熊皚 付克昌 楊鳴凱 張婷

摘?要：本文旨在研究如何將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融合到機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)研究，探討了工程思維在機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的教學(xué)方法和實(shí)踐項(xiàng)目。本文的研究表明將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中具有重要意義。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生反饋，我們驗(yàn)證了這種教學(xué)方法的有效性，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。希望這項(xiàng)研究能夠?yàn)闄C(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)的改進(jìn)和創(chuàng)新提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：新工科領(lǐng)域；工程項(xiàng)目輸出；運(yùn)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：G642????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，隨著社會(huì)和科技的不斷發(fā)展，機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。機(jī)電控制系統(tǒng)工程技術(shù)是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)交叉的產(chǎn)物，它的發(fā)展不僅需要各種專(zhuān)業(yè)知識(shí)的融合，更需要工程思維的支撐。然而，在目前的機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中，仍然存在一些問(wèn)題，如當(dāng)前的教育模式仍然停留在傳統(tǒng)的理論教學(xué)和課堂演示階段，缺乏足夠的實(shí)踐環(huán)節(jié)和創(chuàng)新元素，難以滿足學(xué)生對(duì)實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的要求[1][2]。當(dāng)前，我們應(yīng)該著重培養(yǎng)學(xué)生如何以最終的輸出來(lái)進(jìn)行前面的設(shè)計(jì)選型、工程設(shè)計(jì)的能力，而學(xué)生一直以來(lái)只是習(xí)慣定性或者是一定程度的定量去進(jìn)行前導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，并沒(méi)有從一個(gè)系統(tǒng)的角度來(lái)理解指標(biāo)，這就限制了學(xué)生的綜合素質(zhì)的提升和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)。

從工程應(yīng)用的角度來(lái)看，指標(biāo)的檢測(cè)方法是一個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的最重要環(huán)節(jié)，如果方法不正確或者是方法落后，就不可能有最好的產(chǎn)品。只有基于嚴(yán)格的檢測(cè)方法，才能激勵(lì)前面的設(shè)計(jì)和工藝的改進(jìn)。而這恰恰是當(dāng)前工程教育里面的薄弱環(huán)節(jié)，學(xué)生難以接觸到這樣的思想，盡管現(xiàn)在學(xué)校都能開(kāi)設(shè)綜合性的實(shí)驗(yàn)課程，但是對(duì)于學(xué)生在其中的能力評(píng)估和綜合素質(zhì)的評(píng)估并沒(méi)有深入研究，缺乏系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系和培養(yǎng)思路[3]。同時(shí)具備這樣的工程經(jīng)驗(yàn)的老師也少，從而忽略了相關(guān)的教育。

因此，本文旨在探討如何將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融合到機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。同時(shí)探索機(jī)電控制系統(tǒng)教育的新思路，創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。此外，本文的研究將有助于培養(yǎng)更多的應(yīng)用型人才，為國(guó)家的工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

1課程體系建設(shè)

1.1課堂教學(xué)

如何采用由系統(tǒng)的工程項(xiàng)目輸出倒推到整個(gè)系統(tǒng)，再由系統(tǒng)指標(biāo)分拆到子系統(tǒng)指標(biāo)的指標(biāo)驗(yàn)證法進(jìn)行指標(biāo)的分拆，如何讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到從復(fù)雜系統(tǒng)拆分到簡(jiǎn)單系統(tǒng)進(jìn)行分析的科學(xué)性，如何讓學(xué)生樹(shù)立成為為國(guó)家奉獻(xiàn)的優(yōu)秀工程師的理想。

課程體系是以教師引導(dǎo)，學(xué)生通過(guò)反轉(zhuǎn)課堂主動(dòng)學(xué)習(xí)綜合知識(shí)，并通過(guò)后期的課程、課程設(shè)計(jì)、比賽等不斷去嘗試綜合性能力，做到一專(zhuān)多能，至少要實(shí)現(xiàn)一專(zhuān)的能力，從而能夠有效地有針對(duì)性的培養(yǎng)學(xué)生。

在進(jìn)行任何一項(xiàng)工程項(xiàng)目時(shí)，首先都需要確定研究目標(biāo)和研究問(wèn)題。例如，在這篇論文中，你的研究目標(biāo)是探索如何將工程思維融入機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中，那你的研究問(wèn)題則包括實(shí)踐應(yīng)用、項(xiàng)目案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、交叉學(xué)科教學(xué)等方面。

1.2“一專(zhuān)多能”地實(shí)踐動(dòng)手能力

• 項(xiàng)目案例教學(xué)：利用實(shí)際的工程項(xiàng)目案例進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生通過(guò)分析、設(shè)計(jì)、測(cè)試和驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，深入了解項(xiàng)目驗(yàn)收過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)和指標(biāo)要求，從而培養(yǎng)工程思維能力。
• 實(shí)驗(yàn)教學(xué)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)機(jī)電控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，深入了解不同項(xiàng)目驗(yàn)收要求的實(shí)際操作方法和技能，培養(yǎng)實(shí)踐能力。
• 交叉學(xué)科教學(xué)：在教學(xué)中引入其他交叉學(xué)科的知識(shí)，如質(zhì)量管理、項(xiàng)目管理、標(biāo)準(zhǔn)化等，讓學(xué)生了解項(xiàng)目驗(yàn)收的全過(guò)程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而增強(qiáng)工程思維能力。

綜上所述，將工程思維融入機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中，可以幫助學(xué)生更好地掌握實(shí)際工程項(xiàng)目的驗(yàn)收要求和實(shí)踐技能，從而培養(yǎng)他們的工程思維和實(shí)踐能力[4]。

2教學(xué)改革

2.1?教育思想和教育理念

工程思維的培養(yǎng)應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生以工程穩(wěn)定性、可靠性為要素。要做到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中失敗一次，總結(jié)一次的習(xí)慣，而不能以成功一次，錯(cuò)誤全覆蓋的思想。教學(xué)方法應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：

• 問(wèn)卷調(diào)查：可以通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查了解學(xué)生對(duì)機(jī)電控制工程課程教學(xué)中融入項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維的認(rèn)知和態(tài)度。設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)可以包括課程效果評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等方面的問(wèn)題。
• 案例分析：可以選取一些具有代表性的機(jī)電控制工程項(xiàng)目進(jìn)行案例分析，探討項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維在項(xiàng)目管理、技術(shù)實(shí)現(xiàn)等方面的應(yīng)用效果。從實(shí)際案例中總結(jié)出一些有啟示性的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為教學(xué)提供借鑒。
• 實(shí)驗(yàn)教學(xué)：可以通過(guò)設(shè)置機(jī)電控制工程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生親身體驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維在實(shí)際應(yīng)用中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，讓學(xué)生掌握一些數(shù)據(jù)分析和處理的方法和技能。
• 翻轉(zhuǎn)課堂：可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行案例分析、實(shí)驗(yàn)和討論，讓教師在課堂上進(jìn)行指導(dǎo)和輔導(dǎo)。翻轉(zhuǎn)課堂可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和參與度，促進(jìn)學(xué)生的思維和交流。
• 質(zhì)性研究：可以采用質(zhì)性研究的方法，深入了解學(xué)生在機(jī)電控制工程課程中融入項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維的體驗(yàn)和感受，探討教學(xué)方法和效果?？梢圆捎蒙疃仍L談、焦點(diǎn)小組等方法，對(duì)學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)的訪談和觀察，從而獲取更加深入和具體的數(shù)據(jù)。

通過(guò)整合機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前導(dǎo)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，以工程應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，建立機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程平臺(tái)，探索培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)個(gè)性化發(fā)展的培養(yǎng)方式[5]。在工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中，企業(yè)對(duì)于員工的能力水平主要通過(guò)“一專(zhuān)多能”來(lái)評(píng)價(jià)?！耙粚?zhuān)”指的是人才在工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中任一細(xì)分專(zhuān)業(yè)的水平，而“多能”則指人才對(duì)于系統(tǒng)中所有細(xì)分領(lǐng)域整體把握程度。通過(guò)評(píng)估員工的“一專(zhuān)多能”的評(píng)估，能夠安排員工合理的崗位，并對(duì)于具備“多能”水平的人重點(diǎn)培養(yǎng)，儲(chǔ)備人才，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。為了給企業(yè)輸送所需人才，需要建立更為合理課程平臺(tái)，讓學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠認(rèn)清自己的能力和潛在發(fā)展空間，合理有效的規(guī)劃自己未來(lái)的職業(yè)生涯，避免在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的課程學(xué)習(xí)中片面的追求知識(shí)數(shù)量，而忽略了與自身特點(diǎn)相結(jié)合，從而導(dǎo)致了既無(wú)法做到“一專(zhuān)”的深度，也無(wú)法做到“多能”的高度。因此，通過(guò)將企業(yè)的需求以及未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的需求相結(jié)合，建立不斷優(yōu)化的機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程平臺(tái)教學(xué)體系，選擇合理的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的個(gè)性化發(fā)展，最大限度的開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛力，為學(xué)生今后適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要和終身發(fā)展奠定堅(jiān)定的基礎(chǔ)。

2.2?不斷更新教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的更新從工程上是更新各子系統(tǒng)部分的精度、性能等。

可以從更新實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)教案和新工藝等入手。這里給出運(yùn)動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)平臺(tái)，以這個(gè)為模板，可以針對(duì)不同的控制器部分、驅(qū)動(dòng)器部分、電機(jī)部分（含反饋部分），總線部分等?？梢赃x擇不同公司品牌的產(chǎn)品進(jìn)行更新替代，同時(shí)也可以測(cè)試不同的總線。

以下是一些可能的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，可以根據(jù)具體的教學(xué)目標(biāo)和課程要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，需要考慮實(shí)驗(yàn)的難度和安全性，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)驗(yàn)安全[6-7]。

• 機(jī)電控制系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)：在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以使用傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理了解參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解到如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，掌握實(shí)驗(yàn)技能，并了解如何將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到機(jī)電控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中。
• 機(jī)械臂控制實(shí)驗(yàn)：在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，并通過(guò)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成特定的任務(wù)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解到如何將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到機(jī)械臂控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，并掌握機(jī)械臂控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技能。
• PLC控制實(shí)驗(yàn)：在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)和編程可編程邏輯控制器（PLC）系統(tǒng)，并通過(guò)控制機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成特定的任務(wù)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解到如何將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，并掌握PLC編程和控制技能。
• 機(jī)器視覺(jué)控制實(shí)驗(yàn)：在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)控制系統(tǒng)，并通過(guò)控制機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成特定的任務(wù)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解到如何將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到機(jī)器視覺(jué)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，并掌握機(jī)器視覺(jué)控制技能。
• 開(kāi)設(shè)涵蓋多課程內(nèi)容的綜合性實(shí)驗(yàn)：為了加強(qiáng)各課程實(shí)踐環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，在機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)中開(kāi)設(shè)了涵蓋多課程內(nèi)容的綜合性實(shí)驗(yàn)，以此加強(qiáng)各課程實(shí)踐環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，如直流電機(jī)PID速度控制課程設(shè)計(jì)，需要學(xué)生綜合運(yùn)用自動(dòng)控制原理與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)兩門(mén)課程的知識(shí)，自行選擇實(shí)驗(yàn)方法和步驟，選用合適的儀器設(shè)備，提出實(shí)驗(yàn)預(yù)案，完成參數(shù)設(shè)計(jì)，獨(dú)立操作完成。這樣實(shí)施課程設(shè)計(jì)學(xué)生才能真正的將課堂講授的課本知識(shí)轉(zhuǎn)化成自己的知識(shí)。同時(shí)開(kāi)發(fā)基于?Matlab?的課程平臺(tái)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。包含了“電機(jī)與拖動(dòng)”、“電力電子技術(shù)”、“自動(dòng)控制理論”以及“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”等課程的部分實(shí)踐內(nèi)容。通過(guò)該平臺(tái)學(xué)生可以方便地設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該平臺(tái)可以輔助授課教師教學(xué)，以及學(xué)生課下的作業(yè)驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生也可利用該平臺(tái)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)仿真，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)提高了實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)效率。
• 開(kāi)設(shè)復(fù)雜系統(tǒng)工程系統(tǒng)綜合性實(shí)驗(yàn)：通過(guò)一個(gè)實(shí)際復(fù)雜工程項(xiàng)目案例，建立學(xué)生對(duì)于“一專(zhuān)多能”培養(yǎng)機(jī)制的理解，找準(zhǔn)自己在實(shí)際工程中的角色定位，將前序課程中的知識(shí)運(yùn)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，加深理解各前序課程專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

以一個(gè)實(shí)際復(fù)雜工程為例，下圖為一個(gè)實(shí)際的高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

圖?1??某型高精度三維測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)

該系統(tǒng)中既有整體方案要求，也有各子系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)要求，以及最終的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試中所出現(xiàn)問(wèn)題的分析和解決。通過(guò)學(xué)生自行組合3?～7人的團(tuán)隊(duì)，采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，明確各個(gè)成員的分工，并要求每周匯報(bào)一次或兩次項(xiàng)目進(jìn)度。參考系統(tǒng)原有的設(shè)計(jì)方案，各團(tuán)隊(duì)選擇模仿完成整體方案的設(shè)計(jì)，或者是完成子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)在課堂上對(duì)自己任務(wù)部分的課后資料調(diào)研和方案撰寫(xiě)，課堂上的方案講解和討論溝通，并由其他小組同學(xué)提供問(wèn)題并進(jìn)行討論。通過(guò)各個(gè)小組的“一專(zhuān)”能力的培養(yǎng)深入，能夠從中挖掘出具備“多能”的同學(xué)，有助于學(xué)生自我完成能力定位和未來(lái)職業(yè)發(fā)展的語(yǔ)氣規(guī)劃。通過(guò)該培養(yǎng)模式的教學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容理解更為深入，同時(shí)興趣也大大提高，能夠在后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)中有效地和指導(dǎo)老師進(jìn)行溝通，并能夠準(zhǔn)確地規(guī)劃任務(wù)時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中的方法和實(shí)踐。首先，我們對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了搜集和評(píng)估，分析了當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。其次，我們提出了將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到教學(xué)中的方法和策略，并設(shè)計(jì)了一些具體的實(shí)驗(yàn)方案。最后，我們通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生反饋對(duì)該方法進(jìn)行了評(píng)估和總結(jié)。

本文提出的將項(xiàng)目指標(biāo)驗(yàn)收的工程思維融入到機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中的方法和實(shí)踐是可行的，并能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)該方法能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力，提高他們的綜合素質(zhì)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，我們建議在今后的機(jī)電控制系統(tǒng)課程教學(xué)中廣泛采用該方法，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

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基金項(xiàng)目：2021，四川省教育廳省級(jí)一流本科課程-線上線下混合式（2021YLKC17）；2022年成都信息工程大學(xué)本科教育教學(xué)研究與改革項(xiàng)目暨本科教學(xué)工程項(xiàng)目（JYJG2022068）；2022年成都信息工程大學(xué)本科教育教學(xué)研究與改革項(xiàng)目暨本科教學(xué)工程項(xiàng)目（JYJG2022018）

作者簡(jiǎn)介：熊皚（1980—??），男，漢族，重慶忠縣人，博士，副教授，研究方向：伺服控制；付克昌（1970—??），男，漢族，重慶萬(wàn)州人，博士，副教授，研究方向：人工智能；楊鳴凱（1990—??），男，漢族，四川成都人，博士，講師，研究方向：電力電子與控制；張婷（1981—??），女，漢族，浙江杭州人，碩士，講師，研究方向：非線性系統(tǒng)分析與控制以及生物電工學(xué)應(yīng)用研究。