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機械電子工程本科生工程能力培養分析

時間:2019-07-02 來源:《山東工業技術》雜志 作者:admin 點擊:

  摘要:為適應工程教育認證標準中工程能力的培養要求,構建了機械電子工程專業本科生工程能力培養的結構模型,確定了課程與工程能力達成的關系矩陣,建立了工程能力達成的質量監控機制。教學實踐表明,達到了工程教育認證預期的培養效果。

  關鍵詞:機械電子工程;工程教育認證;工程能力

  2013年我國簽約《華盛頓協議》,表明中國工程教育認證體系獲得了國際上的認可[1-2]。工程教育認證要求畢業生除了要掌握扎實的知識基礎、樹立正確的工程態度、具備必要的通用能力外,還必須具備適應職業發展的工程能力。所謂工程能力,即針對復雜工程問題,應用數學、自然科學和工程科學的基本原理、使用現代工具,開展工程實踐的能力[3]。高校在制訂工程類專業培養方案時,必須充分考慮和體現工程能力的培養[4]。針對我校機械電子工程專業,在本科生培養方案中構建工程能力培養的結構模型,建立課程與工程能力達成的關系矩陣以及閉環質量監控機制等方面進行研究,并在教學過程中進行實踐。

  1工程能力培養的結構模型與要求

  工程能力的培養旨在培養解決復雜工程問題的能力[1,3],應貫穿于整個本科教育中,將工程知識用于解決復雜工程問題,并在實踐教學環節中融入復雜工程問題。根據行業對技術人員專業能力的要求,以培養學生解決復雜工程問題能力為目標,構建了機械電子工程專業本科生工程能力培養的結構模型,如表1所示。工程能力包括工程知識、問題分析能力、設計/開發解決方案能力、研究能力、使用現代工具能力和項目管理能力。提出如下培養要求:除應掌握數學、自然科學、工程基礎、專業基礎和專業知識,還能應用工程知識并使用現代工程工具和信息技術工具,識別、表達機電產品及系統中的問題;設計滿足特定需求的機電產品、系統、單元(部件),機電產品及系統的問題調查分析、理論分析、數據分析與實驗驗證,從而得到有效的結論;理解并掌握機電裝備制造業及相關行業中涉及的工程管理原理與經濟決策方法。

  2課程與工程能力達成的關系矩陣

  根據上述培養要求對本專業培養方案進行修訂,基于OBE理念設計課程體系。構建了由數學與自然科學類、工程基礎類、專業基礎類和專業類課程及實踐環節構成的課程體系。為有效評價工程能力的達成,將工程能力細化為可衡量、可評價的21項能力指標點,每個能力指標點由3~5門課程來支撐,充分考慮課程支撐各指標點間分配的合理性與均衡性。同時,為支撐同一指標點的課程進行權重分配,考慮每門課程在該指標點知識和能力遞進體系中的相對地位、支撐多個指標點之間的相對輕重和平衡關系、學分占比、課程性質等因素。表2為課程與設計/開發解決方案能力要求指標點達成的關系矩陣、支撐強度及權重值。

  3工程能力達成的閉環質量監控機制

  建立了工程能力達成的閉環質量監控機制(如圖1所示)。基于教學管理制度,制訂了教學環節質量評價標準,使工程能力的培養落實到每門課程和每位教師。實現了由“評教”轉向“評學”,將學生學習成果的評價結果用于持續改進教學,為培養學生工程能力提供了保障。工程能力指標達成的評價方法有考核成績法、評分表法以及問卷調查法。以液壓傳動課程支撐能力指標“問題分析能力”中2.2“能夠針對機電產品及系統中的復雜工程問題進行表達與建模,并選擇可用的模型”達成的評價為例,該課程對該指標點的權重系數為0.25,抽取機械電子工程專業2012級1班35人作為樣本(見表3)。表3為達成評價結果。

  4強化綜合實踐環節

  實踐教學環節是培養學生工程能力的重要教學環節,按照工程教育認證要求,將實踐教學體系進行優化、整合,構建了包括各類“實習→訓練→實訓→設計”等不同層次的工程實踐能力培養體系,貫穿1~4學年(不少于18周),覆蓋了人才培養的全過程。通過建立“專業設計工作坊”,開設創新設計、學生創新實踐活動等實踐教學課程,強化綜合能力訓練,提升學生解決復雜工程問題的能力。以創新設計實踐教學課程為例,該課程以樂高機器人為實踐平臺,通過系列機械設備原型(機器人)的機構設計、控制流程和程序設計等步驟,培養學生發現、分析和解決問題的能力及團隊合作的能力。通過綜合實踐環節使學生解決復雜工程問題的能力得到提高。學生在3周時間內進行難度不同的6個設計項目,同時完成3D打印機拆裝和零件設計打印環節實踐。圖2給出了創新設計課程中雙足機器人設計項目的教學實施過程。通過設計實踐,學生能夠鍛煉查閱資料、問題分析、方案選擇、機構設計組裝、樣機調試、語言表達等綜合能力。

  5結語

  在教學過程中針對學生實施工程能力的培養與實踐,提高了學生解決復雜工程問題的能力。學生參加國家等各級別大學生創新創業訓練項目,共計30余項,能夠把學到的知識運用到項目中,使知識得到升華,發表科研論文12篇,并在各類大賽中獲獎。2017年機械電子工程專業獲批天津市普通高校優勢特色專業。2018年5月該專業通過了認證專家的進校考察,成為全國高校機械電子工程專業工程教育認證首個進校考察的專業。

  參考文獻

  [1]中國工程教育認證協會秘書處.工程教育認證工作指南[Z].2015.

  [2]張平,賀利樂,呂剛,等.工程能力培養為導向的液壓傳動課程教學改革[J].制造裝備技術,2017(1):248-249.

  [3]張朝磊,張在云.基于工程教育認證標準培養解決復雜工程問題能力[J].中國冶金教育,2017(4):14-17.

  [4]穆浩志,李克旺,牛興華,等.基于工程教育認證的機械基礎系列課程教學設計與實踐[J].中國輕工教育,2015(5):66-70.

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