基于工程教育認證下的“自動化專業課程設計”的課程建設

摘要：根據自動化專業按工程教育認證標準要求積極推進專業建設要求。本文根據本校當前“自動化專業課程設計”課程的現實情況，分析其不足之處，并提出其建設的總體方案：從教學內容、教學模式和考核機制等方面敘述了課程建設的具體方法和途徑，提出了以培養學生運用所學專業知識解決實際工程問題的能力為最終目標的課程建設思路。

關鍵詞：工程教育工程認證；自動化專業課程設計；課程建設

1概述

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎［13］。

工程教育專業認證要求專業課程體系設置、師資隊伍配備、辦學條件配置等都圍繞學生畢業能力達成這一核心任務展開，并強調建立專業持續改進機制和文化以保證專業教育質量和專業教育活力。

“自動化專業課程設計”是大學本科三年級在修完專業基礎課與專業課后的一門綜合類專業課程，具有涉及專業知識廣，檢驗學生科研綜合能力的一門社會實踐類課程。隨著機器人技術、人工智能等技術的不斷發展，自動化技術面臨著新的挑戰和機遇，培養適應產業發展需要的高素質自動化專業人才顯得尤為緊迫。

2建設內容

“自動化專業課程設計”是基于多門類學科知識的一門綜合類學科，其目的是檢驗并提高學生解決實際工程問題的能力。

二維通用機械手是一種可仿人操作、可自動控制、重復編程、能在二維平面內完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。隨著現代工業技術的發展，工業自動化技術越來越高，一些重復的工作由機械手遠程控制或自動完成不僅可提高生產效率、降低生產成本，同時也可以避免一些人不能接觸的某些物質對從業者身體造成傷害［45］。所以本課程以平面二維機械手為例，試述“自動化專業課程設計”的課程建設。

2.1二維平臺系統介紹

2.1.1系統構成

2.1.2技術指標

2.1.2.1工業計算技術指標

（1）集成式機箱；

（2）IntelH81工控主板；

（3）IntelI54590處理器；

（4）8GDDR31600MHZ內存；

（5）240G固態硬盤；

（6）19英寸顯示器。

2.1.2.2運動控制卡指標

（1）兩軸伺服/步進電機運動控制卡；

（2）32位PCI總線，即插即用；

（3）硬件算法支持直線插補、圓弧插補功能；

（4）支持梯形、S形加減速曲線，加減速時間可編程；

（5）脈沖輸出支持脈沖/方向和雙脈沖兩種模式；

（6）編碼器輸入支持脈沖/方向模式、A/B相模式；

（7）每軸輸出最大脈沖頻率1MHz，編碼器最大脈沖輸入頻率1MHz；

（8）數字I/O口8進8出。

2.1.2.3傳動機構指標

X軸指標：

型號：CF8610C440

模組寬度：86mm

軌道長度：440mm

模組全長：540mm

最大行程：330mm

定位精度：0.03mm

導程：10mm

最大運行速度：500mm/s

重量：8.4kg

Y軸指標：

型號：CF6010C300

模組寬度：60mm

軌道長度：300mm

模組全長：370mm

最大行程：180mm

定位精度：0.03mm

導程：10mm

最大運行速度：500mm/s

重量：2.7kg

前修課程：電路基礎、單片機原理、電機與拖動、電力拖動基礎、電力電子技術。

后續支撐：畢業設計

課程思政設計：本課程是為自動化專業本科生實踐教學環節的重要組成部分，是一門完整的實踐操作性課程，致力培養學生綜合運用知識能力和創新意識，使學生理論聯系實際，培養學生的動手能力，觀察、分析、解決問題的能力。鼓勵學生建立學習報國的信念。通過本案例的講述，讓學生樹立學習報國的信念，教會學生克服困難的勇氣與決心。

2.2課程簡介

課程定位：旨在培養適應21世紀科技發展需要，綜合素質高，具有堅實理論基礎和創新能力，能夠在自動化領域從事系統分析、系統設計、系統運行、科技開發及研究等方面工作的高級工程技術人才。

課程內容：本書講述了自動化專業的基礎知識，介紹了自動化專業的特點及就業知識需求，并結合不同的研究方向提供了自動化專業課程設計的實例選題及實驗步驟，啟發式指導自動化專業的學生自行查找資料，自行設計、實施，并最終完成系統任務。

核心學習成效：進一步掌握和鞏固自動化專業的教學內容，全面了解實際自動化控制系統的設計方法、調試方法等，使得學生充分了解控制系統的性能、指標、內容及要求，以便明確系統應完成的任務。培養學生綜合運用基礎理論知識和專業知識去解決實際應用設計問題的能力。

教學方法：（1）注重培養學生學習興趣，充分調動學生學習積極性，善于創設情境，充分利用多媒體教學；（2）采用多種教學模式，以學生為主體，理論與實踐相結合，變抽象教學為形象教學。

2.2.1課程目標

目標1：基于本課程的學習，使學生了解過程參數的測量原理和測量方法，掌握一般控制系統的數學建模方法，簡單控制系統的設計方法、整定方法，并能夠運用所學知識對相關控制系統進行分析、設計、比較和綜合。

支撐畢業要求指標點：能夠進行自動化裝置及系統的設計，在設計中體現創新意識。

目標2：基于本課程的學習，使學生熟悉先進控制系統的結構原理，了解控制系統的發展動態和新成果，并能夠運用所學知識分析過程的影響因素，獲得有效結論。

支撐畢業要求指標點：能夠根據自動化工程領域中研究對象的特征，選擇研究路線，設計實驗方案。

2.2.2教學內容

課程主要內容如下，分八個章節：

第一章：運動控制卡驅動安裝，硬件結構及手動運動功能編程；第二章：運動控制卡回原點功能編程；第三章：運動控制——IO讀寫功能及報警程序編寫；第四章：運動控制——高速計數器功能（讀磁柵尺）；第五章：定長控制功能；第六章：運動控制——直線插補功能；第七章：運動控制——圓弧插補功能；第八章：運動控制——綜合運動功能（畫四邊形和圓弧）。

2.2.3教材與學習資源

課程教材：《二維平臺系統配套課程》。

參考書目：《自動化專業課程設計》（張蘭勇，清華大學出版社，2015）；《MATLABR2016a控制系統設計與仿真35個案例分析》（李曉東，清華大學出版社，2018）；《機器人控制系統的設計與MATLAB仿真：基本設計方法》（劉金琨，清華大學出版社，2016）。

教學條件：授課教師有多年自動化領域行業經驗和多年教學經驗，進行二維平臺運動控制教學。學校教學樓具有智慧教室。

考核內容：運動控制的綜合功能編程，通過畫四邊形和圓弧的動作，對控制卡的編程有一個全面、系統的認識。也是以上章節的知識總結。學完本章后，學生可以編寫基本的IPC控制程序。

分析實驗結果，完成實驗報告。

2.2.4評價標準

優秀（90～100分）：態度認真，實驗預習充分、實驗目的明確、實驗操作規范，實驗結果正確，實驗報告內容完整規范。方法具有創新性。

良好（80～89分）：態度認真，實驗預習比較充分、實驗目的明確、實驗操作比較規范，實驗結果正確，實驗報告內容比較完整規范。

中等（70～79分）：態度比較認真，實驗預習比較充分、實驗目的較明確、實驗操作比較規范，實驗結果正確，實驗報告內容比較完整規范。

及格（60～69分）：態度比較認真，實驗預習比較充分、實驗目的基本明確、實驗操作基本規范，實驗結果基本正確，實驗報告內容不是很完整規范。

不及格（0～59分）：態度不認真，無實驗預習、實驗目的不明確或實驗操作不規范、實驗結果不正確，實驗報告內容不完整。

2.2.5課程的評價與持續改進機制

課程考核結束后，任課教師將會對本課程的畢業要求達成度進行相應的分析。

主要根據學生的課程考實驗成績、平時作業和課堂表現的結果進行分析。

專業負責人及課程目標達成評價小組會對任課教師的課程教學目標達成度分析材料進行審核。

教師應根據課程目標達成情況、分析結果，改進相應教學方法、內容、考核等環節，以便學生更好地達到畢業要求的能力。

本課程為自動化專業的專業必修課，教學內容應隨著學科的不斷發展進行必要調整。

3建設結果

基于以上建設，該課程在教學過程中引起了學生的極大興趣，促進了學生的積極性和主觀能動性，極大地提高了教學質量。

結語

工程教育認證其目的是培養符合國際標準的工程人才，本文以“自動化專業課程設計”這門課為例進行了有益的探索和實踐。從建設效果來看吸引了學生的學習熱情，提高了學生學習的積極性、主動性，尤其是大幅提升了學生綜合應用所學專業知識來處理工程實際問題的能力，提高了教學質量、擴大了學生就業，得到了用人單位好評。

參考文獻：

［1］朱露，胡德鑫.歷史制度主義視域下美國工程教育認證標準的嬗變邏輯［J］.黑龍江高教研究，2023（11）：6371.

［2］張憲明.周知進.基于工程教育認證的“機械制造工藝學”課程教學改革探索［J］.模具制造，2023（11）：8385.

［3］工程教育認證視角下材料類本科專業工程倫理教育探討——以南京工程學院材料科學與工程專業為例［J］.西部素質教育，2023（11）：97101.

［4］晏永紅.基于PLC控制的二維通用機械手設計研究［J］.制造業自動化，2012，34（12）：127130.

［5］鄭鑫鑫，曹榮敏，侯忠生.基于RBF的直線電機二維平臺無模型自適應迭代學習控制［J］.控制工程，2023，30（10）：18811890.

作者簡介：劉子龍（1972—），男，博士，副教授，上海理工大學光電信息與計算機工程學院自動化系，研究方向：控制理論與控制工程。