摘要：针对工程教育专业认证培养学生解决复杂工程问题能力的要求，本文提出了一种以解决复杂工程问题的案例为主线的机电综合实验教学改革方法，结合综合实验的工程背景，以复杂工程问题的7个特征为基础，分析机电综合实验中需要解决的复杂工程问题，设计解决复杂工程问题的综合实验实施方案，并对综合实验考核方法进行了改革，加强了学生对复杂工程问题的理解和提升了学生解决复杂工程的能力。
关键词：机电综合实验、案例为主线、复杂工程问题、工程背景
0.引言
《机电综合实验》是集机、电、液、测、控多门课程知识于一体的综合性实验教学环节。工程教育专业认证对我国高等工科院校特别是机械工程学科人才培养提出了新的要求，要求培养学生解决复杂工程问题能力。实践教学是提升学生工程实践能力的重要手段，培养学生解决复杂工程问题的能力方面具有举足轻重的作用[1]。
复杂工程问题是专业认证毕业要求中的核心内涵，近年来对于解决复杂工程问题能力培养的研究逐渐增多。蔡培君以数字电路课程设计为例，阐述了如何在实践教学中培养学生解决复杂工程问题的能力，建议进行综合性实践教学来培养解决复杂工程问题的能力[2]。李颖等通过梳理复杂工程问题内涵，对培养本科生具有解决复杂工程问题能力内涵进行了深入剖析，提出了从工程设计能力、实践能力和社会能力三个层面多个渠道来培养解决复杂工程问题能力[3]。陈永琴等以《机械综合实践项目》课程为例，分别从课程教学设计、课程组织实施以及课程实施情况等几个方面进行论述，以期达到培养学生解决复杂工程问题的能力[4]。林健以《华盛顿协议》关于复杂工程问题特征的界定和解决复杂工程问题的能力要求为基础，依次分析复杂工程问题的特征和解决复杂工程问题的能力[5]。
为了培养学生解决复杂工程问题的能力，机电综合实验需要从综合实验的教学方法和实验考核等方面进行改革。
1.机电综合实验教学存在的问题
近两年，根据工程教育认证要求，对机电综合实验采取了一些改革措施，但是离工程教育专业认证要求还有一些差距，主要存在问题如下：
（1）机电综合实验内容主要体现了实验的综合性，部分实验忽略了工程背景，并且实验内容设计复杂程度不够；
（2）根据实验报告分析，许多学生对复杂工程问题理解不到位，离解决复杂工程问题目标还有一定差距；
（3）教师要求学生根据实验任务自主完成实验，由于学生对知识掌握程度不同和缺乏对学生动手完成实验过程考核，导致真正能做到的只有少部分学生；
（4）机电综合实验主要以学生个人综合运用知识完成实验任务为主，学生团队协作完成实验方面不足。
2.教学方法改革
机电综合实验教学依据“教师提框架、提要求，学生组团队、搭平台、自主实验”的原则完成综合实验指导工作。实验开展之前，教师从综合实验的工程背景、实验目的、实验内容、实验原理，以及从复杂工程问题的7个特征对综合实验需要解决的复杂工程问题等方面进行讲解，培养学生理解复杂工程问题和解决复杂工程问题的能力。
本文提出了一种以解决复杂工程问题的案例为主线的机电综合实验教学改革方法。下面以机电综合实验中“直流电机PWM调速及转子轴心轨迹检测实验”为例介绍如何培养学生解决复杂工程问题的能力。本实验需要解决的复杂工程问题为：如何通过轴心轨迹分析，得出旋转机械不平衡故障严重程度，并且采取什么方法修复不平衡故障。“复杂工程问题”必须具备下述特征（1），同时具备下述特征（2）-（7）的部分或全部：
（1）必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决；
（2）涉及多方面技术、工程和其它因素，并可能相互有一定冲突；
（3）需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；
（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决的；
（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中；
（6）问题相关各方的利益不完全一致；
（7）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。
本次综合实验解决的复杂工程问题分析如下：
（1）旋转机械的转子不平衡受到多种因素影响，必须运用深入的工程原理，经过综合分析才能找出不平衡原因，针对具体的不平衡原因，采取相应的修复方法，才能使旋转机械恢复到平衡状态，具备上述复杂工程问题特征（1）；
（2）旋转机械的转子不平衡受材料质量分布、加工误差、装配技术以及长期运行中产生不均匀变形、不均匀结垢等各种因素的影响，这些因素相互有一定的冲突，具备上述复杂工程问题特征（2）；
（3）需要根据实验平台情况，通过创造性地建立轴心轨迹数学模型，才能分析各种轴心轨迹图形产生的原因，具备上述复杂工程问题特征（3）；
（4）本实验具有较高的综合性，包含传感器检测问题、信号处理问题和故障诊断问题等多个相互关联的子问题，具备上述复杂工程问题特征（7）。
本综合实验，学生通过团队协作自主构建测控系统和轴心轨迹信号分析处理诊断出转子不平衡故障原因，提出相应的修复方法，并通过实验验证提出的修复方法，具体实验实施方案如图1所示。通过如图1所示的实施方案开展综合实验，加强了学生对复杂工程问题的理解和提升了解决复杂工程问题的能力。
图1 综合实验实施方案
3.实验考核方法改革
实验过程管理中，采用现代化网络平台建立了机电综合实验管理平台，通过该平台对学生实验过程表现和考勤进行记录。通过网络管理平台，方便了管理者对综合实验过程的管理，及时地解决了综合实验过程中存在的问题。在平时成绩考核中增加了对学生动手演示和实验过程介绍方面的考核，有效地避免了每组实验只有少部分学生动手做实验问题。另外，对综合实验报告模板进行了修订，实验报告要求体现团队分工与协作、使用现代工具和根据复杂工程问题特征分析对解决复杂工程问题过程进行详细描述。
4.结语
本文通过分析机电综合实验教学中存在的问题，探索了一种基于解决复杂工程问题能力培养的机电综合实验教学改革方法。通过教师从综合实验的工程背景、实验目的、实验内容、实验原理，以及从复杂工程问题的7个特征对综合实验需要解决的复杂工程问题等方面进行讲解，以及设计解决复杂工程问题的实验实施方案和对实验考核方法进行改革，加强了学生对复杂工程问题的理解和提升了解决复杂工程问题的能力。本文教学改革方法，对专业认证背景下的综合实践课程改革具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]杨毅刚，孟斌，伟楠.如何破解工程教育中有关“复杂工程问题”的难点[J].高等工程教育研究，2017，2：72-78
[2]蔡培君.实践教学培养学生解决复杂工程问题能力探索[J].阴山学刊，2017，31（2）：148-149.
[3]李颖，张胜楠.基于解决复杂工程问题的人才培养研究[J].教育教学论坛,2018,(22):3-4
[4]陈永琴,朱敏波,段清娟,等.机械专业复杂工程问题教学案例剖析[J].教育教学论坛，2017,(5):151-153
[5]林健.如何理解和解决复杂工程问题[J]. 高等工程教育研究,2016,(5): 17-26
作者简介：毛清华（1984.05—）男，汉族，江西吉安人，副教授，博士，研究方向：智能检测与控制。
教改项目：西安科技大学教改项目JG18005