机械类专业capstone综合实作课程建设初探

    黄晓林 曹玉华 李林 游小平 赵新顺

    摘 要：以工程教育专业认证为契机，初步探讨机械类专业Capstone课程体系建设。通过校企合作，理清机械类专业应用型人才应达到毕业要求或核心能力。通过校企协同育人，按照工程教育认证规范，初步构建机械类专业Capstone课程体系，以实际课题项目为驱动，整合学生知识结构和团队协作能力、初步探索实施Capstone课程的教学方式以及Capstone课程的教学产出成效评价方案，提升学生解决机械领域复杂工程问题的能力。

    关键词：Capstone课程 课程建设 工程教育认证 高等职业教育 应用型人才培养

    Capstone课程（capstone courses）是国际工程教育专业认证规范所要求的重要必修课，受到国际工程教育界的广泛重视。Capstone课程，即整合性综合实作课程，或顶石课程，是指大学高年级学生在校内教师（或企业教师）指导下，应用所学专业课程知识，解决复杂且整合性工程设计制造问题的教学过程，是本科课程教学的最后一门课程。通过Capstone课程的教学，引导学生，促进教学。

    在2019年1月24日颁布的《国务院关于国家职业教育改革实施方案的通知》（国发[2019]4号）中，把“推动高等职业教育高质量发展”作为国家发展战略，把“推动校企全面加强深度合作”作为高等职业教育应用型人才培养的有效途径。广东白云学院立足于服务广东省和珠三角区域经济发展，秉持“以需求为导向，以学生为中心，以能力为本位，以服务为宗旨”的办学理念，推进“产教融合、校企合作、工学结合”的校企协同育人“3+1”人才培养模式改革，致力于培养工程应用型人才。广东白云学院机电工程学院开设机械设计制造及自动化、机械电子工程等机械类本科专业，培养机械类专业高素质应用型人才。

    一、Capstone课程建设思路

    广东白云学院一直以高等职业教育为己任，在机械类专业应用型人才培养和专业建设中，立足于校企协同育人、通过开展Capstone课程建设，推动国际工程教育专业认证。

    广东白云学院Capstone课程建设思路是，以Capstone为顶石课程，以OBE（outcome-based education）教育为导向，理清机械类专业应用型人才应达成的毕业要求及核心能力，校企共同构建知识传授、能力培养、工学交替、理论与实践相结合、交叉融合的机械产品（或机电产品）设计、制造全周期的Capstone课程体系，促进学生对已学理论知识、技术技能的跨学科整合，提升学生团队交流、分工协作、创新思维和解决复杂工程问题的能力。

    二、构建以机械类专业以Capstone课程为顶点的课程体系

    在Capstone课程建设中，结合国际工程教育专业认证规范，通过大量调研以及校企協同反复多次研讨机械类专业毕业生应达到的行业创新能力及解决复杂机械工程问题的能力，梳理、理清机械类专业毕业生应达到毕业要求或核心能力8项，以达成培养应用型人才的培养目标。广东白云学院机械类专业应达成的毕业要求及核心能力如表1所示。

    按照国际工程教育专业认证规范，Capstone课程体系由基石类课程和要石类课程以及整合的综合实作Capstone顶石课程等3大部分构成。其中，基石类课程包括数学与基础科学类课程，要石类课程包括专业基础和专业类课程，整合的综合实作Capstone顶石课程针对毕业前的高年级大学生开设，整合本科所学的模块化理论、技术、技能，梳理和总结本科期间所学专业知识，深化为综合性的结构化专业整体能力，覆盖全部毕业要求及核心能力。

    广东白云学院机电学院与北京精雕集团（东莞）公司校企多次研讨综合性实作项目需要整合的课程内容、实作项目间的联系主线、项目的技术要求、项目设计与制造加工要求、研讨Capstone课程实施过程中设计与制造加工的校企对接，经校企共同协商整合的综合性典型复杂实作项目，包括轴系、齿轮系、箱体系、连杆系及电控系等5个设计制造加工内容的18个综合课题项目，在人才培养方案中正式设置以《现代设计与制造技术综合实习》作为Capstone顶石课程，包含基石课程和要石课程的理论和技术、技能等知识和能力结构，由学生分组选题协同实施。由此，构建广东白云学院机械类专业综合性Capstone课程体系，以高等数学、工程数学、大学物理、大学化学、计算机应用基础、C语言程序设计、理论力学、材料力学等数学及基础科学课程作为基石课程，以机械原理、机械设计、机械制造工艺、电工电子技术、微机原理与接口、工装夹具设计、模具设计与制造、机电控制技术、精密与超精密加工技术等专业理论与实践课程作为要石课程、以现代设计与制造技术综合实习作为Capstone顶石课程，包括机电产品设计与制造等专业理论、技术、技能等全覆盖，涉及企业技术研发、实验、生产、检测等全过程。校企双方商定Capstone课程在北京精雕集团（东莞）公司开设，由双方共同制定教学大纲、共同确定18个综合课题项目、共同撰写课题项目任务书、共同撰写教学指导书、共同指导实施教学过程、共同对课程实施情况进行总结、补充完善提高。

    三、机械类专业Capstone课程的教学设计

    机械类专业Capstone课程的教学设计以引导学生对所学专业理论、技术、技能进行系统化、整体化整合，结合企业开发产品、设计与制造以及生产管理的实际过程、通过团队分工协作、在企业现场生产环境的实践中培养创新能力为目标，以机械设计、机械制造工艺、电工电子技术、机电控制技术、精密加工制造技术等综合性工程课题项目为载体，在实施Capstone顶石课程中，以团队研讨、分工协作、分析计算、设计验证、选择加工制造手段、制造工艺编排、零件数控制造编程、数控加工中心设备操作、总体装配调试、课题装置总成测试等全周期的工程过程作为教学重点，为学生今后从事机械工程类的工作培养综合工程能力和分析、解决问题的能力。18个综合课题项目与实际产品和工作任务完全一致，大部分是企业的实际项目，每个学生团队任选一个项目，采用企业设计、生产制造的实际流程，采用企业的设计平台、生产制造设备和车间，在企业实施教学做一体化培养。学生团队在对项目进行设计、制造加工过程中与企业研发、生产过程基本保持一致，既要满足技术要求和可靠性、又要降低成本、也要满足环保要求。学生团队在真实的复杂项目设计制造加工过程中，整合所学理论知识、引入行业规范、标准和工程伦理、整合设计流程、掌握制造加工工艺细则。既学习设计工具平台、掌握加工制造设备，在“学中做”，也通过企业的工程环境，使学生体验企业设计、生产的工作过程和团队协作的氛围、熏陶素质、增强对机械工程复杂问题的分析与设计、制造与加工的综合能力，在“做中学”，广东白云学院机械类专业Capstone课程实施流程。

    在实施过程中，包括总体方案设计、各个零部件的设计、分析计算、相互误差配合、验证、制造加工手段选择、制造加工工艺设计、编制加工制造工艺卡、电控系统设计与调试、设计制造加工夹具、各个零部件实际加工制造、调试、总体装配调试、参数测试及功能驗证、设计制造说明书的撰写、答辩PPT。这期间，团队讨论、争论、分析、查阅资料、甚至反复设计计算、反复加工才能达到要求，这需要团队每个成员整合所学专业理论、技术技能、共同协作才能完成，所以每个项目课题都覆盖全部8项核心能力，由于各个项目课题的结构、功能的要求不同，因此，各个项目课题的设计要求和制造要求也不同，所以每个实际项目课题对8项核心能力的覆盖加权系数是不一样的，比如某实际项目课题对8项核心能力的覆盖加权系数如表2所示。根据8项实际得分和加权系数，Yi为团队分项权重得分，各分项分为4个等级，若90≤Yi<100说明学生团队充分具有该分项核心能力，若75≤Yi≤89说明学生团队具有该分项核心能力，若60≤Yi≤74说明学生团队稍微具有该分项核心能力，若0≤Yi≤59说明学生团队不具有该分项核心能力。∑Yi是团队总体成绩，也分为4个等级，若90≤∑Yi<100说明学生团队充分具有8项核心能力，若75≤∑Yi≤89说明学生团队具有8项核心能力，若60≤∑Yi≤74说明学生团队稍微具有8项核心能力，若0≤∑Yi≤59说明学生团队不具有8项核心能力，通过考核学生团队Capstone课程的分项成绩Yi和总体成绩∑Yi，对Capstone课程的教与学进行评判，当分项成绩在第三级和第四级时，指导教师和学生团队都要特别关注并加以反思，仔细分析查找原因，对于教师改进教学，对于学生补齐短板。

    对Capstone课程的考核方案，实际上是考核8项核心能力的达成度。当然，8项核心能力的达成度既是考核学生的知识、能力、素质是否达标，也是考核课程体系是否合理。因此，Capstone课程的考核是多元化的，既考核团队、也考核队员，既考核过程、更考核结果。Capstone课程结束后，学生团队要提交设计制造说明书、团队研讨记录、作品总成、答辩PPT。校企指导教师根据答辩记录、指导过程记录、团队研讨记录和设计制造说明书，综合给出团队8项核心能力的成绩如表2所示。广东白云学院机械专业15级第5学生团队按照100：1比例，经过设计、计算、验证、加工制造的综合实作塔吊作品展示。Capstone课程结束后，校企指导教师将全班各个团队的8项核心能力成绩进行汇总，分析团队在8个核心能力方面的掌握程度，撰写Capstone课程总结（反思表）报告，全面总结（反思）Capstone课程教学中，团队学生8项核心能力达成的程度，从培养要求方面，重点分析学生是否达到8项核心能力的培养要求、特别是分析某一项或几项核心能力未达到培养要求的原因，分析是否需要调整教学指导方式方法。从课程体系方面，重点分析课程体系是否合理、分析综合实作课题项目是否合理、是否覆盖8项核心能力。总结（反思）报告的结果作为下次Capstone课程教学经验积累，也作为调整补充课程体系和调整综合实作课题项目的依据。

    结语

    长期以来，适合高等职业教育应用型人才培养的课程比较少，特别是体现综合性、团队分工协作性、解决复杂工程问题方面的课程比较少，绝大部分高等职业教育应用型人才培养的课程与普通高等院校的课程基本雷同，在课程的教学方式方法上，适合综合性实作Capstone课程的教学方式方法也不多。广东白云学院以国际工程教育认证为契机，借鉴国际工程教育专业认证规范，初步探讨机械类专业Capstone课程建设，探讨基本支撑8项毕业要求或者核心能力的Capstone课程体系架构，探讨具有机械领域复杂工程问题的、通过整合的综合性Capstone实作项目课题的遴选，探讨培养学生对专业理论和技术、技能的整体应用能力和团队合作能力，初步探讨按照企业研发、生产过程基本保持一致的、完全在企业实施的、由校企双方共同指导的教学方式方法和Capstone课程教学产出成绩评价方案等，都收到初步的效果。通过机械类专业Capstone课程初步建设，探索毕业生从学校走向工作岗位、从学生转变为工程技术人员的工程实践教学模式，这对高等职业教育教学改革具有重要意义，也为高等职业教育教学改革提供一种新思路，对高等职业教育教学改革具有一定的参考价值。

    参考文献

    [1]国务院.国务院关于国家职业教育改革实施方案的通知[S].国发[2019]4号文件.

    [2]李松励，张婷.美国高校总体课程（capstone courses）概况及启示——以俄亥俄州立大学动物科学系为例[J].中国农业教育，2014（5）：21-24.

    [3]江捷，冯士维.美国顶峰体验课程对我国高校实践教学改革的启示[J].实验技术与管理，2012，29（3）：184-187.

    作者简介

    黄晓林（1958—），男，籍贯：湖北天门，硕士，教授，长期从事汽车电子的教学与科研工作。