时间：2023-06-02 11:33:57
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械电子工程培养方案，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
作者简介：罗亚辉（1981-），女，湖南华容人，湖南农业大学工学院，讲师；康江（1969-），男，湖南长沙人，湖南农业大学工学院，副教授。（湖南 长沙 410128）
基金项目：本文系湖南农业大学教学改革项目“机械电子工程专业实验教学体系的研究与实践”的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0145-02
机械电子工程是一门综合性学科，集机械设计制造技术与电子技术为一体，其学科具有知识点丰富、涵盖内容广与适用范围宽等特点。近年来，随着电子信息与自动控制技术的快速发展，机电系统正逐步向智能化与自动化方向转化。目前在各行业中没有渗透电子与自动控制技术的纯机械领域越来越少，因此，社会急需全面掌握机、电和控制的复合型人才。[1-3]
湖南农业大学机械电子工程专业是根据当前国内外机电产品生产及发展趋势而设置的，以培养具有实践能力和创新精神，能应用机械、液压传动、电子、控制和传感技术，从事国民经济各部门所必须的机电设备及其自动化的设计制造、应用研究与科技开发等工作的复合型高级专门人才为目标。因此，要求所培养的学生既要有扎实的基础理论知识，又必须有较强的动手能力和创新思维。实验室是培养学生理论联系实际、建立创新意识、提高工程实验能力的重要实践基地，在教学计划中占有相当大的比重，但湖南农业大学机械电子工程专业是在多年探索机械设计制造及其自动化专业改造并取得经验的基础上创办的，其实验课程的设置与实践能力的培养均侧重于机械部分，因此有必要开展湖南农业大学机械电子工程专业的实验教学改革研究。
一、机械电子工程专业实验教学现状分析
湖南农业大学机械电子工程专业于2010年开始招生，专业课程设置参考了国内多所高校的经验，在现有师资力量与教学硬件条件下，力争做到最好，但就实验教学环节而言存在以下问题。
1.专业内容广而不精
由于机械电子工程专业涵盖机械与电子，因此在课程设置时力争兼顾到机械与电子两方面的内容，包括“理论力学”、“材料力学”、“机械制造基础”、“机械制图及计算机绘图”、“机械设计基础”、“电路分析”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”、“控制工程基础”、“液压及气动”、“传感器与检测技术”、“电机及电力拖动基础”、“单片机原理及接口技术”、“工厂电气控制技术”、“可编程控制技术”、“信号与系统”、“机电一体化系统”、“数控技术及其应用”等近20门专业课，学生普遍反映课程科目太多，对应课程所开设实验学时偏少，难以深入学习，故每门课掌握得都不够精通。
2.电类实验设备不足
湖南农业大学机械电子工程是在多年的机械设计制造及其自动化专业基础上创办的，相比而言，机械类实验设备较完善，而电类实验的开设，虽可以在湖南农业大学部省共建电气技术实验室进行，但当时所建的电气技术实验室主要为满足机械设计制造及其自动化专业及其他工科专业的电类基础实验开设，因此如“电路分析”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等基础课程的实验，均能满足要求，而专业课程如“信号与系统”、“机电一体化系统”等却缺少对应的实验设备。
3.综合设计性实验设置不够
在实验教学方法上，由于课时少而时间紧等问题的存在，尽管实验室的多数仪器均能满足设计性与综合性实验要求，但目前各门课程所开设的实验多以验证性或演示性实验为主，以保证学生能在课堂上按时完成实验内容。如“电路分析”、“模拟电子技术”、“传感器与检测技术”等课程均采用模块化实验仪器，学生实验时只需简单的连接电源线与信号线进行观察或数据记录即可，严重局限了学生的思维，部分课程的实验甚至达不到教学大纲要求。因此，在教学过程中，难以调动学生的积极性与学习兴趣，发挥其主观能动性与创造性，教学效果有所欠缺，对应用型与创新型人才培养目标的体现不够深入。
二、深化实验教学改革，培养学生实践能力与创新思维
1.修改培养方案，面向市场培养应用型人才
机械电子工程专业的培养目标是要求本专业的学生不仅具有扎实的理论知识，还必须通过实验真正掌握所学理论知识，从而具备较强的动手实践能力，因此，重视实验和实践教学是培养方案修改所必须思考的问题。机械电子工程专业涵盖机械与电子，要在宽口径的同时有所精通，培养方案修改时便不能盲目的减少理论课程或平均分配实验学时，而是应该按照市场人才培养需求进行。
（1）合并相关性较强的课程实验，单独设立实验课。机械电子工程专业的课程内容较多，应用性强，如“电路分析”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”等课程均开设有一定学时的实验课，从10学时到14学时不等，以帮助学生理论联系实际，更好地掌握理论知识，提升动手能力。分别开设实验课能方便各任课教师自主实施课程教学，但容易出现各课程实验内容过于基础，综合性不够的问题。由于这三门课程都是电类专业基础课，联系紧密，相关性强，因此可以考虑将三门课程的实验合并为一门“电工电子技术实验”，学时设为34学时，课程开设时可以从电类基础实验开始，后期完成应用性、设计性较强的两个综合性实验，使学生能更好地掌握相关内容，增强动手实践能力。
（2）按教学计划要求和培养目标对某些课程的理论与实验课时进行增减调整。如“单片机原理及接口技术”课程，10个学时的实验课远远不能满足学生的学习要求，可适当考虑减少部分理论学时，增加实验学时至16学时或更多，使学生通过实验对单片机的基础理论有较深的理解，能初步设计基本的单片机控制软硬件；同时增设单片机课程设计，用1～2周的时间进行自主设计，使学生利用所学理论知识解决实际问题的能力得到加强，从而深入培养学生的应用动手能力。
2.多方位改进实验条件
由于电类教学设备老化、部分专业课程实验设备不足等问题的存在，导致学生在实验课上动手操作机会减少，甚至某些课程未曾开设对应的实验。针对此类情况，机械电子工程专业应考虑从以下几方面改善实验条件：
（1）加大资金投入，建立“机电一体化技术”、“信号与系统”等课程对应的专业实验室。
（2）将部分设计性实验与教师科研结合，如教师研究的信号放大电路、滤波电路等可以用于“模拟电子技术基础”实验教学，而涉及到的信号检测部分或控制单元则可以用于“传感器与检测技术”、“单片机原理及接口技术”课程的设计性实验教学，以科研促教学，提高学生的动手能力与参与科学研究的能力。
（3）建立开放式的创新实验室，一方面实验室的开放不局限于课堂教学，由此提供给学生更多的动手操作机会，提升学生学习的主观能动性与自主学习能力；另一方面依托开放式的创新实验室，组织学生更多的参加各类创新活动，如机械创新大赛、电子设计竞赛及机器人大赛等，通过学生的自主开发设计，培养学生的实践能力与创新思维。
3.优化实验教学内容
针对目前各课程实验多以验证性或演示性实验为主，缺乏综合设计性实验的问题，除了改进实验条件外，还可以从各任课教师优化实验教学内容方面着手。如“单片机原理及接口技术”课程，实践性强，内容综合难度大，为便于组织，多是在实验箱上进行相关验证性实验，此类教学方式难以提高学生的学习主动性与积极性，教学效果不佳。因此，教师可从教学方式和教学手段方面进行优化，采用“任务驱动”教学法，[4]精心设计实验教学内容，使学生不仅对单片机硬件电路设计具备直观认识，也可自主尝试设计基于汇编语言或C语言的单片机软件，以提升学生自主学习的积极性，更好地掌握该门课程的内容。再如“传感器与检测技术”课程，是一门应用性极强的课程，不仅包括传感器获取信号部分，[5，6]还包括信号的变换、处理、显示等电路分析，目前所采用的实验仪器为“传感器系统实验仪”，集成了应变片、电容传感器、电感传感器、压电传感器、热电偶、霍尔传感器、光电传感器等十多种传感器及对应的处理电路，具备集成度高、应用简便等特点，能方便学生在课时范围内完成实验，其缺点是模块化的设计限制了学生的创造性思维，只能验证性完成各传感器的标定，学生兴趣不够。因此，教师可对实验教学内容进行设计，由易到难进行实验教学，基础实验在实验仪上完成后，结合电子技术、传感器技术、单片机技术的内容，引导学生自主开发，进行红外发射接收或光敏电阻应用等设计性实验，使其对传感器及应用方面的内容有更深的理解，培养其创新思维与开发设计能力，更好地将课本知识用于实践。
三、结语
湖南农业大学机械电子工程专业开设时间不长，不管是专业培养方案还是教学方式、教学手段都需要通过长期不断的探索研究并完善，笔者结合专业实际情况与学生反馈信息，对专业的实验现状进行了分析，并根据多年从教经验探讨了实验教学改革方法与思路，其中“传感器与检测技术”、“单片机原理与接口技术”等课程的实验教学内容优化研究，已应用于课堂教学。结果表明，学生学习兴趣得到提高，实践动手能力明显增强。2013年湖南农业大学组队参加了“第十二届亚太大学生机器人大赛国内选拔赛”，成功进入前八强，荣获一等奖，相较于往届有了重大突破，长达一年的研制过程中，浓厚的兴趣、坚实的基础与较强的动手能力缺一不可，体现了一系列的教学改革探索已初具成效。但是教学改革是一个长期的、不断循环往复的动态过程，在以后的教学过程中，还需要不断的探索，为更好地培养具有实践能力和创新思维的复合型人才而努力。
参考文献：
[1]王殿君，焦向东，王伟，等.新版机械电子工程专业培养方案的研究与实践[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2010，33（1）：39-42.
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[3]黄民，朱春梅，祁志生，等.机械电子工程专业方向系列课程建设与教学改革[J].中国电力教育，2011，（3）：182-184.
[4]李旭，蔡培中，康江.“任务驱动”教学法在单片机课程教学中的研究与实践[J].农业工程，2012，2（12）：57-60.
2016年6月2日，中国正式成为《华盛顿协议》成员国，这将对中国工程教育质量的提高发挥极大的督促作用，促进中国按照国际标准培养工程师，提高工程技术人才的培养质量[1]。国际上广泛应用的CDIO工程教育模式是在2004年由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学联合研究提出的[2]。它主要由构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)四部分组成，目的是通过产品研发到产品运行整个过程的锻炼培养学生理论联系实际的能力[3]。按照CDIO的培养模式，工程毕业生的能力被分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层次，并通过12条标准来衡量学生的培养质量，这与中国工程教育专业认证的12条标准有异曲同工之处。
我校机械电子工程专业目前虽然已经制定了较合理的专业培养目标和培养方案，培养了结构合理的师资队伍，形成了较好的理论和实践教学模式，但是与CDIO工程教育标准的要求相比，在培养方案、教学体系、教师队伍建设及教学效果评价机制等方面，仍然存在一定的差距。现有机电专业课程体系存在专业特色不明显、不同课程之间存在重复或相互冲突的地方等缺点，因此要依据CDIO工程教育理念，借助校企合作平台，全面地进行机电专业人才培养模式的探讨，建立符合CDIO工程教育标准的机械电子工程专业实践教学体系。
1.我校机械电子工程专业课程体系情况
目前的专业培养方案里包括的核心课程为：机械制图、理论力学、材料力学、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、单片机原理及应用、自动控制原理、机电传动控制、传感技术、机械原理、机械设计、机械工程测试技术、机电一体化系统设计、互换性、工程材料等;主要实践环节为：社会实践调查、金工实习、电子电路实训、工程制图实践、创新实践、生产实习、毕业实习、毕业设计(论文)、PLC与组态技术综合实验、测试技术与传感器综合实验、单片机综合实验、自动化生产线认知实践、机械设计基础课程设计和机电专业综合课程设计等。
2.CDIO模式下的机电专业教学体系
根据CDIO工程教育标准的要求和我校办学特色，为适应煤炭行业和地方经济对机电专业高级技术人才的需求，结合重实践、重创新的培养目标设计新的课程体系。广泛吸取企业专家建议，深入探讨和修订机电专业课程体系，强化实践环节，构建国际化的课程体系和教学模式，从而保证面向工程的课程体系能够培养学生的实践能力与创新思维。依据CDIO工程教育理念，选择典型的工程实践项目，采取“做中学”的方式，通过在项目中反复训练锻炼学生自主学习的能力，这样不仅可以促进学生对基础知识的掌握，还可以提高学生解决工程实践问题的能力，从而使学生综合素质和能力能达到CDIO标准的要求，增强人才培养对企业的适应性[4]。近年来，主要通过以下措施进行教学体系的改革：
(1)基于CDIO的工程教育理念，构建了“一个核心、两个方向、四个阶段”的工程教学体系。
“一个核心”是以矿业领域的机电一体化系统设计、研发为主，覆盖了多学科交叉领域，主要涉及机械设计、机械传动、机械制造、机电传动控制、PLC、单片机、控制工程、机电一体化系统设计等多种技术;“两个方向”是指机械设计与制造、电气控制系统，选修课中增添“煤矿机电设备”、“工业控制网络与现场总线技术”等课程;“四个阶段”是指根据CDIO理念的构思、设计、实现、运行四阶段指导，学生要经历认知实习、基础课程实验、专业课程设计与综合实验及毕业设计、创新大赛等综合实训，才能更好地掌握本专业的工程应用技术。从第三学期开始，每学期均安排工程实践环节，按照核心知识点和要求来设定每个工程实践项目，在课程设计与毕业设计过程中企业参与。
(2)依托产学研合作背景，通过专业综合实训和企业顶岗实习等环节提高学生工程实践能力。
我校机械工程学院已经建立了电子创新设计实验室、慧鱼模型创新设计实验室、机电控制技术实验室、虚拟仪器综合实验室、动态测试技术实验室等实践创新平台，与淮南矿业集团、皖北煤电集团、淮南万泰电子股份有限公司、淮南润成科技股份有限公司、平安开诚智能安全装备有限责任公司、凯盛重工有限公司、淮南阶梯电子科技有限公司等开展了长期的产学研合作，从而可以保证给学生提供校内、外实践实习基地。通过单片机和PLC综合实验、课程设计、毕业设计、实训检验学生电工电路、单片机、PLC综合开发的能力，往往借助典型机电案例(如斜井跑车防护装置、皮带机集控系统、立井提升系统过卷过放保护系统等)，让学生经历“构思—设计—实现—运行”四阶段的完整实训。与此同时，让学生积极深入到到校企合作的实习基地中，在相关机电系统中顶岗锻炼，进一步提高学生的理论联系实践的能力，缩短学生个人能力与企业要求的差距。
(3)通过创新团队建设、学科竞赛和大学生科研项目培养学生工程实践创新能力。
为进一步拓展学生科技创新能力，借助学院设置的创新团队、学科竞赛活动、大学生科研项目的平台，在日常的教学管理中，融入紧密联系工程实际的大学生课外科技创新能力培养模式，鼓励学生积极参加“全国大学生机械创新大赛”、“全国大学生机器人大赛”、“全国大学生电子设计竞赛”、“全国大学生节能减排大赛”等各种赛事，鼓励学生撰写学术论文和申请专利。
3.结语
CDIO工程教育模式与中国工程教育专业认证的标准是高度统一的，只有坚持以CDIO工程教育模式为指导，依据校企合作背景，不断创新改革机电专业的课程教学模式，才能进一步提高学生的工程实践应用能力，为国家和企业培养出能在机电行业及相关领域从事机电一体化产品和系统的设计制造、研究开发、工程应用和运行管理工作的复合型工程技术人才，达到国际标准的要求。
[关键词] 机械电子； 软起动装置； 控制系统
1 机械电子式软起动装置技术发展及现状
同世界上发达国家相比，我国的机械电子式软起动装置产业综合指标比较差，比如生产效率低，铸件质量差，技术水平落后等。这些因素导致了我国的机械电子式软起动装置产业满足不了各行业的日益需求，现在许多企业还是严重依赖进口。随着改革开放的不断深入，市场经济的不断发展，我国的机械电子式软起动装置控制系统正面临着激烈的国际竞争，同时也面临着不容错过的发展机遇。随着中国国力的增强，中国成为新的世界制造工厂，大量的机械电子式软起动装置设备生产商移入大陆，必将对中国的机械电子式软起动装置控制系统产生巨大的冲击。只有加大资金和技术投入，注重高技术人才的培养，重视对老产品的更新换代和新产品的创新，我国才能赶超国外先进水平，制造出品质一流的机械电子式软起动装置控制系统。
现在软起动装置技术的发展主要有如下方面的表现：电子计算机的作用在机械电子式软起动装置生产过程中越来越被凸显；机械电子式软起动装置控制系统向大型化、智能化、节能化方向发展；高科技手段的应用使机械电子式软起动装置工艺快速变革；提升机械电子式软起动装置模具的品质等方面。随着虚拟样机技术和有限元技术在机械电子式软起动装置控制系统的进一步应用，机械电子式软起动装置控制系统的设计研发周期变短，成本降低，其可靠性和使用寿命不断提高，为机械电子式软起动装置控制系统的发展提供了可靠保证。而国内对这些新技术的应用还处于起始阶段，大多数企业还是利用传统设计方法，费时又费力。
虚拟样机技术作为 CAE 技术的一个重要分支，具有以下的特点：1）实现在整个系统层面上模拟设计产品的样貌、功用及其他方面的内容；2）可以实现虚拟设计验证及测试，减少在物理样机的试验次数；3）能够反复试验设计方案和修改虚拟样机模型，最终获得产品的最优化解决方案；4）涉及产品的整个生命周期，能够随着产品生命周期的演进，其自身也处于不断丰富和完善的过程；5）与传统设计方法相比，虚拟样机技术可以综合各领域协同工作，使得整体设计更为详细和周全，对提高产品质量有很重大的意义；6）有效地缩短产品研发周期，降低设计成本，促使产品快速更新换代，提升产品竞争力。
为了消除国产机械电子式软起动装置控制系统存在的诸多缺陷，以达到改善机械电子式软起动装置控制系统的可靠性和整体性能的目的，我们依靠计算机辅助工程技术来解决这些问题。利用虚拟样机技术和有限元技术，可以掌握机械电子式软起动装置控制系统的各部件运动情况，保证机械电子式软起动装置控制系统运行的平稳性；评价机械电子式软起动装置控制系统的静强度、动强度，验证机械电子式软起动装置控制系统的可靠性；了解机械电子式软起动装置控制系统的动态特性，掌握其固有属性，为减少振动和噪声提供依据；对机械电子式软起动装置控制系统的合模机构进行结构优化设计，提高机械电子式软起动装置控制系统的扩力系数，达到减少油耗、缩小合模油缸内径尺寸、降低液压泵的设计功率等目的。
2 高强机械电子式软起动装置其控制系统发展
20 世纪 60 年代以后，由于各种技术的发展和进步，自动化机械电子式软起动装置控制系统日益改进和完善。20世纪 90 年代，东芝机械开发出了基于计算机控制的自动化机械电子式软起动装置控制系统。随着近几十年来技术的进步和革新，又相继出现了真空机械电子式软起动装置设备、挤压机械电子式软起动装置设备、半固态机械电子式软起动装置设备等先进的机械电子式软起动装置控制系统械。随着机械电子式软起动装置工艺技术的多样化发展，机械电子式软起动装置控制系统产品也逐步多样化以适应市场的需求。随着机械电子式软起动装置技术理论的逐渐提高，对机械电子式软起动装置过程的分析也逐步系统化、理论化，同时机械电子式软起动装置控制系统总体设计及可靠性水平也相应提高。目前，国外发达国家已经有能力生产大型、超大型的机械电子式软起动装置控制系统，压射系统采用实时控制，整机的具有很强的柔性且自动化水平很高。而且国外机械电子式软起动装置控制系统的总体结构设计先进，可靠性高，品种规格全，配套能力好，高新技术应用快速。这些都得益于 CAD/CAM/CAE 技术，特别是有限元技术和虚拟样机技术在机械电子式软起动装置工业的广泛应用。
目前，日本、德国、美国等国家的机械电子式软起动装置控制系统占据了全球大部分市场份额，其机械电子式软起动装置控制系统小巧、可靠、节能，这些都得益于虚拟样机技术。虚拟样机技术的应用大大提升了产品的核心竞争力，给制造商和企业创造了巨大的经济效益。随着全球经济一体化的进一步加深，我国脆弱的机械电子式软起动装置产业面临不小的挑战，我国要抓住机遇，迎难而上，赶超先进，实现机械电子式软起动装置产业的振兴。
我国虚拟样机技术发展还很落后，运用到实际中的还比较少。在机械电子式软起动装置控制系统概念设计的同时，进行静态、动态分析，随着设计图纸的一步完善，结构模型也进一步细化，使分析计算的结果更趋于准确。这样，在最终图纸完备后，就能使机械电子式软起动装置控制系统的强度、抗冲击性能、疲劳寿命指标得到控制，大大地减少了样件的制作和试验时间。国内机械电子式软起动装置控制系统企业必须尽快走向自主开发创新，通过机械电子式软起动装置控制系统企业与高校、科研院所的紧密结合、掌握先进设计、制造、测试技术，建立多层次的产品开发体系和高水平的机械电子式软起动装置控制系统共性技术研究、实验、开发平台。这不仅是世界机械电子式软起动装置控制系统技术先进国家的成功经验，也是我国机械电子式软起动装置控制系统工业走向自主创新开发的必由之路。
3 机械电子式软起动控制系统的设计
软起动装置系统机构是由多个构件组成的，相互连接的构件间存在着一定的约束关系。要模拟软起动装置机构真实的运动情况，就需要根据实际情况把各构件之间的约束抽象出来，并在构件间定义运动副，其次还要添加驱动或载荷使装置机构能够运动起来。从本质上讲，驱动也是一种约束，驱动是约束构件依照确定规律运动，而运动副相连的构件是相对静止不动的，系统基于运动副建立的约束方程的自由度个数等于 0，而基于驱动建立的约束方程的自由度个数等于驱动个数。对导入的模型构件进行编辑，添加运动副约束，驱动及载荷。使得机械电子式软起动控制系统的虚拟样机模型的运动和受力情况与实际情况相符。
3.1 控制系统硬件设计
根据带式输送机对工作环境及控制过程的要求，该系统选用高可靠性、高性能的可编程控制器为控制核心，对由现场检测到的参数进行分析处理，进而按用户的要求进行相应的控制；微型计算机作为上位机，通过与可编程控制器的通迅实现对现场参数的动态跟踪、动态分析与管理；传感器作为现场参数检测元件，实现对现场技术参数的采集；机械软启动装置为具体的实现机构。
3.2 控制系统软件设计
机械电子式软启动控制系统采用现代国际领先的控制技术，它以可靠性很强的可编程控制器为核心，以计算机为上位机，对整个系统进行控制。优化设计以数学、力学、计算机科学等为基础，是多学科相互作用的结果，具有相当的难度和复杂性。以最低的设计成本换取最好的结果是优化设计的目标，这就必须考虑这两个问题：（1）把工程实际问题理论化，从实际问题中提炼出数学模型。特别是设计变量、目标函数、约束条件的确定；（2）求得提炼数学模型的最优解，即最小值或最大值问题。这个要通过适当的算法来实现。随着 CAE 技术与优化设计的深入融合，CAE优化已逐步取代传统以手工计算的方式，极大提高了优化效率和精度。
1）参数化建模：利用 CAE 软件将产品设计模型参数化，即浮动的设计值来代替模型的具体参数，这样在可以寻求最优的设计参数。
2）求解：在参数化的模型上施加约束及载荷，选择求解器里合适的算法求解。
3）后处理：取出状态变量和目标函数并进行必要的数学处理，以供下一步利用。
4）优化参数评价：优化求解器判定目标函数是否达到理想值，如果达到理想值，就退出循环寻优的过程，否则，返回到开始并重新进行循环计算。
4 结束语
机械电子式软启动装置控制系统的开发从用户的需求出发，从不同的侧面反映用户对控制系统的要求。它不仅能很好的解决软启动问题，其投资小、维护简单的特点也赢得广大用的关注，所以必将达到越来越广泛的应用。
[参考文献]
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【关键词】CDIO 机电一体化 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）12-0063-02
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。国内外的经验都表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合高校工科教育教学过程各个环节的改革。山东理工大学是一所以理工为主的多科性省属重点大学，注重学生创新能力的培养，选定国际上公认的CDIO工程教育模式。于2009年初成为教育部CDIO工程教育模式研究与实践课题组试点工作组高校成员，是山东省唯一一所加入CDIO项目的高校。机械电子工程专业作为CDIO培养模式的试点专业，对09级、10级机械电子工程专业进行了改革。机电一体化课程作为机械电子工程专业的主干专业课，我们将CDIO工程教育理念运用到机电一体化课程的教学改革中，提高了学生的学习积极性，增强了学生自学和解决问题以及团队合作和沟通能力。
一、机电一体化课程现状分析
机电一体化是机械、电子、测控等多学科相互渗透、结合形成的一门综合性应用技术，已成为当今制造业技术发展的主流。与此同时，我国经济的快速发展对机电一体化人才的需求也不断增加、要求日益提高。“机电一体化”是机械电子工程专业专业的一门主干专业课，在培养学生机电一体化系统设计能力和创新能力中，占有十分重要的地位。本课程的任务是使学生以系统的观点理解和掌握机电一体化技术，包括机械、检测、控制、计算机等方面的基本理论、基本知识和基本技能，学会典型机电一体化系统的分析和设计方法，具备进行机电一体化系统设计的初步能力。近年来该课程的教学主要存在以下几个方面的问题：
1.课程内容陈旧
机电一体化技术是机械技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术、系统总体技术等多种技术的融合。该课程的教学未能充分反映机电一体化技术的新思想、新技术、新概念，授课内容比较陈旧，知识体系滞后。
2.理论与实践环节脱节
该课程具有理论性与实践性联系密切、工程实用性强的特点，但课堂教学主要以讲授理论知识为主，实验内容少且针对性不强，实验设备较少，学生接触实践机会少，缺乏动手能力的培养，更不能培养学生的创新意识。
3.教学方法单一
该课程的传统教学主要是以教师为中心的传授，学生被动接受式教学模式，难以激发学生的学习兴趣和积极性。
4.考试模式单一
考试作为检验学生掌握科学知识、培养能力、获取实际技能的一种手段，对实施素质教育，培养基础扎实、创新和实践能力强的应用型人才，具有特别重要的作用。仅靠卷面成绩的传统考试模式不能全面客观地反映学生应用所学知识解决实际问题的能力。
针对机电一体化课程教学过程中存在的以上问题，原有的教学方法、教学实践、考核方法等已不能适应“宽口径、重实践、应用型”的现代工程教育发展潮流。因此我们对该课程教学进行了改革。
二、基于CDIO的机电一体化课程教学改革：
1.CDIO工程教育介绍
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
CDIO 的教育理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。瑞典国家高教署（Swedish National Agency for Higher Educa tion）2005年采用这12条标准对本国100个工程学位计划进行评估，结果表明，新标准比原标准适应面更宽，更利于提高质量，尤为重要的是新标准为工程教育的系统化发展提供了基础。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。
2.机电一体化课程教学改革
CDIO教育理念与机械电子工程专业培养目标相一致，机电一体化课程在机械电子工程专业培养方案中占有重要地位，具有承前启后的作用，融机械技术、电子技术、传感器技术、计算机技术等前续课程在本课程中的应用，为后续毕业实习和毕业设计奠定理论知识和实践能力，拓展机电一体化实践技能，增强创新能力。CDIO教育理念对机电一体化课程课堂教学、实践教学、考核方式等改革具有重要指导意义。具体实施过程如下：
（1）机电一体化课程课堂教学的改革。基于CDIO的培养理念，将机电一体化课程教学内容进行整合优化。教学内容主要以典型机电产品为载体，重点讲述精密机械技术、传感检测技术、伺服传动技术、自动控制技术等在机电产品设计中的应用，结合我校自行研制开发的三向移动重载教学机器人为实例讲解，教学内容具有针对性。并通过全方位的实践教学体系，将机器人协会、机械设计协会、班级的科技小组紧密结合起来，全天开放教学和科研实验室，使学生学以致用，能够自行设计简单的机电产品。
改变传统授课方式，课程教学充分利用各种教育资源，采取多种教学手段，如多媒体技术、仿真技术现场演示、课堂实物演示与实验，从中穿插旨在培养学生动手操作能力的机器人设计、调试等内容。注意采用启发式、讨论式、课堂实验式教学，多种方法手段并用，使学生在学习知识的同时，也学习分析问题，联系问题，综合运用多门课程知识，培养学生发散思维、立体思维、创新和解决问题的能力。
（2）机电一体化课程实践教学的改革。课下组织学生参观智能机器人实验室，观看智能移动机器人的各种演示和结构。注重课堂理论知识与实际相结合，适时布置一些简易机器人开发课题，让学生进行总体方案设计、机械结构设计、控制系统设计等，同时这些关键技术可以触类旁通地用于其他相关产品的设计与制造。在每一届学生中选择设计较为出色的部分产品，进行实际加工制作，一方面是对学生的激励，同时也可以作为以后学生的研究对象。由于最终的产品完全是学生自己设计，有利于学生掌握机电产品的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）整个过程，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。
（3）考核方式的改革。改变传统考核方式，对机电一体化课程的考核采用形成性考核方式：课程考核成绩=理论考试成绩（50%）+实操训练与考试（20%）+解决实际应用课题情况（30%）。理论考试是按照考试大纲要求，闭卷考试，100分钟。
实操训练与考试是在现有的机电一体化教学实验设备上进行设备操作、编程、调试等，考查学生动手操作能力。
解决实际应用课题情况主要是结合简易机器人开发课题，要求学生利用所学知识给出解决方案，进行总体方案设计、机械结构设计、控制系统设计等。考查学生分析问题、解决实际问题的能力。
该考核方法能够客观真实地评价出学生对该门课程的学习情况和知识掌握情况，全面地反映学生应用该课程知识解决实际问题的能力。克服了单纯的理论考试反应学生成绩的片面性，避免了出现高分低能情况，让更多的学生发挥出个人的潜能。鼓励有能力的同学参加机电产品创新设计大赛和机器人大赛等各种活动。
前言
机械电子工程专业学生因为在知识学习方面要求既掌握机械设计和机械制造方面的理论，又要求掌握计算机控制技术等方面的知识，这种机电复合型人才满足了当前社会生产的需求，所以近年来我校本专业毕业生就业率都在95%左右，但是从学生就业后反馈的信息来看，学生在动手能力以及理论知识转化方面还存在一定差距，我们需要认真反思在本科人才培养实践体系中存在的问题。
1、实践体系与人才培养目标
在高校本科生人才培养中，为了满足社会行业对人才服务的要求，需要根据学校自身的行业优势和办学水平，合理确定专业人才培养目标。此外还要考虑学生个人条件和志向，区分确定人才培养。是培养在理论上继续深入研究的创新型模式还是满足社会掌握基本的机电类专业课程后，在工程实际中具有较强的动手能力，对于工厂的实际工程问题进行解决的应用型培养目标要求？目标定位的不同要求学生具有的能力也出现差异。例如针对创新型人才模式要求具有较强的自学能力和较强的创造性思维能力。而对于立足于毕业后进入企业从事生产一线的应用型培养人才则需要较强的动手实践能力和分析工程问题以及解决问题能力。针对不同培养模式学生在能力方面存在差异，会直接影响到学生就业情况，也是人才培养能否成功的重要一环。可以说定位是否准确直接关系到四年学习后在以后就业和进一步深造中都能坚定进行，实现学生个人和学校的成功。我校机械电子专业在学生培养方面多年来主要突出应用人才特质的培养，在实践动手能力方面要求更为突出，人才培养目标的定位较好，学生在就业方面一直毕业生在企业界得到了“上手快，动手能力强”的评价。“十二五”期间，机械工程及自动化专业毕业生就业率和第一志愿入学率均为全校49个专业排名第一名，其中机电方向的签约率为91.07%，就业率为95%。
2、理论课程与实践体系的关系
高校人才培养目标的确立提出了相关能力的培养的要求，例如创新能力、知识迁移能力等，为了在大学期间提升学生在上述能力的水平，需要构建知识体系培养计划，首要的问题就是理论课程体系的构建，在知识架构上提供必要的知识理论模块。我们培养的学生毕业后会进入社会，从事企业生产活动，理论知识能否转化成实际能力成为关键的一环，这与我们构建的实践体系可以说直接相关。实践体系完备在学生理论知识吸收、转化为动手能力方面意义重大，直接关系到我们人才培养是否成功，是否在社会市场的竞争中具有优势的关键。在机电专业理论课程设置上，我们从工程实践中围绕系统控制角度出发，安排相关理论课程。从当前企业需要实际需要出发，开设相应的课程，例如《计算机控制技术》、《可编程控制器》、《工业控制计算机》等课程。在驱动部分围绕机电专业的特色，我们应该让学生对工厂实际中经常用到的驱动器具体名称、特点、应用场合有清楚的了解，这里面包括各类电动、气动和液压元件。对于电动主要包括三相普通异步电机、步进电机、直流电机、伺服电机等。由于控制器一般处理的信号为弱电部分，而驱动器为强电部分。对于气动元件主要有电磁阀、气缸以及各种气动马达等。而液动元件有各种液压马达及气缸等。本部分的课程设置应改包括《电工电子》、《电动机》、《液压与气动》等课程。在下一个环节为执行机构，本部分中主要完成动作的机械结构设计，以及电气与机械的接口部分。本部分应该给学生开设《机电传动》、《机械设计》、《机电一体化设计》等课程。在执行机构动作后，下一部分紧跟着就是传感部分，这样当机械装置运动后，经过传感器把采集的机械装置运动的状态反馈给控制器，形成一个闭环控制。这部分应该开辟的课程为《传感器》、《测试技术》等。这样借助控制流程图来安排课程，让我们从一个工程系统的高度来对机电类专业课程进行设置，无论对所授课老师还是学生都能清楚自己所学的内容在一个大系统中处于的位置，可尽快适应工程现场工作需要。
3、机电专业实践体系构建
机械电子工程专业在课程设置上涵盖了机械、电子和计算机控制等相关知识系统，上述理论知识的学习为学生建立了理论基础，但是知识和能力之间还存在一定的距离，而有效的实践是二者之间转换的桥梁。要想实现学生理论知识尽快转换成能力，需要建立一定的实践体系帮助学生掌控知识的翅膀。首先相关课程内容模块的理论学习，必须设置一定量相应的实验教学，这对于教师课上知识的学习能够及时验证，对于学生相应模块理论知识的理解起点拨的作用。在这一点上我市有些高职院校做的比较好，可以借鉴过来。例如有高职院校提倡一半课堂理论教学，一半实践教学，为了学生知识的掌握，提倡小班授课，将班级学生规模限制在30人以内，学生理论知识和实践能力的培养质量得到了有效保障。其次必要的金工实习和企业实践。这一块实践内容在各个高校都基本上存在，学生通过该实践的确加深了机械加工和机电控制的了解，但仅仅流于一般的实践实习学生受益则非常有限，应该对这棵“培养学生实践能力的老树”进行二次开发，挖掘出新的方法来提升学生培养质量。例如在企业或学校实践中，企业选择是否做到有针对性，是否符合我们培养学生特点，是否做到了学生亲自参与一些加工等环节？此外在测绘环节也有待于进一步加强？相应课程设计实践针对性也有必要进一步强化。最后引入必要的社会培训，对学生有针对性地开展特定知识培养。社会培训是我们学校培养有益必要的补充。学校尽管建立了比较齐全的理论知识架构和实践环节，但是社会对于某类人才能力的需求，学校人才培养方面存在一定的滞后性，而社会培训则相对灵活得多，根据学生就业市场技能需求，开设短期培训班，对某类技能进行突击培训，满足上岗需要。我们可有效吸收他们的优点，对我们学生短板进行针对性培训。提升我们学生的社会竞争力，我系目前正朝该方向进行探索。
4、结论
机械电子专业为社会培养输送复合型人才，相对于其他专业在实践能力培养方面要求更高，而机电专业学生的实践能力培养和提高不是一蹴而就的事，我们需要从理论体系高度统筹规划实践培养体系，建立切实符合高校本专业学生特质的培养方案，才能培养出满足社会和企业需要的优质人才。
作者：岳建锋 孙光亚 贺凯航 杜宇 单位：天津工业大学机械工程学院
关键词：机械电子专业 课程设计 教学改革
专业课程设计教学是实践性教学，其主要是对工程的观点、定量计算、综合分析以及设计能力等方面进行训练，是理论与实际进行有效结合的纽带，以其自身的实践性、综合性、启发性、直观性以及探索性等特点受到广泛的关注。其让学生在对实际问题进行解决的过程中获取实践能力，帮助学生获取正确的工程理念，有助于学生创新意识与基本素质的培养。
一、探究机械电子专业课程设计的现状
进行课程设计的主要内容就是综合性的运用专业基础知识，以此来设计典型的机电系统，通过这一环节来加强学生的工程设计能力。通常在对系统功能进行设计的时候，需要按照运动的要求输出不同的复合机械运动，例如直线、旋转等，在对飞行器的舵面操作系统与行走的机械底盘驱动等系统进行设计的时候，应该有测控系统、传感器、执行系统等。现阶段，该课程在教学的过程中，存在以下问题：
首先就是课程的设计具有较大的难度，由于课程教学的题目主要是围绕具体的应用对象所实现其具备的功能来进行的，虽然课题的涵盖范围比较明确，但根据学生所掌握的知识来讲，难以达到设计目标对知识与技能的要求。如果在这一过程中，学生无法进行设计，会失去学习的信心，直接影响到教学的质量。
其次，设计的题目相对较为传统，没有做到与时俱进，由于题目的更新相对较慢，这也就导致很多新的理论知识与技能无法得到有效的利用，对于学习中求知欲较强的学生缺乏吸引力，难以激发学生的兴趣。
在教学指导的过程中缺乏规范性，学生在学习的过程中更加关注功能的实践效果，对于设计中对性能与成本的要求缺乏关注，这也导致其设计的报告缺乏规范性，理论与实践不相符。
教师在组织教学的时候形式过于单一，学生考核的方式也相对较为传统，与现代教育的要求不相符。例如，现代的课程设计通常要求学生在进行任务的时候，自己进行资料的收集，并通过资料来对系统进行分析、设计、绘图等环节，教师的主要工作就是正确的引导学生，对其在设计中存在的问题进行指导，时间与工作的进度完全由学生进行自我安排，难以保障工作的效率，同时，也缺乏相应的激励制度来激发学生的积极性。此外，课程结束之后需要提交相应的设计报告，来对学生进行考核，对学生制作报告的过程关注度不高，这也为学生作弊提供了空间，严重影响到教学的质量。
二、机电专业课程设计教学内容完善的措施
1.对选题进行及时更新
由于课程设计中的题目更新相对较少，这就要求教学过程中要与时俱进，及时更新、优化新的技术、设备以及思想。同时，为了激发学生的学习兴趣与积极性，要不断完善新课程设计的内容，突出相应的题目所对应的工程应用背景，从工程的角度来分析和研究问题，并从解决问题的过程中获得知识，在将新知识引入课堂教学的时候应该注意为学生提供一定的空间，让学生通过自己的方式来对知识进行探索与创新。例如：在航空航天工程的教学过程中，应该对工程实际中具有代表性的机电设计进行选取，保障问题的难度适合学生的知识掌握情况。同时在知识的范围内，还应该融入计算机测控、电气、气动以及液压等方面知识要素，在对问题进行设计的过程中应该具有相应的侧重点.
在进行机械电子专业课程设计的过程中，应学习与吸收先进知识与技能，并鼓励学生进行创新，将新的知识与课程设计相融合，以此来激发学生的探索欲望，培养创新能力，例：液压位置随动力矩加载系统的多余力消除这一问题受到广泛的关注，也具有大量的研究实验文献，所以在对其进行教学的过程中将其视为附加的任务，以此来引导学生，让其对查找相关资料，在这一过程中尝试不同解决问题的方式，并在仿真的环境下来获取知识，对新的知识与技能进行有效的运用。
2.重视工程设计的规范性
在对机械电子专业课程设计进行教学改革的过程中，应该重点注意学生工程素质的培养，让学生可以独立分析与思考问题，有效解决实际工作中存在的问题，培养学生解决问题的能力，让其在实践过程中充实自我、完善知识，成为推动社会发展的人才。课程设计教学改革可以分为几方面，分别是对任务进行全面的降解、通过查阅资料来进行调研、选取最优的方案设计，教师应该引导学生明确掌握这一流程。由于现代的教学没有将理论与实践进行有效的结合，这也就导致学生缺乏实践经验，对于系统的工程理念缺乏正确的认识，教师在对其进行讲解的过程中就应有针对性的讲解，让学生对不同题目所对应的工程特点、背景、需要等方面内容有个正确的了解，培养学生从工程的角度来研究问题，提高学生设计任务的完成效果。
同时，为了方便教师指导学生，可以将课程设计的过程进行细分，按照题目的要求来对不同细化的环节进行具体指导语讲解，将任务的重点、要求等融入设计的任务书之内，帮助其更有效的理解。此外，教师还应该培养学生的自主学习能力，让其在题目中发现问题，并通过网络、图书馆、实践等不同的方式来寻求解决方式，教师应该尊重学生的主体地位，帮助学生养成良好的学习习惯与自主能力。
三、机械电子专业课程设计的教学改革的途径
要提高学生的学习质量，就要对传统的教学方式、内容进行改革，将先进的科研成果引入教学之中，正确的定位学生，重视学生的参与意识，而教师则充分发挥其自身主导性的地位。同时，教师还应该不断优化传统的教学方式，融入新课改标准的内容，如讨论式教学、启发式教学、问题式教学、任务式教学、参与式教学等。此外，教师还应引导学生做到理论与实践进行有效的结合，这就要求通过任务式教学的方式来进行。
首先，任务教学就是按照学生的实际状况来对任务进行分配，有效的运用所学习的知识，将理论应用到实践的过程中来。在进行教学时，教师可以通过小组合作、集中授课、研讨等不同的环节进行，为学生制定合理的学习计划，并选取可以激发学生兴趣与积极性的题目来进行任务的分配。其次，还应对学生的考核体系进行完善与更新，传统的实践考核主要是通过对结果的审核来衡量学生，这种方式具有一定的不足之处，忽略了学生的实践过程，不利于考核学生的创新能力、个性特点以及理论与实践进行结合的效果，这种考核方式在一定程度上限制了学生的发展。所以应该构建多元化的考核体系，以此来提高考核的质量与可信度，让学生在掌握知识与理论的同时，还可以有效的解决实际问题，同时，还可以激发学生学习的积极性与主动性，让其自主的参与到教学活动中。
结语：
随着社会经济的不断发展与进步，社会对人才有了新的要求，所以在对机械电子专业课程设计进行教学的过程中，应该重视理论与实践的结合，有效的提高教学质量，对传统教学中存在的弊端进行不断的完善，以此来推动社会的进步。
关键词 Capstone-CDIO；机电一体化；课程体系；实践；评价
中图分类号：G642.4 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）30-0076-02
机电一体化专业学生主要从事机电一体化设备的维护、管理、生产及调试工作。在这些岗位上，他们所用的知识不是单一的机械或电子方面的，而是集机械、电子、计算机为一体的综合知识[1]。机械电子学科是基于机械、电子、计算机技术发展起来的新学科[1]，同时也是具备宽度、深度、跨度三维并行的机电一体化课程体系特点的综合学科[2]。
目前机电一体化专业的课程设置还偏于传统，教学效果不太理想，主要体现在：
1）重理论轻实践；
2）理论教学与实践教学脱节；
3）专业特色不明显[3]。
为此，进行面向应用型、创新型人才培养的三维并行机电一体化课程体系构建与实践研究，具有重要的理论指导和实践意义。
1 概念解读
1.1 课程体系
所谓课程体系，是指高等学校为了实现专业培养目标而设计的学习内容和活动及其实施的总和。它包括课程在内并以培养方案所设内容为主体部分的学校教育教学系统[4]。
1.2 CDIO
CDIO理念代表构思、设计、实现和运作，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养要求工程毕业生能在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定目标[5]。
1.3 Capstone
现在美国绝大多数工程学院都开设顶点设计课程（Cap-stone）[6-7]。罗伯特·杜雷尔将顶点设计课程[8]定义为：“本科阶段最后开设的课程，具有顶点性或体验性特点，目标是把大学阶段学到的零碎的知识整合为统一的整体。作为学业结束前的最后课程，目的是为学生提供成功的体验和值得憧憬的未来。”
顶点设计课程的特点之一是整合性[9]，即能将过去所学的相对零碎的专业知识整合成统一的整体；特点之二是开放性，将知识点有机地串联起来，帮助学生以综合视野整体构建知识，形成跨学科的观点；特点之三是超越性，面向实践，将“如何做”改进为“如何做得更好”[10]。因此，Capstone的模式更有利于卓越工程师的培养。
2 基于Capstone-CDIO的三维并行机电一体化课程体系实践
2.1 课程知识项目化
基于Capstone-CDIO的理念，在课程体系的基础上开发构建机电工程的项目，以工程师职业训练为导向，将“基本单元、功能模块、应用系统”贯穿于课程体系的结构和内容的优化设计中。在项目化过程中，根据工程难度可将项目层次化，即一个大的工程项目可由N个小项目组成，几个小项目构成单元项目，由单元项目再组成系统项目[3]。每一单元系统可单独成为一个实训项目，规定任务完成的时间，一方面需确保单元系统基本要求，另一方面需要一个与专业结合的综合性的一级项目。一级项目需要的子系统可分解作为二级项目预先实现[11]。学生制定项目任务书，明确项目技术要求，这样学生在完成工程项目过程中实现对机电知识的理解和掌握。
2.2 学科交叉化
随着科学的发展，仅凭某一学科领域的研究已很难解决复杂的现实问题。“学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的前沿，最有可能产生重大突破。”[12]机电一体化项目设计表现为机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与检测技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等多学科交叉与多系统集成等特点。
2.3 项目平台化
交叉学科重要，但做起来很难。破解这个难题的方法是项目平台化。文献[12]指出：“要适应学科交叉融合趋势，完善科技创新活动组织模式，形成有利于跨学科研究的体制机制。”只有将项目归类于各种平台（如机电一体化设计平台、机电一体化制造平台、机电一体化控制平台），才可以使得学生不再费力于一些基础平台的搭建，而可以致力于平台基础上的创新实践。
3 基于Capstone-CDIO 的三维并行机电一体化课程体系实践评价
按照Capstone的模式设计平台项目，每个项目由6～8人组成，让专业能力强的学生担任组长，每组的项目由具有项目知识经验的教师进行指导。在进行实践教学时，可以按照调研技能、知识构建、问题解决、团队技能这四个方面制定学生评价规则，如表1所示。
由此可见，顶点课程评价的主体是多元且动态的[9]，通过调研技能、知识构建、问题解决、团队技能等多方面来评价学生，打破了以往通过考试评价学生的一元模式，从而保证了评价活动的客观性。
4 结束语
将Capstone-CDIO工程教育模式引入机电一体化课程实践，使学生在工程项目中的实施过程中不断探求专业知识，为学生提供综合、拓展、批判和应用所学的专业知识和技能的机会。在接近工程环境的项目平台上，对机电一体化设备进行构思、设计、实现以及运行调试，从而增强了学生对专业知识的理解，提高了学生实际操作的能力，使得学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力四个层面得到锻炼，为学生可持续的职业发展奠定良好的基础。
参考文献
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[10]梁晶.美国大学工程教育顶点课程的特色与启示[J].西北成人教育学报，2012（4）：33-36.
一、机电一体化技术专业人才培养模式创新
通过校企合作,邀请行业和企业的技术专家组成专业建设指导委员会,确定专业核心能力和职业岗位能力的典型生产项目(任务),确定工学结合的专业人才培养方案。形成以机电产品生产、设备安装、调试、运行、维护等技能为核心职业能力的独具特色的灵活多样的专业人才培养模式。机电一体化技术专业以与昆明中铁大型养路机械集团公司“订单式”人才培养项目为基础,依托合作企业,继续推进订单式人才培养工作。此外,积极引进国内外机电一体化技术专业的课程和教学方法,学习借鉴国际职业教育成熟模式和先进经验,深化教育改革,丰富人才培养模式,不断提高人才培养质量,更好地服务于本省工业企业。
二、“理、实一体化”课程教学模式改革
为培养学生的实践能力,使学生能够做到真正的工学结合,本专业以岗位能力培养为目标,以生产工作项目(任务)为载体,以完成“任务”的工作流程为主线,改革课程体系和教学内容,构建以实验室/实训室环境与实际工程环境相结合为特色的实践教学体系。推进“理、实一体化”课程教学模式改革。本专业已实施“一体化”教学改革的课程有《电工电子技术》、《可编程控制器及应用》、《变频技术及应用》、《单片机原理及应用》等课程,在实施“教、学、做”一体化教学改革中,将上课地点从教室转到实验室、实训场所。实现“教室与实训室一体化”、“理论课教师与实训指导教师一体化”,教师在做中教,学生在做中学,收到了较好的教学效果。
三、实验实训条件建设
机电一体化技术专业作为校级特色专业,在学校的大力支持下,建有实施人才培养工作的相关专业实验室,主要有:PLC实验室、金工实验室、公差实验室、电工电子电拖实验室、计算机实验室、机械CAD/CAM实验室、数控原理实验室等。学校实训中心配备有生产型数控机床34台(套),普通机械加工设备及电焊机等90余台(套),现有机械加工车间2个,钳工车间3个,焊工车间2个。实习中心2008年12月完成了中央财政支持的职业教育数控实训基地的建设;同年12月被云南省教育厅评为“云南省高职高专省级示范性实习实训基地”;2007年开始建设国防科技工业职业教育实训基地,目前项目正在实施中,大部分已建成并投入使用。专业在已有的实习、实训条件基础上,通过机电一体化技术专业新建的实训室、实训基地,建立完善的实训、培训、认证流程,积极推行“双证书”制度,为社会输送“下得去、留得住、用得上”的高技能型人才。机械电子工程学院已与云南铜业股份有限公司、昆明船舶设备集团有限公司、昆明中铁大型养路机械集团公司等多家大中型骨干企业签订校企合作协议,机电一体化技术专业依托其中一些相关企业,开展校企合作,组织实施毕业生的顶岗实习。企业为学生提供顶岗实习和就业岗位。按企业模式进行管理及教学,采用“择优选拔,末位淘汰”的方式,企业为优秀学生提供实习和就业岗位,实现学习与就业岗位的无缝对接。
四、师资队伍建设
机电一体化技术专业教师队伍拥有一支师资队伍结构合理的专兼职教学团队。其中副高级以上职称人数占专兼职教师总人数的41.7%;双师型教师人数占专兼职教师总人数的62.5%;师资队伍中包含有硕士研究生、博士研究生及博士。高素质的专兼职教师队伍保证了机电一体化专业人才培养方案的组织实施。本专业为提高专任教师的实践能力和兼职教师的教学能力,加强“双师”结构的专业教学团队建设和双师素质教师培养,聘请更多的行业企业人才到学校担任兼职教师,从企业聘请经验丰富、技能突出的中、高级职称兼职教师及能工巧匠,分期来指导学生实训、实习,开发实训项目,同时增加专业教师中具有企业工作经历的教师比例以提高专任教师的职业素质和实践能力。
五、结语
机电一体化技术专业不断改进及创新人才培养模式,推进“教、学、做”一体化课程教学改革,不断学习借鉴国际职业教育成熟模式和先进经验,深化教育改革,加强专业内涵建设,不断提高人才培养质量,目的是为社会输送“下得去、留得住、用得上”的高素质技能型人才,更好地服务于本省工业企业。
针对传统教学模式的缺憾的工程实践能力养成教育工作室，以机械电子工程和机械设计制造及其自动化专业学生为对象训练其工程实践能力，采用学生创意、设计、采购、制作、装配、管理的工作流程，激发学生的求知欲，促进课题相关课程课堂教学，培养学生自主创意、自主设计、自主制造的全方位工程实践能力的教学实践。
【关键词】
工程实践能力;自主创意;自主设计;自主制造;教学实践
一、引言
在应用型本科学校教育教学过程中，创业教育、创新教育占有十分突出的地位，学生实践能力、职业能力的培养模式面临十分严峻的挑战。传统模式的学生实践能力多以标准课题、标准设备、标准指导、标准训练、标准考核模式为主。本文针对传统模式的缺憾，结合工厂工作和教师工作经历，在以机械电子工程和机制专业学生为对象的工程实践能力养成工作室的教学实践过程中，根据学生的兴趣和爱好，强调、激发学生的求知欲，使工程实践能力养成训练和课程课堂教学相互促进，在培养学生自主创意、自主设计、自主制造的全方位工程实践能力培养上取得了很好的教学效果。
二、工程实践能力养成教育工作室运行模式
习惯是一个人在长期的生活和工作学习中所形成的一种不容易改变的行为、倾向和社会风尚。一种好的行为习惯让人受益终生，但一种坏的行为习惯会让人终生烦恼。工作室提倡自主合作探究性学习，从而培养学生的动手操作和实践能力。在培养各种能力的同时，作为教师还应注意学生良好行为习惯的养成。因此只有加强养成教育，注重培养学生的良好工程职业行为习惯，将工程实践能力内化为学生自身素养，才能达到培养学生综合素质的目的，促进其终生发展。工程实践能力可以归结为七大能力:发现问题能力、背景知识和技能学习能力、工程设计能力、工程管理能力、工程制造能力、工程装配能力、归纳总结能力。此工作室是要学生在课题立项过程中，不断学习相关背景知识，以兴趣为驱动力，在不断拓展学习中提高设计、制造、管理多方面的工程实践能力。本工作室从大一第二学期征集学生课题，历时三个学年到大四第一学期结束，期间学生应不断汲取工程制图、工程材料、工程力学、金属工艺学、机械原理、机械设计、互换性与测量技术、机械制造技术、液压与气压传动、电工电子技术、电力拖动、自动控制与检测的相关课程知识和技能，围绕自己的课题，拓展相关知识的学习和技能的训练。本工作室采用学生创意—学生设计—学生采购—学生制造—学生装配—学生管理的工作模式。
三、工作室的教学实践
(一)基于学生自身兴趣的教学实践。新生入学后，利用作品成果展览、工作视频、入学教育和专业导论课，让学生知道自己所学专业的远期、中期和近期目标，激发学生的专业兴趣，征集意愿浓厚的学生加入到工作室预备团队。预备团队学生的主要任务是在导师的指导下，经过老生的引领，逐步熟悉工作室运行模式，重点是专业基础课的学习以及相关知识拓展学习，积累专业知识基础。从大一到大二的两年时间，以机械制图、工程力学、工程材料、金属工艺学和机械设计为主线，拓展学习训练CAD、公差配合、金工实习、企业运行实践等，使学生了解专业、了解企业、了解工作室、了解社会，培养学生的工程思想、奠定工程基础、锤炼工程实践能力基础。从大二的后半年开始，预备团队的学生转入工作室正式学员，可以提出自己的创意，在导师的指导下，逐步完善自己的创意，并完成工程设计，经导师审核后，进入到原材料采购、加工制作和安装阶段，此时要预先学习训练各种设备工具、量具的操作规程和使用方法并熟练掌握，在保证安全及老生帮助下，完成作品。
(二)基于大学生机械创新设计大赛的教学实践。大学生机械创新设计大赛目的在于综合设计能力与协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行机械创新、设计、制作的实践工作能力、吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。大学生机械创新设计大赛属于命题式竞赛，学生根据竞赛要求选择自己感兴趣设计方向，利用所学知识，经过自己的调查研究，提出自己的命题解决方案，经过设计、制造、装配形成实物或模型作为成果参加竞赛。利用工作室的运行模式，组织学生积极参加大学生创新设计竞赛，多次获得不错的成绩。在第七届全国大学生机械创新设计大赛中，大赛主题:“服务社会———高效、便利、个性化”;设计内容为“钱币的分类、清点、整理机械装置;不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置;商品载运及助力机械装置”，作品的评选采用综合评价，一般从以下几个方面进行评价:一是选题评价:新颖性;实用性;意义或前景。二是设计评价:创新性;结构合理性;工艺性;先进理论和技术的实用;设计图纸质量。三是制作评价:功能实现;制作水平与完整性;作品性价比。四是现场评价:介绍及演示;答辩与质疑。根据大赛设计要求和评价标准选择了钱币分类和助力机械两个内容作为参赛作品，要求每个作品项目有四名三年级或四年级学生参加，学生提出自己的设计方案，经导师审核后，完成自己的设计;然后学生自己提出原材料、标准件和相关工艺装备采购清单，通过市场调研，提出三家采购商家，经导师审核批准后，完成相关的采购工作;利用工作室的设备和工艺装备，完成作品零件加工制作，并且组装完成参赛作品;最后完成相关的一系列技术文件并制作功能展示的视频资料。通过学生和老师的不懈努力，在第七届大学生机械创新设计大赛河北赛区，钱币分捡机获得一等奖，物流助力机械获得三等奖，取得了比较理想的成绩，尤为突出的是参赛学生的工程实践能力得到了大幅度的提升。
(三)专业课程的教学实践。在比较合适的专业课程中也采用工作室运行模式来提高学生的工程实践能力。在液压站设计与使用课程的教学过程中，针对液压站设计与使用课程要求学生能够设计中等复杂程度的液压站的课程教学目标，第一次课就要求学生通过自己的调研，明确主机设备技术要求，综合考虑以下因素:主机用途、结构和布局、主机使用条件和主机的技术特性;各执行元件的动作循环与周期及各机构运动之间的联锁和安全要求;主机对液压系统的工作性能的要求，如运动平稳性、转换精度、传动效率、控制方式和自动化程度等;原动机的类型(电动机、内燃机)及其功率特性等;工作条环境件，如室内或室外、温度、湿度、尘埃、冲击震动、易燃易爆及腐蚀情况等;限制条件，如压力脉动、冲击、振动、噪声等允许值等;经济性要求，如投资规模与费用、运行能耗和维护保养费用等。然后提出不少于由20个液压元件组成的实用型液压系统设计任务，经过老师审核完善以后，学生根据设计要求和教学要求，在课程的学习过程中，利用课外时间进行自己的液压站的设计计算工作，期末提交自己的设计成果，真正做到一人一题，边学边做，教学效果十分显著。
四、结语
工程实践能力养成教育工作室通过几年的运行，已经形成了以学生管理为主，教师指导为辅，学生老带新，企业化运作的相对完善工作机制，对于机械类专业学生的工程实践能力培养起到重要的作用，学生走入工作岗位的职业素养和适应能力显著提高。
作者：张忠纯 单位：唐山学院
【参考文献】
［1］郑敏利，谭光宇，毕耕．以大工程意识指导工程训练教学基地建设［J］．实验室研究与探索，2003，22(6):4～7
［2］丁洪生，周郴知，杨志兵等．工程训练实践教学体系的改革与创新［J］．实验技术与管理，2005，22(6):1～4
［3］曹中一，刘舜尧．工程训练中实践能力与创新精神的培养［J］．现代大学教育，2003，3:81～84
1．专业认知学习阶段在第一学年第一学期开设的“机械专业导论”为所有机械专业本科生的必修课(32学时)。该课程保证有8学时的关于纺织机械的授课内容，重点介绍纺织机械行业的情况、纺织机械的分类、纺织机械的主要设备，使学生对纺织机械有初步的感性认识。
2．专业基础课学习阶段纺织机械门类繁多、性能各异，有纺纱机械、织造机械、化纤机械、针织机械、非织造机械、染整机械、服装机械、纺织器材与仪器8大类，分别对应8个纺织机械子行业，仅纺织机械的主流机型就超过200种。这些门类繁多的纺织机械几乎涵盖了所有的机械结构、光机电控制系统及工程材料。因此，在通用机械类课程教学中，以纺织机械为载体，将纺织机械的案例融入到如“机械原理”“机械设计”“机械工程材料”“机械制造技术基础”“微机原理及应用”“测试技术”“液压气动技术”等相关课程中，尽可能以纺织机械为案例进行授课。
3．专业课学习阶段对于实行学分制的高校来说，学生有一定的选课自由，但由于专业课的学时有限，因此，纺织机械类选修课不宜开设太多，以免因选课人数太少而导致课程设置流产。我校(东华大学)机械工程学院机械工程及自动化专业设有4个专业方向:机械设计及理论、机械制造及其自动化、机械电子工程、幕墙工程与机械。在机械设计及理论专业方向开设3门纺织机械类课程:(1)“纺织机械概论”，64学时，基于大纺织范畴，涉及纺纱机械、织造机械、针织机械、化纤机械、染整机械、非织造机械等内容，使学生了解纺织机械的工作原理、基本构成。(2)“纺织机械设计(1)”，48学时，使学生掌握纺纱机械、织造机械、针织机械的共性关键机构及系统的设计原理和方法。(3)“纺织机械设计(2)”，48学时，使学生掌握化纤机械、染整机械、非织造机械的共性关键机构及系统的设计原理和方法。机械设计及理论专业方向的选修课设置如表1所示。要求学生至少选修12学分。选课组合方案如下:(1)偏“通用机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、机械优化设计、机械动力学基础、机械噪声控制。(2)偏“纺织机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、纺织机械设计(1)、纺织机械设计(2)。(3)“通用机械+经典纺织机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、纺织机械设计(1)、机械优化设计、机械动力学基础(或机械噪声控制)。(4)“通用机械+新型纺织机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、纺织机械设计(2)、机械优化设计、机械动力学基础(或机械噪声控制)。
4．实践教学在机械类实验教学、工程实践教学、课程设计、毕业设计中，以纺织机械为载体，设计相关题目或课题;在专业实习(实验)阶段，确保有4个学时的参观实习，要求撰写参观实习报告。
二、编写适应新形势的纺织机械类教材
(1)首次出版“十二五”省部级规划教材《纺织机械概论》(陈革、杨建成主编，中国纺织出版社，2011年5月出版)。该教材基于“大纺织”的概念，介绍纺织机械的分类，分析纺纱机械、织造机械、针织机械、化纤机械、染整机械、非织造机械的基本工艺原理、核心技术、关键设备、产品分类等;还简要介绍了国内外纺织机械制造业的现状、光机电一体化技术在各类纺织机械上的应用情况及现代纺织机械设计的发展趋势。
(2)出版“十二五”省部级规划教材《织造机械》(陈革主编，中国纺织出版社)，获2011年中国纺织服装教育学会优秀教材奖、2012年中国纺织工业联合会科技进步二等奖。
(3)出版“十二五”省部级规划教材《纺纱机械》(毛立民、裴泽光主编，中国纺织出版社)。教材介绍了纺纱机械的分类、机构组成、工艺过程和工作原理，以及近年来纺纱机械的新装备和新技术，特别是机电一体化技术在纺纱机械上的应用。
(4)正在编写“十二五”部委级规划教材《机械专业导论》。该书为面向纺织特色高校机械工程及自动化专业的概论性教材，其中包含纺织机械概论的相关内容。主要内容有:机械工程概述、机械工程中的力学、机械设计、机械制造基础、机电一体化技术、新材料及其工程应用、纺织机械导论。
(5)正在编写“十二五”部委级规划教材《纺织机械设计》。教材从各类纺织机械中提炼出关键共性机构(装置或系统)，强调对机构(装置或系统)的综合设计。主要内容有:梳理机构的设计、牵伸机构的设计、卷绕机构的设计、往复运动机构的设计、同步传动机构的设计、烘干装置的设计、纺丝成型装置的设计、自调匀整系统的设计、针织成圈机构的设计、立体织物编织机构的设计。
三、编写《机械类课程的纺织机械案例集》
《机械类课程的纺织机械案例集》拟收集各类纺织机械的典型机构(装置或系统)案例，可用于“机械原理”“机械设计”“机械制造技术基础”“液压与气动技术”“测试技术”“机电控制系统”“机械工程材料”等机械类课程的教材编写、课件制作、授课举例等，从而将纺织机械的案例融入到相关课程中。表2为机械类课程的知识点与纺织机械典型机构(装置或系统)的对照表。
四、编写《纺织机械课程设计(毕业设计)选题集》
从以往的毕业设计或课程设计题目中，精选出包括各类纺织机械典型机构、典型系统的题目，在此基础上修改、扩展，设计新的课程设计或毕业设计题目;从所承担的纺织机械类科研项目中，提炼出一些典型机构或共性技术，设计出适合本科生毕业设计或课程设计的选题，同时编写《纺织机械课程设计(毕业设计)选题集》。
五、结语
文章结合近期对工业工程专业“长三角”与“珠三角”地区的调研结果，分析了工业工程专业存在的问题，论述了应用型工业工程人才培养模式、能力结构和课程体系，以期培养高素质、高质量的应用型工业工程专业人才。
【关键词】
新建本科；应用型；工业工程；人才培养；模式
工业工程是对由人员、物资、设备、能源和信息等组成的集成系统进行设计、改善和设置的一门学科。我国是制造业大国，有数十万具有一定规模的制造企业。要做强制造业，就需要大力推进工业工程研究与应用，培养一大批工业工程应用型人才。我国工业工程高等教育虽然只有十几年的历史，但发展迅速。从1992 年教育部批准西安交通大学和天津大学开办工业工程专业以来，到现在已有180 多所高等院校设置了工业工程专业。工业工程专业应该如何建设、如何办出特色、如何培养应用型人才，是我们面临的问题。
一、工业工程专业调研概述
为了在办学中突出自己的特色，构建技术本科应用型工业工程专业人才培养课程体系理论模型、设计新型课程体系框架结构、提出课程改革指导性意见、制定相关学科专业课程教学计划与核心课程标准打下良好的基础，2012年6月至2013年1月，我们开展了工业工程专业调研活动。调研整体上采取典型调研方法，主要选取思源学院往届毕业并正在从事工业工程相关工作的学生以及“长三角”与“珠三角”地区设立工业工工程部门的企业为调研对象，采取问卷调研、实地考查、资料检索、毕业学生座谈和企业访谈等形式开展调研活动。共发放调研问卷53份，召集毕业生13人次召开座谈会，实地考查企业3个，与相关企业有关负责人访谈4次，参考有关文献4篇，从课程知识调研、专业技术能力调研、个人基本能力调研、职业能力培养调研等四个方面展开调研活动。依据调研结果和人才培养现状，指出了人才培养中存在的问题，从培养模式、课程建设和能力培养等方面提出了工业工程专业教育的建议。
二、工业工程专业应用性人才需求与培养现状
1、工业工程岗位及专业知识需求现状
（1）企业重视程度不均衡。对相关企业的调研表明，企业对于工业工程重视程度有很大区别，台资企业一般均设有“工业工程部（IE部）”或“生产与工业工程部（PIE部）”，如菱茂光电、技嘉科技、晟铭电子等企业，工业工程专项工作开展比较深入，开展项目基本符合我们一般高校的培养的目标；国内企业除个别比较大的外向型企业设立工业工程部门外，大部分企业没有工业工程部门，这些企业虽然也进行了相关的工业工程活动，但是很不系统，其重视程度也很不够。
（2）工业工程专业人才严重匮乏。通过对以上企业调研，大部分企业均表示需要工业工程人员，但是这些企业现有的工业工程技术人员大都来自基层作业人员（如晟铭电子）、机械电子技术人员转岗和行政人事人员转岗（如菱茂光电）等，来自工业工程科班出身的人员极少。这是由于1980年代初我国在引进推广现代管理时，忽视了工业工程的开发和应用，我国的IE专业迟迟未能开设。近几年来虽然全国有近百所高校开设了工业工程专业，但是毕业生大都转行，真正从事这一行业的人才极少，这才形成今天工业工程人才严重匮乏的局面。
（3）工业工程岗位需要的专业知识及能力。一是专业知识需求情况。根据调研结果，对于统计学、项目管理、基础工业工程、生产计划与控制、质量管理与可靠性、运筹学、成本控制、工程经济、人机工程、物流系统设施规划、生产实习等需求比例较高。二是能力需求情况。根据调研结果，对于专业技术能力和人际交往能力最为欠缺。
专业技术能力需求情况。根据调研结果，对于项目管理能力、生产现场管理优化能力、基本办公软件掌握使用能力、资源管理能力、统计分析能力、专业软件掌握使用能力等需求比例较高。
个人基本能力需求情况。 根据调研结果，对于工程推理和解决问题能力（发现问题和表述问题、建模、提出解决方案等）、良好的态度和思想（包括坚持、多智、灵活、责任心、积极地传递意见、创造性及批判性思维、终身学习和教育别人、时间和资源管理等）和系统思维能力（全方位思考问题，确定主次重点等）需求比例较高。
提高职业能力的方法。根据调研结果，提高职业能力的方法主要方法是：进行广泛的社会实践，积累社会经验；到对口单位进行实习，提高实践操作技能；加强实践教学环节的学习，提高专业技能。
2、工业工程专业人才培养目标现状
（1）重点院校工业工程专业人才培养目标。以清华大学为例：工业工程系招生的本科专业为工业工程专业，培养兼具工程技术与管理技能、具有国际视野与竞争力的复合型创新人才，致力于提高工业与服务系统效率，改善人们的工作与生活质量，推动国民经济与社会发展进步。工业工程专业的毕业生具有扎实的数理理论基础、良好的外语和计算机能力，掌握宽广的工程、经济管理、人文社科等方面的基本知识和技能，具有对复杂的生产和服务系统进行分析、规划、设计、管理和运作的综合专业能力。
（2）普通二本院校工业工程专业人才培养目标。以西安理工大学为例：本专业培养德、智、体全面发展，具有坚实自然科学和社会科学基础理论知识，掌握管理科学与工程学科及机械电子类相关学科基本理论与技术，具备工程知识背景，熟悉系统科学、经济学、管理学及行为科学等方面的理论与知识，能够较为熟练地应用现代工业工程的基本理论与方法，对生产和服务系统进行分析、规划、设计、评价、控制和创新活动，集专业技术知识和现代管理知识于一身的复合型高层次管理人才。毕业生能在生产和服务领域从事项目管理、生产与运作管理、质量管理、物流管理、采购管理、设备管理、现场管理等方面的实务性和研究性工作。
（3）三本院校工业工程专业人才培养目标。以西安思源学院为例，本专业培养掌握制造技术基础、系统工程和管理科学理论和方法，能够运用工业工程知识对各类项目或企事业的生产、服务、管理子系统进行评价、改善和优化的高等技术应用型人才。
（4）改进方向。通过对以上专业培养目标的分析不难发现，重点院校工业工程专业除了强调工程技术与管理技能以外，更强调具有国际视野与竞争力的复合型创新人才培养，强调具有对复杂的生产和服务系统进行分析、规划、设计、管理和运作的综合专业能力。普通二本院校工业工程专业除了强调工程技术与管理技能以外，更强调大学基础知识背景和集专业技术知识和现代管理知识于一身的复合型高层次管理人才的培养。
针对思源学院作为新建民办本科学院面临的实际生源问题和软硬件条件现实，学校工业工程专业培养方案改进方向是：更加强调学生实践教学环节，理论和实际的紧密联系，提高学生动手实践能力、改善创新意识等。
三、工业工程专业发展中存在的问题
1、工业工程专业名称的困局
“工业工程”这一专业名称是教育部高校专业目录规定的规范名称，这是根据工业工程的研究对象、研究方法和研究目的所决定的，它不是研究某一独立的工业领域，如“机械电子工程”、“化学工程”、“土木工程”等，而是研究包含以上某种或某几种工程领域的人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统的设计、设置和改善的一门学科，它是一门超越所有一般独立工程领域的“工业的工程”，所以“工业工程”的名称的命名是科学的，也是从事这一行业的规范的名称。但是这一名称在国内企业和社会中认知度不够，造成了工业工程专业名称的困局。其实这个问题也同样出现在工业工程专业的起源地美国，以及我国的台湾香港等地，但是美国大部分院校和企业对这一专业名称改为了“工业与系统工程（I&SE）”，台湾、香港等地也做了一定的软性处理，如称为“工业工程与管理”、“工业工程与物流管理”等，我们内地也不妨做一软化处理，估计会使这一专业具有更高的认知度。
2、专业理论教学和企业实践的脱节
工业工程是一门实践性很强的专业，需要大量的企业实际案例，但是现有的工业工程专业教师大都缺乏企业实践经验，导致教学中出现“闭门造车出门不合辙”的现象。造成这一问题的原因很多，但是主要的原因是教师没有机会走出校园，或者是没有一种激励机制鼓励教师参加企业实践活动。
四、应用型工业工程人才培养模式构建
1、一个基础，多个方向的“2+1+1”人才培养模式
（1）坚持培养高等技术应用型人才的基础。应该根据我院工业工程生源和师资的定位，培养掌握制造技术基础、系统工程和管理科学理论和方法，能够运用工业工程知识对各类项目或企事业的生产、服务、管理子系统进行评价、改善和优化的高等技术应用型人才。
（2）尝试多角度分方向的“2+1+1”人才培养模式。可试行“2+1+1”人才培养模式。“2+1+1”培养模式，是工业工程专业的学生第一、二学年学习公共课、专业基础课，有了一定的专业基础知识后，第三学年开展企业生产实习和实践训练，并进行专业核心课程学习，在具备对企业的比较深入的了解和较系统的专业知识和素质后，第四学年根据学生自身条件和职业定向，分职业方向的学习、实践和毕业设计的培养模式。
采用这一模式可以彻底改变工业工程人才培养模式与社会对工业工程人才需求脱节和高校专业教学与实际工作脱节的现状，增强学生就业的针对性，形成全新的工业工程人才培养模式，实现学生、企业和社会的三赢。特别是对于学生可以在实际工作发现自己在专业知识上的不足和今后的职业定位。
工业工程专业有以下八个职业定向可供学生选择：IE工程师（综合职业）；制造工程师；质量工程师；生产管理工程师；系统分析师；操作分析师；企业资源规划师；项目管理师。
要想顺利实施工业工程人才“2+1+1”培养模式，就必须解决好以下四个关键问题：
一是建立与相关企业的合作关系。拥有稳定的实习基地是实施“2+1+1”培养模式的必备条件。我们通过对企业的调研，了解许多企业尤其是加工制造型企业还是很欢迎在校大学生来公司长期、稳定的工作。此外，通过与企业签订共建实习基地的协议，形成一批比较稳定的实习基地，这也是可以利用的资源。
二是解决教学计划的教学课程和实践教学环节的时间安排问题。由于教学计划是按照四个学年安排的，学生到企业工作势必会影响到正常的课堂教学和获得学分的问题。对此可以通过以下方式解决：第三学年以后多数都是专业课程，这些课程可以采用考查形式，由授课教师布置题目，学生带着题目到企业实际工作中去研究，最后完成的成果以课程设计、课程论文或者策划方案的形式提交，也可进行必要的课程成果答辩。
三是做好与学校相关职能部门的沟通和协调问题。以上规划必须取得学校相关职能部门的许可，因此务必做好与职能部门的沟通和协调工作。尤其是教学计划安排发生变更后，必须要与教务处做好衔接工作，确保教学工作的顺利开展和运行。
四是教师的能力和素质问题。首先是第三年学年企业生产实习和实践训练环节中教师的培训，可安排教师与学生一起顶岗，提高教师的职业能力和素养，其次是第四学年分职业方向的学习、实践和毕业设计的教师的培养，教师应该具备某一个或多个职业的中级以上的职业资格。
2、工业工程专业能力结构的三位一体设计
（1） 能力结构的总体设计。总体结构方案如图1所示。
①专业基础模块：由三个核心基础构成，即系统科学与信息技术基础、制造工程技术基础和管理与经济学科基础。系统科学与信息技术基础：由高等数学、管理数学、系统工程与运筹学、计算机应用基础、Access数据库应用组成。制造工程技术基础：由大学物理、机械制图、电工与电子技术、机械制造基础、机械设计基础和现代制造系统组成。管理与经济学科基础：由企业管理概论、工业工程概论、成本管理、工程经济、管理经济学组成。②专业核心能力模块：由三个核心能力和外延能力四部分组成。核心能力一：工作改善能力， 课程群的构成如：核心课程： 基础工业工程；辅助课程： 人机工程、现场管理。核心能力二：生产控制能力， 课程群的构成如：核心课程：生产运作与管理；辅助课程： ERP原理及应用、生产物流系统建模与仿真。核心能力三： 设施规划能力，课程群的构成如：核心课程： 设施规划与设计。课程群的构成如：辅助课程： 生产物流系统模拟与仿真、物流管理；外延能力：服务与其他管理能力，课程群主要有项目管理、人力资源管理、市场营销、战略管理、管理信息系统等。
（2）实验体系的设计。①核心能力一。核心实验：工艺程序分析、秒表时间研究、双手操作分析、模特法应用；辅助实验：环境噪声测量、注意分配实验、学习曲线实验、动作稳定性测定、疲劳度与疲劳测定。②核心能力二。核心实验：生产制造管理（ERP软件）；辅助实验：ERP沙盘模拟。③核心能力三。核心实验：生产物流仿真（Witness）；辅助实验：企业物流模拟（实操）。
（3）课程设计的设计。①专业基础模块。机械设计基础课程设计：2周+课外2周（主要结合金工实习）。②专业核心能力模块。核心能力一：人机工程课程设计：2周+课外2周（主要结合工业工程改善创意竞赛）；核心能力二：生产组织课程设计：2周+课外4周（主要结合生产实习与社会实践）；核心能力三：设施规划课程设计：2周+课外2周（主要结合企业调研活动）。
（4）工业工程专业理论教学、实验教学、课程设计三位一体的实现。为培养学生熟练掌握工业工程的基本技能，通过课堂教学使学生掌握基本理论知识，在实验室中开展相关实验使学生掌握解决问题的基本方法和手段，再到企业生产实际中开展相关课题研究，使学生熟练掌握工业工程的基本技能，完成从理论教学、实验室虚拟实验，再到企业生产实际的过渡，以强化学生实际动手能力的培养，完成从了解到熟悉再到熟练掌握的过程，保证学生在能力培养方面得到连续、渐进的训练。
在开展相关教学的过程中，学生需要花费较多时间，如何保证学生有充足的时间开展各项活动，是我们要考虑的主要问题。以下是开展实践教学过程的几种模式。
第一，利用开放实验室开展实验活动。收集企业相关数据资料后，可利用学校的开放实验室开展课题研究，如生产系统模拟与仿真、ERP、人机工程等可采用这种方式。
第二，利用课余时间开展实践活动。利用学生课余时间，采用离散方式进入企业开展关活动。这种方式适用于与学校有长期、良好合作关系，且距离学校又比较近的企业。基础工业工程、现场管理的生产现场实验部分以及工业工程改善创意竞赛即可采用这种方式。
第三，利用寒暑假时间开展企业实践活动。寒暑假时间相对较长，学生可利用这一段时间到企业现场开展各种工业工程研究。如基础工业工程、生产运作与管理课程，在完成实验室实验、课程设计后，对工作改善和生产控制的技能有了较好掌握，再到企业去开展相关工作，为企业解决相关问题，深受企业欢迎。
3、课程学习的建议
（1）管理与工程知识要专精广博。学生在学校学习期间，应把握每一个机会，加强充实自己的学识，无论在传统工业工程技术，如时间研究、动作研究、工厂布置等要精通，对现代工业工程技术如运筹学、线性规划、数理统计分析等更要努力钻研，做到专而精的程度。更由于将来的工作可能涉及机电、化工、机械、土木、计算机等范围，所以对这些知识也要有相当的了解。因为不广又不精，在寻找对策、解决问题时就会感到不得心应手。另外除了工业工程技术及各项工程知识外，对于最新的管理新知更要有所认识涉猎，尤其财务与成本会计方面更是不可忽视都要了解。工业工程人员在任何机构或工厂服务，是要解决整体性问题的，如果只求生产制造过程的合理化，而一般行政管理、销售管理、信息网络不能合理化，即使再勤奋也是枉然。
工业工程人员有了以上认知，也可促使上司、老板改变观念及接受建议，配合达成目标。工业工程的接触面很广，是一门既困难又吃力不讨好的工作，我们认为工业工程人员离开学校后，不但要全心全力做好本身的工作外，对工程及管理未来的趋势特别要随时留意探讨，因为未来的企业竞争是现实的、激烈的、是瞬息万变的，也是适者生存，不适者淘汰的，所以光以在校所学已不足以应付现代企业的要求。
（2）加强人际关系的培养。工业工程人员想要达成任务目标，除了专精广博，需要创新力以外，对于人际关系要注意培养，应该具有高超的说服力。良好的人际关系是积极向上的，而不是一味讨好。工业工程人员是为达到整体最高利益来替大家服务，是为了健全企业体质，为了长远利益，求得真正之整体性效果。依我们的经验，不论从事国有民营企业、政府行政工作或个人事业，一定要得民心，才能成功。因为今天你不能争取、获得你的上司、老板的信赖，纵然具有天大的本领，也只落得怀才不遇罢了。所以心理学、行为科学也是必要开设的课程。
（3）培养整体系统的理念。现代企业日趋庞大复杂，工业工程人员必须突破过去的观念，而经常以整体系统的理念，才能彻底解决问题。由于每一个整体系统是由许多子系统所构成，子系统彼此之间有密不可分的关系，子系统的最佳对策，对整体系统并不一定是最有利的，正所谓“只见树木不见森林”。以前大家常强调要“把事情作对（do the things right） ”，今后我们应该特别强调“做对的事情（do the right things） ”。整体系统的观念是一个简单而重要的概念，例如一个涉及好几个单位、好几方面专业人员知识的整体性问题，就必须由工业工程人员幕僚群来参与，以整体系统的观念来寻求一个最佳的决策，去折冲、协调、拟定各方均可接受的方案，必然更为落实可行。
（4） 追求永无止境的合理化。企业要万年长青，需要不断成长发展，从根本改善体制着手，而工业工程人员的工作目标是坚持原则、追根究底，追求永无止境的合理化，也就是秉持“没有最好，只有更好”的理念，因为今天所做的合理化，随着法律规定、政治因素、经济形势、社会环境、科技发展的变化，到了明天、后天也许就变成不太合理，甚至完全不合理了，而企业体制的好坏跟合理化的程度有密切的关系，这点工业工程人员应有深切的认识。
【参考文献】
[1]周梓荣，龚存宇.工业工程专业应用型人才培养体系探讨[J].湖南工程学院学报，2005（3）.
关键词：机器人教学；实践改革；创新工程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0133-02
一、传统机器人实践教育的现状及存在的问题
1.教学内容跟不上机器人的发展速度。随工业4.0的提出和应用，各国在机器人研发和制造方面投入了大量的精力和物力，机器人产业发展非常迅速，而我们的教学大纲大多数几年都没有什么变化，远远落后于机器人技术的发展。同时教师在授课时基本按照教学大纲执行，对教学内容的更新不多。课程设置的大多还是一些传统基础内容，可能有部分内容已经不再使用，而不能把机器人学科前沿进展和最新成果传授给学生。
2.教学环节设置上存在不合理。机器人教育在教学环节上存在不合理，大多数高校在机器人教育方面以理论课为主，实践教学环节不足，教师偏重于对理论课的讲解，缺乏实践动手环节。而实践环节是培养学生工程实践能力和创新意识的最佳方法，是锻炼学生运用所学的知识分析和解决实际问题等必不可少的重要环节。
3.教育C器人产品缺少规范。目前，市场上生产和出售教育机器人的厂家很多，并且大多都是小企业，没有统一的标准和规范，所以自成体系，互不兼容，系统开放度低，基本上不可能进行二次开发，对学生的学习用处不大。
二、机器人创新实践平台的培养目标
1.熟练掌握基础知识和灵活应用能力。学生通过机器人创新工程实践，可以深度掌握机械设计和制造技术、电路技术、电子技术、单片机技术、自动控制原理技术等知识以及基本实用电路设计，将所学理论知识灵活应用于机器人创新工程实践。
2.专业知识的综合应用能力。机器人是典型的机电一体化产品，机电一体化产品是机械技术和电子技术有机组合所构成的整体，所以，在机器人创新工程实践中，需要学生按机器人设计功能要求构建相应的机器人机械系统和控制系统，需要学生将所学习的机械原理、机械设计、机械制造技术、电路、数电模电、传感器技术、自动控制原理、单片机、计算机控制技术、机电一体化技术等学科知识进行融合，因此需要培养学生综合应用多门专业知识的能力。
3.培养学生的团队协作精神。机器人技术是一门跨专业、高度综合的新兴学科，其本身的综合性非常强，涉及的学科也很多，如电路技术、数电模电技术、单片机技术、传感器技术、自动控制原理技术、机械制造设计和机电一体化技术等多门学科。在机器人实践教学和设计的过程中，由于受到学生的知识层次和动手能力等方面的限制，所以需要多名同学组成学习小组，发挥团队协作精神、相互配合，才能设计制造出高质量的机器人。小组成员既要分工又要合作，形成良好的团队，这就是未来社会需要的合作模式。所以说机器人实践教学可以培养学生的团队协作精神。
4.分析问题、解决问题和独立思考能力。机器人创新工程实践过程要求学生团队或小组独立完成从车体机械结构设计、控制器设计、传感器应用与检测信息分析和处理、电源管理、控制软件设计与编写、系统安装与调试到最终构建一个完整的机电一体化系统，学生在整个过程中，机器人学习小组需要查阅相关资料、传感器选择与布置、程序编制和调试以及方案论证都要在独立思考状态下进行，通过小组讨论分析问题，最终找到解决问题的方法。
三、机器人创新实践平台的构建
（一）实践平台硬件建设。我校在工程训练中心构建了大学生实践创新能力的培养平台：机器人创新基地。它是一个培养学生工程实践能力和创新意识的实践基地。该基地以开放性实验室的方式进行管理，是为学生和老师提供不同层次、不同专业的创新活动和科研活动的平台。该平台分为三部分：
1.以机械结构创新为主体的机械设计制造平台，该平台重点为机械类学生提供工程实践教学条件，使学生能从低年级就开始参与较简单的机器人创新实践活动，并培养学生的工程实践能力、机械设计制造能力和创新意识。
2.以电子创新设计为主体的电子设计制作平台，主要为电子、控制和机械电子类专业的学生提供实践教学条件。该平台以低年级的电子设计制作实践为基础，通过设计制作各种简单控制电路、控制系统提高学生的电子设计制作实践能力，随着实践的深入开展和学生能力的提高，实践内容可以加深，学生可以进行更高层次的设计和制作。
3.以机电系统设计制作为主体的机器人设计平台，该平台是由以前两个平台为基础进行综合运用的平台。该平台是一个团队协作的平台，要求进入的学生必须通过上面两个平台之一的实践学习且具有一定的基础之后，才可以根据机器人的功能和设计要求组合设计团队，由团队完成机器人的设计、制作全部过程。
（二）实践平台“软件”建设
受传统教学理念和教学模式的影响，大部分高校偏重理论教学而忽视实践教学。我校在加强机器人创新实践教学硬件平台建设的同时，也加强“软件”建设。我校认真对待实践指导教师这支队伍的建设和发展，已建立了一支实践技术高、教学能力强、具有创新意识、符合实践教学环节要求和符合学校科学发展的高素质实践教师队伍。其中，机器人创新实践平台指导教师团队建设时，充分考虑机器人技术综合了多学科知识，因此需要一个相对稳定的、多学科互补的教师团队，以利于更好地培养学生的动手能力、创新意识及竞赛能力；同时建立学生团队与梯队，扩大了学生竞赛的参与面，提高学生参与竞赛的热情，并为学校选拔优秀学生组队参加国家级、省级竞赛提供参考。
四、机器人创新工程实践教学改革与探索
1.突出以大赛为载体的教学模式。创新实践教学模式的关键是必须找准切实可行的载体，机器人创新工程实践教学以机器人大赛为载体。通过大赛，强化教学质量，激发学生的主观能动性和创新意识，在准备期间，学生应学习相关知识，踊跃进行训练并形成自我学习的良好习惯，使得学习和教学效果大大增强，不仅工程能力得到提高，也使得专业知识在训练中得到巩固和升华，竞赛还有利于培养学生的团队合作精神、安全意识、环保意识和成本节约意识，提升学生的操作技能和综合素质。
2.注重新教育，将大赛获奖作品推广至课堂教学。一段时间的机器人创新工程实践教学产生了大量较高水平的学生大赛获奖作品，这些作品对于低年级的学生非常有说服力，可以激发学生的学习兴趣、自信心和主动性。实践教学可以以这些作品为内容和对象，由任课教师进行讲解，重点讲解其运用的原理和解决问题的思路、方法，以及运用哪些基本理论知识的综合，并针对某个作品发表各自的意见或者提出改进的建议，有成熟的想法和能力的同学可进行重新设计。
3.校企合作，优势互补，增加课堂教学工程案例。机器人技术已经广泛应用于周边生产制造企业，把一些典型的机器人技术工程案例引入课程教学，由工程师进行讲解，包括项目背景、设计要求、技术路线、详细方案、现场调试过程、验收标准以及整个项目的管理办法。通过工程案例的讲解，学生有了全面的了解和熟悉，对于增强工程意识和实践能力非常有益。同时，加强校企合作关系，从企业选聘实践经验丰富的技术人员兼职学校指导教师，把他们所掌握的知识及最新技术传授给学生；引入和利用企业实践基地，让企业为学校提供校外实习基地，并由企业的技术骨干担任实习指导教师，拓展和更新实践环节的内容和要求，提高实践的真实性和工程性，让学生感受“真刀真枪”的训练，从而形成和构建优良的工程实践环境。
五、成果与总结
近年来，我校学生参加中国机器人大赛暨RoboCup（中国赛区）公开赛等机器人大赛共获得国家级和省级的亚军和季军奖杯7座、奖励证书82张。说明我校在机器人创新工程实践教学方面的教学改革取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]毕津滔.高校机器人教学改革新思路之探索[J].信息通信，2013，（3）：266-267.
[2]战强.机器人教学改革的探索与实践[J].现代教育技术，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）
