高職“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程教學(xué)體系改革初探

蘇江

摘 要 “機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”是一門實踐性和綜合性都很強的課程，但在目前課程教學(xué)中存在內(nèi)容陳舊、實用性不強、教學(xué)方法單一等問題，為了改善教學(xué)效果，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，增強學(xué)生實踐應(yīng)用能力，提出了教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)和考核方式等方面的一系列教學(xué)改革措施。

關(guān)鍵詞 機電一化系統(tǒng)設(shè)計 高職 教學(xué)體系 改革措施

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.05.055

Abstract "The Design of Mechatronics System" is a practical and comprehensive curriculum， but there are disadvantages like outdated content， insufficient practicality monotonous teaching methods in the present teaching.In order to improve the the effect and quality of teaching，and to strengthen the students' practical ability， a series of reform measures on the teaching goal， teaching content， teaching methods， teaching practice and exam method are proposed.

Key words The design of mechatronic system； teaching system； higher vocational education； reform measures

高等職業(yè)教育近幾年來在中國得到了飛速發(fā)展，高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)是具備某一特定職業(yè)或職業(yè)群所需綜合職業(yè)能力的，為生產(chǎn)和管理第一線服務(wù)的應(yīng)用型、技術(shù)型人才。而傳統(tǒng)的課程教學(xué)體系已遠遠不能適應(yīng)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，改革課程的教學(xué)體系，加強學(xué)生動手和應(yīng)用能力培養(yǎng)是實現(xiàn)高等職業(yè)教育辦學(xué)特色的根本途徑。

高等職業(yè)教育機電類畢業(yè)生主要面向現(xiàn)代制造業(yè)等高新技術(shù)企業(yè)從事機電一體化產(chǎn)品、現(xiàn)代制造設(shè)備、IT產(chǎn)品、生物醫(yī)藥產(chǎn)品等智能化生產(chǎn)線的設(shè)計、安裝調(diào)試、運行維護、生產(chǎn)管理和經(jīng)營銷售等技術(shù)工作。“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”是高職機電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程，對培養(yǎng)學(xué)生機電產(chǎn)品設(shè)計、控制及調(diào)試能力具有重要作用。這門課程涉及了PLC、單片機、傳感與檢測、機電傳動控制等多門課程的知識，綜合性、系統(tǒng)性和應(yīng)用性強，僅僅通過課堂教學(xué)是遠遠無法達到這門課程的教學(xué)目標(biāo)的。本文結(jié)合“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程教學(xué)中存在的問題，為高等職業(yè)教育教學(xué)體系的改革做一些有益的探討。

1 存在的問題

（1）內(nèi)容多。對機械類專業(yè)本科生而言，“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”的教學(xué)內(nèi)容包括機電一體化相關(guān)概念、機械系統(tǒng)、機電接口技術(shù)、氣動執(zhí)行機構(gòu)、伺服系統(tǒng)、微機控制與編程、檢測傳感裝置、典型機電一體化系統(tǒng)實例等諸多內(nèi)容。許多學(xué)生反映知識點多而繁雜，難以記住。

（2）難度高。“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”的教學(xué)內(nèi)容中的步進電機和交流伺服電機的控制，涉及復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置和接線，接口技術(shù)中涉及不同I/O模塊的校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換與編程，這些知識抽象，理解起來比較困難，很多同學(xué)在學(xué)習(xí)時都是一臉茫然，叫苦不迭。

（3）不會用。“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程中涉及許多機電一體化元器件，上課時老師很賣力地講，學(xué)生凝神地聽，但是實際中使用這些元器件時，往往不會選擇型號，選擇了型號又不知道如何接線。

（4）教學(xué)方法單一。這是高職“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程的主要問題。受傳統(tǒng)教育觀念的影響，課堂形成了“講臺上老師滔滔不絕，講臺下學(xué)生昏昏欲睡”的狀況，結(jié)果是“老師怒其不爭，學(xué)生卻哀其不幸”。這種教學(xué)局面形成造成了學(xué)生根本無法真正理解機電一體化課程的基礎(chǔ)知識，很多學(xué)生學(xué)了一學(xué)期卻還不知道如如何控制機電一體化設(shè)備，這樣的教學(xué)無法達到課程的教學(xué)目標(biāo)。

（5）教材內(nèi)容不適應(yīng)高職教育的新要求。目前可以將學(xué)校中使用的“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教材歸為兩類，一類是常規(guī)類，另一類是項目驅(qū)動類。常規(guī)類教材按照機電一體化的概念、機械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、接口技術(shù)、控制系統(tǒng)等內(nèi)容劃分各個獨立章節(jié)。這類教材具有完整的體系、模塊化的結(jié)構(gòu)、層次分明的內(nèi)容，但其重理論輕實踐，實理脫節(jié)，對職業(yè)院校學(xué)生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。如果任課教師按照教材的順序進行教學(xué)，學(xué)生就難以搞清楚如何設(shè)計并控制某一種機電一體化產(chǎn)品，不利于培養(yǎng)學(xué)生的機電設(shè)計能力和編程控制思維。項目驅(qū)動式類教材能從職業(yè)崗位需求出發(fā)，以項目和任務(wù)引出知識點。該類教材編寫形式直觀生動，增強了可操作性和可讀性。但是，該類教材的系統(tǒng)在面向職業(yè)崗位的系統(tǒng)性方面稍顯不足。當(dāng)學(xué)生很努力地學(xué)會了書本知識，信心滿滿地去設(shè)計一個新項目時，卻仍然感覺無從下手。

2 改革措施

2.1 教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)的目標(biāo)不僅要使學(xué)生必須掌握典型機電一體化元器件與典型機電一體化設(shè)備的基本原理，形成機電一體化技術(shù)的思維理念，更重要的是根據(jù)實際情況會合理選用機電一體化元器件型號，能夠根據(jù)元器件說明書接線，將若干元器件組合成機電一體化系統(tǒng)完成一定的控制功能。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

機電一體化技術(shù)是發(fā)展非常迅速的一種技術(shù)，市場上新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但現(xiàn)有的“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教材內(nèi)容比較陳舊，與實際生產(chǎn)脫節(jié)；偏重理論講解，應(yīng)用實例少，實用性差；實物插圖少，內(nèi)容抽象；機電一體化實例不夠典型，不能與前面章節(jié)形成有效融合。

根據(jù)目前教材中存在的問題，筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗，認(rèn)為“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教材編寫應(yīng)遵循以下要求：理論要本著“夠用”和“實用”的原則，依托本地區(qū)目前及今后機電領(lǐng)域發(fā)展情況，在全面調(diào)研的基礎(chǔ)上合理選擇機電類企業(yè)的典型產(chǎn)品所用到的知識和技術(shù)作為教材內(nèi)容。特別是考慮到近十幾年非標(biāo)準(zhǔn)自動化設(shè)備產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，教材各章節(jié)中應(yīng)包含以下內(nèi)容：機械技術(shù)章節(jié)中應(yīng)包含滾珠絲桿與直線導(dǎo)軌；微機控制章節(jié)應(yīng)包含PLC的常用控制功能及變頻器控制；接口技術(shù)章節(jié)應(yīng)包含PLC的各種控制模塊，尤其是I/O轉(zhuǎn)換模塊與溫度模塊，還應(yīng)該包含觸摸屏技術(shù)；檢測與傳感裝置章節(jié)中應(yīng)包含各種接近開關(guān)、色標(biāo)傳感器、光電編碼器和光纖傳感器；伺服系統(tǒng)章節(jié)應(yīng)包含PLC如何控制步進電機和交流伺服電機；氣動技術(shù)中應(yīng)包含帶磁環(huán)的直線氣缸與旋轉(zhuǎn)氣缸選型與控制；機電一體化產(chǎn)品實例可以選擇數(shù)控機床、工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線、電梯、工業(yè)機械手等幾種典型產(chǎn)品。

教材內(nèi)容的選擇除了要考慮與生產(chǎn)密切結(jié)合的實用性外，還應(yīng)具有理論聯(lián)系實踐可操作性。教材中應(yīng)增加所講元器件的實物圖片和生產(chǎn)該元器件的知名企業(yè)信息，并增加該元器件的典型說明書一份，這樣既使學(xué)生對該元器件有了全方位認(rèn)識，又能夠?qū)W會實際使用時應(yīng)該如何選擇型號。這部分內(nèi)容可與企業(yè)工程師聯(lián)合共同完成。

2.3 教學(xué)方法

“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程具有知識點繁多、內(nèi)容不易理解、應(yīng)用性強等特點。因此，采用形式多樣的教學(xué)方法，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。在授課過程中，每個章節(jié)的內(nèi)容用典型自動化設(shè)備引入，先觀看視頻，再提出問題，通過學(xué)習(xí)最后解決問題。講基本元器件的原理時，課前充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生廣泛查找搜集相關(guān)資料，課堂上由學(xué)生進行講解，老師提出一些問題，大家一起討論。老師做詳細講解時應(yīng)配合元器件實物，增強學(xué)生感性認(rèn)識。講基本元器件在實際生產(chǎn)中如何選擇時，可以通過企業(yè)產(chǎn)品實例，提出使用條件，結(jié)合元器件型號和使用場合，選擇出適合該產(chǎn)品實例的元器件型號。拿出該課程部分課時，聘請企業(yè)的一線工程師結(jié)合經(jīng)驗來講，使學(xué)生能夠獲得來自生產(chǎn)一線的信息，更加深刻地理解所學(xué)內(nèi)容的重要性與實用性。

此外，建立課程的學(xué)習(xí)網(wǎng)站，將課程的相關(guān)內(nèi)容與資料放入網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)開放性教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和拓寬知識廣度，以解決授課學(xué)時不足的問題。

2.4 實踐環(huán)節(jié)

實踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)密切與理論結(jié)合，每完成一章的內(nèi)容，應(yīng)及時安排實驗。機電一體化綜合實訓(xùn)臺可以幫助學(xué)生學(xué)會使用元器件，完成一定的控制功能，但是由于實訓(xùn)臺各部分結(jié)構(gòu)已模塊化，這樣不利于學(xué)生掌握元器件接線方法。為此，綜合實踐環(huán)節(jié)的任務(wù)安排不應(yīng)該局限于在綜合實訓(xùn)臺上完成，而應(yīng)配備足夠的散件，提出控制要求，讓學(xué)生自己選擇器件，完成接線與參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)要求編程實現(xiàn)控制功能。對于能力較強的同學(xué)，可以安排到自動化企業(yè)去完成綜合實踐，配合企業(yè)的實際產(chǎn)品完成某部分控制功能，在實踐中積累經(jīng)驗。

2.5 構(gòu)建機電教學(xué)企業(yè)

“教學(xué)企業(yè)”是它集生產(chǎn)功能和教學(xué)實訓(xùn)功能于一體，并按市場機制運營，兼顧經(jīng)濟效益、社會效益和教學(xué)效益的校企合作實體。它是職業(yè)院校謀求自身發(fā)展、實現(xiàn)與市場接軌、大力提高育人質(zhì)量、有針對性地為企業(yè)培養(yǎng)一線實用型技術(shù)人才的重要舉措。我院教學(xué)企業(yè)的具體的做法是由學(xué)院提供場地，與某自動化企業(yè)合作，將企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)人員等資源引入學(xué)校實訓(xùn)基地與學(xué)校設(shè)備，按企業(yè)化要求組織生產(chǎn)和科研，結(jié)合企業(yè)自動化生產(chǎn)線訂單并結(jié)合課程需要開展理論和實踐教學(xué)。企業(yè)的工程技術(shù)人員參與“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程培養(yǎng)方案的制訂，教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的制定、教學(xué)組織的實施、教材內(nèi)容的編寫、一起學(xué)生成績的考核等工作，而且企業(yè)技術(shù)人員作為兼職教師在“教學(xué)企業(yè)”中承擔(dān)的教學(xué)工作量不少于30%。在“教學(xué)企業(yè)”中，通過規(guī)范化的運作，將教學(xué)實訓(xùn)活動融合在企業(yè)的生產(chǎn)過程之中，實現(xiàn)經(jīng)濟利益和教學(xué)效益的雙贏。由于課程依托教學(xué)企業(yè)，能夠以自動化生產(chǎn)線的設(shè)計、制造、調(diào)試、檢測等真實任務(wù)作為教學(xué)載體，學(xué)生直接參與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程，實現(xiàn)“教、學(xué)、做”的一體化，有效提高學(xué)生的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。

2.6 考核方式

教學(xué)方案的改革要求考核方式也要多樣化。針對基本概念、理論和計算仍采取閉卷考核。但是試卷內(nèi)容應(yīng)更加綜合化與實用化。筆者在實踐教學(xué)中，已將傳統(tǒng)試卷的填空、選擇、判斷、問答、分析等題型綜合在一起，安排7～8個大題，所有大題都根據(jù)實際產(chǎn)品來編寫，每個題目里包含選擇、填空、連線、問答等題目，這樣的考試內(nèi)容既能夠避免學(xué)生為應(yīng)付考試死記硬背，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的綜合分析能力，在一定程度上也考查了學(xué)生解決實際問題的能力。

3 總結(jié)

在“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教學(xué)中，貫徹教學(xué)內(nèi)容實用化、教學(xué)形式多樣化、實踐環(huán)節(jié)綜合化、考核方式能力化的“四化”原則，充分激發(fā)學(xué)生興趣， 提高學(xué)習(xí)熱情，為培養(yǎng)出具有一定基礎(chǔ)理論同時又能解決實際工程問題的高職人才奠定基礎(chǔ)，為高等職業(yè)教育技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)探索出一條適合自己的道路。

參考文獻

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