中去，无疑将开阔师生的视野，使他们积累更为丰富的工程实践经验。

首先，要走到企业中去。我们先后与中国电子科技集团公司四十五所、廊坊精雕数控机床制造有限公司、安瑞科（廊坊）能源装备集成有限公司、亚新科美联（廊坊）制动系统有限公司、山东迈特力重机有限公司和廊坊百冠包装机械有限公司建立了校企合作，将它们作为我校机械电子工程专业的生产实习和专业实习基地，并鼓励和安排学生到企业中完成毕业设计，校企导师共同合作，指导学生真题真作。企业每年也欢迎表现优异的学生留在企业发展，校企双方实现了双赢，既培养了学生，也服务了区域经济。

其次，要将企业请进来。我校机电工程学院与国内专注于数控机床研发和制造的龙头企业——廊坊精雕数控机床制造有限公司合作，校企共建精雕学院，培养精密制造产业的高端人才。在此基础上，为培养适应和引领现代产业发展的高素质应用型、复合型、创新型人才，我校机电工程学院与廊坊精雕数控机床制造有限公司再次合作，申请并获批了河北省首批现代产业学院——航天智造产业学院。

4     教師边界

首先，在师资队伍建设上，除了注重教师自身能力和学历的提升外，非常注重引进具有业界工作经验的中青年教师，同时鼓励青年教师去企业挂职锻炼。机电教研室现有专任教师8人，其中教授3人、博士3人、具有业界工作经历的教师4人、具有企业挂职锻炼经历的教师1人。

其次，将企业中的工程师请进来。积极开展合作授课，邀请业界的工程师讲授某门课程的某些章节。毕业设计鼓励学生去企业中真题真作，校企导师共同指导，并邀请企业专家参加学生的毕业设计（论文）答辩。邀请业界专家共同探讨和制定机械电子工程专业人才培养方案。

最后，提倡和鼓励教师到企业中去，承担来自于企业的横向课题。所承担的企业课题无疑会丰富教师的教学资源，教师授课自然会生动一些、深入一些，例举的工程案例也会多一些，师生的视野也会开阔一些。机电教研室教师积极承担和参与来自于企业的横向项目，近几年来，机电教研室获河北省科技进步三等奖2项，授权发明专利30余件。

5     学生学习边界

真正善于学习之关键，可能在于课堂之外［1］。将学生学习边界拓展到第一课堂之外，组织和指导我校机械电子工程专业学生积极参加挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛、全国机械创新设计大赛和全国大学生工程训练综合能力竞赛等课外科技活动。通过科技竞赛，激发了学生的创新精神，提高了学生进行机电产品设计和科学探索的兴趣。

构建网络教学平台，形成了线下教学和线上教学相结合的新的教学模式。网上教学平台提供课程视频、教案、讲稿、电子图书、试题库等各种教学资源，学生可更为灵活和自主地进行学习。

积极申报虚拟仿真平台建设，机电教研室的《电气控制与PLC技术》和《机器人技术》两门课程的虚拟仿真平台建设项目已获学校立项支持。其中《电气控制与PLC技术》课程的虚拟仿真平台已完成建设并投入使用。

科技竞赛、网络教学平台、虚拟仿真平台都可以成为学生非正式学习极好的手段，都是第一课堂学习的很好补充。

6     结语

为应对科技的快速发展及业界和社会的需求，高等工程教育也应与时俱进地进行动态调整和变化，而边界再设计正是这种调整和变化的体现。我校机械电子工程专业从专业边界、课程边界、课堂边界、教师边界、学生学习边界等几个方面进行了研究与探索，锻炼和提高了学生的能力，保障了人才培养的质量。

［参考文献］

［1］ 李培根. 工科何以为新［J］. 高等工程教育研究，2017（4）：1-15.

［2］ 李培根. 高等工程教育中的边界再设计［J］. 高等工程教育研究，2007（4）：8-11.

［3］ 赵永生，姚建涛，郑魁敬，等. 五位一体式“机电一体化系统设计”课程教学体系的构建与实践［J］. 中国大学教学，2010（3）：40-42.

［4］ 张建民. 机电一体化系统设计（第5版）［M］. 北京：高等教育出版社，2020.

［5］ 王冰，韩伟娜，陈丽缓，等. 《控制工程基础》课程教学改革与实践［J］. 廊坊师范学院学报（自然科学版），2021，21（4）：109-111.

［6］ 王玉琳，尹志强. 机电一体化系统设计课程设计指导书（第2版）［M］. 北京：机械工业出版社，2021.