《機電一體化系統設計》課程教學改革初探

黃 晶

(廈門理工學院機械系,福建廈門 361024)

《機電一體化系統設計》課程教學改革初探

黃 晶

(廈門理工學院機械系,福建廈門 361024)

在《機電一體化系統設計》教學中,要把握系統化、整體化、工程化這一主線,教學內容以實用為主,能夠代表和反映學科最新成就;教學方法靈活多樣,要善于激發學生興趣,提高學習熱情;增強實踐環節,提高學生創新能力,考核形式靈活多樣,多方位培養具有創新能力和實踐能力的高級應用型創新人才,促進學生能力和個性的協調發展。

機電一體化;教學方法;創新

廈門理工學院是一所新興的應用型本科院校,其中機械設計及其自動化專業是學校特色專業。一個專業的培養目標應根據區域企業對該類人才的需求情況,結合學校實際辦學條件來定位。機械和電子制造業在廈門快速發展,生產領域的科技含量日益增大,使得企業需要大量既懂機械又懂電子的機電一體化復合型人才。因此,從2005年起,廈門理工學院在機械設計及其自動化專業中有計劃地設置了機械電子方向,2008年在本科專業中開設了“機電一體化系統設計”這門專業課。

以往,《機電一體化系統設計》課程只在專科類機電一體化專業開設,缺乏應用于本科教學的經驗,把在專科教學中積累的經驗直接應用于本科教學中顯然不太合適。因此,依據應用型本科教育的培養目標和“機電一體化系統設計”課程自身的特點,參照兄弟院校的教學經驗,筆者現從課程的教學目標、教學內容與方法、實踐環節及考核方式等方面對課程教學做一些探討,并在實際課程教學過程中進行嘗試,以期能逐步完善本課程的本科教學系統。

一、培養目標的確定

通過分析廈門市畢業生需求狀況,筆者認為,機械類機電方向畢業生主要面向先進的制造裝備行業、機電一體化產品的生產或經營企業,從事機械電子領域內的設計制造、科研開發、應用研究、運行管理和經營銷售等方面的工作,學生必須具備機電專業的基本理論知識,具備一定的分析和動手能力。因此,教學內容不應局限于理論教學模式,更應突出實踐教學,注重培養學生的應用能力與創新能力,做到理論聯系實際,培養機電復合型創新型人才。

二、教學內容的選擇

現在出版的教材有數十種之多,各有千秋,但框架大體相同。包括機電一體化系統構成、各功能要素及其選擇與設計、各功能要素的聯系、常見系統的分析設計等。依托培養目標,在對教材的選擇上應把握以下幾點:實用性,教材避免紙上談兵,避免冗長的理論推理、介紹,要突出實用性,更多介紹實際設計、使用時應注意的問題,要有更多的案例分析;系統性,教材針對機電一體化系統的設計展開,因此,對于每一環節都要強調在整個系統中的作用及其與系統其他要素的關聯性;先進性,介紹最新技術前沿,讓學生了解最新發展狀況,激發學生學習興趣,把握學習方向。在此基礎上,選擇張健民編寫的《機電一體化系統設計》為教材。

在選擇教材的基礎上,對于教學內容也應作出相應的選擇與調整。《機電一體化系統設計》課程涵蓋知識面寬,包括機電一體化相關概念、機械機構、執行元件、微機控制系統、檢測傳感裝置、可靠性設計、安全性設計、典型案例分析等。如果一一介紹,授課學時有限(45學時),勢必造成每一知識點都點到為止,學生只能了解皮毛,而無法深入本質。考慮到我校機械制造及其自動化專業學生機械方面知識掌握較為良好,基礎牢固,而電的相關知識則較為薄弱,因此,在對教材內容的把握上,對于機械系統部分知識點到為止,只重點介紹其中典型的、先進的技術及產品的應用。對于與電結合的部分知識,則重點介紹。

三、教學方法的改革

(一)采用多種教學方法

《機電一體化系統設計》課程具有內容豐富、信息含量大、抽象、理論性強等特點,內容比較枯燥。為此,采用形式多樣的教學方法,例如多媒體教學法、啟發式教學法等,來激發學生的學習興趣。采用動畫演示、實物展示等形式強化學生感性認識,加強學生對相關知識點的理解。重點講授知識的精華、知識的內在聯系。從能力培養著眼,注重講、練結合。以實例為引線,從系統觀點出發,增加課堂討論環節,通過提問、討論的形式引導學生考慮并發現系統設計時應注意的問題,總結系統的應用場合、控制方法、需要哪些配套的輔助環節等問題,并及時點評、講解,使學生進一步理解與掌握所學知識,增強學生的實際應用能力。加強設計實例等綜合訓練環節,增強學生自主學習、分析問題和解決問題的能力。注意因材施教,進行啟發式教學,在教學過程中引導學生學會思維、推理、歸納、總結、融會貫通等學習技巧,培養學生的邏輯思維能力、聯想推理能力、分析判斷能力、自我學習能力,等等。

(二)增強實踐教學環節

實踐環節包括實驗、課程設計等。針對《機電一體化系統設計》課程綜合性強的特點,減少演示性、驗證性實驗,增加綜合性、創新性實驗。實驗設備采用FESTO的模塊化生產加工系統(M PS)教學設備,該系統囊括了機電一體化專業學習中所涉及的諸如電機驅動、氣動、PLC(可編程控制器)、傳感器等多種技術,給學生提供了一個典型的綜合科技環境。通過完成系統故障檢測試驗、站點間聯網程序控制實驗等,使學生曾學過的諸多單科專業知識在這里得到全面認識、綜合訓練和相互提升。

開設綜合性實踐環節,如《機電一體化系統設計課程設計》,要求學生在兩周內,利用簡易模塊,任意搭建各種機械模塊,如起重機、挖土機等,在構建機械模塊之余,完成電機、傳感器的選擇、安裝,完成其控制電路板的設計、開發、制作、調試,以及軟件編程調試。通過小型機電一體化系統的開發設計,來培養學生的動手能力和創新意識,增強學生“工程化”的意識,而整體設備的成本只需控制在幾十元,可操作性強。

開設創新實驗環節,如創新機器人制作,利用能力風暴智能機器人及其相關配件,讓學生完成相關創意設計;利用氣動自動化控制系統,完成對相應機構的創意控制等。

通過綜合實踐環節,使學生能夠帶著問題來學習和實踐,并從中初步掌握科學研究的基本過程和基本方法,培養了學生獨立分析、解決問題的能力和創新能力。在實驗過程中,對學生進行合理分組,不僅有助于培養學生交流協作能力,同時也有利于因材施教,根據學生不同能力安排不同難度的創新實驗。此外,鼓勵學生參加科研項目,也有利于提高學生的學習興趣,增強其學習的主動性和目的性。

(三)采取多種考核方式

單一的筆試考核方式不能全面反映出學生對本課程的掌握情況,為了科學地評價學生對課程內容的掌握程度,采取多方面考核方式,不僅包括筆試環節,還包括實驗操作完成狀況,以及平時成績、考勤等方面。而筆試環節的考核也更加靈活,例如,考核重點放在學生對方法的掌握上,不要求學生對于冗長公式死記硬背,而是在提供公式的前提下,考查學生對于公式的應用能力等。

四、結語

在《機電一體化系統設計》教學中,把握系統化、整體化、工程化這一主線,教學內容以實用為主,能夠代表和反映學科最新成就;教學方法靈活多樣,要善于激發學生興趣,提高學習熱情;增強實踐環節,提高學生創新能力,考核形式靈活多樣,多方位培養具有創新能力和實踐能力的高級應用型創新人才,促進學生能力和個性的協調發展。

[1]張健民.機電一體化系統設計[M].北京:北京理工大學出版社, 2004.

責任編輯 強 琛E-mail:qiangchen42@163.com

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1673-1395(2010)02-0339-02

2009-10-03

黃晶(1979—),女,福建福州人,講師,碩士,主要從事智能機器人研究。