時間：2023-06-02 11:33:57
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12篇機械電子工程培養方案，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。
作者簡介：羅亞輝（1981-），女，湖南華容人，湖南農業大學工學院，講師；康江（1969-），男，湖南長沙人，湖南農業大學工學院，副教授。（湖南 長沙 410128）
基金項目：本文系湖南農業大學教學改革項目“機械電子工程專業實驗教學體系的研究與實踐”的研究成果。
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0145-02
機械電子工程是一門綜合性學科，集機械設計制造技術與電子技術為一體，其學科具有知識點豐富、涵蓋內容廣與適用范圍寬等特點。近年來，隨著電子信息與自動控制技術的快速發展，機電系統正逐步向智能化與自動化方向轉化。目前在各行業中沒有滲透電子與自動控制技術的純機械領域越來越少，因此，社會急需全面掌握機、電和控制的復合型人才。[1-3]
湖南農業大學機械電子工程專業是根據當前國內外機電產品生產及發展趨勢而設置的，以培養具有實踐能力和創新精神，能應用機械、液壓傳動、電子、控制和傳感技術，從事國民經濟各部門所必須的機電設備及其自動化的設計制造、應用研究與科技開發等工作的復合型高級專門人才為目標。因此，要求所培養的學生既要有扎實的基礎理論知識，又必須有較強的動手能力和創新思維。實驗室是培養學生理論聯系實際、建立創新意識、提高工程實驗能力的重要實踐基地，在教學計劃中占有相當大的比重，但湖南農業大學機械電子工程專業是在多年探索機械設計制造及其自動化專業改造并取得經驗的基礎上創辦的，其實驗課程的設置與實踐能力的培養均側重于機械部分，因此有必要開展湖南農業大學機械電子工程專業的實驗教學改革研究。
一、機械電子工程專業實驗教學現狀分析
湖南農業大學機械電子工程專業于2010年開始招生，專業課程設置參考了國內多所高校的經驗，在現有師資力量與教學硬件條件下，力爭做到最好，但就實驗教學環節而言存在以下問題。
1.專業內容廣而不精
由于機械電子工程專業涵蓋機械與電子，因此在課程設置時力爭兼顧到機械與電子兩方面的內容，包括“理論力學”、“材料力學”、“機械制造基礎”、“機械制圖及計算機繪圖”、“機械設計基礎”、“電路分析”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”、“控制工程基礎”、“液壓及氣動”、“傳感器與檢測技術”、“電機及電力拖動基礎”、“單片機原理及接口技術”、“工廠電氣控制技術”、“可編程控制技術”、“信號與系統”、“機電一體化系統”、“數控技術及其應用”等近20門專業課，學生普遍反映課程科目太多，對應課程所開設實驗學時偏少，難以深入學習，故每門課掌握得都不夠精通。
2.電類實驗設備不足
湖南農業大學機械電子工程是在多年的機械設計制造及其自動化專業基礎上創辦的，相比而言，機械類實驗設備較完善，而電類實驗的開設，雖可以在湖南農業大學部省共建電氣技術實驗室進行，但當時所建的電氣技術實驗室主要為滿足機械設計制造及其自動化專業及其他工科專業的電類基礎實驗開設，因此如“電路分析”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”等基礎課程的實驗，均能滿足要求，而專業課程如“信號與系統”、“機電一體化系統”等卻缺少對應的實驗設備。
3.綜合設計性實驗設置不夠
在實驗教學方法上，由于課時少而時間緊等問題的存在，盡管實驗室的多數儀器均能滿足設計性與綜合性實驗要求，但目前各門課程所開設的實驗多以驗證性或演示性實驗為主，以保證學生能在課堂上按時完成實驗內容。如“電路分析”、“模擬電子技術”、“傳感器與檢測技術”等課程均采用模塊化實驗儀器，學生實驗時只需簡單的連接電源線與信號線進行觀察或數據記錄即可，嚴重局限了學生的思維，部分課程的實驗甚至達不到教學大綱要求。因此，在教學過程中，難以調動學生的積極性與學習興趣，發揮其主觀能動性與創造性，教學效果有所欠缺，對應用型與創新型人才培養目標的體現不夠深入。
二、深化實驗教學改革，培養學生實踐能力與創新思維
1.修改培養方案，面向市場培養應用型人才
機械電子工程專業的培養目標是要求本專業的學生不僅具有扎實的理論知識，還必須通過實驗真正掌握所學理論知識，從而具備較強的動手實踐能力，因此，重視實驗和實踐教學是培養方案修改所必須思考的問題。機械電子工程專業涵蓋機械與電子，要在寬口徑的同時有所精通，培養方案修改時便不能盲目的減少理論課程或平均分配實驗學時，而是應該按照市場人才培養需求進行。
（1）合并相關性較強的課程實驗，單獨設立實驗課。機械電子工程專業的課程內容較多，應用性強，如“電路分析”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”等課程均開設有一定學時的實驗課，從10學時到14學時不等，以幫助學生理論聯系實際，更好地掌握理論知識，提升動手能力。分別開設實驗課能方便各任課教師自主實施課程教學，但容易出現各課程實驗內容過于基礎，綜合性不夠的問題。由于這三門課程都是電類專業基礎課，聯系緊密，相關性強，因此可以考慮將三門課程的實驗合并為一門“電工電子技術實驗”，學時設為34學時，課程開設時可以從電類基礎實驗開始，后期完成應用性、設計性較強的兩個綜合性實驗，使學生能更好地掌握相關內容，增強動手實踐能力。
（2）按教學計劃要求和培養目標對某些課程的理論與實驗課時進行增減調整。如“單片機原理及接口技術”課程，10個學時的實驗課遠遠不能滿足學生的學習要求，可適當考慮減少部分理論學時，增加實驗學時至16學時或更多，使學生通過實驗對單片機的基礎理論有較深的理解，能初步設計基本的單片機控制軟硬件；同時增設單片機課程設計，用1～2周的時間進行自主設計，使學生利用所學理論知識解決實際問題的能力得到加強，從而深入培養學生的應用動手能力。
2.多方位改進實驗條件
由于電類教學設備老化、部分專業課程實驗設備不足等問題的存在，導致學生在實驗課上動手操作機會減少，甚至某些課程未曾開設對應的實驗。針對此類情況，機械電子工程專業應考慮從以下幾方面改善實驗條件：
（1）加大資金投入，建立“機電一體化技術”、“信號與系統”等課程對應的專業實驗室。
（2）將部分設計性實驗與教師科研結合，如教師研究的信號放大電路、濾波電路等可以用于“模擬電子技術基礎”實驗教學，而涉及到的信號檢測部分或控制單元則可以用于“傳感器與檢測技術”、“單片機原理及接口技術”課程的設計性實驗教學，以科研促教學，提高學生的動手能力與參與科學研究的能力。
（3）建立開放式的創新實驗室，一方面實驗室的開放不局限于課堂教學，由此提供給學生更多的動手操作機會，提升學生學習的主觀能動性與自主學習能力；另一方面依托開放式的創新實驗室，組織學生更多的參加各類創新活動，如機械創新大賽、電子設計競賽及機器人大賽等，通過學生的自主開發設計，培養學生的實踐能力與創新思維。
3.優化實驗教學內容
針對目前各課程實驗多以驗證性或演示性實驗為主，缺乏綜合設計性實驗的問題，除了改進實驗條件外，還可以從各任課教師優化實驗教學內容方面著手。如“單片機原理及接口技術”課程，實踐性強，內容綜合難度大，為便于組織，多是在實驗箱上進行相關驗證性實驗，此類教學方式難以提高學生的學習主動性與積極性，教學效果不佳。因此，教師可從教學方式和教學手段方面進行優化，采用“任務驅動”教學法，[4]精心設計實驗教學內容，使學生不僅對單片機硬件電路設計具備直觀認識，也可自主嘗試設計基于匯編語言或C語言的單片機軟件，以提升學生自主學習的積極性，更好地掌握該門課程的內容。再如“傳感器與檢測技術”課程，是一門應用性極強的課程，不僅包括傳感器獲取信號部分，[5，6]還包括信號的變換、處理、顯示等電路分析，目前所采用的實驗儀器為“傳感器系統實驗儀”，集成了應變片、電容傳感器、電感傳感器、壓電傳感器、熱電偶、霍爾傳感器、光電傳感器等十多種傳感器及對應的處理電路，具備集成度高、應用簡便等特點，能方便學生在課時范圍內完成實驗，其缺點是模塊化的設計限制了學生的創造性思維，只能驗證性完成各傳感器的標定，學生興趣不夠。因此，教師可對實驗教學內容進行設計，由易到難進行實驗教學，基礎實驗在實驗儀上完成后，結合電子技術、傳感器技術、單片機技術的內容，引導學生自主開發，進行紅外發射接收或光敏電阻應用等設計性實驗，使其對傳感器及應用方面的內容有更深的理解，培養其創新思維與開發設計能力，更好地將課本知識用于實踐。
三、結語
湖南農業大學機械電子工程專業開設時間不長，不管是專業培養方案還是教學方式、教學手段都需要通過長期不斷的探索研究并完善，筆者結合專業實際情況與學生反饋信息，對專業的實驗現狀進行了分析，并根據多年從教經驗探討了實驗教學改革方法與思路，其中“傳感器與檢測技術”、“單片機原理與接口技術”等課程的實驗教學內容優化研究，已應用于課堂教學。結果表明，學生學習興趣得到提高，實踐動手能力明顯增強。2013年湖南農業大學組隊參加了“第十二屆亞太大學生機器人大賽國內選拔賽”，成功進入前八強，榮獲一等獎，相較于往屆有了重大突破，長達一年的研制過程中，濃厚的興趣、堅實的基礎與較強的動手能力缺一不可，體現了一系列的教學改革探索已初具成效。但是教學改革是一個長期的、不斷循環往復的動態過程，在以后的教學過程中，還需要不斷的探索，為更好地培養具有實踐能力和創新思維的復合型人才而努力。
參考文獻：
[1]王殿君，焦向東，王偉，等.新版機械電子工程專業培養方案的研究與實踐[J].安徽師范大學學報（自然科學版），2010，33（1）：39-42.
[2]洪華杰，柯冠巖.關于高校機械電子工程專業創新教育的思考[J].高等教育研究學報，2009，32（4）：64-66.
[3]黃民，朱春梅，祁志生，等.機械電子工程專業方向系列課程建設與教學改革[J].中國電力教育，2011，（3）：182-184.
[4]李旭，蔡培中，康江.“任務驅動”教學法在單片機課程教學中的研究與實踐[J].農業工程，2012，2（12）：57-60.
2016年6月2日，中國正式成為《華盛頓協議》成員國，這將對中國工程教育質量的提高發揮極大的督促作用，促進中國按照國際標準培養工程師，提高工程技術人才的培養質量[1]。國際上廣泛應用的CDIO工程教育模式是在2004年由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學聯合研究提出的[2]。它主要由構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)四部分組成，目的是通過產品研發到產品運行整個過程的鍛煉培養學生理論聯系實際的能力[3]。按照CDIO的培養模式，工程畢業生的能力被分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層次，并通過12條標準來衡量學生的培養質量，這與中國工程教育專業認證的12條標準有異曲同工之處。
我校機械電子工程專業目前雖然已經制定了較合理的專業培養目標和培養方案，培養了結構合理的師資隊伍，形成了較好的理論和實踐教學模式，但是與CDIO工程教育標準的要求相比，在培養方案、教學體系、教師隊伍建設及教學效果評價機制等方面，仍然存在一定的差距。現有機電專業課程體系存在專業特色不明顯、不同課程之間存在重復或相互沖突的地方等缺點，因此要依據CDIO工程教育理念，借助校企合作平臺，全面地進行機電專業人才培養模式的探討，建立符合CDIO工程教育標準的機械電子工程專業實踐教學體系。
1.我校機械電子工程專業課程體系情況
目前的專業培養方案里包括的核心課程為：機械制圖、理論力學、材料力學、模擬電子技術、數字電子技術、C語言程序設計、單片機原理及應用、自動控制原理、機電傳動控制、傳感技術、機械原理、機械設計、機械工程測試技術、機電一體化系統設計、互換性、工程材料等;主要實踐環節為：社會實踐調查、金工實習、電子電路實訓、工程制圖實踐、創新實踐、生產實習、畢業實習、畢業設計(論文)、PLC與組態技術綜合實驗、測試技術與傳感器綜合實驗、單片機綜合實驗、自動化生產線認知實踐、機械設計基礎課程設計和機電專業綜合課程設計等。
2.CDIO模式下的機電專業教學體系
根據CDIO工程教育標準的要求和我校辦學特色，為適應煤炭行業和地方經濟對機電專業高級技術人才的需求，結合重實踐、重創新的培養目標設計新的課程體系。廣泛吸取企業專家建議，深入探討和修訂機電專業課程體系，強化實踐環節，構建國際化的課程體系和教學模式，從而保證面向工程的課程體系能夠培養學生的實踐能力與創新思維。依據CDIO工程教育理念，選擇典型的工程實踐項目，采取“做中學”的方式，通過在項目中反復訓練鍛煉學生自主學習的能力，這樣不僅可以促進學生對基礎知識的掌握，還可以提高學生解決工程實踐問題的能力，從而使學生綜合素質和能力能達到CDIO標準的要求，增強人才培養對企業的適應性[4]。近年來，主要通過以下措施進行教學體系的改革：
(1)基于CDIO的工程教育理念，構建了“一個核心、兩個方向、四個階段”的工程教學體系。
“一個核心”是以礦業領域的機電一體化系統設計、研發為主，覆蓋了多學科交叉領域，主要涉及機械設計、機械傳動、機械制造、機電傳動控制、PLC、單片機、控制工程、機電一體化系統設計等多種技術;“兩個方向”是指機械設計與制造、電氣控制系統，選修課中增添“煤礦機電設備”、“工業控制網絡與現場總線技術”等課程;“四個階段”是指根據CDIO理念的構思、設計、實現、運行四階段指導，學生要經歷認知實習、基礎課程實驗、專業課程設計與綜合實驗及畢業設計、創新大賽等綜合實訓，才能更好地掌握本專業的工程應用技術。從第三學期開始，每學期均安排工程實踐環節，按照核心知識點和要求來設定每個工程實踐項目，在課程設計與畢業設計過程中企業參與。
(2)依托產學研合作背景，通過專業綜合實訓和企業頂崗實習等環節提高學生工程實踐能力。
我校機械工程學院已經建立了電子創新設計實驗室、慧魚模型創新設計實驗室、機電控制技術實驗室、虛擬儀器綜合實驗室、動態測試技術實驗室等實踐創新平臺，與淮南礦業集團、皖北煤電集團、淮南萬泰電子股份有限公司、淮南潤成科技股份有限公司、平安開誠智能安全裝備有限責任公司、凱盛重工有限公司、淮南階梯電子科技有限公司等開展了長期的產學研合作，從而可以保證給學生提供校內、外實踐實習基地。通過單片機和PLC綜合實驗、課程設計、畢業設計、實訓檢驗學生電工電路、單片機、PLC綜合開發的能力，往往借助典型機電案例(如斜井跑車防護裝置、皮帶機集控系統、立井提升系統過卷過放保護系統等)，讓學生經歷“構思—設計—實現—運行”四階段的完整實訓。與此同時，讓學生積極深入到到校企合作的實習基地中，在相關機電系統中頂崗鍛煉，進一步提高學生的理論聯系實踐的能力，縮短學生個人能力與企業要求的差距。
(3)通過創新團隊建設、學科競賽和大學生科研項目培養學生工程實踐創新能力。
為進一步拓展學生科技創新能力，借助學院設置的創新團隊、學科競賽活動、大學生科研項目的平臺，在日常的教學管理中，融入緊密聯系工程實際的大學生課外科技創新能力培養模式，鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創新大賽”、“全國大學生機器人大賽”、“全國大學生電子設計競賽”、“全國大學生節能減排大賽”等各種賽事，鼓勵學生撰寫學術論文和申請專利。
3.結語
CDIO工程教育模式與中國工程教育專業認證的標準是高度統一的，只有堅持以CDIO工程教育模式為指導，依據校企合作背景，不斷創新改革機電專業的課程教學模式，才能進一步提高學生的工程實踐應用能力，為國家和企業培養出能在機電行業及相關領域從事機電一體化產品和系統的設計制造、研究開發、工程應用和運行管理工作的復合型工程技術人才，達到國際標準的要求。
[關鍵詞] 機械電子； 軟起動裝置； 控制系統
1 機械電子式軟起動裝置技術發展及現狀
同世界上發達國家相比，我國的機械電子式軟起動裝置產業綜合指標比較差，比如生產效率低，鑄件質量差，技術水平落后等。這些因素導致了我國的機械電子式軟起動裝置產業滿足不了各行業的日益需求，現在許多企業還是嚴重依賴進口。隨著改革開放的不斷深入，市場經濟的不斷發展，我國的機械電子式軟起動裝置控制系統正面臨著激烈的國際競爭，同時也面臨著不容錯過的發展機遇。隨著中國國力的增強，中國成為新的世界制造工廠，大量的機械電子式軟起動裝置設備生產商移入大陸，必將對中國的機械電子式軟起動裝置控制系統產生巨大的沖擊。只有加大資金和技術投入，注重高技術人才的培養，重視對老產品的更新換代和新產品的創新，我國才能趕超國外先進水平，制造出品質一流的機械電子式軟起動裝置控制系統。
現在軟起動裝置技術的發展主要有如下方面的表現：電子計算機的作用在機械電子式軟起動裝置生產過程中越來越被凸顯；機械電子式軟起動裝置控制系統向大型化、智能化、節能化方向發展；高科技手段的應用使機械電子式軟起動裝置工藝快速變革；提升機械電子式軟起動裝置模具的品質等方面。隨著虛擬樣機技術和有限元技術在機械電子式軟起動裝置控制系統的進一步應用，機械電子式軟起動裝置控制系統的設計研發周期變短，成本降低，其可靠性和使用壽命不斷提高，為機械電子式軟起動裝置控制系統的發展提供了可靠保證。而國內對這些新技術的應用還處于起始階段，大多數企業還是利用傳統設計方法，費時又費力。
虛擬樣機技術作為 CAE 技術的一個重要分支，具有以下的特點：1）實現在整個系統層面上模擬設計產品的樣貌、功用及其他方面的內容；2）可以實現虛擬設計驗證及測試，減少在物理樣機的試驗次數；3）能夠反復試驗設計方案和修改虛擬樣機模型，最終獲得產品的最優化解決方案；4）涉及產品的整個生命周期，能夠隨著產品生命周期的演進，其自身也處于不斷豐富和完善的過程；5）與傳統設計方法相比，虛擬樣機技術可以綜合各領域協同工作，使得整體設計更為詳細和周全，對提高產品質量有很重大的意義；6）有效地縮短產品研發周期，降低設計成本，促使產品快速更新換代，提升產品競爭力。
為了消除國產機械電子式軟起動裝置控制系統存在的諸多缺陷，以達到改善機械電子式軟起動裝置控制系統的可靠性和整體性能的目的，我們依靠計算機輔助工程技術來解決這些問題。利用虛擬樣機技術和有限元技術，可以掌握機械電子式軟起動裝置控制系統的各部件運動情況，保證機械電子式軟起動裝置控制系統運行的平穩性；評價機械電子式軟起動裝置控制系統的靜強度、動強度，驗證機械電子式軟起動裝置控制系統的可靠性；了解機械電子式軟起動裝置控制系統的動態特性，掌握其固有屬性，為減少振動和噪聲提供依據；對機械電子式軟起動裝置控制系統的合模機構進行結構優化設計，提高機械電子式軟起動裝置控制系統的擴力系數，達到減少油耗、縮小合模油缸內徑尺寸、降低液壓泵的設計功率等目的。
2 高強機械電子式軟起動裝置其控制系統發展
20 世紀 60 年代以后，由于各種技術的發展和進步，自動化機械電子式軟起動裝置控制系統日益改進和完善。20世紀 90 年代，東芝機械開發出了基于計算機控制的自動化機械電子式軟起動裝置控制系統。隨著近幾十年來技術的進步和革新，又相繼出現了真空機械電子式軟起動裝置設備、擠壓機械電子式軟起動裝置設備、半固態機械電子式軟起動裝置設備等先進的機械電子式軟起動裝置控制系統械。隨著機械電子式軟起動裝置工藝技術的多樣化發展，機械電子式軟起動裝置控制系統產品也逐步多樣化以適應市場的需求。隨著機械電子式軟起動裝置技術理論的逐漸提高，對機械電子式軟起動裝置過程的分析也逐步系統化、理論化，同時機械電子式軟起動裝置控制系統總體設計及可靠性水平也相應提高。目前，國外發達國家已經有能力生產大型、超大型的機械電子式軟起動裝置控制系統，壓射系統采用實時控制，整機的具有很強的柔性且自動化水平很高。而且國外機械電子式軟起動裝置控制系統的總體結構設計先進，可靠性高，品種規格全，配套能力好，高新技術應用快速。這些都得益于 CAD/CAM/CAE 技術，特別是有限元技術和虛擬樣機技術在機械電子式軟起動裝置工業的廣泛應用。
目前，日本、德國、美國等國家的機械電子式軟起動裝置控制系統占據了全球大部分市場份額，其機械電子式軟起動裝置控制系統小巧、可靠、節能，這些都得益于虛擬樣機技術。虛擬樣機技術的應用大大提升了產品的核心競爭力，給制造商和企業創造了巨大的經濟效益。隨著全球經濟一體化的進一步加深，我國脆弱的機械電子式軟起動裝置產業面臨不小的挑戰，我國要抓住機遇，迎難而上，趕超先進，實現機械電子式軟起動裝置產業的振興。
我國虛擬樣機技術發展還很落后，運用到實際中的還比較少。在機械電子式軟起動裝置控制系統概念設計的同時，進行靜態、動態分析，隨著設計圖紙的一步完善，結構模型也進一步細化，使分析計算的結果更趨于準確。這樣，在最終圖紙完備后，就能使機械電子式軟起動裝置控制系統的強度、抗沖擊性能、疲勞壽命指標得到控制，大大地減少了樣件的制作和試驗時間。國內機械電子式軟起動裝置控制系統企業必須盡快走向自主開發創新，通過機械電子式軟起動裝置控制系統企業與高校、科研院所的緊密結合、掌握先進設計、制造、測試技術，建立多層次的產品開發體系和高水平的機械電子式軟起動裝置控制系統共性技術研究、實驗、開發平臺。這不僅是世界機械電子式軟起動裝置控制系統技術先進國家的成功經驗，也是我國機械電子式軟起動裝置控制系統工業走向自主創新開發的必由之路。
3 機械電子式軟起動控制系統的設計
軟起動裝置系統機構是由多個構件組成的，相互連接的構件間存在著一定的約束關系。要模擬軟起動裝置機構真實的運動情況，就需要根據實際情況把各構件之間的約束抽象出來，并在構件間定義運動副，其次還要添加驅動或載荷使裝置機構能夠運動起來。從本質上講，驅動也是一種約束，驅動是約束構件依照確定規律運動，而運動副相連的構件是相對靜止不動的，系統基于運動副建立的約束方程的自由度個數等于 0，而基于驅動建立的約束方程的自由度個數等于驅動個數。對導入的模型構件進行編輯，添加運動副約束，驅動及載荷。使得機械電子式軟起動控制系統的虛擬樣機模型的運動和受力情況與實際情況相符。
3.1 控制系統硬件設計
根據帶式輸送機對工作環境及控制過程的要求，該系統選用高可靠性、高性能的可編程控制器為控制核心，對由現場檢測到的參數進行分析處理，進而按用戶的要求進行相應的控制；微型計算機作為上位機，通過與可編程控制器的通迅實現對現場參數的動態跟蹤、動態分析與管理；傳感器作為現場參數檢測元件，實現對現場技術參數的采集；機械軟啟動裝置為具體的實現機構。
3.2 控制系統軟件設計
機械電子式軟啟動控制系統采用現代國際領先的控制技術，它以可靠性很強的可編程控制器為核心，以計算機為上位機，對整個系統進行控制。優化設計以數學、力學、計算機科學等為基礎，是多學科相互作用的結果，具有相當的難度和復雜性。以最低的設計成本換取最好的結果是優化設計的目標，這就必須考慮這兩個問題：（1）把工程實際問題理論化，從實際問題中提煉出數學模型。特別是設計變量、目標函數、約束條件的確定；（2）求得提煉數學模型的最優解，即最小值或最大值問題。這個要通過適當的算法來實現。隨著 CAE 技術與優化設計的深入融合，CAE優化已逐步取代傳統以手工計算的方式，極大提高了優化效率和精度。
1）參數化建模：利用 CAE 軟件將產品設計模型參數化，即浮動的設計值來代替模型的具體參數，這樣在可以尋求最優的設計參數。
2）求解：在參數化的模型上施加約束及載荷，選擇求解器里合適的算法求解。
3）后處理：取出狀態變量和目標函數并進行必要的數學處理，以供下一步利用。
4）優化參數評價：優化求解器判定目標函數是否達到理想值，如果達到理想值，就退出循環尋優的過程，否則，返回到開始并重新進行循環計算。
4 結束語
機械電子式軟啟動裝置控制系統的開發從用戶的需求出發，從不同的側面反映用戶對控制系統的要求。它不僅能很好的解決軟啟動問題，其投資小、維護簡單的特點也贏得廣大用的關注，所以必將達到越來越廣泛的應用。
[參考文獻]
[1] 劉混舉，李寶成，趙涓涓，李旭慶.機械電子式軟啟動裝置控制系統設計[J].太原理工大學學報，2002，33（1）.
[2] 何曉燕.機械電子式軟啟動裝置控制系統及軟件設計[J].機械工程與自動化，2005，（3）.
[3] 張維民，盧軍民，楊玉敏.機械電子結合軟啟動裝置設計[J].機械設計與制造，2009，（2）.
【關鍵詞】CDIO 機電一體化 教學改革
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-9682（2012）12-0063-02
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，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。國內外的經驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合高校工科教育教學過程各個環節的改革。山東理工大學是一所以理工為主的多科性省屬重點大學，注重學生創新能力的培養，選定國際上公認的CDIO工程教育模式。于2009年初成為教育部CDIO工程教育模式研究與實踐課題組試點工作組高校成員，是山東省唯一一所加入CDIO項目的高校。機械電子工程專業作為CDIO培養模式的試點專業，對09級、10級機械電子工程專業進行了改革。機電一體化課程作為機械電子工程專業的主干專業課，我們將CDIO工程教育理念運用到機電一體化課程的教學改革中，提高了學生的學習積極性，增強了學生自學和解決問題以及團隊合作和溝通能力。
一、機電一體化課程現狀分析
機電一體化是機械、電子、測控等多學科相互滲透、結合形成的一門綜合性應用技術，已成為當今制造業技術發展的主流。與此同時，我國經濟的快速發展對機電一體化人才的需求也不斷增加、要求日益提高。“機電一體化”是機械電子工程專業專業的一門主干專業課，在培養學生機電一體化系統設計能力和創新能力中，占有十分重要的地位。本課程的任務是使學生以系統的觀點理解和掌握機電一體化技術，包括機械、檢測、控制、計算機等方面的基本理論、基本知識和基本技能，學會典型機電一體化系統的分析和設計方法，具備進行機電一體化系統設計的初步能力。近年來該課程的教學主要存在以下幾個方面的問題：
1.課程內容陳舊
機電一體化技術是機械技術、檢測傳感技術、自動控制技術、伺服驅動技術、信息處理技術、系統總體技術等多種技術的融合。該課程的教學未能充分反映機電一體化技術的新思想、新技術、新概念，授課內容比較陳舊，知識體系滯后。
2.理論與實踐環節脫節
該課程具有理論性與實踐性聯系密切、工程實用性強的特點，但課堂教學主要以講授理論知識為主，實驗內容少且針對性不強，實驗設備較少，學生接觸實踐機會少，缺乏動手能力的培養，更不能培養學生的創新意識。
3.教學方法單一
該課程的傳統教學主要是以教師為中心的傳授，學生被動接受式教學模式，難以激發學生的學習興趣和積極性。
4.考試模式單一
考試作為檢驗學生掌握科學知識、培養能力、獲取實際技能的一種手段，對實施素質教育，培養基礎扎實、創新和實踐能力強的應用型人才，具有特別重要的作用。僅靠卷面成績的傳統考試模式不能全面客觀地反映學生應用所學知識解決實際問題的能力。
針對機電一體化課程教學過程中存在的以上問題，原有的教學方法、教學實踐、考核方法等已不能適應“寬口徑、重實踐、應用型”的現代工程教育發展潮流。因此我們對該課程教學進行了改革。
二、基于CDIO的機電一體化課程教學改革：
1.CDIO工程教育介紹
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。
CDIO 的教育理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。瑞典國家高教署（Swedish National Agency for Higher Educa tion）2005年采用這12條標準對本國100個工程學位計劃進行評估，結果表明，新標準比原標準適應面更寬，更利于提高質量，尤為重要的是新標準為工程教育的系統化發展提供了基礎。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，其機械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教學大綱，取得了良好效果，按CDIO模式培養的學生深受社會與企業歡迎。
2.機電一體化課程教學改革
CDIO教育理念與機械電子工程專業培養目標相一致，機電一體化課程在機械電子工程專業培養方案中占有重要地位，具有承前啟后的作用，融機械技術、電子技術、傳感器技術、計算機技術等前續課程在本課程中的應用，為后續畢業實習和畢業設計奠定理論知識和實踐能力，拓展機電一體化實踐技能，增強創新能力。CDIO教育理念對機電一體化課程課堂教學、實踐教學、考核方式等改革具有重要指導意義。具體實施過程如下：
（1）機電一體化課程課堂教學的改革。基于CDIO的培養理念，將機電一體化課程教學內容進行整合優化。教學內容主要以典型機電產品為載體，重點講述精密機械技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術、自動控制技術等在機電產品設計中的應用，結合我校自行研制開發的三向移動重載教學機器人為實例講解，教學內容具有針對性。并通過全方位的實踐教學體系，將機器人協會、機械設計協會、班級的科技小組緊密結合起來，全天開放教學和科研實驗室，使學生學以致用，能夠自行設計簡單的機電產品。
改變傳統授課方式，課程教學充分利用各種教育資源，采取多種教學手段，如多媒體技術、仿真技術現場演示、課堂實物演示與實驗，從中穿插旨在培養學生動手操作能力的機器人設計、調試等內容。注意采用啟發式、討論式、課堂實驗式教學，多種方法手段并用，使學生在學習知識的同時，也學習分析問題，聯系問題，綜合運用多門課程知識，培養學生發散思維、立體思維、創新和解決問題的能力。
（2）機電一體化課程實踐教學的改革。課下組織學生參觀智能機器人實驗室，觀看智能移動機器人的各種演示和結構。注重課堂理論知識與實際相結合，適時布置一些簡易機器人開發課題，讓學生進行總體方案設計、機械結構設計、控制系統設計等，同時這些關鍵技術可以觸類旁通地用于其他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。由于最終的產品完全是學生自己設計，有利于學生掌握機電產品的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）整個過程，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。
（3）考核方式的改革。改變傳統考核方式，對機電一體化課程的考核采用形成性考核方式：課程考核成績=理論考試成績（50%）+實操訓練與考試（20%）+解決實際應用課題情況（30%）。理論考試是按照考試大綱要求，閉卷考試，100分鐘。
實操訓練與考試是在現有的機電一體化教學實驗設備上進行設備操作、編程、調試等，考查學生動手操作能力。
解決實際應用課題情況主要是結合簡易機器人開發課題，要求學生利用所學知識給出解決方案，進行總體方案設計、機械結構設計、控制系統設計等。考查學生分析問題、解決實際問題的能力。
該考核方法能夠客觀真實地評價出學生對該門課程的學習情況和知識掌握情況，全面地反映學生應用該課程知識解決實際問題的能力。克服了單純的理論考試反應學生成績的片面性，避免了出現高分低能情況，讓更多的學生發揮出個人的潛能。鼓勵有能力的同學參加機電產品創新設計大賽和機器人大賽等各種活動。
前言
機械電子工程專業學生因為在知識學習方面要求既掌握機械設計和機械制造方面的理論，又要求掌握計算機控制技術等方面的知識，這種機電復合型人才滿足了當前社會生產的需求，所以近年來我校本專業畢業生就業率都在95%左右，但是從學生就業后反饋的信息來看，學生在動手能力以及理論知識轉化方面還存在一定差距，我們需要認真反思在本科人才培養實踐體系中存在的問題。
1、實踐體系與人才培養目標
在高校本科生人才培養中，為了滿足社會行業對人才服務的要求，需要根據學校自身的行業優勢和辦學水平，合理確定專業人才培養目標。此外還要考慮學生個人條件和志向，區分確定人才培養。是培養在理論上繼續深入研究的創新型模式還是滿足社會掌握基本的機電類專業課程后，在工程實際中具有較強的動手能力，對于工廠的實際工程問題進行解決的應用型培養目標要求？目標定位的不同要求學生具有的能力也出現差異。例如針對創新型人才模式要求具有較強的自學能力和較強的創造性思維能力。而對于立足于畢業后進入企業從事生產一線的應用型培養人才則需要較強的動手實踐能力和分析工程問題以及解決問題能力。針對不同培養模式學生在能力方面存在差異，會直接影響到學生就業情況，也是人才培養能否成功的重要一環。可以說定位是否準確直接關系到四年學習后在以后就業和進一步深造中都能堅定進行，實現學生個人和學校的成功。我校機械電子專業在學生培養方面多年來主要突出應用人才特質的培養，在實踐動手能力方面要求更為突出，人才培養目標的定位較好，學生在就業方面一直畢業生在企業界得到了“上手快，動手能力強”的評價。“十二五”期間，機械工程及自動化專業畢業生就業率和第一志愿入學率均為全校49個專業排名第一名，其中機電方向的簽約率為91.07%，就業率為95%。
2、理論課程與實踐體系的關系
高校人才培養目標的確立提出了相關能力的培養的要求，例如創新能力、知識遷移能力等，為了在大學期間提升學生在上述能力的水平，需要構建知識體系培養計劃，首要的問題就是理論課程體系的構建，在知識架構上提供必要的知識理論模塊。我們培養的學生畢業后會進入社會，從事企業生產活動，理論知識能否轉化成實際能力成為關鍵的一環，這與我們構建的實踐體系可以說直接相關。實踐體系完備在學生理論知識吸收、轉化為動手能力方面意義重大，直接關系到我們人才培養是否成功，是否在社會市場的競爭中具有優勢的關鍵。在機電專業理論課程設置上，我們從工程實踐中圍繞系統控制角度出發，安排相關理論課程。從當前企業需要實際需要出發，開設相應的課程，例如《計算機控制技術》、《可編程控制器》、《工業控制計算機》等課程。在驅動部分圍繞機電專業的特色，我們應該讓學生對工廠實際中經常用到的驅動器具體名稱、特點、應用場合有清楚的了解，這里面包括各類電動、氣動和液壓元件。對于電動主要包括三相普通異步電機、步進電機、直流電機、伺服電機等。由于控制器一般處理的信號為弱電部分，而驅動器為強電部分。對于氣動元件主要有電磁閥、氣缸以及各種氣動馬達等。而液動元件有各種液壓馬達及氣缸等。本部分的課程設置應改包括《電工電子》、《電動機》、《液壓與氣動》等課程。在下一個環節為執行機構，本部分中主要完成動作的機械結構設計，以及電氣與機械的接口部分。本部分應該給學生開設《機電傳動》、《機械設計》、《機電一體化設計》等課程。在執行機構動作后，下一部分緊跟著就是傳感部分，這樣當機械裝置運動后，經過傳感器把采集的機械裝置運動的狀態反饋給控制器，形成一個閉環控制。這部分應該開辟的課程為《傳感器》、《測試技術》等。這樣借助控制流程圖來安排課程，讓我們從一個工程系統的高度來對機電類專業課程進行設置，無論對所授課老師還是學生都能清楚自己所學的內容在一個大系統中處于的位置，可盡快適應工程現場工作需要。
3、機電專業實踐體系構建
機械電子工程專業在課程設置上涵蓋了機械、電子和計算機控制等相關知識系統，上述理論知識的學習為學生建立了理論基礎，但是知識和能力之間還存在一定的距離，而有效的實踐是二者之間轉換的橋梁。要想實現學生理論知識盡快轉換成能力，需要建立一定的實踐體系幫助學生掌控知識的翅膀。首先相關課程內容模塊的理論學習，必須設置一定量相應的實驗教學，這對于教師課上知識的學習能夠及時驗證，對于學生相應模塊理論知識的理解起點撥的作用。在這一點上我市有些高職院校做的比較好，可以借鑒過來。例如有高職院校提倡一半課堂理論教學，一半實踐教學，為了學生知識的掌握，提倡小班授課，將班級學生規模限制在30人以內，學生理論知識和實踐能力的培養質量得到了有效保障。其次必要的金工實習和企業實踐。這一塊實踐內容在各個高校都基本上存在，學生通過該實踐的確加深了機械加工和機電控制的了解，但僅僅流于一般的實踐實習學生受益則非常有限，應該對這棵“培養學生實踐能力的老樹”進行二次開發，挖掘出新的方法來提升學生培養質量。例如在企業或學校實踐中，企業選擇是否做到有針對性，是否符合我們培養學生特點，是否做到了學生親自參與一些加工等環節？此外在測繪環節也有待于進一步加強？相應課程設計實踐針對性也有必要進一步強化。最后引入必要的社會培訓，對學生有針對性地開展特定知識培養。社會培訓是我們學校培養有益必要的補充。學校盡管建立了比較齊全的理論知識架構和實踐環節，但是社會對于某類人才能力的需求，學校人才培養方面存在一定的滯后性，而社會培訓則相對靈活得多，根據學生就業市場技能需求，開設短期培訓班，對某類技能進行突擊培訓，滿足上崗需要。我們可有效吸收他們的優點，對我們學生短板進行針對性培訓。提升我們學生的社會競爭力，我系目前正朝該方向進行探索。
4、結論
機械電子專業為社會培養輸送復合型人才，相對于其他專業在實踐能力培養方面要求更高，而機電專業學生的實踐能力培養和提高不是一蹴而就的事，我們需要從理論體系高度統籌規劃實踐培養體系，建立切實符合高校本專業學生特質的培養方案，才能培養出滿足社會和企業需要的優質人才。
作者：岳建鋒 孫光亞 賀凱航 杜宇 單位：天津工業大學機械工程學院
關鍵詞：機械電子專業 課程設計 教學改革
專業課程設計教學是實踐性教學，其主要是對工程的觀點、定量計算、綜合分析以及設計能力等方面進行訓練，是理論與實際進行有效結合的紐帶，以其自身的實踐性、綜合性、啟發性、直觀性以及探索性等特點受到廣泛的關注。其讓學生在對實際問題進行解決的過程中獲取實踐能力，幫助學生獲取正確的工程理念，有助于學生創新意識與基本素質的培養。
一、探究機械電子專業課程設計的現狀
進行課程設計的主要內容就是綜合性的運用專業基礎知識，以此來設計典型的機電系統，通過這一環節來加強學生的工程設計能力。通常在對系統功能進行設計的時候，需要按照運動的要求輸出不同的復合機械運動，例如直線、旋轉等，在對飛行器的舵面操作系統與行走的機械底盤驅動等系統進行設計的時候，應該有測控系統、傳感器、執行系統等。現階段，該課程在教學的過程中，存在以下問題：
首先就是課程的設計具有較大的難度，由于課程教學的題目主要是圍繞具體的應用對象所實現其具備的功能來進行的，雖然課題的涵蓋范圍比較明確，但根據學生所掌握的知識來講，難以達到設計目標對知識與技能的要求。如果在這一過程中，學生無法進行設計，會失去學習的信心，直接影響到教學的質量。
其次，設計的題目相對較為傳統，沒有做到與時俱進，由于題目的更新相對較慢，這也就導致很多新的理論知識與技能無法得到有效的利用，對于學習中求知欲較強的學生缺乏吸引力，難以激發學生的興趣。
在教學指導的過程中缺乏規范性，學生在學習的過程中更加關注功能的實踐效果，對于設計中對性能與成本的要求缺乏關注，這也導致其設計的報告缺乏規范性，理論與實踐不相符。
教師在組織教學的時候形式過于單一，學生考核的方式也相對較為傳統，與現代教育的要求不相符。例如，現代的課程設計通常要求學生在進行任務的時候，自己進行資料的收集，并通過資料來對系統進行分析、設計、繪圖等環節，教師的主要工作就是正確的引導學生，對其在設計中存在的問題進行指導，時間與工作的進度完全由學生進行自我安排，難以保障工作的效率，同時，也缺乏相應的激勵制度來激發學生的積極性。此外，課程結束之后需要提交相應的設計報告，來對學生進行考核，對學生制作報告的過程關注度不高，這也為學生作弊提供了空間，嚴重影響到教學的質量。
二、機電專業課程設計教學內容完善的措施
1.對選題進行及時更新
由于課程設計中的題目更新相對較少，這就要求教學過程中要與時俱進，及時更新、優化新的技術、設備以及思想。同時，為了激發學生的學習興趣與積極性，要不斷完善新課程設計的內容，突出相應的題目所對應的工程應用背景，從工程的角度來分析和研究問題，并從解決問題的過程中獲得知識，在將新知識引入課堂教學的時候應該注意為學生提供一定的空間，讓學生通過自己的方式來對知識進行探索與創新。例如：在航空航天工程的教學過程中，應該對工程實際中具有代表性的機電設計進行選取，保障問題的難度適合學生的知識掌握情況。同時在知識的范圍內，還應該融入計算機測控、電氣、氣動以及液壓等方面知識要素，在對問題進行設計的過程中應該具有相應的側重點.
在進行機械電子專業課程設計的過程中，應學習與吸收先進知識與技能，并鼓勵學生進行創新，將新的知識與課程設計相融合，以此來激發學生的探索欲望，培養創新能力，例：液壓位置隨動力矩加載系統的多余力消除這一問題受到廣泛的關注，也具有大量的研究實驗文獻，所以在對其進行教學的過程中將其視為附加的任務，以此來引導學生，讓其對查找相關資料，在這一過程中嘗試不同解決問題的方式，并在仿真的環境下來獲取知識，對新的知識與技能進行有效的運用。
2.重視工程設計的規范性
在對機械電子專業課程設計進行教學改革的過程中，應該重點注意學生工程素質的培養，讓學生可以獨立分析與思考問題，有效解決實際工作中存在的問題，培養學生解決問題的能力，讓其在實踐過程中充實自我、完善知識，成為推動社會發展的人才。課程設計教學改革可以分為幾方面，分別是對任務進行全面的降解、通過查閱資料來進行調研、選取最優的方案設計，教師應該引導學生明確掌握這一流程。由于現代的教學沒有將理論與實踐進行有效的結合，這也就導致學生缺乏實踐經驗，對于系統的工程理念缺乏正確的認識，教師在對其進行講解的過程中就應有針對性的講解，讓學生對不同題目所對應的工程特點、背景、需要等方面內容有個正確的了解，培養學生從工程的角度來研究問題，提高學生設計任務的完成效果。
同時，為了方便教師指導學生，可以將課程設計的過程進行細分，按照題目的要求來對不同細化的環節進行具體指導語講解，將任務的重點、要求等融入設計的任務書之內，幫助其更有效的理解。此外，教師還應該培養學生的自主學習能力，讓其在題目中發現問題，并通過網絡、圖書館、實踐等不同的方式來尋求解決方式，教師應該尊重學生的主體地位，幫助學生養成良好的學習習慣與自主能力。
三、機械電子專業課程設計的教學改革的途徑
要提高學生的學習質量，就要對傳統的教學方式、內容進行改革，將先進的科研成果引入教學之中，正確的定位學生，重視學生的參與意識，而教師則充分發揮其自身主導性的地位。同時，教師還應該不斷優化傳統的教學方式，融入新課改標準的內容，如討論式教學、啟發式教學、問題式教學、任務式教學、參與式教學等。此外，教師還應引導學生做到理論與實踐進行有效的結合，這就要求通過任務式教學的方式來進行。
首先，任務教學就是按照學生的實際狀況來對任務進行分配，有效的運用所學習的知識，將理論應用到實踐的過程中來。在進行教學時，教師可以通過小組合作、集中授課、研討等不同的環節進行，為學生制定合理的學習計劃，并選取可以激發學生興趣與積極性的題目來進行任務的分配。其次，還應對學生的考核體系進行完善與更新，傳統的實踐考核主要是通過對結果的審核來衡量學生，這種方式具有一定的不足之處，忽略了學生的實踐過程，不利于考核學生的創新能力、個性特點以及理論與實踐進行結合的效果，這種考核方式在一定程度上限制了學生的發展。所以應該構建多元化的考核體系，以此來提高考核的質量與可信度，讓學生在掌握知識與理論的同時，還可以有效的解決實際問題，同時，還可以激發學生學習的積極性與主動性，讓其自主的參與到教學活動中。
結語：
隨著社會經濟的不斷發展與進步，社會對人才有了新的要求，所以在對機械電子專業課程設計進行教學的過程中，應該重視理論與實踐的結合，有效的提高教學質量，對傳統教學中存在的弊端進行不斷的完善，以此來推動社會的進步。
關鍵詞 Capstone-CDIO；機電一體化；課程體系；實踐；評價
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2013）30-0076-02
機電一體化專業學生主要從事機電一體化設備的維護、管理、生產及調試工作。在這些崗位上，他們所用的知識不是單一的機械或電子方面的，而是集機械、電子、計算機為一體的綜合知識[1]。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[1]，同時也是具備寬度、深度、跨度三維并行的機電一體化課程體系特點的綜合學科[2]。
目前機電一體化專業的課程設置還偏于傳統，教學效果不太理想，主要體現在：
1）重理論輕實踐；
2）理論教學與實踐教學脫節；
3）專業特色不明顯[3]。
為此，進行面向應用型、創新型人才培養的三維并行機電一體化課程體系構建與實踐研究，具有重要的理論指導和實踐意義。
1 概念解讀
1.1 課程體系
所謂課程體系，是指高等學校為了實現專業培養目標而設計的學習內容和活動及其實施的總和。它包括課程在內并以培養方案所設內容為主體部分的學校教育教學系統[4]。
1.2 CDIO
CDIO理念代表構思、設計、實現和運作，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、實踐、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養要求工程畢業生能在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面達到預定目標[5]。
1.3 Capstone
現在美國絕大多數工程學院都開設頂點設計課程（Cap-stone）[6-7]。羅伯特·杜雷爾將頂點設計課程[8]定義為：“本科階段最后開設的課程，具有頂點性或體驗性特點，目標是把大學階段學到的零碎的知識整合為統一的整體。作為學業結束前的最后課程，目的是為學生提供成功的體驗和值得憧憬的未來。”
頂點設計課程的特點之一是整合性[9]，即能將過去所學的相對零碎的專業知識整合成統一的整體；特點之二是開放性，將知識點有機地串聯起來，幫助學生以綜合視野整體構建知識，形成跨學科的觀點；特點之三是超越性，面向實踐，將“如何做”改進為“如何做得更好”[10]。因此，Capstone的模式更有利于卓越工程師的培養。
2 基于Capstone-CDIO的三維并行機電一體化課程體系實踐
2.1 課程知識項目化
基于Capstone-CDIO的理念，在課程體系的基礎上開發構建機電工程的項目，以工程師職業訓練為導向，將“基本單元、功能模塊、應用系統”貫穿于課程體系的結構和內容的優化設計中。在項目化過程中，根據工程難度可將項目層次化，即一個大的工程項目可由N個小項目組成，幾個小項目構成單元項目，由單元項目再組成系統項目[3]。每一單元系統可單獨成為一個實訓項目，規定任務完成的時間，一方面需確保單元系統基本要求，另一方面需要一個與專業結合的綜合性的一級項目。一級項目需要的子系統可分解作為二級項目預先實現[11]。學生制定項目任務書，明確項目技術要求，這樣學生在完成工程項目過程中實現對機電知識的理解和掌握。
2.2 學科交叉化
隨著科學的發展，僅憑某一學科領域的研究已很難解決復雜的現實問題。“學科交叉點往往就是科學新的生長點、新的前沿，最有可能產生重大突破。”[12]機電一體化項目設計表現為機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、傳感與檢測技術、電力電子技術、伺服驅動技術、系統總體技術等多學科交叉與多系統集成等特點。
2.3 項目平臺化
交叉學科重要，但做起來很難。破解這個難題的方法是項目平臺化。文獻[12]指出：“要適應學科交叉融合趨勢，完善科技創新活動組織模式，形成有利于跨學科研究的體制機制。”只有將項目歸類于各種平臺（如機電一體化設計平臺、機電一體化制造平臺、機電一體化控制平臺），才可以使得學生不再費力于一些基礎平臺的搭建，而可以致力于平臺基礎上的創新實踐。
3 基于Capstone-CDIO 的三維并行機電一體化課程體系實踐評價
按照Capstone的模式設計平臺項目，每個項目由6～8人組成，讓專業能力強的學生擔任組長，每組的項目由具有項目知識經驗的教師進行指導。在進行實踐教學時，可以按照調研技能、知識構建、問題解決、團隊技能這四個方面制定學生評價規則，如表1所示。
由此可見，頂點課程評價的主體是多元且動態的[9]，通過調研技能、知識構建、問題解決、團隊技能等多方面來評價學生，打破了以往通過考試評價學生的一元模式，從而保證了評價活動的客觀性。
4 結束語
將Capstone-CDIO工程教育模式引入機電一體化課程實踐，使學生在工程項目中的實施過程中不斷探求專業知識，為學生提供綜合、拓展、批判和應用所學的專業知識和技能的機會。在接近工程環境的項目平臺上，對機電一體化設備進行構思、設計、實現以及運行調試，從而增強了學生對專業知識的理解，提高了學生實際操作的能力，使得學生在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力四個層面得到鍛煉，為學生可持續的職業發展奠定良好的基礎。
參考文獻
[1]喬玉晶，韓桂華.復合型機電人才培養中課程體系優化設置的研究[C]//第三屆教學管理與課程建設學術會議論文集，2012.
[2]曾勵，王軍.基于應用型、創新型人才培養的機電一體化課程體系研究[J].中國科教創新導刊，2010（13）：64-65.
[3]薛國兵.CDIO在機電一體化課程中的探索與實踐[J].電子世界，2012（14）：150-150.
[4]寇有志.基于TOPCARES—CDIO的一體化課程體系的設計[J].教育教學論壇，2012（18B）：34-35.
[5]王曉煜，吳迪，關勝.基于CDIO理念的應用型人才一體化課程體系的研究[J].中國科教創新導刊，2013（1）：95-96.
[6]Hotaling N， Fasse B B， Bost L F， et al. A Quantitative
Analysis of the Effects of a Multidisciplinary Engineering
Capstone Design Course[J].Journal of Engineering Education，
2012（4）：630-656.
[7]Van L H， Hodgson A， Mikkelsen J， et al. How Student
Reflections Have Guided the Evolution of a Mechanical
Engineering Capstone Design Course[R].Proceedings of
the Canadian Engineering Education Association，2013：
135-136.
[8]熊華軍，劉興華.美國大學工程頂點課程的設計及啟示：基于美國工程教育協會2005年調查的分析[J].清華大學教育研究，2012（4）：89-96.
[9]黃璐.頂點課程：評價大學生綜合素質的一種有效方式[J].教育與考試，2010（6）：76-79.
[10]梁晶.美國大學工程教育頂點課程的特色與啟示[J].西北成人教育學報，2012（4）：33-36.
一、機電一體化技術專業人才培養模式創新
通過校企合作,邀請行業和企業的技術專家組成專業建設指導委員會,確定專業核心能力和職業崗位能力的典型生產項目(任務),確定工學結合的專業人才培養方案。形成以機電產品生產、設備安裝、調試、運行、維護等技能為核心職業能力的獨具特色的靈活多樣的專業人才培養模式。機電一體化技術專業以與昆明中鐵大型養路機械集團公司“訂單式”人才培養項目為基礎,依托合作企業,繼續推進訂單式人才培養工作。此外,積極引進國內外機電一體化技術專業的課程和教學方法,學習借鑒國際職業教育成熟模式和先進經驗,深化教育改革,豐富人才培養模式,不斷提高人才培養質量,更好地服務于本省工業企業。
二、“理、實一體化”課程教學模式改革
為培養學生的實踐能力,使學生能夠做到真正的工學結合,本專業以崗位能力培養為目標,以生產工作項目(任務)為載體,以完成“任務”的工作流程為主線,改革課程體系和教學內容,構建以實驗室/實訓室環境與實際工程環境相結合為特色的實踐教學體系。推進“理、實一體化”課程教學模式改革。本專業已實施“一體化”教學改革的課程有《電工電子技術》、《可編程控制器及應用》、《變頻技術及應用》、《單片機原理及應用》等課程,在實施“教、學、做”一體化教學改革中,將上課地點從教室轉到實驗室、實訓場所。實現“教室與實訓室一體化”、“理論課教師與實訓指導教師一體化”,教師在做中教,學生在做中學,收到了較好的教學效果。
三、實驗實訓條件建設
機電一體化技術專業作為校級特色專業,在學校的大力支持下,建有實施人才培養工作的相關專業實驗室,主要有:PLC實驗室、金工實驗室、公差實驗室、電工電子電拖實驗室、計算機實驗室、機械CAD/CAM實驗室、數控原理實驗室等。學校實訓中心配備有生產型數控機床34臺(套),普通機械加工設備及電焊機等90余臺(套),現有機械加工車間2個,鉗工車間3個,焊工車間2個。實習中心2008年12月完成了中央財政支持的職業教育數控實訓基地的建設;同年12月被云南省教育廳評為“云南省高職高專省級示范性實習實訓基地”;2007年開始建設國防科技工業職業教育實訓基地,目前項目正在實施中,大部分已建成并投入使用。專業在已有的實習、實訓條件基礎上,通過機電一體化技術專業新建的實訓室、實訓基地,建立完善的實訓、培訓、認證流程,積極推行“雙證書”制度,為社會輸送“下得去、留得住、用得上”的高技能型人才。機械電子工程學院已與云南銅業股份有限公司、昆明船舶設備集團有限公司、昆明中鐵大型養路機械集團公司等多家大中型骨干企業簽訂校企合作協議,機電一體化技術專業依托其中一些相關企業,開展校企合作,組織實施畢業生的頂崗實習。企業為學生提供頂崗實習和就業崗位。按企業模式進行管理及教學,采用“擇優選拔,末位淘汰”的方式,企業為優秀學生提供實習和就業崗位,實現學習與就業崗位的無縫對接。
四、師資隊伍建設
機電一體化技術專業教師隊伍擁有一支師資隊伍結構合理的專兼職教學團隊。其中副高級以上職稱人數占專兼職教師總人數的41.7%;雙師型教師人數占專兼職教師總人數的62.5%;師資隊伍中包含有碩士研究生、博士研究生及博士。高素質的專兼職教師隊伍保證了機電一體化專業人才培養方案的組織實施。本專業為提高專任教師的實踐能力和兼職教師的教學能力,加強“雙師”結構的專業教學團隊建設和雙師素質教師培養,聘請更多的行業企業人才到學校擔任兼職教師,從企業聘請經驗豐富、技能突出的中、高級職稱兼職教師及能工巧匠,分期來指導學生實訓、實習,開發實訓項目,同時增加專業教師中具有企業工作經歷的教師比例以提高專任教師的職業素質和實踐能力。
五、結語
機電一體化技術專業不斷改進及創新人才培養模式,推進“教、學、做”一體化課程教學改革,不斷學習借鑒國際職業教育成熟模式和先進經驗,深化教育改革,加強專業內涵建設,不斷提高人才培養質量,目的是為社會輸送“下得去、留得住、用得上”的高素質技能型人才,更好地服務于本省工業企業。
針對傳統教學模式的缺憾的工程實踐能力養成教育工作室，以機械電子工程和機械設計制造及其自動化專業學生為對象訓練其工程實踐能力，采用學生創意、設計、采購、制作、裝配、管理的工作流程，激發學生的求知欲，促進課題相關課程課堂教學，培養學生自主創意、自主設計、自主制造的全方位工程實踐能力的教學實踐。
【關鍵詞】
工程實踐能力;自主創意;自主設計;自主制造;教學實踐
一、引言
在應用型本科學校教育教學過程中，創業教育、創新教育占有十分突出的地位，學生實踐能力、職業能力的培養模式面臨十分嚴峻的挑戰。傳統模式的學生實踐能力多以標準課題、標準設備、標準指導、標準訓練、標準考核模式為主。本文針對傳統模式的缺憾，結合工廠工作和教師工作經歷，在以機械電子工程和機制專業學生為對象的工程實踐能力養成工作室的教學實踐過程中，根據學生的興趣和愛好，強調、激發學生的求知欲，使工程實踐能力養成訓練和課程課堂教學相互促進，在培養學生自主創意、自主設計、自主制造的全方位工程實踐能力培養上取得了很好的教學效果。
二、工程實踐能力養成教育工作室運行模式
習慣是一個人在長期的生活和工作學習中所形成的一種不容易改變的行為、傾向和社會風尚。一種好的行為習慣讓人受益終生，但一種壞的行為習慣會讓人終生煩惱。工作室提倡自主合作探究性學習，從而培養學生的動手操作和實踐能力。在培養各種能力的同時，作為教師還應注意學生良好行為習慣的養成。因此只有加強養成教育，注重培養學生的良好工程職業行為習慣，將工程實踐能力內化為學生自身素養，才能達到培養學生綜合素質的目的，促進其終生發展。工程實踐能力可以歸結為七大能力:發現問題能力、背景知識和技能學習能力、工程設計能力、工程管理能力、工程制造能力、工程裝配能力、歸納總結能力。此工作室是要學生在課題立項過程中，不斷學習相關背景知識，以興趣為驅動力，在不斷拓展學習中提高設計、制造、管理多方面的工程實踐能力。本工作室從大一第二學期征集學生課題，歷時三個學年到大四第一學期結束，期間學生應不斷汲取工程制圖、工程材料、工程力學、金屬工藝學、機械原理、機械設計、互換性與測量技術、機械制造技術、液壓與氣壓傳動、電工電子技術、電力拖動、自動控制與檢測的相關課程知識和技能，圍繞自己的課題，拓展相關知識的學習和技能的訓練。本工作室采用學生創意—學生設計—學生采購—學生制造—學生裝配—學生管理的工作模式。
三、工作室的教學實踐
(一)基于學生自身興趣的教學實踐。新生入學后，利用作品成果展覽、工作視頻、入學教育和專業導論課，讓學生知道自己所學專業的遠期、中期和近期目標，激發學生的專業興趣，征集意愿濃厚的學生加入到工作室預備團隊。預備團隊學生的主要任務是在導師的指導下，經過老生的引領，逐步熟悉工作室運行模式，重點是專業基礎課的學習以及相關知識拓展學習，積累專業知識基礎。從大一到大二的兩年時間，以機械制圖、工程力學、工程材料、金屬工藝學和機械設計為主線，拓展學習訓練CAD、公差配合、金工實習、企業運行實踐等，使學生了解專業、了解企業、了解工作室、了解社會，培養學生的工程思想、奠定工程基礎、錘煉工程實踐能力基礎。從大二的后半年開始，預備團隊的學生轉入工作室正式學員，可以提出自己的創意，在導師的指導下，逐步完善自己的創意，并完成工程設計，經導師審核后，進入到原材料采購、加工制作和安裝階段，此時要預先學習訓練各種設備工具、量具的操作規程和使用方法并熟練掌握，在保證安全及老生幫助下，完成作品。
(二)基于大學生機械創新設計大賽的教學實踐。大學生機械創新設計大賽目的在于綜合設計能力與協作精神;加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際需求進行機械創新、設計、制作的實踐工作能力、吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才脫穎而出創造條件。大學生機械創新設計大賽屬于命題式競賽，學生根據競賽要求選擇自己感興趣設計方向，利用所學知識，經過自己的調查研究，提出自己的命題解決方案，經過設計、制造、裝配形成實物或模型作為成果參加競賽。利用工作室的運行模式，組織學生積極參加大學生創新設計競賽，多次獲得不錯的成績。在第七屆全國大學生機械創新設計大賽中，大賽主題:“服務社會———高效、便利、個性化”;設計內容為“錢幣的分類、清點、整理機械裝置;不同材質、形狀和尺寸商品的包裝機械裝置;商品載運及助力機械裝置”，作品的評選采用綜合評價，一般從以下幾個方面進行評價:一是選題評價:新穎性;實用性;意義或前景。二是設計評價:創新性;結構合理性;工藝性;先進理論和技術的實用;設計圖紙質量。三是制作評價:功能實現;制作水平與完整性;作品性價比。四是現場評價:介紹及演示;答辯與質疑。根據大賽設計要求和評價標準選擇了錢幣分類和助力機械兩個內容作為參賽作品，要求每個作品項目有四名三年級或四年級學生參加，學生提出自己的設計方案，經導師審核后，完成自己的設計;然后學生自己提出原材料、標準件和相關工藝裝備采購清單，通過市場調研，提出三家采購商家，經導師審核批準后，完成相關的采購工作;利用工作室的設備和工藝裝備，完成作品零件加工制作，并且組裝完成參賽作品;最后完成相關的一系列技術文件并制作功能展示的視頻資料。通過學生和老師的不懈努力，在第七屆大學生機械創新設計大賽河北賽區，錢幣分撿機獲得一等獎，物流助力機械獲得三等獎，取得了比較理想的成績，尤為突出的是參賽學生的工程實踐能力得到了大幅度的提升。
(三)專業課程的教學實踐。在比較合適的專業課程中也采用工作室運行模式來提高學生的工程實踐能力。在液壓站設計與使用課程的教學過程中，針對液壓站設計與使用課程要求學生能夠設計中等復雜程度的液壓站的課程教學目標，第一次課就要求學生通過自己的調研，明確主機設備技術要求，綜合考慮以下因素:主機用途、結構和布局、主機使用條件和主機的技術特性;各執行元件的動作循環與周期及各機構運動之間的聯鎖和安全要求;主機對液壓系統的工作性能的要求，如運動平穩性、轉換精度、傳動效率、控制方式和自動化程度等;原動機的類型(電動機、內燃機)及其功率特性等;工作條環境件，如室內或室外、溫度、濕度、塵埃、沖擊震動、易燃易爆及腐蝕情況等;限制條件，如壓力脈動、沖擊、振動、噪聲等允許值等;經濟性要求，如投資規模與費用、運行能耗和維護保養費用等。然后提出不少于由20個液壓元件組成的實用型液壓系統設計任務，經過老師審核完善以后，學生根據設計要求和教學要求，在課程的學習過程中，利用課外時間進行自己的液壓站的設計計算工作，期末提交自己的設計成果，真正做到一人一題，邊學邊做，教學效果十分顯著。
四、結語
工程實踐能力養成教育工作室通過幾年的運行，已經形成了以學生管理為主，教師指導為輔，學生老帶新，企業化運作的相對完善工作機制，對于機械類專業學生的工程實踐能力培養起到重要的作用，學生走入工作崗位的職業素養和適應能力顯著提高。
作者：張忠純 單位：唐山學院
【參考文獻】
［1］鄭敏利，譚光宇，畢耕．以大工程意識指導工程訓練教學基地建設［J］．實驗室研究與探索，2003，22(6):4～7
［2］丁洪生，周郴知，楊志兵等．工程訓練實踐教學體系的改革與創新［J］．實驗技術與管理，2005，22(6):1～4
［3］曹中一，劉舜堯．工程訓練中實踐能力與創新精神的培養［J］．現代大學教育，2003，3:81～84
1．專業認知學習階段在第一學年第一學期開設的“機械專業導論”為所有機械專業本科生的必修課(32學時)。該課程保證有8學時的關于紡織機械的授課內容，重點介紹紡織機械行業的情況、紡織機械的分類、紡織機械的主要設備，使學生對紡織機械有初步的感性認識。
2．專業基礎課學習階段紡織機械門類繁多、性能各異，有紡紗機械、織造機械、化纖機械、針織機械、非織造機械、染整機械、服裝機械、紡織器材與儀器8大類，分別對應8個紡織機械子行業，僅紡織機械的主流機型就超過200種。這些門類繁多的紡織機械幾乎涵蓋了所有的機械結構、光機電控制系統及工程材料。因此，在通用機械類課程教學中，以紡織機械為載體，將紡織機械的案例融入到如“機械原理”“機械設計”“機械工程材料”“機械制造技術基礎”“微機原理及應用”“測試技術”“液壓氣動技術”等相關課程中，盡可能以紡織機械為案例進行授課。
3．專業課學習階段對于實行學分制的高校來說，學生有一定的選課自由，但由于專業課的學時有限，因此，紡織機械類選修課不宜開設太多，以免因選課人數太少而導致課程設置流產。我校(東華大學)機械工程學院機械工程及自動化專業設有4個專業方向:機械設計及理論、機械制造及其自動化、機械電子工程、幕墻工程與機械。在機械設計及理論專業方向開設3門紡織機械類課程:(1)“紡織機械概論”，64學時，基于大紡織范疇，涉及紡紗機械、織造機械、針織機械、化纖機械、染整機械、非織造機械等內容，使學生了解紡織機械的工作原理、基本構成。(2)“紡織機械設計(1)”，48學時，使學生掌握紡紗機械、織造機械、針織機械的共性關鍵機構及系統的設計原理和方法。(3)“紡織機械設計(2)”，48學時，使學生掌握化纖機械、染整機械、非織造機械的共性關鍵機構及系統的設計原理和方法。機械設計及理論專業方向的選修課設置如表1所示。要求學生至少選修12學分。選課組合方案如下:(1)偏“通用機械”的選課方案:紡織機械概論、現代設計方法、機械優化設計、機械動力學基礎、機械噪聲控制。(2)偏“紡織機械”的選課方案:紡織機械概論、現代設計方法、紡織機械設計(1)、紡織機械設計(2)。(3)“通用機械+經典紡織機械”的選課方案:紡織機械概論、現代設計方法、紡織機械設計(1)、機械優化設計、機械動力學基礎(或機械噪聲控制)。(4)“通用機械+新型紡織機械”的選課方案:紡織機械概論、現代設計方法、紡織機械設計(2)、機械優化設計、機械動力學基礎(或機械噪聲控制)。
4．實踐教學在機械類實驗教學、工程實踐教學、課程設計、畢業設計中，以紡織機械為載體，設計相關題目或課題;在專業實習(實驗)階段，確保有4個學時的參觀實習，要求撰寫參觀實習報告。
二、編寫適應新形勢的紡織機械類教材
(1)首次出版“十二五”省部級規劃教材《紡織機械概論》(陳革、楊建成主編，中國紡織出版社，2011年5月出版)。該教材基于“大紡織”的概念，介紹紡織機械的分類，分析紡紗機械、織造機械、針織機械、化纖機械、染整機械、非織造機械的基本工藝原理、核心技術、關鍵設備、產品分類等;還簡要介紹了國內外紡織機械制造業的現狀、光機電一體化技術在各類紡織機械上的應用情況及現代紡織機械設計的發展趨勢。
(2)出版“十二五”省部級規劃教材《織造機械》(陳革主編，中國紡織出版社)，獲2011年中國紡織服裝教育學會優秀教材獎、2012年中國紡織工業聯合會科技進步二等獎。
(3)出版“十二五”省部級規劃教材《紡紗機械》(毛立民、裴澤光主編，中國紡織出版社)。教材介紹了紡紗機械的分類、機構組成、工藝過程和工作原理，以及近年來紡紗機械的新裝備和新技術，特別是機電一體化技術在紡紗機械上的應用。
(4)正在編寫“十二五”部委級規劃教材《機械專業導論》。該書為面向紡織特色高校機械工程及自動化專業的概論性教材，其中包含紡織機械概論的相關內容。主要內容有:機械工程概述、機械工程中的力學、機械設計、機械制造基礎、機電一體化技術、新材料及其工程應用、紡織機械導論。
(5)正在編寫“十二五”部委級規劃教材《紡織機械設計》。教材從各類紡織機械中提煉出關鍵共性機構(裝置或系統)，強調對機構(裝置或系統)的綜合設計。主要內容有:梳理機構的設計、牽伸機構的設計、卷繞機構的設計、往復運動機構的設計、同步傳動機構的設計、烘干裝置的設計、紡絲成型裝置的設計、自調勻整系統的設計、針織成圈機構的設計、立體織物編織機構的設計。
三、編寫《機械類課程的紡織機械案例集》
《機械類課程的紡織機械案例集》擬收集各類紡織機械的典型機構(裝置或系統)案例，可用于“機械原理”“機械設計”“機械制造技術基礎”“液壓與氣動技術”“測試技術”“機電控制系統”“機械工程材料”等機械類課程的教材編寫、課件制作、授課舉例等，從而將紡織機械的案例融入到相關課程中。表2為機械類課程的知識點與紡織機械典型機構(裝置或系統)的對照表。
四、編寫《紡織機械課程設計(畢業設計)選題集》
從以往的畢業設計或課程設計題目中，精選出包括各類紡織機械典型機構、典型系統的題目，在此基礎上修改、擴展，設計新的課程設計或畢業設計題目;從所承擔的紡織機械類科研項目中，提煉出一些典型機構或共性技術，設計出適合本科生畢業設計或課程設計的選題，同時編寫《紡織機械課程設計(畢業設計)選題集》。
五、結語
文章結合近期對工業工程專業“長三角”與“珠三角”地區的調研結果，分析了工業工程專業存在的問題，論述了應用型工業工程人才培養模式、能力結構和課程體系，以期培養高素質、高質量的應用型工業工程專業人才。
【關鍵詞】
新建本科；應用型；工業工程；人才培養；模式
工業工程是對由人員、物資、設備、能源和信息等組成的集成系統進行設計、改善和設置的一門學科。我國是制造業大國，有數十萬具有一定規模的制造企業。要做強制造業，就需要大力推進工業工程研究與應用，培養一大批工業工程應用型人才。我國工業工程高等教育雖然只有十幾年的歷史，但發展迅速。從1992 年教育部批準西安交通大學和天津大學開辦工業工程專業以來，到現在已有180 多所高等院校設置了工業工程專業。工業工程專業應該如何建設、如何辦出特色、如何培養應用型人才，是我們面臨的問題。
一、工業工程專業調研概述
為了在辦學中突出自己的特色，構建技術本科應用型工業工程專業人才培養課程體系理論模型、設計新型課程體系框架結構、提出課程改革指導性意見、制定相關學科專業課程教學計劃與核心課程標準打下良好的基礎，2012年6月至2013年1月，我們開展了工業工程專業調研活動。調研整體上采取典型調研方法，主要選取思源學院往屆畢業并正在從事工業工程相關工作的學生以及“長三角”與“珠三角”地區設立工業工工程部門的企業為調研對象，采取問卷調研、實地考查、資料檢索、畢業學生座談和企業訪談等形式開展調研活動。共發放調研問卷53份，召集畢業生13人次召開座談會，實地考查企業3個，與相關企業有關負責人訪談4次，參考有關文獻4篇，從課程知識調研、專業技術能力調研、個人基本能力調研、職業能力培養調研等四個方面展開調研活動。依據調研結果和人才培養現狀，指出了人才培養中存在的問題，從培養模式、課程建設和能力培養等方面提出了工業工程專業教育的建議。
二、工業工程專業應用性人才需求與培養現狀
1、工業工程崗位及專業知識需求現狀
（1）企業重視程度不均衡。對相關企業的調研表明，企業對于工業工程重視程度有很大區別，臺資企業一般均設有“工業工程部（IE部）”或“生產與工業工程部（PIE部）”，如菱茂光電、技嘉科技、晟銘電子等企業，工業工程專項工作開展比較深入，開展項目基本符合我們一般高校的培養的目標；國內企業除個別比較大的外向型企業設立工業工程部門外，大部分企業沒有工業工程部門，這些企業雖然也進行了相關的工業工程活動，但是很不系統，其重視程度也很不夠。
（2）工業工程專業人才嚴重匱乏。通過對以上企業調研，大部分企業均表示需要工業工程人員，但是這些企業現有的工業工程技術人員大都來自基層作業人員（如晟銘電子）、機械電子技術人員轉崗和行政人事人員轉崗（如菱茂光電）等，來自工業工程科班出身的人員極少。這是由于1980年代初我國在引進推廣現代管理時，忽視了工業工程的開發和應用，我國的IE專業遲遲未能開設。近幾年來雖然全國有近百所高校開設了工業工程專業，但是畢業生大都轉行，真正從事這一行業的人才極少，這才形成今天工業工程人才嚴重匱乏的局面。
（3）工業工程崗位需要的專業知識及能力。一是專業知識需求情況。根據調研結果，對于統計學、項目管理、基礎工業工程、生產計劃與控制、質量管理與可靠性、運籌學、成本控制、工程經濟、人機工程、物流系統設施規劃、生產實習等需求比例較高。二是能力需求情況。根據調研結果，對于專業技術能力和人際交往能力最為欠缺。
專業技術能力需求情況。根據調研結果，對于項目管理能力、生產現場管理優化能力、基本辦公軟件掌握使用能力、資源管理能力、統計分析能力、專業軟件掌握使用能力等需求比例較高。
個人基本能力需求情況。 根據調研結果，對于工程推理和解決問題能力（發現問題和表述問題、建模、提出解決方案等）、良好的態度和思想（包括堅持、多智、靈活、責任心、積極地傳遞意見、創造性及批判性思維、終身學習和教育別人、時間和資源管理等）和系統思維能力（全方位思考問題，確定主次重點等）需求比例較高。
提高職業能力的方法。根據調研結果，提高職業能力的方法主要方法是：進行廣泛的社會實踐，積累社會經驗；到對口單位進行實習，提高實踐操作技能；加強實踐教學環節的學習，提高專業技能。
2、工業工程專業人才培養目標現狀
（1）重點院校工業工程專業人才培養目標。以清華大學為例：工業工程系招生的本科專業為工業工程專業，培養兼具工程技術與管理技能、具有國際視野與競爭力的復合型創新人才，致力于提高工業與服務系統效率，改善人們的工作與生活質量，推動國民經濟與社會發展進步。工業工程專業的畢業生具有扎實的數理理論基礎、良好的外語和計算機能力，掌握寬廣的工程、經濟管理、人文社科等方面的基本知識和技能，具有對復雜的生產和服務系統進行分析、規劃、設計、管理和運作的綜合專業能力。
（2）普通二本院校工業工程專業人才培養目標。以西安理工大學為例：本專業培養德、智、體全面發展，具有堅實自然科學和社會科學基礎理論知識，掌握管理科學與工程學科及機械電子類相關學科基本理論與技術，具備工程知識背景，熟悉系統科學、經濟學、管理學及行為科學等方面的理論與知識，能夠較為熟練地應用現代工業工程的基本理論與方法，對生產和服務系統進行分析、規劃、設計、評價、控制和創新活動，集專業技術知識和現代管理知識于一身的復合型高層次管理人才。畢業生能在生產和服務領域從事項目管理、生產與運作管理、質量管理、物流管理、采購管理、設備管理、現場管理等方面的實務性和研究性工作。
（3）三本院校工業工程專業人才培養目標。以西安思源學院為例，本專業培養掌握制造技術基礎、系統工程和管理科學理論和方法，能夠運用工業工程知識對各類項目或企事業的生產、服務、管理子系統進行評價、改善和優化的高等技術應用型人才。
（4）改進方向。通過對以上專業培養目標的分析不難發現，重點院校工業工程專業除了強調工程技術與管理技能以外，更強調具有國際視野與競爭力的復合型創新人才培養，強調具有對復雜的生產和服務系統進行分析、規劃、設計、管理和運作的綜合專業能力。普通二本院校工業工程專業除了強調工程技術與管理技能以外，更強調大學基礎知識背景和集專業技術知識和現代管理知識于一身的復合型高層次管理人才的培養。
針對思源學院作為新建民辦本科學院面臨的實際生源問題和軟硬件條件現實，學校工業工程專業培養方案改進方向是：更加強調學生實踐教學環節，理論和實際的緊密聯系，提高學生動手實踐能力、改善創新意識等。
三、工業工程專業發展中存在的問題
1、工業工程專業名稱的困局
“工業工程”這一專業名稱是教育部高校專業目錄規定的規范名稱，這是根據工業工程的研究對象、研究方法和研究目的所決定的，它不是研究某一獨立的工業領域，如“機械電子工程”、“化學工程”、“土木工程”等，而是研究包含以上某種或某幾種工程領域的人員、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統的設計、設置和改善的一門學科，它是一門超越所有一般獨立工程領域的“工業的工程”，所以“工業工程”的名稱的命名是科學的，也是從事這一行業的規范的名稱。但是這一名稱在國內企業和社會中認知度不夠，造成了工業工程專業名稱的困局。其實這個問題也同樣出現在工業工程專業的起源地美國，以及我國的臺灣香港等地，但是美國大部分院校和企業對這一專業名稱改為了“工業與系統工程（I&SE）”，臺灣、香港等地也做了一定的軟性處理，如稱為“工業工程與管理”、“工業工程與物流管理”等，我們內地也不妨做一軟化處理，估計會使這一專業具有更高的認知度。
2、專業理論教學和企業實踐的脫節
工業工程是一門實踐性很強的專業，需要大量的企業實際案例，但是現有的工業工程專業教師大都缺乏企業實踐經驗，導致教學中出現“閉門造車出門不合轍”的現象。造成這一問題的原因很多，但是主要的原因是教師沒有機會走出校園，或者是沒有一種激勵機制鼓勵教師參加企業實踐活動。
四、應用型工業工程人才培養模式構建
1、一個基礎，多個方向的“2+1+1”人才培養模式
（1）堅持培養高等技術應用型人才的基礎。應該根據我院工業工程生源和師資的定位，培養掌握制造技術基礎、系統工程和管理科學理論和方法，能夠運用工業工程知識對各類項目或企事業的生產、服務、管理子系統進行評價、改善和優化的高等技術應用型人才。
（2）嘗試多角度分方向的“2+1+1”人才培養模式。可試行“2+1+1”人才培養模式。“2+1+1”培養模式，是工業工程專業的學生第一、二學年學習公共課、專業基礎課，有了一定的專業基礎知識后，第三學年開展企業生產實習和實踐訓練，并進行專業核心課程學習，在具備對企業的比較深入的了解和較系統的專業知識和素質后，第四學年根據學生自身條件和職業定向，分職業方向的學習、實踐和畢業設計的培養模式。
采用這一模式可以徹底改變工業工程人才培養模式與社會對工業工程人才需求脫節和高校專業教學與實際工作脫節的現狀，增強學生就業的針對性，形成全新的工業工程人才培養模式，實現學生、企業和社會的三贏。特別是對于學生可以在實際工作發現自己在專業知識上的不足和今后的職業定位。
工業工程專業有以下八個職業定向可供學生選擇：IE工程師（綜合職業）；制造工程師；質量工程師；生產管理工程師；系統分析師；操作分析師；企業資源規劃師；項目管理師。
要想順利實施工業工程人才“2+1+1”培養模式，就必須解決好以下四個關鍵問題：
一是建立與相關企業的合作關系。擁有穩定的實習基地是實施“2+1+1”培養模式的必備條件。我們通過對企業的調研，了解許多企業尤其是加工制造型企業還是很歡迎在校大學生來公司長期、穩定的工作。此外，通過與企業簽訂共建實習基地的協議，形成一批比較穩定的實習基地，這也是可以利用的資源。
二是解決教學計劃的教學課程和實踐教學環節的時間安排問題。由于教學計劃是按照四個學年安排的，學生到企業工作勢必會影響到正常的課堂教學和獲得學分的問題。對此可以通過以下方式解決：第三學年以后多數都是專業課程，這些課程可以采用考查形式，由授課教師布置題目，學生帶著題目到企業實際工作中去研究，最后完成的成果以課程設計、課程論文或者策劃方案的形式提交，也可進行必要的課程成果答辯。
三是做好與學校相關職能部門的溝通和協調問題。以上規劃必須取得學校相關職能部門的許可，因此務必做好與職能部門的溝通和協調工作。尤其是教學計劃安排發生變更后，必須要與教務處做好銜接工作，確保教學工作的順利開展和運行。
四是教師的能力和素質問題。首先是第三年學年企業生產實習和實踐訓練環節中教師的培訓，可安排教師與學生一起頂崗，提高教師的職業能力和素養，其次是第四學年分職業方向的學習、實踐和畢業設計的教師的培養，教師應該具備某一個或多個職業的中級以上的職業資格。
2、工業工程專業能力結構的三位一體設計
（1） 能力結構的總體設計。總體結構方案如圖1所示。
①專業基礎模塊：由三個核心基礎構成，即系統科學與信息技術基礎、制造工程技術基礎和管理與經濟學科基礎。系統科學與信息技術基礎：由高等數學、管理數學、系統工程與運籌學、計算機應用基礎、Access數據庫應用組成。制造工程技術基礎：由大學物理、機械制圖、電工與電子技術、機械制造基礎、機械設計基礎和現代制造系統組成。管理與經濟學科基礎：由企業管理概論、工業工程概論、成本管理、工程經濟、管理經濟學組成。②專業核心能力模塊：由三個核心能力和外延能力四部分組成。核心能力一：工作改善能力， 課程群的構成如：核心課程： 基礎工業工程；輔助課程： 人機工程、現場管理。核心能力二：生產控制能力， 課程群的構成如：核心課程：生產運作與管理；輔助課程： ERP原理及應用、生產物流系統建模與仿真。核心能力三： 設施規劃能力，課程群的構成如：核心課程： 設施規劃與設計。課程群的構成如：輔助課程： 生產物流系統模擬與仿真、物流管理；外延能力：服務與其他管理能力，課程群主要有項目管理、人力資源管理、市場營銷、戰略管理、管理信息系統等。
（2）實驗體系的設計。①核心能力一。核心實驗：工藝程序分析、秒表時間研究、雙手操作分析、模特法應用；輔助實驗：環境噪聲測量、注意分配實驗、學習曲線實驗、動作穩定性測定、疲勞度與疲勞測定。②核心能力二。核心實驗：生產制造管理（ERP軟件）；輔助實驗：ERP沙盤模擬。③核心能力三。核心實驗：生產物流仿真（Witness）；輔助實驗：企業物流模擬（實操）。
（3）課程設計的設計。①專業基礎模塊。機械設計基礎課程設計：2周+課外2周（主要結合金工實習）。②專業核心能力模塊。核心能力一：人機工程課程設計：2周+課外2周（主要結合工業工程改善創意競賽）；核心能力二：生產組織課程設計：2周+課外4周（主要結合生產實習與社會實踐）；核心能力三：設施規劃課程設計：2周+課外2周（主要結合企業調研活動）。
（4）工業工程專業理論教學、實驗教學、課程設計三位一體的實現。為培養學生熟練掌握工業工程的基本技能，通過課堂教學使學生掌握基本理論知識，在實驗室中開展相關實驗使學生掌握解決問題的基本方法和手段，再到企業生產實際中開展相關課題研究，使學生熟練掌握工業工程的基本技能，完成從理論教學、實驗室虛擬實驗，再到企業生產實際的過渡，以強化學生實際動手能力的培養，完成從了解到熟悉再到熟練掌握的過程，保證學生在能力培養方面得到連續、漸進的訓練。
在開展相關教學的過程中，學生需要花費較多時間，如何保證學生有充足的時間開展各項活動，是我們要考慮的主要問題。以下是開展實踐教學過程的幾種模式。
第一，利用開放實驗室開展實驗活動。收集企業相關數據資料后，可利用學校的開放實驗室開展課題研究，如生產系統模擬與仿真、ERP、人機工程等可采用這種方式。
第二，利用課余時間開展實踐活動。利用學生課余時間，采用離散方式進入企業開展關活動。這種方式適用于與學校有長期、良好合作關系，且距離學校又比較近的企業。基礎工業工程、現場管理的生產現場實驗部分以及工業工程改善創意競賽即可采用這種方式。
第三，利用寒暑假時間開展企業實踐活動。寒暑假時間相對較長，學生可利用這一段時間到企業現場開展各種工業工程研究。如基礎工業工程、生產運作與管理課程，在完成實驗室實驗、課程設計后，對工作改善和生產控制的技能有了較好掌握，再到企業去開展相關工作，為企業解決相關問題，深受企業歡迎。
3、課程學習的建議
（1）管理與工程知識要專精廣博。學生在學校學習期間，應把握每一個機會，加強充實自己的學識，無論在傳統工業工程技術，如時間研究、動作研究、工廠布置等要精通，對現代工業工程技術如運籌學、線性規劃、數理統計分析等更要努力鉆研，做到專而精的程度。更由于將來的工作可能涉及機電、化工、機械、土木、計算機等范圍，所以對這些知識也要有相當的了解。因為不廣又不精，在尋找對策、解決問題時就會感到不得心應手。另外除了工業工程技術及各項工程知識外，對于最新的管理新知更要有所認識涉獵，尤其財務與成本會計方面更是不可忽視都要了解。工業工程人員在任何機構或工廠服務，是要解決整體性問題的，如果只求生產制造過程的合理化，而一般行政管理、銷售管理、信息網絡不能合理化，即使再勤奮也是枉然。
工業工程人員有了以上認知，也可促使上司、老板改變觀念及接受建議，配合達成目標。工業工程的接觸面很廣，是一門既困難又吃力不討好的工作，我們認為工業工程人員離開學校后，不但要全心全力做好本身的工作外，對工程及管理未來的趨勢特別要隨時留意探討，因為未來的企業競爭是現實的、激烈的、是瞬息萬變的，也是適者生存，不適者淘汰的，所以光以在校所學已不足以應付現代企業的要求。
（2）加強人際關系的培養。工業工程人員想要達成任務目標，除了專精廣博，需要創新力以外，對于人際關系要注意培養，應該具有高超的說服力。良好的人際關系是積極向上的，而不是一味討好。工業工程人員是為達到整體最高利益來替大家服務，是為了健全企業體質，為了長遠利益，求得真正之整體性效果。依我們的經驗，不論從事國有民營企業、政府行政工作或個人事業，一定要得民心，才能成功。因為今天你不能爭取、獲得你的上司、老板的信賴，縱然具有天大的本領，也只落得懷才不遇罷了。所以心理學、行為科學也是必要開設的課程。
（3）培養整體系統的理念。現代企業日趨龐大復雜，工業工程人員必須突破過去的觀念，而經常以整體系統的理念，才能徹底解決問題。由于每一個整體系統是由許多子系統所構成，子系統彼此之間有密不可分的關系，子系統的最佳對策，對整體系統并不一定是最有利的，正所謂“只見樹木不見森林”。以前大家常強調要“把事情作對（do the things right） ”，今后我們應該特別強調“做對的事情（do the right things） ”。整體系統的觀念是一個簡單而重要的概念，例如一個涉及好幾個單位、好幾方面專業人員知識的整體性問題，就必須由工業工程人員幕僚群來參與，以整體系統的觀念來尋求一個最佳的決策，去折沖、協調、擬定各方均可接受的方案，必然更為落實可行。
（4） 追求永無止境的合理化。企業要萬年長青，需要不斷成長發展，從根本改善體制著手，而工業工程人員的工作目標是堅持原則、追根究底，追求永無止境的合理化，也就是秉持“沒有最好，只有更好”的理念，因為今天所做的合理化，隨著法律規定、政治因素、經濟形勢、社會環境、科技發展的變化，到了明天、后天也許就變成不太合理，甚至完全不合理了，而企業體制的好壞跟合理化的程度有密切的關系，這點工業工程人員應有深切的認識。
【參考文獻】
[1]周梓榮，龔存宇.工業工程專業應用型人才培養體系探討[J].湖南工程學院學報，2005（3）.
關鍵詞：機器人教學；實踐改革；創新工程
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0133-02
一、傳統機器人實踐教育的現狀及存在的問題
1.教學內容跟不上機器人的發展速度。隨工業4.0的提出和應用，各國在機器人研發和制造方面投入了大量的精力和物力，機器人產業發展非常迅速，而我們的教學大綱大多數幾年都沒有什么變化，遠遠落后于機器人技術的發展。同時教師在授課時基本按照教學大綱執行，對教學內容的更新不多。課程設置的大多還是一些傳統基礎內容，可能有部分內容已經不再使用，而不能把機器人學科前沿進展和最新成果傳授給學生。
2.教學環節設置上存在不合理。機器人教育在教學環節上存在不合理，大多數高校在機器人教育方面以理論課為主，實踐教學環節不足，教師偏重于對理論課的講解，缺乏實踐動手環節。而實踐環節是培養學生工程實踐能力和創新意識的最佳方法，是鍛煉學生運用所學的知識分析和解決實際問題等必不可少的重要環節。
3.教育C器人產品缺少規范。目前，市場上生產和出售教育機器人的廠家很多，并且大多都是小企業，沒有統一的標準和規范，所以自成體系，互不兼容，系統開放度低，基本上不可能進行二次開發，對學生的學習用處不大。
二、機器人創新實踐平臺的培養目標
1.熟練掌握基礎知識和靈活應用能力。學生通過機器人創新工程實踐，可以深度掌握機械設計和制造技術、電路技術、電子技術、單片機技術、自動控制原理技術等知識以及基本實用電路設計，將所學理論知識靈活應用于機器人創新工程實踐。
2.專業知識的綜合應用能力。機器人是典型的機電一體化產品，機電一體化產品是機械技術和電子技術有機組合所構成的整體，所以，在機器人創新工程實踐中，需要學生按機器人設計功能要求構建相應的機器人機械系統和控制系統，需要學生將所學習的機械原理、機械設計、機械制造技術、電路、數電模電、傳感器技術、自動控制原理、單片機、計算機控制技術、機電一體化技術等學科知識進行融合，因此需要培養學生綜合應用多門專業知識的能力。
3.培養學生的團隊協作精神。機器人技術是一門跨專業、高度綜合的新興學科，其本身的綜合性非常強，涉及的學科也很多，如電路技術、數電模電技術、單片機技術、傳感器技術、自動控制原理技術、機械制造設計和機電一體化技術等多門學科。在機器人實踐教學和設計的過程中，由于受到學生的知識層次和動手能力等方面的限制，所以需要多名同學組成學習小組，發揮團隊協作精神、相互配合，才能設計制造出高質量的機器人。小組成員既要分工又要合作，形成良好的團隊，這就是未來社會需要的合作模式。所以說機器人實踐教學可以培養學生的團隊協作精神。
4.分析問題、解決問題和獨立思考能力。機器人創新工程實踐過程要求學生團隊或小組獨立完成從車體機械結構設計、控制器設計、傳感器應用與檢測信息分析和處理、電源管理、控制軟件設計與編寫、系統安裝與調試到最終構建一個完整的機電一體化系統，學生在整個過程中，機器人學習小組需要查閱相關資料、傳感器選擇與布置、程序編制和調試以及方案論證都要在獨立思考狀態下進行，通過小組討論分析問題，最終找到解決問題的方法。
三、機器人創新實踐平臺的構建
（一）實踐平臺硬件建設。我校在工程訓練中心構建了大學生實踐創新能力的培養平臺：機器人創新基地。它是一個培養學生工程實踐能力和創新意識的實踐基地。該基地以開放性實驗室的方式進行管理，是為學生和老師提供不同層次、不同專業的創新活動和科研活動的平臺。該平臺分為三部分：
1.以機械結構創新為主體的機械設計制造平臺，該平臺重點為機械類學生提供工程實踐教學條件，使學生能從低年級就開始參與較簡單的機器人創新實踐活動，并培養學生的工程實踐能力、機械設計制造能力和創新意識。
2.以電子創新設計為主體的電子設計制作平臺，主要為電子、控制和機械電子類專業的學生提供實踐教學條件。該平臺以低年級的電子設計制作實踐為基礎，通過設計制作各種簡單控制電路、控制系統提高學生的電子設計制作實踐能力，隨著實踐的深入開展和學生能力的提高，實踐內容可以加深，學生可以進行更高層次的設計和制作。
3.以機電系統設計制作為主體的機器人設計平臺，該平臺是由以前兩個平臺為基礎進行綜合運用的平臺。該平臺是一個團隊協作的平臺，要求進入的學生必須通過上面兩個平臺之一的實踐學習且具有一定的基礎之后，才可以根據機器人的功能和設計要求組合設計團隊，由團隊完成機器人的設計、制作全部過程。
（二）實踐平臺“軟件”建設
受傳統教學理念和教學模式的影響，大部分高校偏重理論教學而忽視實踐教學。我校在加強機器人創新實踐教學硬件平臺建設的同時，也加強“軟件”建設。我校認真對待實踐指導教師這支隊伍的建設和發展，已建立了一支實踐技術高、教學能力強、具有創新意識、符合實踐教學環節要求和符合學校科學發展的高素質實踐教師隊伍。其中，機器人創新實踐平臺指導教師團隊建設時，充分考慮機器人技術綜合了多學科知識，因此需要一個相對穩定的、多學科互補的教師團隊，以利于更好地培養學生的動手能力、創新意識及競賽能力；同時建立學生團隊與梯隊，擴大了學生競賽的參與面，提高學生參與競賽的熱情，并為學校選拔優秀學生組隊參加國家級、省級競賽提供參考。
四、機器人創新工程實踐教學改革與探索
1.突出以大賽為載體的教學模式。創新實踐教學模式的關鍵是必須找準切實可行的載體，機器人創新工程實踐教學以機器人大賽為載體。通過大賽，強化教學質量，激發學生的主觀能動性和創新意識，在準備期間，學生應學習相關知識，踴躍進行訓練并形成自我學習的良好習慣，使得學習和教學效果大大增強，不僅工程能力得到提高，也使得專業知識在訓練中得到鞏固和升華，競賽還有利于培養學生的團隊合作精神、安全意識、環保意識和成本節約意識，提升學生的操作技能和綜合素質。
2.注重新教育，將大賽獲獎作品推廣至課堂教學。一段時間的機器人創新工程實踐教學產生了大量較高水平的學生大賽獲獎作品，這些作品對于低年級的學生非常有說服力，可以激發學生的學習興趣、自信心和主動性。實踐教學可以以這些作品為內容和對象，由任課教師進行講解，重點講解其運用的原理和解決問題的思路、方法，以及運用哪些基本理論知識的綜合，并針對某個作品發表各自的意見或者提出改進的建議，有成熟的想法和能力的同學可進行重新設計。
3.校企合作，優勢互補，增加課堂教學工程案例。機器人技術已經廣泛應用于周邊生產制造企業，把一些典型的機器人技術工程案例引入課程教學，由工程師進行講解，包括項目背景、設計要求、技術路線、詳細方案、現場調試過程、驗收標準以及整個項目的管理辦法。通過工程案例的講解，學生有了全面的了解和熟悉，對于增強工程意識和實踐能力非常有益。同時，加強校企合作關系，從企業選聘實踐經驗豐富的技術人員兼職學校指導教師，把他們所掌握的知識及最新技術傳授給學生；引入和利用企業實踐基地，讓企業為學校提供校外實習基地，并由企業的技術骨干擔任實習指導教師，拓展和更新實踐環節的內容和要求，提高實踐的真實性和工程性，讓學生感受“真刀真槍”的訓練，從而形成和構建優良的工程實踐環境。
五、成果與總結
近年來，我校學生參加中國機器人大賽暨RoboCup（中國賽區）公開賽等機器人大賽共獲得國家級和省級的亞軍和季軍獎杯7座、獎勵證書82張。說明我校在機器人創新工程實踐教學方面的教學改革取得了良好的教學效果。
參考文獻：
[1]畢津滔.高校機器人教學改革新思路之探索[J].信息通信，2013，（3）：266-267.
[2]戰強.機器人教學改革的探索與實踐[J].現代教育技術，2010，20（3）：144-146：139.
Robot Innovation Engineering Practice Teaching Reform and Exploration
ZHANG Yi1，WANG Bang-fu1，WANG Si-ming2
（1.Suzhou University of Science and Technology，Suzhou，Jiangsu 215009，China；
2.Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou，Gansu 730070，China）
