王飛 彭子龍 楊建軍 朱曉陽

摘要：為提高本科生的復雜問題解決能力，文章結合《液壓與氣壓傳動》課程進行了實物項目教學探索，給出了實物項目的要求，分析了項目與課程的關系，展示了項目教學的成果，教學結果顯示學生增強了對復雜工程問題的認識和解決能力。

關鍵詞：復雜工程問題;工程教育專業(yè)認證;項目教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）11-0249-02

一、引言

自動化控制大大降低了工人作業(yè)強度，顯著提升了工作效率和產品質量穩(wěn)定性，隨著我國產業(yè)結構調整和升級的進行，自動化控制系統(tǒng)將得到更加廣泛的應用，因而在本科教學中，切實提高學生解決自動化工業(yè)生產中的復雜工程問題能力就顯得越來越迫切。而且，在工程教育專業(yè)認證中，復雜工程問題的解決也是衡量工科人才培養(yǎng)的主要指標之一[1，2]。因此，在課堂教學中不僅需要學生掌握扎實的理論知識，還需要學生學會具備發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，提升學生綜合運用理論知識解決復雜工程問題的能力[3，4]。

我國依據(jù)《華盛頓協(xié)議》體系對部分專業(yè)進行認證，在工程認證的12個畢業(yè)要求中，三分之二的畢業(yè)要求對解決復雜工程問題能力有具體要求。而根據(jù)《工程教育認證標準》的規(guī)定，復雜工程問題必須運用深入的工程原理，經過分析才能得到解決。此外，還應當滿足以下幾個或者全部特征：（1）涉及多方面的技術、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突;（2）需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性;（3）不是僅靠常用方法就可以完全解決的;（4）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標準和規(guī)范中;（5）問題相關各方利益不完全一致;（6）具有較高的綜合性，包含多個相互關聯(lián)的子問題[5]。因此必須要重視學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。

二、課程定位與課程目標分析

機械設計制造及其自動化專業(yè)是青島理工大學的主干專業(yè)，2008年獲批國家級特色專業(yè)，2011年入選教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)，2013年獲批教育部第一批“本科教學工程”地方高校本科專業(yè)綜合改革試點專業(yè)，2016年獲批山東省高水平應用型立項建設重點專業(yè)，2018年列入山東省教育服務新舊動能轉換專業(yè)對接產業(yè)項目核心專業(yè)，2019年獲批山東省“一流專業(yè)建設點”。

《液壓與氣壓傳動》是本專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，在培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維，綜合運用液壓、氣壓基礎知識進行系統(tǒng)設計與控制的工程實踐能力方面占有重要的地位。課程目標是讓學生掌握各種基本液壓與氣壓元件工作原理，及具備特定功能的液壓與氣壓基本回路的設計原理和設計方法;能夠掌握與液壓和氣壓技術相關流體力學與數(shù)學知識，掌握簡單液壓與氣壓系統(tǒng)模型建立、分析求解和設計方案論證的理論及方法，以及分析和解決工程實踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設計能力;培養(yǎng)團隊合作能力。

三、項目教學設置

根據(jù)以上課程定位和課程目標，本文對《液壓與氣壓傳動》課程項目教學進行了探索，以期增加學生對復雜工程問題的認識和提高解決問題的能力，為此，設計了實物制作項目，項目題目為“雙氣壓缸定點控制系統(tǒng)”，項目要求如下。

1.雙氣壓缸能夠單獨進行控制，每個氣壓缸有四個準確的位置，氣壓缸能夠準確定位在以上四個位置點上。

2.氣壓缸運動位置的輸入要在上位機電腦上實現(xiàn)。

3.需要利用單片機進行編程控制，單片機種類不限。

4.氣源采用便攜式空氣壓縮機，氣壓缸無工作負載。

5.所需元件自行采購，采購過程滿足學校財務要求。

各個項目組成員自由搭配，內部自主分工，鍛煉了學生的團隊合作能力。在項目實施過程中，按照本項目的各個要求，需要學生將《機械制圖》與《計算機輔助制圖》《機電傳動控制》《程序設計基礎》《工程測試基礎》和《工程項目管理》等課程知識進行融合。另外，學生需要自行采購，鍛煉了學生的項目管理能力。

四、項目實施案例

項目實施過程中，學生積極主動地完成了任務，從課題項目解讀、項目組組隊、任務分工、項目管理、實物搭建和財務管理等方面取得了一定的成果，下面是本項目的實施案例。

1.項目的整體方案。上位機控制器采用Windows系統(tǒng)的筆記本電腦，并利用可視化編程語言VB編程，實現(xiàn)控制界面，下位機控制系統(tǒng)采用Arduino單片機，上位機和下位機利用串口通訊進行位置指令的輸入。下位機通過開通關斷繼電器來對方向閥進行控制，從而實現(xiàn)氣缸的開始運動與停止，而下位機對于氣壓缸的感應則是通過光電門感應器來檢測，其結構原理圖如圖1所示。

2.操作界面編程。采用可視化編程語言VB進行編程，控制界面如圖2所示。其中上位PC機通過VB Mscomm組件與單片機進行串口通信。

3.系統(tǒng)運行效果。所搭建的系統(tǒng)運行效果如圖3所示。

本科生經過4周時間的搭建，實現(xiàn)了系統(tǒng)的搭建，在搭建過程中遇到了一些問題，比如學生發(fā)現(xiàn)氣缸運動不流暢，定位不準確的問題，學生經過分析，減小了節(jié)流閥的開度，降低了氣缸運動速度，加長了光電門感應時間，并且對單片機的感應時間做出了一定的修改，提高了運動精度。經過項目的實施，本科生普遍反映，經過項目的鍛煉，加深了對所學一系列課堂知識的理解，增強了對自動化控制系統(tǒng)的認識，提高了發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]畢海普.解決工程問題能力培養(yǎng)的課程建設研究——基于工程教育專業(yè)認證視角[J].黑龍江教育，2019，（7）：61-64.

[2]蔣宗禮.本科工程教育：聚焦學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)[J].中國大學教學，2016，（11）：27-30

[3]孫愛晶，陳怡君，石曉娟.基于OBE的本科人才培養(yǎng)目標評價體系探究[J].高教學刊，2017，（9）：33-34.

[4]趙鵬.聚焦復雜工程問題的軟件工程專業(yè)建設探索——以安徽大學軟件工程專業(yè)為例[J].高教學刊，2019，（15）：22-23

[5]中國工程教育認證協(xié)會.工程教育認證通用標準[EB/OL].http：//www.ceeaa.org.cn/main！newsList4Top.w？menuID=0101

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