基于培养“一专多能”工程师为导向的“机电控制系统设计”课程教学探索

熊皑 付克昌 杨鸣凯 张婷

摘 要：本文旨在研究如何将项目指标验收的工程思维融合到机电控制系统课程教学中，以提高学生的工程实践能力和综合素质。通过文献调研和实验研究，探讨了工程思维在机电控制系统课程教学中的应用，并设计了相应的教学方法和实践项目。本文的研究表明将项目指标验收的工程思维融入到机电控制系统课程教学中具有重要意义。通过教学实践和学生反馈，我们验证了这种教学方法的有效性，并提出了相应的改进措施。希望这项研究能够为机电控制系统课程教学的改进和创新提供参考和借鉴。

关键词：新工科领域；工程项目输出；运动控制

中图分类号：G642    文献标识码：A

近年来，随着社会和科技的不断发展，机电控制系统的应用越来越广泛。机电控制系统工程技术是机械、电子、计算机等多种技术交叉的产物，它的发展不仅需要各种专业知识的融合，更需要工程思维的支撑。然而，在目前的机电控制系统课程教学中，仍然存在一些问题，如当前的教育模式仍然停留在传统的理论教学和课堂演示阶段，缺乏足够的实践环节和创新元素，难以满足学生对实践能力和综合素质的要求[1][2]。当前，我们应该着重培养学生如何以最终的输出来进行前面的设计选型、工程设计的能力，而学生一直以来只是习惯定性或者是一定程度的定量去进行前导工程设计，并没有从一个系统的角度来理解指标，这就限制了学生的综合素质的提升和就业竞争力的增强。

从工程应用的角度来看，指标的检测方法是一个产品质量的最重要环节，如果方法不正确或者是方法落后，就不可能有最好的产品。只有基于严格的检测方法，才能激励前面的设计和工艺的改进。而这恰恰是当前工程教育里面的薄弱环节，学生难以接触到这样的思想，尽管现在学校都能开设综合性的实验课程，但是对于学生在其中的能力评估和综合素质的评估并没有深入研究，缺乏系统的评价体系和培养思路[3]。同时具备这样的工程经验的老师也少，从而忽略了相关的教育。

因此，本文旨在探讨如何将项目指标验收的工程思维融合到机电控制系统课程教学中，以提高学生的工程实践能力和综合素质。同时探索机电控制系统教育的新思路，创新课程设计，提高学生综合能力，培养应用型人才。此外，本文的研究将有助于培养更多的应用型人才，为国家的工业发展和经济建设做出贡献。

1课程体系建设

1.1课堂教学

如何采用由系统的工程项目输出倒推到整个系统，再由系统指标分拆到子系统指标的指标验证法进行指标的分拆，如何让学生认识到从复杂系统拆分到简单系统进行分析的科学性，如何让学生树立成为为国家奉献的优秀工程师的理想。

课程体系是以教师引导，学生通过反转课堂主动学习综合知识，并通过后期的课程、课程设计、比赛等不断去尝试综合性能力，做到一专多能，至少要实现一专的能力，从而能够有效地有针对性的培养学生。

在进行任何一项工程项目时，首先都需要确定研究目标和研究问题。例如，在这篇论文中，你的研究目标是探索如何将工程思维融入机电控制系统课程教学中，那你的研究问题则包括实践应用、项目案例教学、实验教学、交叉学科教学等方面。

1.2“一专多能”地实践动手能力

• 项目案例教学：利用实际的工程项目案例进行教学，让学生通过分析、设计、测试和验证等环节，深入了解项目验收过程中的各个环节和指标要求，从而培养工程思维能力。
• 实验教学：通过实验教学，让学生亲身体验机电控制系统的各个环节，深入了解不同项目验收要求的实际操作方法和技能，培养实践能力。
• 交叉学科教学：在教学中引入其他交叉学科的知识，如质量管理、项目管理、标准化等，让学生了解项目验收的全过程和相关标准要求，从而增强工程思维能力。

综上所述，将工程思维融入机电控制系统课程教学中，可以帮助学生更好地掌握实际工程项目的验收要求和实践技能，从而培养他们的工程思维和实践能力[4]。

2教学改革

2.1 教育思想和教育理念

工程思维的培养应该是培养学生以工程稳定性、可靠性为要素。要做到实验过程中失败一次，总结一次的习惯，而不能以成功一次，错误全覆盖的思想。教学方法应该包括以下几个方面：

• 问卷调查：可以通过问卷调查了解学生对机电控制工程课程教学中融入项目指标验收的工程思维的认知和态度。设计问题时可以包括课程效果评价、学习习惯和学习动机等方面的问题。
• 案例分析：可以选取一些具有代表性的机电控制工程项目进行案例分析，探讨项目指标验收的工程思维在项目管理、技术实现等方面的应用效果。从实际案例中总结出一些有启示性的经验和教训，为教学提供借鉴。
• 实验教学：可以通过设置机电控制工程的实验项目，让学生亲身体验项目指标验收的工程思维在实际应用中的作用，培养学生的实践能力和创新能力。同时可以通过实验数据的分析和处理，让学生掌握一些数据分析和处理的方法和技能。
• 翻转课堂：可以采用翻转课堂的教学方法，让学生在课堂上进行案例分析、实验和讨论，让教师在课堂上进行指导和辅导。翻转课堂可以有效地提高学生的学习效果和参与度，促进学生的思维和交流。
• 质性研究：可以采用质性研究的方法，深入了解学生在机电控制工程课程中融入项目指标验收的工程思维的体验和感受，探讨教学方法和效果。可以采用深度访谈、焦点小组等方法，对学生进行详细的访谈和观察，从而获取更加深入和具体的数据。

通过整合机电控制系统设计的前导专业基础课程，以工程应用型人才为培养目标，建立机电控制系统设计课程平台，探索培养学生的专业个性化发展的培养方式[5]。在工业运动控制领域中，企业对于员工的能力水平主要通过“一专多能”来评价。“一专”指的是人才在工业运动控制系统中任一细分专业的水平，而“多能”则指人才对于系统中所有细分领域整体把握程度。通过评估员工的“一专多能”的评估，能够安排员工合理的岗位，并对于具备“多能”水平的人重点培养，储备人才，提升企业的竞争力。为了给企业输送所需人才，需要建立更为合理课程平台，让学生在整个学习过程中能够认清自己的能力和潜在发展空间，合理有效的规划自己未来的职业生涯，避免在运动控制系统领域的课程学习中片面的追求知识数量，而忽略了与自身特点相结合，从而导致了既无法做到“一专”的深度，也无法做到“多能”的高度。因此，通过将企业的需求以及未来工业领域发展的需求相结合，建立不断优化的机电控制系统设计课程平台教学体系，选择合理的教学内容、教学方式与教学方法，培养学生在工业运动控制领域的个性化发展，最大限度的开发学生的潜力，为学生今后适应社会发展的需要和终身发展奠定坚定的基础。

2.2 不断更新教学内容

教学内容的更新从工程上是更新各子系统部分的精度、性能等。

可以从更新实验装置、实验教案和新工艺等入手。这里给出运动控制标准的教学平台，以这个为模板，可以针对不同的控制器部分、驱动器部分、电机部分（含反馈部分），总线部分等。可以选择不同公司品牌的产品进行更新替代，同时也可以测试不同的总线。

以下是一些可能的教学实验方案，可以根据具体的教学目标和课程要求进行适当的调整和修改。在设计实验方案时，需要考虑实验的难度和安全性，保证学生的学习效果和实验安全[6-7]。

• 机电控制系统参数测量实验：在该实验中，学生可以使用传感器和数据采集系统对机电控制系统的参数进行测量，并通过数据分析和处理了解参数对系统性能的影响。通过这个实验，学生可以了解到如何进行实验设计和数据分析，掌握实验技能，并了解如何将项目指标验收的工程思维融入到机电控制系统的实验中。
• 机械臂控制实验：在该实验中，学生可以学习如何设计机械臂的控制系统，并通过控制机械臂的运动来完成特定的任务。通过这个实验，学生可以了解到如何将项目指标验收的工程思维融入到机械臂控制系统的设计中，并掌握机械臂控制系统的设计和实现技能。
• PLC控制实验：在该实验中，学生可以学习如何设计和编程可编程逻辑控制器（PLC）系统，并通过控制机电控制系统的运动来完成特定的任务。通过这个实验，学生可以了解到如何将项目指标验收的工程思维融入到PLC控制系统的设计和实现中，并掌握PLC编程和控制技能。
• 机器视觉控制实验：在该实验中，学生可以学习如何设计和实现机器视觉控制系统，并通过控制机电控制系统的运动来完成特定的任务。通过这个实验，学生可以了解到如何将项目指标验收的工程思维融入到机器视觉控制系统的设计和实现中，并掌握机器视觉控制技能。
• 开设涵盖多课程内容的综合性实验：为了加强各课程实践环节之间的联系，在机电控制系统设计课程实验中开设了涵盖多课程内容的综合性实验，以此加强各课程实践环节之间的联系，如直流电机PID速度控制课程设计，需要学生综合运用自动控制原理与运动控制系统两门课程的知识，自行选择实验方法和步骤，选用合适的仪器设备，提出实验预案，完成参数设计，独立操作完成。这样实施课程设计学生才能真正的将课堂讲授的课本知识转化成自己的知识。同时开发基于 Matlab 的课程平台虚拟实验平台。包含了“电机与拖动”、“电力电子技术”、“自动控制理论”以及“运动控制系统”等课程的部分实践内容。通过该平台学生可以方便地设置相关实验参数，查看实验结果，该平台可以辅助授课教师教学，以及学生课下的作业验证、实验验证，学生也可利用该平台进行课程设计的实验仿真，增强了学生对知识点的理解，同时提高了实践环节的设计效率。
• 开设复杂系统工程系统综合性实验：通过一个实际复杂工程项目案例，建立学生对于“一专多能”培养机制的理解，找准自己在实际工程中的角色定位，将前序课程中的知识运用到系统设计中，加深理解各前序课程专业知识。

以一个实际复杂工程为例，下图为一个实际的高精度运动控制系统。

图 1  某型高精度三维测试转台系统

该系统中既有整体方案要求，也有各子系统详细设计要求，以及最终的系统联调测试中所出现问题的分析和解决。通过学生自行组合3 ～7人的团队，采取组长负责制，明确各个成员的分工，并要求每周汇报一次或两次项目进度。参考系统原有的设计方案，各团队选择模仿完成整体方案的设计，或者是完成子系统的设计。通过在课堂上对自己任务部分的课后资料调研和方案撰写，课堂上的方案讲解和讨论沟通，并由其他小组同学提供问题并进行讨论。通过各个小组的“一专”能力的培养深入，能够从中挖掘出具备“多能”的同学，有助于学生自我完成能力定位和未来职业发展的语气规划。通过该培养模式的教学，发现学生对于学习内容理解更为深入，同时兴趣也大大提高，能够在后续毕业设计中有效地和指导老师进行沟通，并能够准确地规划任务时间。

结语

本文介绍了将项目指标验收的工程思维融入到机电控制系统课程教学中的方法和实践。首先，我们对相关文献进行了搜集和评估，分析了当前教学中存在的问题和挑战。其次，我们提出了将项目指标验收的工程思维融入到教学中的方法和策略，并设计了一些具体的实验方案。最后，我们通过教学实践和学生反馈对该方法进行了评估和总结。

本文提出的将项目指标验收的工程思维融入到机电控制系统课程教学中的方法和实践是可行的，并能够有效地提高学生的学习兴趣和能力。通过实验和调查，我们发现该方法能够激发学生的创造性思维和实践能力，提高他们的综合素质和就业竞争力。因此，我们建议在今后的机电控制系统课程教学中广泛采用该方法，并对其进行进一步的研究和改进。

参考文献：

• 陈卫东，韩兵，杨明，等.运动控制系统课程体系改进与创新[J]. 实验室， 2013， 32（9）： 157-159.
• 袁澜，邱联奎，曹哲，等.“运动控制系统”课程群建设与改革探讨 [J]. 电气电子教学学报， 2016， 38（3）： 58-60.
• 张焕梅. 机电控制类课程群的建设与探讨 [J]. 大学教育， 2017 ： 73-75.
• 杜友武，范厚琼，方明星.自动化专业课程教学模式探索——以“运动控制系统”课程教学为例[J].科教导刊，2021（26）：79-81.
• 何亚银，侯红玲，王军利，等.“机电控制理论基础”课程教学改革研究与实践[J].西部素质教育，2018，4（22）：161-161.
• 李新德，郝立，孟正大，等.“电力拖动与运动控制系统”课程教学方法探讨[J].电气电子教学学报，2009，31（6）：94-95.
• 邵雪卷，张井岗，陈志梅，等.“运动控制系统”课程教学改革与实践[J].电气电子教学学报，2017，39（4）：66-68+72.

基金项目：2021，四川省教育厅省级一流本科课程-线上线下混合式（2021YLKC17）；2022年成都信息工程大学本科教育教学研究与改革项目暨本科教学工程项目（JYJG2022068）；2022年成都信息工程大学本科教育教学研究与改革项目暨本科教学工程项目（JYJG2022018）

作者简介：熊皑（1980—  ），男，汉族，重庆忠县人，博士，副教授，研究方向：伺服控制；付克昌（1970—  ），男，汉族，重庆万州人，博士，副教授，研究方向：人工智能；杨鸣凯（1990—  ），男，汉族，四川成都人，博士，讲师，研究方向：电力电子与控制；张婷（1981—  ），女，汉族，浙江杭州人，硕士，讲师，研究方向：非线性系统分析与控制以及生物电工学应用研究。