工程认证教育理念下机械工程一体化案例培养体系构建
Abstract： Aiming at the problem that the structure of knowledge system is difficult to be constructed and the effect of complex engineering capacity training is poor in the process of engineering education certification， the method of thinking construction of integrated teaching case under engineering education concept is put forward. This method adopts the way of constructing different cases for the same object to make the students construct the knowledge system and improve the training efficiency of the complex problem solving ability. On the basis of focusing on the concept of engineering education and case teaching， this paper focuses on the construction of the integrated case teaching under the concept of engineering education， the construction principle of the integrated case， and on this basis， taking the mechanical engineering profession as the object， taking the robot As the object of the case teaching， from the perspective of case teaching， the engineering education certification knowledge， ability， quality and other training requirements into the integration of teaching process， training students to solve the problem of comprehensive ability.
?P键词：工程教育；一体化案例；机器人
Key words： engineering education；integration case；robot
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）05-0187-03
0 引言
中国是工程教育大国，工程教育占中国高等教育专业设置、毕业生总量的三分之一，因此工程教育的效果将直接影响我国高等教育的水平和科技发展水平，同时工程认证教育理念已成为各高等院校教学质量提升、学生培养质量提升和教学改革的集中方向。目前，工程教育认证成为我国工程教育事业改革的重点方向，各高等院校正以加入《华盛顿协议》为契机，正积极努力推进各专业的专业认证教育，以国际实质等效为准绳，深刻融入工程认证理念，构建工程教育认证体系、监督实施工程教育过程、主动分析决策并积极推动培养过程的持续改进，确保学生培养质量的持续提升[1-2]。
案例教学是一种开放式、互动式的教学方式，由1870年美国哈佛法学院前院长克里斯托弗?哥伦布?朗代尔（C.C.Langdell）首创，20世纪80年代成功引入我国。案例教学最早用于医学教学中，为启发学生掌握对病症的诊断及治疗，医学院教授将不同病症的诊断及治疗过程记录下来做成案例用于课堂分析，以培养学生的诊断推理能力。案例教学是以学生为中心，以发现问题和解决复杂工程问题为主要产出目标的教学方式，故这种方法和工程认证理念高度契合，是工程教育认证课堂教学的一种常用方式[3]。
为此，在重点研究工程认证教育理念和案例教学的基础上，同时重点研究了工程认证教育理念下一体化案例教学的构建方法和构建原则，并在此基础上，以机械工程专业中的机器人作为案例教学的对象，从案例教学的角度，将工程教育认证的知识、能力、素质等培养要求融入机械工程专业一体化教学过程，培养学生解决问题综合能力的问题。
1 工程教育理念下案例模式所面临的问题分析
工程认证教育理念主要包括三个方面：以学生为中心，成果产出为导向、持续改进为动力。工程教育都是以学生的成果产出，即毕业所要求达到的“知识、能力、素质”产出为导向，安排课程培养目标，教学活动、管理活动等，并在实施过程中进行分析，进行科学决策持续改进学生培养过程中的薄弱环节，提高学生培养能力。工程教育以“学生能力”作为指挥棒，毕业要求应该要反映学生能力特征，包括学生能做什么，反映学生的专业知识、技能和学以致用能力；学生该做什么，反映学生的道德价值取向、社会责任和人文关怀；学生会做什么，反映学生的综合素质和职业发展能力；而复杂工程作为能力培养的着力点，只有通过复杂工程能力的培养才能让学生更好的从事工程实际应用。 工程教育培养是一个系统工程，在工程教育认证实施过程中存在如下问题：
①学生对专业知识结构了解较少，知识结构松散，学习效果欠佳。
针对专业负责人来说，本专业毕业要求、知识体系等都非常清楚，但是对任课教师和学生来讲，很难从专业层面去理解专业教育，因此学生往往都只能按照教学计划逐步进行学习，学习过程比较被动。对学生来说不清楚专业究竟需要什么样的知识能力素质，即便有文字的介绍，但是没有一个形象具体的案例，学生很难理解。因此学生的学习就会被动，不知道为什么要学习这些内容，如何学习、究竟应该如何应用，这种效果和工程教育理念的效果背道而驰。
②复杂工程问题较抽象，解决复杂问题能力的培养有待加强。
对复杂工程的理解，不同人有不同的想法，在目前的模式下，复杂工程往往从单一学科角度牵强的增加问题的复杂性，但是这种复杂性却局限在某些领域，而真实的复杂工程往往是多领域耦合。在专业工程教育过程中究竟什么是复杂工程，复杂工程具有什么特征、如何对复杂工程进行问题发现、问题求解，都很抽象，没有具体内容着力点，因此在实施的时候比较困难，效果较差。
为此，案例教学将解决教学过程中教学内容抽象的问题，便于学生在建立了感性认识的基础上建立理性认识，这样才能提升教学效果；而一体化的案例，即利用同一个案例对象，从毕业要求指标点出发，构建各方面的知识能力素质应用案例，将在建立学生感性认识的基础上，便于学生对知识体系结构认知、复杂工程解决能力的培养，提高学生培养质量。
2 适合工程教育理念的一体化案例教学模式构建
2.1 一体化案例的对象的选择原则
2.1.1 一体化对象应该满足复杂工程特征
工程教育理念下的一体化案例对象的选择应该满足工程教育认证标准，根据中国工程教育认证协会制定的2015年版工程教育?J证标准，特别强调各项毕业要求的指向是解决复杂工程问题而非一般性工程问题。该认证标准的相关解读材料也对复杂工程问题作了说明，同时标准中所提到的“复杂工程问题”必须具备下述特征：
①同时具备下述特征②～⑧的部分或全部：②必须深入地运用工程原理并经过分析才可能得到解决；③需要涉及多方面的技术、工程和其它因素，并可能相互有一定冲突；④需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；⑤不是仅靠常用方法就可以完全解决的；⑥问题涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中；⑦问题相关各方利益不完全一致：⑧具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。
因此，一体化案例对象的选择应该能够覆盖（1）～（8）等多个特征，这样才有利于构建满足毕业要求的一体化案例。
2.1.2 一体化对象应该满足时代特性
专业的人才培养具有明显的时代特色，因此一体化对象也应该具有时代特性。所谓的时代特性是指代表当前主流或今后技术发展的主流特性，也就是这个对象应该是面向当前工程中的主流对象，可以和当前的先进技术或经济发展水平相适应，这样的对象才能够具有先进性，能够吸引学生的学习兴趣，也便于学生理解和运用。
2.1.3 一体化对象应该具有普遍性
具有普遍性的对象便于同学认识理解，也能缩短学生对对象本身认知的时间，学生才能有更好的感性认识，便于从感性认识上升为理性认识。同时普遍性的对象相对成本而言较低，因此对对象的获取提供条件，便于学生构建本专业的知识体系和复杂工程的解决能力。
2.2 一体化案例的构建方式
一体化案例的构建，旨在工程专业认证理念指导下，以毕业所要求达到的产出为导向，系统综合的构建对象相对应的若干案例，因此案例的设计应该从总体综合考虑，以更大的覆盖面、更小的设计案例，以及知识学习的延续性等方面综合构建设计案例。其案例设计方式为：首先根据毕业要求进行指标点分解，并将指标点与课程对应，综合设计需要的知识、能力和素质，构建合适案例集。设计的案例集最终将覆盖所有的毕业要求，并且减少重复性的覆盖，其中一体化案例的构建流方式如图1所示。
3 一体化案例教学体系构建示例――以机械工程为例
根据一体化案例对象的选择规则，需要选择满足“复杂工程”特征，具有明显时代特性和普遍特性的对象，结合目前机械工程领域中智能制造的现状和发展未来，机器人理所当然的成为理想的对象。为此，这里以机器人作为一体化案例教学的对象。
机器人一体化案例构建就是以机器人为对象，从机器人的设计、制造、控制等各方面构建相应的教学案例，这些案例共同支撑起机械工程专业知识体系结构，同时也能够非常合理地支撑复杂工程的解决能力培养。机器人一体化案例体系构建应当覆盖机械工程专业毕业要求所对应的绝大部分知识、能力、素质。同时各个案例之间也应该建立相应的承接关系，便于学生对机械工程专业毕业要求有更好的理解，机器人一体化案例集的构建方式如图2所示。
这里以机器人控制案例构建为例介绍如何构建案例，机器人控制涉及到控制知识、传感器知识、电机驱动知识，可以培养学生的分析问题能力、创新能力、综合应用能力，因此涉及《控制工程基础》、《传感器技术》、《机电传动与控制》、《机械工程综合实验》等课程，最终通过评判学生掌握解决机械工程问题所需的工程基础和专业知识及其应用能力，以及运用数学、自然科学、工程基础和专业知识解决机械设计、机械制造、机电系统集成与控制等工程问题的情况来评定学生是否满足毕业要求，同时还要注意机器人控制案例中机器人结构设计的相关内容，需建立二者相互关系。其他的机器人结构设计案例、机器人制造案例等诸多案例均按此方式进行构建，当需满足以较少的案例覆盖较多的毕业要求，以实现精品案例体系构建。通过这些一体化案例的教学，学生将会比较容易建立机械工程专业的知识体系、综合问题解决能力，并能理解需要的相关素质，因此学生学习就会具有系统性、自主性，学习效果也将得到提升。
4 结论
针对工程教育认证培养过程中知识体系结构难以构建、复杂工程能力培养效果欠佳等问题，提出了工程教育理念下一体化教学案例思维构建方法。该方法采用对同一对象构建不同的案例的方式便于学生构建知识体系，提高复杂问题解决能力的培养效率。在重点研究工程教育理念和案例教学的基础上，重点研究了工程教育理念下一体化案例教学的构建方法、一体化案例的构建原则，并在此基础上，以机械工程专业为对象，以机器人作为案例教学的对象，从案例教学的角度，将工程教育认证的知识、能力、素质等培养要求融入一体化教学过程，培养学生解决问题综合能力的问题。
