机械电子工程专业实践课程案例化专创融合教学设计与实践

摘"要：针对机械电子工程专业实践课程教学，设计案例化专创融合实践教学平台。并针对专业能力培养和创新创业能力培养进行案例化专创融合教学设计，设计专创融合的课程评价体系。教学实践表明，该教学设计有助于促进专创融合，提升学生参与实践课程的积极性，培养学生的专业能力和创新创业能力，为同类实践课程的教学提供参考。关键词：机械电子工程专业；专创融合；实践教学平台；案例化教学0"引言机械电子工程专业是一门融合机械、电子、计算机等多类学科知识的交叉性专业，涉及工程领域宽，应用范围广，具有显著的理论与实践密切关联特征[1]。作为培养学生专业实践能力的重要环节，专业实践教学历来备受各高校重视。当前，各本科高校机械电子工程专业集中实践性课程的教学一般依托单片机综合实训系统、机电传动试验台、机电一体化综合实训台、液压与气压传动系统综合实训系统等实验设备开展，虽然可以满足课程基本教学要求，但一方面此类设备的重复利用与专业课程的课内实验资源冲突，另一方面传统教学设备普遍存在设备单一化、功能受限、可拓展性和创新程度不高等问题，不利于调动学生参与实践的积极性，专业技能和创新能力的培养受限。随着科技发展的持续加速和社会对人才专业能力需求的日益提升，机械电子工程专业实践课程教学需求也发生了重大变化，新工科背景下机械电子工程专业本科人才培养对学生的专业综合能力、工程应用能力和创新实践能力有更高的要求，这对专业类项目化实践教学设备和资源也提出了更高的要求[2]。为了更好地适应新工科背景下机械电子工程专业实践性教学环节的开展，实现专业教育与创新教育的互联融合[3]，针对本科机械电子工程专业实践课程教学，开展案例化专创融合实践教学平台和资源建设尤为必要。1"案例化专创融合实践教学平台设计1.1"平台基本组成案例化专创融合实践教学平台的设计主要围绕与机电产品相关的典型工程案例展开。其基本组成如图1所示，通过选取典型工程案例，对开发过程进行教学示范和讲解，引导学生在实践环节科学有序地开展工程设计，主要目标是培养学生在工程设计方面的专业素养[4]。同时，挖掘工程领域和高校群体中的典型创新创业案例，并将其融入专业实践教学过程，主要目标是培养学生的创新创业能力[5]。在专业课程设计实践阶段，将专业教学和“双创”教学进行融合，并通过实践教学案例[6]引导学生在实践环节完成课程设计任务。选拔出在专业课程设计中完成得比较出色的团队和作品进行培育，参与高水平的学科竞赛，并遴选出优秀的作品案例扩充案例化教学资源。1.2"平台硬件资源模块化设计原理实践教学平台硬件架构设计采用了多元模块化原理，如图2所示，根据一般机电产品控制系统的基本组成，按类别划分成多个基础模块和拓展模块，每个模块均有多种实现方式。基础模块主要面向控制系统基础组成，侧重于专业技能的训练；拓展模块主要面向智能化控制系统设计，主要应用于创新能力的教学培养。基于该多元模块化设计，学生可以在课程设计中进行自主选题，比如，针对智能洗衣机的操作面板，可以在按键、触摸屏和红外遥控之间任选；再比如，针对洗衣机的状态显示，可以在数码管、LCD液晶屏和LED点阵屏中选择。2"基于实践教学平台的教学设计2.1"专业实践案例化教学根据一般机电产品控制系统工程设计开发流程，实践教学环节采用工程案例化教学的方式进行教学设计。以智能洗衣机控制系统设计为例，围绕其关键的工程设计开发步骤进行示范讲解，设计教学引导路线如图3所示。首先对设计需求进行分析，明确设计要求；随后，根据设计需求，进行电控系统方案设计，并基于Proteus进行电路设计，基于KeilMDK进行程序设计，进而完成电控虚拟仿真；在电路设计验证无误的基础上，利用EDA工具完成PCB设计和外协加工、BOM输出、器件采购、电子焊接及调试，从而最终完成智能洗衣机控制系统设计。通过专业实践案例化教学，培养学生进行机电产品开发方案设计和利用现代工具开展工程设计的专业能力。2.2"“双创”教学在实践环节，学生需要通过团队合作的方式完成专业设计和创新设计各项任务。其中，“双创”教学主要是以课堂讲授和集中研讨的方式开展。教学团队构建了“国产大飞机C919中的黑科技”等创新教学案例和“中国创业人物及案例”等创业教学案例。通过选取中国自主创新创业的典型案例进行讲解，深入挖掘案例中的思政元素融入课程教学，通过强调科学精神激发学生的创新意识和思维，启发学生展开创新创业思考。例如：引导学生思考如何利用不同的器件和电路设计实现相同功能；如何在同样功能和质量保障的基础上降低设备的制造成本，提升设备的竞价空间；如何在现有功能基础上进一步提升设备的智能化程度；创业团队如何开展创业行动，销售渠道、盈利模式如何设计，等等。通过启发式教学将“双创”教育有机融入实践教学。2.3"专创融合课程考核评价传统的专业实践课程评价以专业能力的考核为主，对创新创业部分的考核缺乏实质性的评价依据。为了确保专创融合的教学成效，以机械电子工程专业综合课程设计教学为例，构建专创融合的实践教学考核评价表，如表1所示，各教学阶段的考核均包含专业能力考核和“双创”实践考核。通过将专业能力考核和“双创”实践考核相结合，不仅为课程的考核评价提供了细化评分依据，也可以更好地促使学生在完成专业实践任务的同时落实创新创业思考和行动。3"教学实践效果案例化专创融合教学模式在江苏科技大学苏州理工学院机械电子工程专业综合课程设计教学中应用已有两届，教学成效显著。就课程考核成绩而言，两届学生的平均成绩分别为83.4分和84.6分，相比往年有明显提升。通过案例化教学，学生参与课程设计的积极性明显提高，较好地掌握了与一般机电产品控制系统设计开发相关的专业技能。在创新创业能力培养方面，加入学校创新实践基地的学生人数逐年提升，大三年级学生参与本科生创新创业训练计划的人数占比达100%，参与学科竞赛的获奖人数和作品质量也呈现逐年提升的态势。4"结束语本文介绍了案例化专创融合实践教学平台基本组成、平台硬件资源模块化设计原理。基于该教学平台，分别介绍了专业实践案例化教学设计和“双创”教学案例化设计，并就专创融合课程考核评价体系给出具体的考