面向農業機械化專業的《機電一體化》教學探討與實踐

[摘 要]《機電一體化》課程課堂教學存在一些問題。教師需從結合學生興奮點，注重培養學習興趣；結合專業培養目標，激發學生科研興趣以及結合課程實訓和課外制作，樹立系統研發觀念等三個角度進行實踐與探討。從學生學習和實踐的結果看，這些探索與改革在學生興趣培養、科研興趣提升和系統化的實踐能力提高方面取得了顯著的效果。

[關鍵詞]農業機械化專業 授課方法 機電一體化 教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）21-0132-02

我國正處于傳統農業向現代農業的快速轉變階段，其標志就是以技術及裝備為表現形式，通過現代工業技術裝備及農業機械化、電氣化和信息化等先進技術的應用，最大限度地提高生產效率，節約生產成本，增加農產品產出，降低能源消耗和環境污染。我國現代農業裝備技術還處于起步階段，迫切需要培養掌握現代農業裝備技術的新型農機人才，我國高度重視現代農業的技術與農藝的更新，推動農機裝備人才的培養與創新，縮短與國外同行業之間的技術差距，從而實現我國現代農業的快速發展與超越。

機電一體化技術是一門新型的交叉學科，是目前許多高等院校工科學生必修的專業基礎課，但在我國開設此課程還不足十年的時間，特別是在農業機械化專業的開設更是一個新生事物?！稒C電一體化》是山東農業大學機械與電子工程學院機電一體化類和農業機械化及其自動化類學生的主干課程之一，是今后設計與研究工作的重要技術基礎。由于機電一體化設計課程涉及的知識面和內容覆蓋廣，機械層面、數據層面和控制參數層面的內容交錯、關系復雜，需將理論知識與實踐知識緊密結合。對大多數學生而言課程內容繁多，系統性差，難以融會貫通，同時也存在教師難教、內容難整合的情況。筆者在講授機電一體化課程時，通過對課堂教學內容進行改革、教學相長地引導和加強實踐環節訓練等方面進行探索和總結，取得了較為顯著的效果。

一、機電一體化課程特色與農機專業教學相關問題

（一）理論教學內容篩選非常重要

機電一體化（英文名稱為Mechatronics）是在機械技術、自動控制技術、微電子技術、計算機技術、傳感與測試技術、接口與總線技術、伺服驅動技術、系統總體技術等學科群體的基礎上集成創新的綜合性交叉學科。機電一體化技術的突出特點在于通過各種技術的有機融合，實現產品內部各組成部分的有機匹配和外部整體效能最佳的一種新型集成創新技術。由于機電一體化課程內容非常豐富、涉及面大，在一個學期中學習其全部內容是不現實的。另外，機電一體化和相關技術發展迅速，特別是新型MEMS傳感器、新型總線技術、新型電液氣的伺服驅動等技術的出現，這就使得在課程內容的組織和取舍上必須加以科學地優選，以特別處理好基本原理、基本模塊與學科前沿最新技術的相互促進、共同發展的關系，確定學生應在學習期間掌握哪些基本原理、基本技術就既能使學生掌握基本思想方法和具體技術，又能了解學科發展動態，便于學生課下無障礙自學，這對學生創造力的培養是非常關鍵的。因此理論教學內容的篩選是非常重要和必要的。

（二）理論教學與實踐內容的側重點融合

機電一體化課程的實踐性和應用性強，兩者緊密結合缺一不可。僅僅掌握機電一體化設計的基礎理論知識遠遠不夠。對于剛剛接觸到機電一體化技術的農機和機電專業的學生來講，理論知識同步實踐或者用一些具體實例來講解才會顯而易懂，更易理解。作為本科階段的機電一體化課程，像是有關的控制理論的數學推導問題并不需要徹底理解，但他們應學會把所學的內容迅速地應用到某些實際問題的解決中。這樣，學生既有感性認識，又能上升到理性認知，最后靈活地學以致用。而實踐方面的教學必須與課程實驗和課程設計配套，因此機電一體化課程的實踐環節也非常重要。

（三）教學實踐與農機專業培養目標緊密結合

目前一般工科專業的《機電一體化》的課程教學中，主要講解的是設計、通訊、測量和控制原理、方法以及一些以數控機床、機器人等一些簡單應用，目前現代農業機械發展與應用，特別是涉及與自動控制、計算機控制等技術融合的新型農機的機電一體化技術尚未融入農業機械化專業的課程學習中。盡管教師反復強調課程的重要性，學生也對其重要性有認同，但因教學內容、案例與農機專業培養目標聯系不夠緊密，再加上本課程知識點繁瑣、層次多、涉及面廣，學生容易產生應付考試的態度，忽視對實踐環節，特別是從機電一體化產品開發的角度對課程內容的理解，從而無法對課程產生熱情，難以對教學內容產生學習的興趣，嚴重影響了教學效果。

二、課程授課與實踐環節的探討

針對現代農業機械化的發展方向和農業機電一體化課程特色，以及上述在機電一體化課程教學與實踐過程中應注意的問題，筆者在講課過程中對課程內容組織、授課方式方法進行了積極探索，實現了學習興奮點、專業培養目標和實訓課程任務“三結合”，全面培養機電一體化人才素質。

（一）結合學生興奮點，注重培養學習興趣

盡管機電一體化課程部分理論抽象、內容分散、缺乏系統性、難于理解，但興趣是最好的老師，一旦學生產生了學習興趣和實踐欲望，才會主動去自學、求知和實踐，并由此在心理上產生愉悅體驗。日常生活中學生會對一些新鮮的事物非常感興趣，例如兩輪自平衡小車、Iphone手機遙控的四軸飛行器、轉魔方機器人等等，如借助于這些學生感興趣的例子，通過剖析他們的結構和控制原理，破除神秘感，可以激發他們對機電一體化課程學習的興趣，并將機電一體化課程繁瑣的知識點、抽象的內容具體體現出來，因此，激發和培養學生的學習興趣是學好本課程的前提和捷徑。另外，教師向學生展示一些科研成果，既讓學生對機電一體化技術有最直觀的了解和認識，又讓學生了解了現代農業裝備技術領域的科研前沿，結合專業方向，使學生帶著濃厚的興趣開始本課程的學習。實踐證明，通過大量案例式的授課，學生的學習興趣、科研興趣以及學習效果得到了極大提高。

（二）結合專業培養目標，激發學生科研興趣

隨著農機裝備技術的快速發展，將GPS技術、傳感器技術、通訊技術、機電液一體化技術、計算機控制等技術集成到傳統的農業機械中，可實現農機裝備的精確定位和行走速度檢測、作物產量監測、物料的變量精確投入、精準灌溉測控等，從而實現農業生產全程機械化、自動化、信息化和智能化。傳統農機化專業已經實現了從農業機械化向農業機械化及其自動化專業的轉換，也是充分體現了專業培養目標的遷移和調整。而機電一體化課程在這種調整中，也自然樹立了重中之重的地位。因此各高校也從對該課程師資配備和教學設備投入方面非常重視。

因此，針對現代農機的發展趨勢，激發學生的專業興趣，培養學生研究能力，也就成了機電一體化等課程的任務之一。筆者結合自己在精準農業裝備、現代農機裝備研制中的科研案例，給學生剖析了精準變量施肥機、高精度谷物測產系統、精準變量噴藥機等裝備設計、樣機加工和測試試驗的關鍵點，極大地開闊了學生在本專業領域的視野，引起了學生對現代農機裝備的科研興趣。

（三）結合課程實訓和課外制作，樹立系統研發觀念

在機電一體化教學中，機器人作為一種典型的機電軟綜合技術平臺，非常適合作為高等工程創新實踐教育的載體和對象。而農業機械化專業的學生同樣對農業機器人技術非常感興趣。近年來，機器人技術的模塊化、網絡化成為機器人研究和開發領域的熱點。通過模塊化，機器人技術的應用難度大大降低；憑借網絡化，機器人技術的應用范圍將大大擴充。隨著機器人技術的逐漸普及和所用器件、模塊的成本逐漸降低，學生已經可以自己制作屬于自己的農業機器人。因此抓好機電一體化課程的實訓環節，變抽象為直觀，將理論和實踐緊密結合起來，做到學以致用，可以實現對學生成就感的激勵。為此，機電一體化教學組結合學院和學校開展了創新科技比賽，讓學生進行機電裝備方面的創新設計與制作；通過為學生提供一定的實訓平臺，準備常見的機電裝備設計制作所需的傳感器、執行器和控制器，由學生按照自己創作意圖實現新型設備的開發。這些實踐活動取得了一系列校級、省級和國家級的機電創新大賽獎項的好成績。從學生的實踐和理論課程的成績看，理論教學和實踐緊密結合取得了良好效果，加深了對基礎理論知識的掌握，既提高了學生的動手能力，又激發了他們的創造性。

三、結束語

《機電一體化》是培養現代農業機械及裝備技術人才的專業基礎課，隨著現代科技技術的發展，其地位在課程體系中愈來愈突出。筆者針對現代農業機械化的發展方向和農業機電一體化課程特色，從理論教學內容及實踐教學內容篩選、學習興趣引導及知識系統應用等方面展開探討，并結合教學實際應用，取得了良好的效果。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：鐘 嵐]