發布時間：2022-07-13 10:23:07
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇機械電子工程人才培養研究，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【摘要】本文首先介紹CDIO工程教育模式，然后討論了CDIO工程教育模式在機械電子工程專業中的應用。以移動機器人為項目對象，重點討論了項目構思、設計、實現和運作等實施情況。將CDIO工程教育模式應用到人才培養中，增強了學生的解決問題能力、創造思維能力以及團隊協作能力。
【關鍵詞】 CDIO；機械電子工程；人才培養；應用
我國高等工科教育的迫切任務是盡快培養與國際接軌的中國工程師，然而我國工科的教育實踐中還存在不少問題，如重理論輕實踐、強調個人學術能力而忽視團隊協作精神、重視知識學習而輕視開拓創新的培養等問題。Mc.Kinsey Global Institute 在2005年10月發表的一份報告稱，2005年我國畢業的約60萬工程技術人才中適合在國際化公司工作的不到10%，其中的原因，他認為“中國教育系統偏于理論，中國學生幾乎沒有受到project和團隊工作的實際訓練，相比之下歐洲和北美學生以團隊方式解決實際問題”。國內外的經驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合工科教育教學過程各個環節的改革。
1 CDIO工程教育介紹：
CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。
CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate） ，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體 ，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。
2 CDIO工程教育模式在機械電子工程專業人才培養中的應用：
機械電子工程專業培養目標是培養具有機械工程、電氣工程、控制科學與工程、計算機科學與技術等學科基礎理論和基本知識，具備現代科技理念、綜合人文素質、較強的創新精神和工程實踐能力，能夠從事機械和機電裝備與系統的設計制造、研究開發、設備維護和運行管理的復合型高級工程專門人才。
山東理工大學是一所以理工為主的多科性省屬重點大學，于2009年初加入CDIO。機械電子工程專業2010年被教育部批準為新上專業，機械電子工程專業作為CDIO培養模式的試點專業。我們的改革目標是通過注重培養學生系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力，以及較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力，吸收世界先進的工程教育理念，建立符合國際工程師認證的課程體系。為此，我們選定國際上公認的CDIO工程教育理念。將CDIO項目按規模和范圍劃分為三個模塊，第I模塊為包含本專業主要基礎優秀課程和能力要求的項目；第II模塊為包含一組相關優秀課程、能力要求的項目；第III模塊為增強課程能力與理解而設的項目。
基于CDIO工程教育理念而設計的人才培養模式中最重要的組成部分，是機電系統設計與制造I、機電系統設計與制造II、機電系統設計與制造III三個綜合項目的設計和實現。分別設置在不同的教學學期，每個綜合項目都是對學生某一方面知識和能力的鍛煉和考核，往往涉及到多門優秀課程。選定移動機器人作為項目對象，貫穿于三個一級項目。具體內容包括如下幾個方面：
2.1 完成機械結構設計的概念設計。
機械電子工程專業學生培養過程中的機電系統設計與制造I項目訓練，開設在第四學期，時間安排2周。學生在教師指導下通過對移動機器人這一典型機電一體化產品的解剖，了解其各個關鍵部件（包括機械系統組件和控制系統組件）的具體結構和連接方式，從而提前了解本專業優秀內容與實際產品的關系，以工程師的角度去面對即將開始的專業課程學習。通過早期項目的構思和設計，激發學生興趣，進行初步的創新思維與產品構思訓練，并在一定程度上建立起與專業相關的整體概念。
根據這一總體要求，需要綜合考慮在機械電子方向所必須的專業課程和基礎課程的相關要求，重點考察學生將所學知識點運用到實際工程項目的能力并同時達到對其進行鍛煉的目的。
2.2 完成機械構件運動原理綜合考察的規劃設計。
機械電子工程專業學生培養過程中的機電系統設計與制造II項目訓練，開設在第六學期，時間安排2周。在第四學期一級項目的基礎上，本次二級項目進一步要求學生通過團隊合作的方法完成機器人整體結構的設計。通過具體給定不同的設計參數和機器人操作任務，由學生自由組成團隊，合作完成機器人各關鍵部件的詳細設計，要求每個學生獨立完成給定的局部設計任務，并保證團隊內部學生設計的各個部件之間的良好連接。
在設計的工程設計中，滿足給定的輸出運動關系，并進行必要的運動分析是工程設計的最基本要求。結合學生在測繪環節對機器人總體結構和關鍵部件的認知，此環節需要給出機器人的運動關系，并在此基礎上進一步根據指導教師的設計要求進行修正，實現新的運動關系輸出，達到運動學設計的基本要求。
具體的機器人產品，要求整體上各關節運動靈活，能夠滿足一定的運動范圍和運動速度要求。因此必然在結構上具有特定的參數要求，對于關鍵的技術參數，需要進行整體規劃和論證，并提出具體的設計方法。
2.3 完成機器人控制系統設計。
機械電子工程專業學生培養過程中的機電系統設計與制造III項目訓練，開設在第七學期，時間安排3周。在第四學期和第六學期兩個一級項目的基礎上，本次三級項目進一步要求學生通過團隊合作的方法完成機器人控制系統設計。通過單片機、工控機、PLC等方案對第I、II模塊確定的項目進行控制系統設計。培養學生綜合運用所學的基礎理論和專業知識，獨立進行機電產品設計工作，掌握機電產品中控制系統設計的一般程序和方法，并結合設計進一步鞏固和擴大知識領域。
三個綜合項目的完成，標志著學生基本掌握了機器人的總體方案設計、機械結構設計、控制算法設計、控制系統硬件和軟件設計等關鍵技術，同時這些技術可以觸類旁通的用于其它相關產品的設計與制造。在每一屆學生中選擇設計較為出色的部分產品，進行實際加工制作，一方面是對學生的激勵，同時也可以作為以后學生的研究對象。由于三個綜合項目依次承接，最終的產品完全是學生自己設計，因此，更利于學生掌握機電產品的整個設計、制造、控制和維護的流程，更能激發學生的學習興趣。
3 實施效果：
基于CDIO工程教育理念構建機械電子工程專業應用型人才培養模式，一方面以移動機器人為項目對象，完成三個綜合項目的設計，標志著學生基本掌握了機器人設計中關鍵技術，同時這些技術可以用于其它相關產品的設計與制造。另一方面優化人才培養方案，帶動我院在課程、教材、實驗室建設等方面進行教學內容、教學方法與手段的改革，增強了學生解決問題能力、創造思維能力以及團隊協作能力，為機械電子工程專業應用型人才培養奠定了堅實的基礎。
新疆高校應該為新疆的發展提供高素質的人才以適應其社會經濟發展的需要。該文指出塔里木大學機械電子工程本科專業的人才培養模式是以新疆人才需要為導向的，并針對此人才培養模式對人才培養方案制定、教學資源組織和畢業設計組織等方面進行探索。
培養模式；培養方案；教學資源；畢業設計
1.新疆高校建立機械電子工程專業的意義
文獻1中指出新疆科技人才中高新技術、復合型創新人才嚴重短缺，并且對本地人才的開發利用不足。新疆地區的高校特別是地方高校應該為新疆提供高素質的人才，其專業的設置和建設應適應新疆社會經濟發展的需要。機械電子工程本科專業（以下簡稱“機電專業”）是培養具有扎實的數學、物理、計算機及外語基礎，掌握微電子技術、計算機控制和信息技術應用于機械工程領域的專業知識和技能，能夠具備從事機電一體化技術、機電一體化產品的研究、設計、制造、開發的工程能力，具有創新精神的高級應用型工程技術與管理人才。正如文獻1所述，新疆的社會經濟發展急需這種人才。
塔里木大學(以下簡稱“我校”)的本科生源中80%左右是新疆人。學校自建校以來，已經培養輸送畢業生２萬多名，大多數畢業生已經成為自治區和兵團的專業技術、科學研究和管理方面的骨干。機械電氣化工程學院（以下簡稱“我院”）于2009年開始開設機電一體化技術專科專業，并于2010年開始開設機械電子工程本科專業，成為新疆自治區與生產建設兵團的唯一一所具有此本科專業的大學。本文就如何建設好此專業并為新疆培養合格的機電類應用開發型工程技術人才進行了人才培養模式的探索。
2.以新疆人才需求為導向構建機械電子工程人才培養的新模式
我校的發展思路是“做塔里木文章，創區域性優勢”，立足南疆，面向兵團、服務新疆、輻射西部，并且我校大部分畢業生在新疆特別是南疆就業。因此我院機電專業人才培養模式的目標是培養服務新疆的機電類應用開發型工程技術人才。為實現此目標，我們在以下幾方面進行了探索。
A.科學制定機械電子工程專業人才培養方案
a.目前人才培養方案存在的主要問題
與學生座談時，學生普遍反映課程科目較多，同類同性質科目存在且有重復之嫌疑，跟專業聯系不是特別緊密的課程較多。
在與任課教師交流的過程中發現，培養方案的某些課程的設置純粹為教學，與教師的科研關系不夠緊密，因此教師的教學激情得不到充分發揮，學生解決實際問題的能力也得不到應有的提高。
通過與實習單位交流，發現一些學校機電類畢業生的專業學習內容齊全，寬口徑實現較好，但寬而不精，掌握的深度和力度不夠；應用型人才培養目標體現不深入，在某種程度上理論性教學占據更主導的位置。
b.擬定機電專業人才培養方案制定的思路和相應措施[2]
專業方向進一步明確，并與教師科研方向結合。組織相關教師走訪新疆典型的工業、農產品加工業和農機具制造業并調查其目前的機電一體化程度和人才需求，有針對性的制定機電專業人才培養方案。我院確定專業方向為機電一體化產品的生產制造，并將其具有代表性的數控技術、PLC在培養方案得到落實和強化；同時，機電專業部分教師的研究方向為數控技術和農業裝備的自動化方向，將相關課教師科研工作與專業方向主線緊密相連，不出現脫節和不相關現象。結合教師相關學術研究方向的成果開設實踐課程，這樣可以保證在提高教師科研能力同時也在專業相關實踐教學活動中鍛煉學生解決工程問題能力，為學生的就業和進一步學習深造奠定良好的基礎。
進一步強化實踐教學環節。機電專業作為一門實踐性很強的學科，實踐教學環節的技能訓練應由淺入深，理論課與實踐課交互安排貫穿整個教學過程，分層次進行，形成立體式的實踐教學體系。在集中實踐環節安排上主要考慮以下因素：增強對基礎專業知識的認識，注重資料查閱和提煉能力的培養，注重機械電子工程知識的綜合運用。為此，制定人才培養方案時增加實踐教學學時，強化實踐類課程的教學內容，以工程項目為導向，重點培養學生解決問題的能力。
必要課程整合。將相關課程整合，注意分工和銜接，提高優秀課程的系統化和綜合化程度，利用有限的課程和學時滿足日益增長的專業知識需求。如將數控原理與系統、數控機床與編程和數控機床故障診斷與維修整合為數控技術；對機電傳動與控制、可編程控制技術、機電一體化系統設計進行分工，分別講解電動機和接觸器繼電器控制，PLC的結構、工作原理和主要邏輯位的使用，了解典型的機電一體化產品的設計過程。
強化學生的計算機應用能力。為增強本專業學生的計算機應用能力，在以往開設的計算機文化基礎、C語言程序設計、機械CAD制圖的基礎上，新開設了三維實體設計、機電系統仿真技術等教學課程，提高學生利用計算機解決機電工程中的運動學仿真、動力學仿真、機電系統控制等問題的能力。
B.認真組織教學資源開展專業教學
實驗室是重要的教學資源和科技創新的基礎，其建設、管理改革必須特別重視。如前所述機械電子工程專業涉及的知識領域很多，所需的實驗室分布在不同的院系。為了滿足專業課程實驗需要并提高資源共享效率，應合理使用實驗室。對于涉及專業很多的實驗室，學校集中建設、集中管理，對于僅適用于機電專業的綜合實驗室，學校統一建設、授權管理。這兩種實驗室建設與管理辦法，既保證交叉學科專業的實踐教學又提高了所有實驗教學資源的利用率。
機電專業的教材建設也必須重視。
此專業優秀課程的知識點的覆蓋應該體現對相關專業知識點的融合與升華。專業教材是否適用，要看專業教材包容的知識點是否是課程體系結構中所涉及知識點的最小覆蓋，要避免不同教材的知識點重合度太高。專業教材是否適用，還要看知識點分布及出現的時間順序是否合理。同時考慮到我院此專業可能招收民族學生，在教材的建設方面應注重雙語教材的編寫。
認真組織機電類應用型人才的畢業設計。
畢業設計是大學生在學校最后一個重要的教學環節，是學習和實踐結合的深化。在機械類畢業設計中，我們采取了如下的方式：雙向選擇題目；真題真做，盡量與生產、科研相結合；校企合作；[4]規范畢業設計成績評定細則等。這些方法充分調動老師和學生的積極性，有利于發揮學生的特長和挖掘學生的潛力；使學生養成自覺想問題、發現問題和主動解決問題的能力；有助于畢業生盡快融入實際生產，縮短就業適應期等。
目前我院機電專業還沒有畢業生，但其畢業設計也應該做好充分準備。機械電子工程本科專業在新疆具有如下特殊性：一方面，為了培養服務新疆的機電類應用型人才，并鍛煉畢業生將四年所學的基本知識、基本技能應用于分析問題和解決問題，設計題目一般是綜合型的設計機電一體化化產品；另一方面，目前我院教師中大部分教師的研究方向大多數是機械制造及其自動化、機械設計及理論，只有幾個教師的研究方向是機械電子工程，如果由少數幾個教師帶幾十個畢業生，畢業設計的質量將受到影響。解決上述兩方面矛盾的方法是組成指導教師團隊。每個指導教師團隊既有機械教師也有電氣化教師，畢業生在做畢業設計無論有哪方面的問題都可以請教相應的教師。
【摘 要】機械電子工程是機械、電子、計算機和自動控制等技術有機結合的一門復合技術，常被稱為機電一體化技術，它代表著機械工程技術革命的前沿方向。其發展基礎是要有
1.創新人才培養模式的內涵和要求
所謂創新人才培養模式，是指在新的教育思想和新的教育理論指導下，以培養具有創新能力的全面發展復合型人才為基本取向的教育教學內容和方法體系的總稱。按照人才培養模式的內涵，創新人才培養模式在培養目標、專業設置、課程體系、教學方法等方面有其特有的要求。
1.1培養目標要求
培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的高級專門人才，重點突出培養學生的創新意識、創新精神和創新能力。
1.2專業設置要求
按照“厚基礎、寬專業”的要求，厚實公共基礎、專業基礎、人文社會科學基礎，設置大學科、寬口徑的專業，從根本上改變傳統的專業面過窄的局面。
1.3課程體系要求
按照“拓寬基礎、淡化專業、增強實踐”的要求，辯證地處理好基礎課、專業課、實踐教學的關系，重視學生實踐能力和研究能力的提高。與此同時，要增開跨學科、跨專業的課程，拓寬學生知識面，開闊學生視野，培養學生的創新思維，提高創新能力。
1.4教學方法要求
著力體現教學方法的創新，確立學生在教學活動中的主體地位，充分調動學生的學習積極性和創造性，發展學生的個性。
2.機械電子工程創新教育的現狀分析
首先，從學生的角度看，參加創新活動常常出現這樣的現象，剛開始參與時一哄而上，人數眾多，且熱情高漲，但往往善始者繁，克終者寡，五分鐘熱血的情況屢見不鮮。也有很多機電類學生從事課外科技活動粗枝大葉的多，小打小鬧的多，起點較低。大多數學生參加課外科技活動僅是靠短時間的突擊來完成，追求短、平、快，缺少明確的學習目的和端正態度，達不到知識的積累和實踐 經驗總結的目的。這顯示了我國創新教育的差距。創新理念遠未能得到有效的貫徹，學生缺乏學習的目標和動力，說明高校在創新理念的貫徹與培養上還是欠缺力度，做得還是不夠。
其次，從參與創新活動的學生所具備的基礎知識與實踐能力上看，當前機械電子工程專業的學生的專業素養有下降的趨勢，主要體現在以下方面：一是設計與繪圖能力不足。學生基礎理論學習盲目，導致基本功底不扎實，同時對傳統機械方面的知識有排斥心理，一味地崇尚電子、控制、軟件等所謂的流行專業；二是新技術、新手段、新方法應用不夠。學生往往只知道那些教科書或老師講授過經典的設計方法與案例，相關領域新的思想與理念很淡薄；三是學生動手能力較弱，實驗能力較差。
還有，教師和學生是創新教育的兩個主體，而教育體制是創新教育的基礎。近些年老師壓力陡增，大都面臨著科研、教學雙重任務，面對教學評估、項目經費任務等已經焦頭爛額，而指導學生的工作量評價較低，這導致指導學生在一定程度上成為了老師的負擔；對學生而言，舊有的教學模式，重書本重理論，輕實踐輕動手，導致學生在專業學習上浮躁，基本功和實踐能力差；面臨越來越大的競爭和就業的壓力，也顯得無所適從。一個良好的體制環境是創新教育朝著健康方向發展的土壤。
3.機械電子工程人才培養模式的改革與創新
近年來，通過廣泛調研就業崗位群工作范圍和技術領域，分析人才知識、能力和素質結構，以社會人才市場現實與未來發展對人才的有效需求為導向、以職業崗位(群)能力需求為依據，從而確定畢業生綜合技術應用能力結構和應有的知識、能力、素質結構，形成了“四層兩段一貫穿”的課程結構體系，構建了“相互平行、融合交叉的理論和實踐教學體系”，創建了“優秀技術一體化”的教學模式。
（1）“四層兩段一貫穿”的課程結構機械電子學科是基于機械、電子、計算機技術發展起來的新學科，所以加強理論體系和教學體系的研究具有重大的現實意義。課程結構體系分為基礎教學、專業教學、專長教學、畢業設計與專業實習四個層面；基礎學習和主體學習兩個階段。在整個三年教學時問內，專業技能實踐培訓模塊貫穿始終。以機電一體化專業為例，“四層兩段一貫穿”的課程結構的基礎學習階段為第一、二兩個學期，學生除進行公共課學習之外，主要學習專業基礎理論課程。專長學習是專業能力培養的深化，學生將學習到該專業中最新、最具特色的專業知識和技能。專業學習和專長學習中，學生將利用相關的實訓設備進行專門化技能實訓模塊的培訓，這些模塊包含了機電一體化領域內的最新應用技術，大量采用“實例”和“真實環境”方式培訓。學生動手、動腦相結合，專業能力培養和素質培養相結合，獨立思考、獨立探索能力培養同集體協作、共同交流能力培養相結合。
（2）相互平行、融合交叉的理論和實踐教學體系開展課外制作活動是培養大學生創新精神和實踐能力的最佳實踐活動之一，特別是對機電專業學生來說，是開展專業知識綜合應用能力訓練的最佳平臺。"。將課程進行有機整合，形成了上下貫通的理論和實踐教學體系，兩個教學體系相互平行，融合交叉，把技術的綜合應用能力、實踐能力和創新能力培養作為交叉點和教學重點。相互平行，是指兩套體系的教學計劃相互平行，課程流程相互平行；相互融合，是指課程知識內容與技術、技能培養相互融合，理論和實踐教學場所相互融合；相互交叉，是指兩套體系的功能相互交叉，知識、技術和技能培養的落腳點相互交叉。
（3）“優秀技術一體化”教學模式“是以技術應用能力培養為中心，以優秀技術綜合應用能力培養為重點，將理論與實驗、實訓相結合，以課堂與實驗(實訓)室、實習車間、工廠車間四點為交叉網絡的一體化教學模式。在本專業的課程體系中，嘗試構建“可編程控制技術”、“驅動技術”、“傳感技術”等優秀技術。為了突出對學生在這些反映工業自動化技術最具代表性和先進性的技術綜合應用能力培養，我們構建了針對這些優秀技術的一體化教學模式。理論教學與學生上機編程、調試相結合，動腦與動手相結合，使學生能夠較完整地掌握PLC的基本原理、程序編制、程序操作和故障診斷技術。該課程設置使學生既掌握了PLC基本知識和程序操作，同時在相關專業課中又涉及到PLC在不同場合的應用，而在相關實訓模塊課中學生將PLC技術綜合應用到各種不同的生產環境中去。在每個實訓室都有一種主要技術單元，同時，還有其它技術單元出現，賓主相擁，多次重復，但角度不同，強調的應用領域和水平不同。
4.結語
機電一體化技術是國民經濟發展所急需的優勢學科方向。要緊緊抓住人才需求變化的大趨勢，準確定位，嚴謹制定人才培養計劃，使教學緊跟機電一體化技術發展變化的趨勢，為培養出符合機電一體化技術崗位實際需要的、高素質、強能力的合格人才而不懈努力。
